Giáo trình Kỹ thuật bao bì thực phẩm - Phần 1

Nội dung text: Giáo trình Kỹ thuật bao bì thực phẩm - Phần 1

1. 13 siêu thị, cửa hàng. Bên cạnh đó, bao bì ngoài còn có mục đích bảo quản sản phẩm, cũng như bao bì của từng sản phẩm, không bị rách vỡ do va chạm cơ học trong lúc chuyên chở bốc dỡ hàng. Tóm lại, kỹ thuật bao bì sản phẩm thực phẩm bao gồm: sự bao bọc từng sản phẩm và đóng bao bì ngoài (bao bì đơn vị gửi đi), là một trong những nhân tố chính quyết định chất lượng toàn phần của sản phẩm thực phẩm chế biến công nghiệp. 1.2 ĐỊNH NGHĨA BAO BÌ THỰC PHẨM (Theo quyết định của Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng số 23 TĐC/QĐ ngày 20 tháng 2 năm 1995). Định nghĩa: Bao bì là vật chứa đựng, bao bọc thực phẩm thành đơn vị để bán. Bao bì có thể bao gồm nhiều lớp bao bọc, có thể phủ kín hoàn toàn hay chỉ bao bọc một phần sản phẩm. Bao bì phải đảm bảo chất lượng cho sản phẩm, có thể phân phối, lưu kho, kiểm tra và thương mại một cách thuận lợi. Có thể nói rằng bao bì TP được yêu cầu một cách nghiêm khắc về cấu tạo và chất lượng thông tin (cấu tạo gắn liền với phương pháp đóng bao bì). Hình 1.2: Các dạng bao bì Hình 1.2 giới thiệu các dạng bao bì của đơn vị sản phẩm. 1.2.1 Bao bì kín Những biểu tượng cho bao bì kín hoàn toàn (H.1.2a,b).
2. 14 Loại H.1.2a: bao bì kín một lớp bao bì. Loại H.1.2b: bao bì kín nhiều lớp. Loại H.1.2g,h: biểu tượng cho sản phẩm được bao gói nhiều lớp bao bì, với bao bì bao gói trực tiếp thực phẩm là bao bì kín hoàn toàn và các sản phẩm được sắp xếp thành kiện lớn trong các bao bì không kín. Bao bì kín chứa đựng sản phẩm làm nhiệm vụ ngăn cách không gian chung quanh vật phẩm thành hai môi trường (H.1.3): • Môi trường bên trong bao bì: là khoảng không gian tiếp xúc trực tiếp với thực phẩm. • Môi trường bên ngoài: là không gian bên ngoài bao bì, sẽ hoàn toàn không tiếp xúc với thực phẩm trong trường hợp bao kín (H.1.3). Bao bì kín ngăn cách môi trường ngoài không thể xâm nhập vào môi trường bên trong chứa thực phẩm nhằm đảm bảo chất lượng thực phẩm không bị biến đổi trong suốt thời hạn bảo quản. Hình 1.3: Bao bì chia môi trường thành hai phần: môi trường bên trong bao bì và môi trường bên ngoài bao bì Loại bao bì kín hoàn toàn được dùng bao bọc những loại thực phẩm chế biến công nghiệp, để đảm bảo chất lượng sản phẩm sau quá trình sản xuất và trong suốt thời gian lưu hành trên thị trường, cho đến tay người tiêu dùng. Bao bì bao gói trực tiếp thực phẩm là loại bao bì kín một lớp sẽ tiện lợi, đạt hiệu quả kinh tế cao trong công đoạn đóng bao bì (vì tiết kiệm được thời gian, công sức và tự động dễ dàng). Nhưng thông thường một lớp bao bì chỉ cấu tạo bằng một loại vật liệu thì không đảm bảo độ kín hoàn toàn do mỗi loại vật liệu đều có khuyết điểm. Do đó bao bì một lớp thường được cấu tạo dạng ghép của nhiều loại vật liệu để khắc phục khuyết điểm của từng loại vật liệu riêng lẻ.
