Trong những năm gần đây, việc tiêu thụ trái cây tươi đã tăng lên nhanh chóng. Điều này chủ yếu là do những lợi ích như cung cấp nhiều dưỡng chất thiết yếu, hàm lượng calo thấp và là thành phần quan trọng của một chế độ ăn uống cân bằng. 

Khoảng 20 – 40% trái cây và rau quả bị nhiễm độc và hư hỏng trên toàn thế giới do thiếu các phương pháp kéo dài thời hạn sử dụng thích hợp. Bên cạnh đó, bệnh lây truyền qua thực phẩm do vi khuẩn gây ra là một trong những vấn đề nghiêm trọng nhất về an toàn thực phẩm. Hàng năm, ước tính có khoảng 600 triệu người bị bệnh sau khi ăn thực phẩm bẩn, với 420 ca tử vong hàng năm. Tại Việt Nam, theo báo cáo của Quốc hội về giám sát việc thực hiện chính sách, pháp luật về an toàn thực phẩm, từ năm 2011 đến năm 2016 đã phát hiện 7 bệnh lây truyền qua thực phẩm, làm 4.012.038 ca mắc, 123 người tử vong. Vì vậy, việc sản xuất và bảo quản trái cây an toàn để giữ được độ tươi ngày càng trở nên quan trọng. 

Các phương pháp bảo quản trái cây phổ biến

Các phương pháp bảo quản trái cây hiện nay thường được phân loại thành các phương pháp vật lý, hóa học và sinh học. Mỗi phương pháp đều có đặc trưng riêng, tuy nhiên các kỹ thuật này đều dựa trên các cơ chế bảo quản chung là trì hoãn quá trình chín thông qua kiểm soát quá trình hô hấp, kiểm soát vi sinh vật gây hại và kiểm soát sự thoát hơi nước. 

Cho đến nay, các nhà nghiên cứu đã phát triển đa dạng các kỹ thuật bảo quản, các phương pháp phổ biến có thể kể đến là: bảo quản lạnh, chiếu xạ, sử dụng hóa chất, phương pháp sinh học sử dụng vi sinh hoặc ứng dụng bảo quản trái cây bằng công nghệ nano.

Bảo quản trái cây bằng phương pháp làm lạnh

• Bảo quản lạnh là phương pháp quan trọng và thiết yếu kéo dài thời hạn sử dụng của trái cây tươi – liên quan đến việc kiểm soát nhiệt độ môi trường bảo quản ở mức thấp. Tuy nhiên, do duy trì trong môi trường nhiệt độ thấp trong thời gian dài nên việc bảo quản lạnh trở nên tốn kém. Hiện tượng tổn thương do lạnh cũng có thể xảy ra, do các loại trái cây và rau quả khác nhau có giá trị giới hạn độ bền ở nhiệt độ thấp khác nhau. 

Bảo quản trái cây bằng phương pháp chiếu xạ

• Chiếu xạ thực phẩm là một phương pháp bảo quản thực phẩm không sử dụng nhiệt, tiết kiệm năng lượng, phi hóa học và vật lý. Công nghệ bảo quản bằng chiếu xạ có thể mang lại hiệu quả khử trùng tương đối cao mà không ảnh hưởng xấu đến các thông số dinh dưỡng trong trái cây. Bên cạnh đó, phương pháp còn một số hạn chế như chi phí đầu tư cao, độ nhạy cao của cường độ và thời gian chiếu xạ ảnh hưởng đến chất lượng trái cây, khó kiểm soát các điều kiện vận hành. 

Bảo quản trái cây bằng phương pháp dùng hóa chất

• Bảo quản sử dụng hóa chất, chẳng hạn như sử dụng Chlorine làm chất khử trùng cho trái cây và rau quả có ưu điểm là chi phí thấp, hiệu quả cao và dễ thực hiện. Tuy nhiên, việc bổ sung quá mức và bất hợp pháp các chất phụ gia bảo quản thực phẩm đã gây ảnh hưởng đến sức khỏe người sử dụng, khiến người tiêu dùng mất niềm tin vào sự an toàn của các chất phụ gia hóa học – thực phẩm. 

Bảo quản trái cây bằng phương pháp sinh học

• Bảo quản sinh học là một kỹ thuật bảo quản sử dụng hệ vi sinh vật (tự nhiên hoặc có kiểm soát) hay sử dụng chất chống vi trùng. Các sản phẩm lên men cũng như vi khuẩn có lợi thường được lựa chọn trong quá trình này để kiểm soát sự hư hỏng và ức chế mầm bệnh. 

