Xu hướng mới trên thế giới trong phát triển bao bì thực phẩm kháng vi sinh vật

Các định hướng truyền thống

Các công nghệ bao bì kháng vi sinh vật thường được kết hợp với các công nghệ bao bì năng động khác để tạo hiệu ứng tổ hợp, ví dụ như các công nghệ MAP (modified atmosphere packaging) và các dung dịch phụ gia để kiểm soát độ ẩm, hàm lượng oxy, ethylene, và CO₂. Phụ gia kháng vi sinh vật thường được kết hợp vào màng film bên trong của vật chứa đựng thực phẩm làm từ nhựa, giấy, kim loại, thủy tinh, hay các vật liệu tổ hợp khác. Sản phẩm ứng dụng bao bì kháng vi sinh vật phổ biến nhất là thịt mát (thịt deli), pho mát, các loại rau quả và bánh tươi bán ở dạng đông lạnh để người tiêu dùng rã đông và chế biến nhanh trước khi ăn (tức slack). 

Xu hướng mới

Natamycin được ứng dụng trong sản phẩm Delvo®Cid do DSM phát triển có thể áp dụng với nhiều loại thực phẩm

Hiện nay, nghiên cứu phát triển bao bì kháng vi sinh vật được quan tâm nhiều hơn do người tiêu dùng có xu hướng ưu chuộng thực phẩm ít chất bảo quản. So với việc thêm thành phần bảo quản trực tiếp vào thực phẩm, để chiều lòng người tiêu dùng, nhiều nhà sản xuất dần chuyển sang thêm chất bảo quản vào bao bì; đồng thời nhờ đó có thể kiểm soát tốc độ khuếch tán các chất từ vật liệu bao bì vào sản phẩm tốt hơn. Các sản phẩm mới sản xuất có mức độ khuếch tán chất kháng vi sinh vật thấp hơn so với những sản phẩm đã bảo quản lâu dài. Các loại polymers khác nhau có điểm chuyển dịch lỏng – rắn (glass-transition temperature) khác nhau, do đó có thể được ứng dụng linh hoạt để tạo ra các loại bao bì có đặc điểm khuếch tán chất bảo quản khác nhau, phù hợp với nhiều tình huống biến động nhiệt độ, các loại môi trường vi khuẩn, quy định ATTP khác nhau và cảm quan của người tiêu dùng. 

Ứng dụng bacteriocin và enzyme trong bao bì kháng vi sinh vật

Nisin, natamycin, lacticin, pediocin, lysozyme, lactoferrin, và lactoperoxidase đều là các bacteriocin – những peptide kháng vi sinh vật do chính vi khuẩn sinh ra, trong đó một số chất đã được đưa vào ứng dụng trong công nghệ bao bì thực phẩm.

Loại bacteriocin được sử dụng phổ biến nhất là nisin, đã được phép sử dụng tại EU và Mỹ. Nisin kháng các loại vi khuẩn Gram dương và vi khuẩn tạo bào tử như Clostridium, Listeria monocytogenes, Lactobacillus, Staphylococcus aureus, Micrococcus. Bacteriocin này thích hợp ứng dụng trong bao bì thực phẩm đã chế biến như sữa, pho mát, rau quả đã chế biến... do hàm lượng enzyme phân hủy các enzyme khác trong những sản phẩm này không cao. Tuy nhiên, hiệu quả của nó có thể bị giảm trong quá trình gia nhiệt vật liệu polymer để sản xuất màng film. Do đó nhà sản xuất thường thêm các chất kháng vi sinh vật khác như lysozyme, chitosan, ethylenediaminetetraacetic a-xít. 

Loại bacteriocin khá phổ biến khác là natamycin. Với khả năng khuếch tán từ bao bì vào sản phẩm rất hạn chế, natamycin được ứng dụng vào những màng film cho phép khuếch tán nhanh nhưng không có tính bảo vệ vật lý cao như màng film sử dụng nguyên liệu methylcellulose. 

Pediocin là một bacteriocin khác được sản xuất bởi Pediococcus spp. có hiệu quả kháng Listeria monocytogenes cao và ổn định với biên độ dao động nhiệt và pH lớn. 