3. 15 1.2.2 Bao bì hở (hay chỉ bao bọc một phần sản phẩm) (H.1.2c,d,e,f) Loại H.1.2c,d,e,f: biểu tượng cho dạng bao bì hở, thành phẩm được tiếp xúc với môi trường ngoài. Loại H.1.2c,d,f là loại bao bì hở chỉ gồm một lớp bao bì. Loại H.1.2e: biểu tượng cho bao bì hở gồm hai lớp bao bì. Bao bì hở gồm có hai dạng: - Bao bì hở bao gói trực tiếp loại rau quả hoặc hàng hóa tươi sống, các loại thực phẩm không bảo quản lâu, hoặc chế biến ăn ngay. Các loại rau, hoa, quả tươi sau thu hoạch, chưa chế biến thì vẫn còn hô hấp và cần được duy trì quá trình hô hấp hiếu khí một cách thích hợp (có điều chỉnh), để có thể kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm trong quá trình chuyên chở tới nơi sử dụng, thì bao bì bao để đóng gói rau quả tươi được làm bằng vật liệu có khả năng thấm được hơi nước, O2 , CO2 . Người ta có thể đục lỗ trên bao bì để thoát khí CO2 , hơi nước và cung cấp O2 ở mức độ cần thiết cho rau quả tươi; duy trì được quá trình hô hấp hiếu khí, tránh không xảy ra quá trình hô hấp yếm khí gây hư hỏng rau quả tươi. - Bao bì hở còn có thể là lớp bao bì bọc bên ngoài lớp bao bì chứa đựng trực tiếp thực phẩm, có nhiệm vụ quan trọng là tạo sự xếp khối sản phẩm để thuận tiện, an toàn trong vận chuyển, phân phối, kiểm tra, lưu kho. Ví dụ: các loại bao bì vận chuyển dạng thùng khối chữ nhật, bằng bìa cứng gợn sóng, các két bằng plastic đựng chai nước giải khát, bia. Đối với các loại thực phẩm không được chế biến theo qui mô công nghiệp, hoặc những thức ăn thức uống được bao gói sẵn chỉ có thể tiêu dùng trong vòng 24 giờ, thì bao bì của chúng không thuộc phạm vi qui định trong định nghĩa bao bì trên đây. Tính chất bao bì kín hay hở được quyết định bởi vật liệu làm bao bì, và phương pháp đóng sản phẩm vào bao bì, cách ghép kín các mí của bao bì. Vật liệu của bao bì kín phải đáp ứng tính chống thấm tất cả các yếu tố từ môi trường bên ngoài cũng như bên trong bao bì: - Sự xâm nhập của không khí, oxy, CO2, hơi nước, nước, các loại khí hơi, mùi hương, chất béo Phương pháp đóng sản phẩm vào bao bì, kiểu dáng bao bì, cách hàn ghép mí bao bì lại phụ thuộc vật liệu bao bì được chọn.
