Ứng dụng ozone trong ngành công nghiệp thực phẩm

Các sản phẩm nông nghiệp như rau, trái cây, thịt và các sản phẩm dạng lỏng dễ bị hư hại về vật lý, hóa học và vi sinh do hàm lượng chất hữu cơ và độ ẩm cao. Mặt khác, người tiêu dùng đòi hỏi thực phẩm chất lượng cao phải tươi, sạch, tốt cho sức khỏe và an toàn. Ozone có thể được sử dụng để làm sạch thực phẩm thay thế hoặc bổ sung. Hiệu quả của ozone chống lại các vi sinh vật gây ô nhiễm có trong nông sản phụ thuộc vào một số yếu tố. Dưới đây là các ứng dụng của ozone trong ngành chế biến thực phẩm.

Xử lý ozone trên rau và trái cây

Theo truyền thống, xử lý bằng ôzôn trong ngành công nghiệp chế biến rau quả đã được thực hiện để khử nhiễm bề mặt của toàn bộ trái cây và rau quả bằng cách xử lý khí hoặc rửa bằng nước có ôzôn. Một số nghiên cứu đã được báo cáo liên quan đến việc đánh giá quá trình xử lý ozon hóa đối với trái cây và rau quả. Barth và cộng sự đã đánh giá mức độ tiếp xúc với ozone để ngăn ngừa sự phân hủy của nấm trên quả mâm xôi đen không gai. Trái cây được thu hoạch và bảo quản trong 12 ngày ở 2 ∘ C trong ôzôn 0,0, 0,1 và 0,3 ppm, sau đó được đánh giá về sự thối rữa do nấm (Botrytis cinerea), anthocyanines, màu sắc và hoạt động của peroxidase. Kết quả cho thấy rằng việc bảo quản bằng ozone có thể ngăn chặn sự phát triển của nấm trong 12 ngày, trong khi 20% số trái cây đối chứng có dấu hiệu thối rữa. Quả được xử lý không cho thấy tổn thương khuyết tật có thể quan sát được. Trong khi đó Kondo et al. báo cáo giảm hơn 90% tổng số lượng vi khuẩn khi xử lý cải bắp Trung Quốc bằng nước ozon hóa (2,3 mg / L) trong 60 phút. Whangchai, Saengnil, Uthaibutra đã quan sát ảnh hưởng của ozone lên quần thể vi sinh vật bề mặt đối với sự thối rữa của nhãn và sau thu hoạch. Họ báo cáo rằng xông hơi bằng ozone ở 200 μ L. L -1 đã ức chế hiệu quả sự phát triển của Lasiodiplodia sp và hoàn toàn ức chế sự phát triển củaCladosporium sp. Quả nhãn tiếp xúc với ozone trong 60 phút có lượng vi sinh vật giảm mạnh nhất. Trong một loại trái cây khác, Botondi et al.  báo cáo rằng ozone có thể làm giảm 50% nấm và men trong rượu nho. Sốc khử trùng ozone (1,5 g / h) trong 18 giờ trước khi khử nước nho có thể được sử dụng để giảm số lượng vi sinh vật trong quá trình khử nước mà không ảnh hưởng đến hàm lượng polyphenol và carotenoid. Xử lý ozone để bảo quản rau theo báo cáo của Musaddad, việc ngâm súp lơ mới cắt trong nước bình thường (không có ozone) có thể làm giảm vi sinh vật 0,75 log CFU / g. Việc sử dụng nước ozone với 0,5 ppm và 1,0 ppm làm giảm tổng số vi sinh vật nhiều hơn, là 1,08 log CFU / g và 1,09 log CFU / g. Trong khi đó, nghiên cứu được thực hiện bởi Rodger et al. đang sử dụng nước ozone với nồng độ ban đầu là 1,3 ppm. Sau khi cho rau diếp vào, ozone được thổi tới bát trong 3 phút, dẫn đến vi sinh vật trung bì 1,2 log CFU / g và vi sinh vật hướng tâm 1,8 log CFU / g bị vô hiệu hóa. Trong khi đó, ứng dụng ozon hóa trên ớt đỏ tiếp xúc với một số nồng độ ozone khác nhau và thời gian xử lý đã được báo cáo bởi Setiasih et al. Phương pháp điều trị được sử dụng là ớt đỏ không ngâm trong nước và ớt đỏ ngâm trong nước ion hóa 1,9 ppm trong 5 phút. Kết quả cho thấy rằng ngâm trong nước ozon hóa có thể giảm 13,35% trọng lượng giảm, 9,64% hoàn toàn vi sinh vật, 14,44% tỷ lệ thay đổi độ cứng, 51,42% thuốc trừ sâu, không ảnh hưởng đến tỷ lệ suy giảm vitamin C và có thể duy trì độ sáng của màu sắc, độ ẩm và các đặc điểm cảm quan (màu sắc, kết cấu và hình dáng tổng thể).

