VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC – THỰC PHẨM
  
BÁO CÁO MÔN:
NHỮNG VẤN ĐỀ MỚI TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
ĐỀ TÀI:
ỨNG DỤNG CỦA KỸ THUẬT TRƯỜNG XUNG
ĐIỆN TRONG NGÀNH THỰC PHẨM
TP.HCM, tháng 3 năm 2011
Trường Đại Học Công Nghiệp TP.HCM Báo cáo tiểu luận
Viện CN Sinh Học – Thực Phẩm Những vấn đề mới trong thực phẩm
LỜI MỞ ĐẦU
Hòa nhịp cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật. Ngành công nghệ
thực phẩm cũng đang hướng tới việc phát triển những ứng dụng của kỹ thuật hiện đại
trong sản xuất thực phẩm. Hiện nay, có ba kỹ thuật hiện đại đang được ứng dụng
trong sản xuất thực phẩm đó là: kỹ thuật trường xung điện, kỹ thuật áp suất cao và kỹ
thuật siêu âm. Trong đó kỹ thuật trường xung điện đang được quan tâm khá nhiều.
Bởi những ưu điểm của kỹ thuật này hoàn toàn phù hợp với xu hướng của thị trường
người tiêu dùng thực phẩm.
Vậy kỹ thuật trường xung điện là gì? Nó được sử dụng như thế nào trong Ngành thực
phẩm? Những ưu điểm của kỹ thuật này là gì? Liệu người tiêu dùng có được hưởng
lợi gì từ kỹ thuật này hay không? Để giải đáp tất cả những câu hỏi đó chúng em đã
trải qua thời gian nghiên cứu và tìm hiểu. Bài tiểu luận này chính là kết quả cuối
cùng.
Tuy nhiên, do thời gian và trình độ còn hạn chế nên bài còn nhiều thiếu sót. Mong
thầy và các bạn góp ý thêm. Chúng em chân thành cảm ơn!
1
Trường Đại Học Công Nghiệp TP.HCM Báo cáo tiểu luận
Viện CN Sinh Học – Thực Phẩm Những vấn đề mới trong thực phẩm
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT TRƯỜNG XUNG ĐIỆN
1.1. Định nghĩa
Trường xung điện (PEF) là một phương pháp không sử dụng nhiệt trong bảo quản

các tụ điện và cuộn cảm và các thiết bị chuyển mạch trạng thái rắn (Hình 2).
Các xung lực phụ tải tức thì đảo ngược được đặc trưng bởi một phần electron ( + )
và một phần electron ( - )(Hình 3) với độ rộng khác nhau và độ cao các đỉnh của peak
3
Trường Đại Học Công Nghiệp TP.HCM Báo cáo tiểu luận
Viện CN Sinh Học – Thực Phẩm Những vấn đề mới trong thực phẩm
khác nhau. Chiều rộng của xung lực phụ tải tức thì đảo ngược với sự đảo ngược phụ
tải ở cuối xung động thì khác nhau đáng kể so với một xung lực lưỡng cực chuẩn.
Tại thời điểm sau đó, các cực của những xung lực được đảo ngược luân phiên với
thời gian nghỉ giữa những xung lực. Ngay cả với một xung lực tần số cao hơn (ví dụ,
1000 Hz), thời gian nghỉ của điện môi ở điện áp bằng không giữa những sóng xung
lực vuông 4 μs là 0,996 ms (Quass 1997). Những xung lực nghịch đảo tức thời có thể
làm giảm mạnh nhu cầu năng lượng thấp đến mức 1,3 J / ml (EPRI 1998).
Hình 3. Một vạch điện áp (V) của một xung lực nghịch đảo tức thời, a là chu kỳ xung
(s), b là độ rộng xung (μs), c là thời gian (s) tăng xung động để đạt e (kV), d là chiều
rộng tăng giảm đột biến (s), e là một điện áp đỉnh (kV), và f được một điện áp tăng
giảm đột biến (kV) (Hồ và những người khác 1995)
Dao động xung phân rã là những hiệu quả tối thiểu, bởi vì chúng ngăn chặn các tế
bào khỏi bị liên tục tiếp xúc với một trường điện cường độ cao trong một thời gian
4
Trường Đại Học Công Nghiệp TP.HCM Báo cáo tiểu luận
Viện CN Sinh Học – Thực Phẩm Những vấn đề mới trong thực phẩm
kéo dài, do đó ngăn ngừa các màng tế bào khỏi sự cố không thuận nghịch trên một
vùng lớn (Jeyamkondan và những người khác 1999).
1.3. Hiện trạng sử dụng trường xung điện trong ngành thực phẩm
Áp dụng công nghệ PEF đã được chứng minh thành công đối với việc thanh trùng
các loại thực phẩm như nước hoa quả, sữa, sữa chua, súp, và trứng lỏng. Áp dụng của
PEF chế biến bị hạn chế đối với sản phẩm thực phẩm không có bọt khí và có độ dẫn
điện thấp. Các kích thước hạt tối đa trong chất lỏng phải nhỏ hơn khoảng cách của các
khu vực xử lý trong khoang chứa để đảm bảo điều trị thích hợp. PEF là một phương