4. 16 1.3 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA BAO BÌ VÀ KỸ THUẬT BAO BÌ THỰC PHẨM 1.3.1 Lịch sử phát triển vật liệu bao bì Lịch sử bao bì thực phẩm đã nói lên sự tiến bộ của công nghệ thực phẩm cùng với công nghệ vật liệu làm bao bì, đồng thời phản ảnh sự phát triển của xã hội loài người qua các thời kỳ. Thực phẩm mà chúng ta đang sử dụng hàng ngày có nguồn nguyên liệu xuất xứ từ nhiều vùng đất, nhiều quốc gia trên thế giới và được xử lý chế biến theo sự kết hợp phong thái của nhiều nền văn hóa khác nhau và biến đổi theo sự phát triển của xã hội. Bao bì thực phẩm có một trong các chức năng quan trọng là chứa đựng và bảo quản chứa thực phẩm, nên đã gắn liền với nhu cầu sinh hoạt ăn uống của con người theo từng thời kỳ. Từ thời kỳ đồ đá, vật chứa đựng thức ăn thức uống chính là những khúc gỗ rỗng, những quả bầu bí đã để khô, vỏ sò ốc. Sau đó con người đã biết dùng một số bộ phận của thú rừng để làm vật chứa đựng như: da, xương, sừng , Bên cạnh đó, họ cũng biết dệt lông thú hoặc cành nho, cỏ lác thành tấm và tạo thành túi chứa đựng. Đến thời kỳ đồ đá mới, loài người đã biết chế tạo vài đồ chứa bằng kim loại có hình dạng như chiếc sừng và phát hiện ra đất sét chế tạo đồ gốm. Hơn 4000 năm trước, người Moenjo-Daro (thuộc vùng đất Pakistan ngày nay) đã biết dùng da thú bịt kín các lọ, bình bằng gốm để giữ ẩm cho lúa mì, lúa mạch được chứa đựng trong đó. Khoảng 530 năm trước công nguyên, người dân Ba Tư đã biết dùng bình gốm sứ đựng rượu vang và nước. Bên cạnh đó, thủy tinh cũng đã được con người phát hiện rất sớm. Khoảng 1500 năm trước công nguyên, con người đã dùng lọ thủy tinh để chứa những chất lỏng. Năm 79 sau công nguyên, người La Mã đã sử dụng các bình lọ thủy tinh làm vật chứa đựng đồng thời với đồ gốm sứ. Trong thời kỳ này, hàng hóa như rượu vang xuất khẩu cũng được chứa đựng trong bình to bằng đất sét nung. Những vùng dân cư như bộ tộc Sepape đã phát minh ra thùng tròn bằng gỗ được lắp chặt khít bằng những mảnh gỗ theo lỗ mọng, có nắp đậy và được niềng chặt bằng những móc sắt. Vào thế kỷ 15, triều đại nhà Minh (1368-1644) ở Trung Quốc đã thiết lập trung tâm trao đổi thương mại đồ gốm sứ với vùng Nam, Tây Á và Ai Cập. Cũng vào thời kỳ này, các vùng dân cư đã vượt đường xa để đến trao đổi lương thực, hàng hóa. Do đó, các phương pháp bao gói để bảo quản lương thực, đáp ứng yêu cầu vận chuyển trong thời gian dài qua những vùng khí hậu khắc nghiệt, đã bắt đầu được phát hiện và biết đến. Lương thực như ngũ cốc được ổn định nhiệt độ và làm ẩm trong suốt quá trình vận chuyển trong những túi da có pha cát, và xoắn miệng túi lại để đạt độ kín.
5. 17 1.3.2 Các loại vật liệu bao gói Giấy Được phát minh ra nhằm mục đích thay thế cho đá, gỗ, vỏ cây, da thú mà loài người dùng để viết lên trước đó. Người Trung Quốc đã phát minh ra giấy viết đầu tiên vào năm 105, giấy được làm từ sợi lanh. Kể từ năm 751, kỹ thuật sản xuất giấy được truyền sang miền Tây Á, sau đó phổ biến ở các nước châu Âu và châu Mỹ. Vào thế kỷ thứ 16, chính người Trung Quốc đã phát minh ra giấy bìa cứng. Kỹ thuật làm giấy được phát triển không ngừng, đến năm 1867, công nghệ sản xuất giấy từ bột gỗ xuất hiện