Một loại peptide kháng vi sinh vật khác đã được Cục quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) cho phép sử dụng là lysozyme. Nó thường được ứng dụng làm bao bì bảo quản thịt ăn liền (gồm cả gia cầm). Trong khối EU, sản phẩm sử dụng lysozyme phải kèm theo ghi nhãn đặc thù. Khả năng kháng vi sinh vật của lysozyme giảm đi khi ra ngoài pH 3.5-7.0, vì vậy chất này cũng thường được sử dụng kết hợp với các chất kháng vi sinh vật khác. 

Một số ứng dụng bao bì năng động trong bảo quản thực phẩm

(Nguồn: Vilela et al. 2018. A concise guide to active agents for active food packaging.Trends Food Sci. Technol.)

Ứng dụng Ion và nano kim loại

Ion và nano kim loại thường được sử dụng trong các loại bao bì có tỉ lệ diện tích/thể tích cao và các sản phẩm có đặc điểm quang học đặc thù. Bạc, kẽm, TiO₂ là các chất được dùng phổ biến nhất và thường được kết hợp với nhau để tăng hiệu quả. 

Ion bạc ảnh hưởng tới quá trình vận chuyển electron và hấp thụ dinh dưỡng của vi sinh vật, gây rách tế bào. Ion bạc cũng có thể hình thành liên kết hóa học với a-xít nucleic, protein, và các enzyme, khiến các chất này không thể hoạt động trong tế bào. Tuy nhiên, ion bạc có thể tạo màu sắc khác thường và hiệu quả bị giảm với nhiệt độ thấp. Nồng độ kết hợp ion bạc với các polymer thường từ 1 đến 3%. Hiện FDA đã cho phép sử dụng AgNO₃ trong sản phẩm thực phẩm ở hàm lượng 0,017 mg/kg. Trong khối EU, bạc zeolite được cho phép sử dụng trong vật liệu tiếp xúc với thực phẩm ở nồng độ tối đa 5%, tỉ lệ khuếch tán vào thực phẩm tối đa 0,05 mg/kg. 

Bên cạnh đó, ZnO và TiO₂ đều đã được FDA chứng nhận GRAS (Generally Recognized As Safe), trong đó ZnO rất được quan tâm về khả năng chống nấm mốc trong bao bì dạng giấy và khả năng kháng vi sinh vật trong polymer. 

Tinh dầu 

Nhiều loại tinh dầu thực vật chứa thymol, carvacrol, eugenol như tinh dầu quế, nghệ, sả, đinh hương, xạ hương, v.v. có tính kháng vi sinh vật, chủ yếu là kháng vi khuẩn Gram dương. Nhóm nguyên liệu này được đặc biệt ưu ái do tên gọi không mang tính kỹ thuật, gây thiện cảm với người tiêu dùng. Tuy nhiên, để tránh tạo mùi không mong muốn và để đảm bảo ngưỡng giới hạn theo quy định, tinh dầu thường chỉ được sử dụng với hàm lượng từ 0,2 đến 2% - hàm lượng này có thể không đủ để có hiệu quả kháng một số loại vi sinh vật. 

Bên cạnh đó, do dầu có khả năng dẻo hóa polymer, việc kết hợp tinh dầu vào màng polymer thường khiến cấu trúc polymer trở nên lỏng hơn, giảm khả năng chống hơi nước và oxy. Vì vậy, tinh dầu thường được dùng để thay thế chất làm dẻo trong lớp polymer trong cùng của bao bì, tiếp xúc trực tiếp với thực phẩm. Hiện nay, tinh dầu thường được dùng trong bao bì thịt và hải sản (sống và đã chế biến), các sản phẩm rau quả tươi hoặc được sơ chế. 

A-xít hữu cơ

A-xít benzoic, sorbic, propionic, acetic là các a-xít hữu cơ thường được dùng trong bao bì thực phẩm do ít ảnh hưởng tới cảm quan chung của sản phẩm. Các a-xít yếu này được kết hợp vào màng bọc thực phẩm hoặc các sản phẩm bảo quản khác như túi, gói, vỏ bọc hút ẩm, chống nấm mốc, v.v. được đặt kèm trong túi, hộp sản phẩm. 

Tài liệu tham khảo: Sand. C. K. 2020. Antimicrobial Packaging on the Rise Again. Food Technology Magazine 74(10). 

Nguồn: khcncongthuong.vn