Vi sinh vật thường được sử dụng là vi khuẩn lactic acid (LAB – Lactic acid bacteria) và các chất chuyển hóa của chúng. LAB có khả năng thể hiện các đặc tính kháng khuẩn, tạo ra hương vị và kết cấu độc đáo cho thực phẩm. Các hợp chất chính được sản xuất bởi LAB là bacteriocin, acid hữu cơ và Hydroperoxide. Do đặc tính không độc, không gây miễn dịch, chịu nhiệt và hoạt tính diệt khuẩn rộng, bacteriocin được coi là tác nhân bảo quản sinh học tốt. Bacteriocin LAB phổ biến nhất là nisin có ứng dụng rộng rãi trong ngành thực phẩm và đã được Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm (FDA) công nhận. Bên cạnh LAB, vi khuẩn và endolysin có vai trò đầy hứa hẹn trong chế biến, bảo quản và an toàn thực phẩm.

Bảo quản trái cây an toàn bằng các giải pháp ứng dụng công nghệ nano

Công nghệ nano được coi là một trong những công nghệ mũi nhọn của thế kỷ 21. Ứng dụng công nghệ nano trong bảo quản trái cây an toàn có thể khắc phục những nhược điểm của công nghệ bảo quản truyền thống. Các nguyên tử, phân tử hoặc đại phân tử được sử dụng trong phương pháp này có kích thước hạt được đo trong khoảng 1–100 nm, ở kích thước hạt này các vật liệu thường có các đặc tính độc đáo mà ở khoảng kích thước khác không có được, với tiềm năng ứng dụng cao.

Hiện nay, nhu cầu sử dụng công nghệ nano trong bảo quản trái cây an toàn trở nên ngày càng phổ biến không chỉ vì tính hiệu quả mà còn vì nhiều vật liệu trong số chúng có những nguyên tố thiết yếu cho cơ thể và không độc hại. 

Với kích thước hạt nhỏ – cỡ nanomet, các vật liệu cấu trúc nano có tỷ lệ diện tích bề mặt lớn, đặc tính kháng khuẩn phổ rộng và đặc tính rào cản hiệu quả cao, chúng có thể được coi là giải pháp khả thi để khắc phục nhược điểm của các kỹ thuật bảo quản truyền thống. Đồng thời, vật liệu có kích thước hạt nano cũng có tính chất ổn định trong nhiệt độ và áp suất cao.

*Đặc tính kháng khuẩn phổ rộng là tính chất sinh học của vật liệu có khả năng kháng cả hai loại vi khuẩn Gram âm và Gram dương

*Đặc tính rào cản là đặc tính của vật liệu bảo quản trái cây ngăn cản sự trao đổi khí và hơi nước giữa trái cây và môi trường

Việc ứng dụng công nghệ nano để bảo quản thực phẩm, trái cây đem lại nhiều lợi ích cho cả người sử dụng và nhà sản xuất. Ngày càng nhiều nhóm vật liệu nano được nghiên cứu và phát triển nhằm ứng dụng vào bảo quản thực phẩm, trái cây. Bảng 1 trình bày tóm tắt các nhóm vật liệu nano bảo quản thực phẩm được tổng hợp bởi Wenchao Liu và cộng sự, Nanotechnology – A shelf life extension strategy for fruits and vegetables, năm 2019.

Bảng 1: Ứng dụng vật liệu nano trong bảo quản trái cây an toàn trong các nghiên cứu

Trái cây	Thành phần nano	Hiệu quả
Táo	ZnO	So với mẫu được đóng gói bằng màng polyvinyl chloride truyền thống, thời gian bảo quản táo tươi cắt miếng được đóng gói bằng màng nano kéo dài hơn 6 ngày.
Đậu nành	ZnO	Nano-ZnO có thể ức chế đáng kể sự phát triển của các vi sinh vật phổ biến, bao gồm vi khuẩn, nấm men và nấm mốc.
Kiwi	ZnO	Với lớp phủ nano Zinc Oxide, Kiwi có hàm lượng ethylene thấp và ít mất nước hơn trong khi vẫn giữ được kết cấu so với mẫu đối chứng.
Cà rốt	ZnO	Nano-ZnO làm giảm tổng số đơn vị hình thành lạc khuẩn trong quá trình bảo quản và kéo dài thời hạn sử dụng lên gần 40 ngày.
Dâu tây	ZnO	Nano-ZnO có thể ức chế sự phát triển của vi sinh vật, làm giảm độ hụt khối và giữ các chất dinh dưỡng quan trọng của dâu tây.
Lựu	ZnO	Lớp phủ kích thước nano có thể làm giảm tổng số nấm men + nấm mốc và độ hụt khối.
Dưa chuột	Chitosan	Dưa chuột có phủ hạt nano chitosan có thể tăng cường hoạt tính chống oxi hóa cũng như kéo dài thời gian bảo quản.
Nhãn	Silica	So với xử lý đối chứng, nano silica có thể ức chế hoạt động của polyphenol oxidase và peroxidase có liên quan đến suy giảm chất lượng sản phẩm bảo quản. Đồng thời, các chất dinh dưỡng như tổng chất rắn hòa tan và vitamin C của quả nhãn được giữ lại tốt hơn.