và đến giữa năm 1800 giấy bìa gợn sóng (giấy carton gợn sóng) được phát minh, mở ra một kỷ nguyên mới cho ngành bao bì. Giấy bìa gợn sóng được sử dụng làm bao bì ngoài cho đa số các loại sản phẩm, vì nó có tính bền cơ rất cao, có thể bảo vệ sản phẩm chứa đựng bên trong, chống lại những tác động cơ học. Bên cạnh đó, đặc tính nhẹ của giấy bìa gợn sóng rất hiệu dụng khi vận chuyển, bốc dỡ hàng hóa. Ngoài ra, giấy bìa gợn còn có thể tái sản xuất, tiết kiệm nguyên liệu, ít gây ô nhiễm môi trường. Thủy tinh Năm 1550 trước công nguyên, vật liệu thủy tinh được phát hiện, và những chai lọ thủy tinh màu được chế tạo. Đến năm 1200 sau công nguyên, người ta còn dùng thủy tinh làm chất men phủ lên bề mặt các sản phẩm gốm sứ. Năm 1200 sau công nguyên, con người ta đã khắc vẽ trên khuôn đúc để tạo ra vật dụng bằng thủy tinh có hình ảnh. Công nghệ sản xuất thủy tinh qua nhiều thế kỷ đã đạt đến trình độ cao, nhưng giá thành sản phẩm vẫn còn đắt. Từ thế kỷ 18 bước sang thế kỷ 19, nền khoa học kỹ thuật thế giới tiến bộ và phổ biến nhanh nên giá thành sản phẩm thủy tinh đã hạ xuống thấp. Cũng trong thời kỳ này, xuất hiện yêu cầu sản xuất chai thủy tinh đựng rượu Whisky và các thức uống khác, đó chính là tác nhân đã đưa công nghệ sản xuất thủy tinh đạt đỉnh cao. Đồ gốm Đồ gốm trở thành đồ gia dụng để chứa đựng thực phẩm, dùng làm chén đĩa ăn uống từ rất lâu đời và phổ biến khắp thế giới. Trước khi tồn tại công nghệ đóng bao bì chân không và thiết bị lạnh vào thế kỷ 19, những đồ dùng bằng gốm màu xám hoặc nâu, được trang trí bằng các oxyt kim loại màu, thường được dùng để chứa mọi thứ từ bơ và thịt muối đến rượu quả. Các thương nhân cũng dùng các bình bằng gốm để chứa nhựa thông, axit và các loại chất lỏng công nghiệp khác; họ đã sử dụng hình ảnh trang trí trên các bình gốm để quảng cáo cho sản phẩm.
6. 18 Đồ gốm được sản xuất lần đầu tiên vào thế kỷ 15. Nước Đức nổi tiếng bởi những loại men sứ làm từ các loại muối vô cơ; chính men sứ đã làm cho bình gốm cứng hơn và an toàn hơn những bình gốm có lớp men chứa chì. Ngành đồ gốm đạt đỉnh cao vào thế kỷ 18-19, sau đó thì nó nhường chỗ cho các loại vật liệu và bao bì khác. Sắt tráng thiếc Khoảng năm 1200, những người thợ thủ công Bohemia đã phát hiện ra phương pháp mạ thiếc lên những tấm sắt mỏng. Phát minh này được giữ bí mật trong suốt 400 năm, nhưng năm 1620, một Công tước xứ Saxony đã lấy được bí mật này. Thời kỳ đồ sắt mang lại những nguyên liệu và máy móc mới cho việc cuộn thép tấm và tráng thiếc. Sự kiện thép thay thế sắt và những hợp kim cứng khác, đã tạo điều kiện sản xuất các cỡ tấm hay lá kim loại rất mỏng. Từ đó đã phát triển và tồn tại công nghệ chế tạo lon, hộp bằng thép tấm, nhôm, hợp kim của nhôm và đi đến hoàn hảo như hiện nay. Nhôm Vào năm 1825, nhà nghiên cứu Oersted sản xuất ra được những hạt nhôm đầu tiên. Việc tinh luyện nhôm rất khó khăn nên vào năm 1825, giá nhôm là 545USD/Lb. Hoàng đế Napoleon thường sử dụng thìa và nĩa bằng nhôm khi tiếp các vị khách đặc biệt. Những đồ trang sức vào thời Nữ hoàng Victoria cũng được làm bằng nhôm. Năm 1854, Deville và Bunsen đã cải thiện phương pháp tinh luyện nhôm, do đó vào năm 1885, giá nhôm đã