xung điện:
- Quá trình: cường độ điện trường, độ rộng xung, nhiệt độ và thời gian xử lý,
hình dạng của sóng xung.
- Vi sinh vật: chủng loại, số lượng, giai đoạn tăng trưởng của vi sinh vật.
- Các yếu tố sản phẩm: pH, độ dẫn điện, lực ion…
2.1.1. Các yếu tố quá trình
a. Cường độ điện trường
Cường độ điện trường là một trong những yếu tố chính ảnh hưởng đến khả năng vô
hoạt hóa các vi sinh vật (theo Hüshelguer và Niemann 1980; Dunne và cộng sự 1996).
Sự gia tăng số lượng các vi khuẩn bị vô hoạt tỷ lệ thuận với sự gia tăng cường độ điện
trường ( theo Qin và cộng sự, năm 1998). Điều này phù hợp với lý thuyết
electroporation. Trong đó, các tác động gây ra qua màng tế bào là tỷ lệ thuận với điện
trường áp dụng. Một số mô hình toán học thực nghiệm đã được đề xuất để mô tả mối
quan hệ giữa cường độ điện trường và sự vô hoạt của các vi khuẩn
Độ rộng của xung điện cũng ảnh hưởng đến khả năng vô hoạt các vi sinh vật. Ví dụ,
với độ rộng xung lớn hơn 50 µs thì E
c
là 4,9 kV/cm, còn với độ rộng xung nhỏ hơn
2µs thì E
c
là 40 kV/cm ( theo Schoenbach và những người khác 1997).
b. Thời gian xử lý
Thời gian xử lý là kết quả của số lượng xung và thời gian xung, theo đó sự gia tăng
bất kì của các yếu tố này sẽ làm tăng khả năng vô hoạt hóa các vi sinh vật (Sale và
6
Trường Đại Học Công Nghiệp TP.HCM Báo cáo tiểu luận
Viện CN Sinh Học – Thực Phẩm Những vấn đề mới trong thực phẩm
Hamilton 1967). Như đã nói ở trên, chiều rộng xung tăng hay giảm cũng ảnh hưởng
đến khả năng vô hoạt hóa các vi sinh vật bằng cách tác động đến cường độ điện
trường. Tuy nhiên, việc kéo dài thời gian xung có thể làm tăng nhiệt độ thực phẩm

1/5 đến 1/6 tổng số năng lượng và chi phí thiết bị. Tuy nhiên, các nghiên cứu sâu hơn
là cần thiết để chứng minh tác dụng vô hoạt hóa vi sinh vật của phương pháp này.
Một nghiên cứu tiến hành bởi Zhang và cộng sự (1997) cho thấy ảnh hưởng của
sóng vuông, sóng phân rã và các xung đảo ngược tức thì đến thời gian bảo quản của
nước cam. Ba loại dạng xung được sử dụng là:
1. Sóng vuông với điện trường cao 35 kV / cm, có chiều rộng xung là 37,22 μs và kéo
dài xung một thời gian là 60 ns.
2. Phân rã theo cấp số nhân với một sóng điện trường cao 62,5 kV / cm, có chiều rộng
xung là 0,57 μs và xung một thời gian là 40 ns
3. Xung đảo ngược với điện trường cao điểm là 37 kV / cm, có chiều rộng xung 0,96
μs, và xung một thời gian là 400 ns.
Kết quả nghiên cứu cho thấy sóng vuông có hiệu quả hơn so với hai sóng còn lại.
Qin và cộng sự (1994) cũng đã nghiên cứu khả năng vô hoạt của S. Cerevisiae khi sử
dụng hai dạng sóng là hình mũ phân rã và sóng vuông, ở cùng điều kiện điện trường
cao điểm là 12 KV/cm và 60J/xung. Kết quả này cho thấy cả hai dạng sóng đều cho
hiệu quả vô hoạt vi sinh vật, nhưng với sóng vuông thì cho hiệu quả tốt nhất.
d. Nhiệt độ xử lý
Kết quả thực nghiệm đã chứng minh rằng, nhiệt độ xử lý và nhiệt độ chế biến có ảnh
hưởng đến sự sống sót và phục hồi của vi sinh vật.
Xử lý bằng phương pháp PEF ở nhiệt độ vừa phải ( từ 50-60
o
C) đã được tiến hành
để cho thấy tác dụng của nhiệt độ đến vô hoạt hóa các vi sinh vật. Với cường độ điện
trường không đổi, mức độ vô hoạt hóa tăng theo sự gia tăng nhiệt độ. Cường độ điện
trường là nguyên nhân làm tăng nhiệt độ của một vài thực phẩm, vì vậy, việc làm
nguội là cần thiết để duy trì nhiệt độ của thực phẩm xuống thấp hơn những thực phẩm
được tạo ra bởi thanh trùng.
8