Vật liệu có kích thước hạt nano được sử dụng trong mục đích bảo quản thực phẩm có thể được phân loại theo ba dạng: vô cơ, hữu cơ và kết hợp. Việc kết hợp vật liệu cấu trúc nano với polymer khác, phân tử sinh học hoặc tồn tại ở dạng tổng hợp có thể tạo ra vật liệu có kích thước hạt tương đối lớn hơn (>100 nm) dẫn đến sự hình thành nanocomposite. Những vật liệu nano có tỷ lệ thể tích bề mặt cao này thể hiện các đặc tính hóa lý đặc biệt ở độ hòa tan, độc tính, độ bền, từ tính, độ khuếch tán, quang học, màu sắc và nhiệt động lực học. 

Lĩnh vực công nghệ nano cũng là một phần không thể thiếu trong nghiên cứu và phát triển sản phẩm để sản xuất quy mô lớn các sản phẩm nông nghiệp, thực phẩm và đồ uống chế biến. Việc nghiên cứu, sản xuất và kiểm tra chất lượng các sản phẩm, vật liệu cấu trúc nano phục vụ cho việc bảo quản thực phẩm là một quá trình phức tạp. Và những thiết bị phân tích kích thước hạt nano đóng góp vài trò quan trong trong quá trình sản xuất các sản phẩm, vật liệu cấu trúc nano này.

Bạn có thể tham khảo thêm các bài viết liên quan đến phân tích kích thước hạt nano >>. Hoặc tìm hiểu thêm về ứng dụng của công nghệ nano trong các lĩnh vực thực phẩm đồ uống khác >>> Vai trò của phân tích cỡ hạt trong sản xuất cà phê >>> socola >>>

Các dòng máy phân tích kích thước hạt tiên tiến nhất của HORIBA

Máy phân tích kích thước hạt tán xạ Laser LA-350 Horiba

• Kích thước nhỏ gọn
• Phân tích nhanh
• Phần mềm đầy đủ tính năng
• Dễ sử dụng

Máy phân tích kích thước hạt tán xạ Laser LA-960V2 HORIBA

• Thiết kế quang học cải tiến
• Tự động căn chỉnh nguồn laser nhanh 
• Phạm vi góc đo lớn cho độ phân giải tín hiệu tốt.
• Thiết bị tán xạ laser ổn định
• Thời gian đo mẫu lỏng nhanh, hệ thống phân tán mạnh và đơn giản.
• Đo khô phân tán bột tự động hiệu quả.

Máy phân tích kích thước hạt nano (DLS) và trọng lượng phân tử SZ-100S2 HORIBA

Hai sản phẩm đo DLS đến từ HORIBA có các thông số kỹ thuật: 

• Phạm vi đo kích thước hạt: 0,3 nm đến 10 µm. 
• Trọng lượng phân tử: 1000 đến 2×10^7 Da (Đồ thị Debye) và 5.4×10^2 đến 2×10^7 Da (Phương trình MHS). 

Đặc biệt SZ-100Z2 HORIBA có khả năng đo thế Zeta từ – 500 đến + 500 mV.

Nguồn tham khảo:

• 2018, Veer Pal Singh, Recent approaches in food bio-preservation – a review 
• 2017, Caio G. Otoni và cộng sự, Recent Advances on Edible Films Based on Fruits and Vegetables — A Review, Institute of Food Technologists, 10.1111/1541-4337.12281
• 2019, Wenchao Liu, Nanotechnology – A shelf life extension strategy for fruits and vegetables
• 2014, Anu Kali và cộng sự, Novel Trends to Revolutionize Preservation and Packaging of Fruits/Fruit Products: Microbiological and Nanotechnological Perspectives.
• 2018, Vivek K. Bajpai, Prospects of using nanotechnology for food preservation, safety, and security
• 2017, Trepti Singh và cộng sự, Application of Nanotechnology in Food Science: Perception and Overview,  Frontiers in Microbiology, 10.3389/fmicb.2017.01501