giảm xuống 11,33USD/Lb, tuy vẫn còn khá cao. Năm 1886, Heroult và Hall phát hiện phương pháp điện phân hiện đại hơn, để tách nhôm từ oxyt nhôâm. Năm 1888, Bayer tìm ra phương pháp rẻ tiền hơn để tách nhôm từ quặng boxit. Năm 1982, giá đã giảm xuống còn 0,57USD/Lb và đến năm 1942, giá giảm xuống 0,14USD/Lb. Khi giá cả đã ở mức hợp lý, nhôm được sử dụng cho nhiều mục đích. Đặc tính mềm dẻo của nó cho phép chế tạo lá nhôm một cách dễ dàng. Lá nhôm đầu tiên được sản xuất vào khoảng năm 1910, và trong đầu những năm 1920, kỹ thuật cuộn và in trên nhôm được hoàn thiện. Kỹ thuật đúc nhôm để sản xuất các loại lá nhôm xuất hiện vào cuối những năm 1970. Thiếc, chì và các kim loại khác Vào thời xưa, các loại hộp và cốc được sản xuất từ vàng và bạc, nhưng chúng quá đắt cho những nhu cầu thông thường. Người La Mã cổ xưa thường sử dụng chì trong nhiều thứ, bao gồm cả ống dẫn nước. Ngày nay, vẫn còn lại những bằng chứng cho thấy chì đã được sử dụng để hàn các hộp, lon bằng kim
7. 19 loại. Họ cũng tìm cách chế tạo tấm hay lá chì rất mỏng và vì không biết đến tính độc hại của chì nên đã dùng nó để gói thực phẩm. Những lá chì đã được sử dụng để bao bọc trực tiếp trà và thuốc lá trong các hộp trà hoặc thuốc lá từ những năm 1826-1930. Lá thiếc có phạm vi sử dụng rất lớn. Hầu hết những hợp kim của thiếc được sản xuất từ thiếc, chì, antimon, kẽm hoặc đồng và được sử dụng phổ biến do thiếc tinh khiết rất khó cuộn lại. Vào những năm 1930, phó mát được gói bằng thiếc lá có pha antimon; thiếc lá cũng được dùng để bao gói chocolate vào những năm 1940. Chất dẻo Việc nghiên cứu thay thế nguyên liệu cho các quả banh billard bằng ngà đã dẫn đến việc tìm ra cellulose nitrat vào năm 1845. Vào năm 1862, những hạt nhựa nhỏ đầu tiên được trưng bày tại một cuộc triển lãm lớn ở Luân Đôn. Vào năm 1870, nhà nghiên cứu Hyatt tạo ra celluloid, là hỗn hợp của cellulose nitrat và camphor. Đây là một trong những thành công đầu tiên của chất dẻo nhân tạo, về phương diện vật liệu lẫn thương mại. Do celluloid và những sản phẩm cellulose nitrat rất dễ cháy, nên các nhà nghiên cứu tiếp tục tìm kiếm những hợp chất khó cháy hơn như cellulose acetat có thể hòa tan trong aceton, (hiện được dùng rộng rãi trong ngành sơn mài). Sợi viscose hay cellulose xanthate dùng trong phục hồi các sợi cellulose và màng chất dẻo được tìm ra năm 1892. Sợi viscose được sử dụng rộng rãi ở châu Âu khoảng giữa năm 1912 tới 1914; và màng cellophane được giới thiệu ở Mỹ vào năm 1924. Sự thêm vào lớp phủ cellulose nitrat giúp cho bao bì có khả năng chống ẩm tốt hơn. Cho tới năm 1950, cellophane vẫn chiếm ưu thế hơn so với các loại vật liệu bao gói khác. Màng casein được giới thiệu vào năm 1899. Các loại nút và khóa bằng casein-formaldehyde được dùng rộng rãi trong suốt những năm 1920. Nhựa casein vẫn được dùng cho đến ngày nay dưới dạng chất keo dán là nhũ tương của casein và nhựa dẻo. Những loại nhựa khác được làm từ quá trình polyme hóa formaldehyde vào những năm cuối của thế kỷ 19 là phenol- urea-, và melamine formaldehyde. Trong những năm 1930-1940 melamineformaldehyde được dùng như chất làm tăng độ bền của giấy chống thấm ướt. Styren được chưng cất lần đầu tiên từ nhựa cây balsam vào năm 1831 và từ đó quá trình polyme hóa styren được chú ý. Vào năm 1866, styren được sản xuất từ benzene, được chưng cất than đá. Từ thành công này, polystyren được sử dụng rộng rãi, nhưng do tính giòn, có thể dễ vỡ, mảnh vỡ gây nguy hiểm trong trường hợp làm đồ chơi trẻ em, hay bình chứa đựng thực phẩm. Do đó
8. 20 đưa đến hợp chất mới tốt hơn so với polystyren và cao su tổng hợp. Sự phát triển kế tiếp là: styren, acrylonitrile và butadien được đồng polyme hóa để sản xuất nhựa ABS. Vào năm 1950, xốp polystyren (EPS) được giới thiệu và sau đó được dùng làm tấm cách nhiệt và vật liệu đệm. Quá trình nghiên cứu cao su thiên nhiên đã dẫn tới việc phát minh ra các lớp phủ bằng cao su lên các vật liệu xây dựng. Tiếp theo đó, rất nhiều loại cao su tổng hợp có gốc dien được chế tạo ra trong các phòng thí nghiệm. Vào năm 1933, cao su butadien-styren được giới thiệu, đó là hợp chất Buna S, rất quen thuộc trong Thế chiến thứ II. Hợp chất tương tự, Buna N, cũng là một sản phẩm thời kỳ chiến tranh. Vào những năm 1950, ngành hóa học về cao su đã có những bước tiến rất nhanh, về tính đàn hồi của cao su đã được sử dụng rộng rãi như thành phần của keo trong bao bì. Monomer vinyl chloride (VCM) được sản xuất lần đầu tiên năm 1835, và polyvinylchloride (PVC) được tìm ra vào năm 1872. Đến năm 1912, PVC được sản xuất để làm vật cách nhiệt cho dây cáp. Polyvinyl acohol được sản xuất vào năm 1924 từ polyvinyl acetat bị thủy phân. Người ta nhận thấy polyvinyl acetat quá mềm và polyvinyl chloride quá cứng; do đó vào năm 1928 vinyl acetat và vinyl chloride được đồng trùng hợp. Hợp chất này được chứng minh là rất hữu dụng. Với sự thêm vào của chất hóa dẻo, một loạt các tấm phủ được sản xuất. Những màng che và áo mưa được sản xuất lần đầu tiên trong những năm 1940 rất nặng mùi chất làm dẻo, tuy nhiên khi kỹ thuật phát triển, người ta đã tìm ra các loại polyme và chất hóa dẻo tốt hơn. Vào năm 1958, màng PVC có thể co dãn do nhiệt được giới thiệu. Hợp chất đồng trùng hợp VC-acrylic có độ rắn cao. Hợp chất đồng trùng hợp của vinylchloride và vinyl ether được dùng trong sơn mài. Polyvinylidene chloride (PVDC) được tìm ra năm 1838. Hạt monomer tinh khiết được tổng hợp vào năm 1872 và polyme PVDC được tổng hợp năm 1916. Chất này có khoảng nhiệt độ nóng chảy rất hẹp, khá giòn và cứng. Vào năm 1936, sản phẩm đồng trùng hợp của VC và VDC được sản xuất, lần đầu tiên. Hợp chất polyester đầu tiên được tìm ra năm 1847. Ester acrylate được chế tạo vào năm 1873 và methyl acrylate được trùng hợp năm 1880. Polyacrylate được sản xuất lần đầu tiên năm 1927, và polymethyl methacrylate vào năm 1933. Polyethylene-glycol-terephthalate (PET) được tìm ra đầu tiên vào năm 1941 và được sản xuất vào những năm 1950 dưới dạng màng Mylar. Một trong những sự phát triển quan trọng nhất có liên quan đến bao bì xảy ra năm 1933, khi Fawcett và Gibson thuộc Công ty Hóa chất Công nghiệp Imperial (ICI) đã tìm ra polyethylene (PE) đầu tiên, được xử lý ở áp suất cao. Nhựa PE được sử dụng đầu tiên làm tấm bao bọc các sợi dây cáp điện thoại ngầm, và trong suốt thế chiến thứ II nó được sử dụng như chất bao bọc các dây