Ozone tiêu diệt vi sinh vật bằng cách oxy hóa các thành phần tế bào như nhóm sulfhydryl của axit amin trong các enzym và oxy hóa màng tế bào. Tiếp xúc lâu hơn với ozone sẽ làm hỏng màng tế bào. Các sợi nấm xâm nhập vào quả qua lớp màng làm cho quả dễ bị thối rữa. Nghiên cứu được thực hiện bởi Karaca và Veliough cho thấy rằng xoài ngâm trong nước bị ozon hóa làm tăng giảm lượng đường, tổng chất rắn hòa tan và độ chua khi thời gian ngâm lâu hơn. Trong khi đó, hàm lượng vitamin C, các đặc tính vật lý như màu sắc, hương vị và độ mềm giảm theo thời gian ngâm. Những thay đổi có thể là do khả năng ôxy hóa vitamin C.Tuy nhiên, nó cho thấy các kết quả khác nhau và cho thấy rằng việc ngâm xoài trong nước ozon hóa dẫn đến các giá trị tổng độ axit, tổng lượng cacbohydrat hòa tan, vitamin C và hàm lượng flavonoid cao hơn. Các tác giả lập luận rằng quá trình ozon hóa có thể thúc đẩy căng thẳng dẫn đến tốc độ hô hấp cao hơn, do đó làm tăng khả năng hòa tan của dự trữ polysaccharide. Quá trình oxy hóa cũng có thể gây ra căng thẳng tổn thương cho tế bào, dẫn đến tăng hàm lượng vitamin C.

Ảnh hưởng của ozone đối với các đặc tính hóa học phisico rõ ràng là phụ thuộc vào liều lượng. Rõ ràng là từ nghiên cứu về đu đủ của Ong et al rằng xông hơi ozone ở mức 5 ppm có thể làm giảm tốc độ hô hấp và làm chậm quá trình chín so với đối chứng. Tuy nhiên, nồng độ ôzôn cao hơn dẫn đến sản sinh nhiều ethylene hơn và làm tổn thương mô. Điều này có nghĩa là cần có mức ozone thích hợp để kích hoạt cơ chế bảo vệ chống oxy hóa và kéo dài thời hạn sử dụng của trái cây. Nghiên cứu trên dứa cắt tươi, chuối pisang mas và ổi cho thấy tác dụng khác nhau về vitamin C, tổng số phenol và flavonoid. Việc tiếp xúc với khí ôzôn có thể làm tăng hàm lượng polyphenol và tổng hàm lượng flavonoid trong quá trình xử lý trong thời gian 20 phút đối với dứa và chuối, trong khi khoảng 10 phút đối với sự gia tăng hàm lượng flavonoid của ổi. Tuy nhiên, sự gia tăng tổng phenol và flavonoid trong những loại trái cây này cùng với sự gia tăng thời gian xử lý có thể làm ảnh hưởng đến hàm lượng vitamin C cho thấy hàm lượng giảm khi thời gian xử lý tăng lên. Để khuếch đại lợi ích của việc xử lý bằng ozone, sẽ rất thuận lợi nếu kết hợp phương pháp điều trị với một phương pháp khác là Whangchaiet al đã thực hiện bằng cách kết hợp xử lý với axit hữu cơ. Người ta thấy rằng quả nhãn được xử lý bằng ozon kết hợp với axit oxalic hoặc axit xitric sẽ ít bị hóa nâu hơn và giảm polyphenol oxidase.

Sau khi khử độc quả dâu với ozone, chúng tươi hơn và được bảo quản trong thời gian dài hơn

Xử lý ozone trên các sản phẩm thịt

Thân thịt bò có khả năng bị nhiễm phân thông qua quy trình mặc quần áo thông thường. Vì những vi khuẩn này có thể bao gồm mầm bệnh, nên cần quan tâm đến việc áp dụng các phương pháp điều trị kháng sinh, như ozon hóa thân thịt bò để loại bỏ bất kỳ sự ô nhiễm phân và mầm bệnh nào có thể có. Greer và Jones đã đánh giá tác động của việc xử lý bằng ozone ở dạng khí đối với cấu hình hư hỏng của vi khuẩn thân thịt bò và chất lượng thịt và sự co rút của thân thịt. Họ đặt một bên thân thịt bò đã được ghép nối vào một máy làm mát được cung cấp với hệ thống tạo ôzôn liên tục và so sánh các phát hiện với cách làm lạnh thông thường. Họ phát hiện ra rằng sự phát triển của vi khuẩn psychrophic bị chậm lại trên bề mặt thân thịt khi ở trong khí quyển ozone. Tuy nhiên, xử lý thân thịt bằng bầu không khí ozone không làm giảm sự phát triển của vi khuẩn trên miếng bít tết từ những thân thịt này. Việc giảm thiểu mầm bệnh do vi sinh vật gây ra là rất quan trọng trên bề mặt thân thịt và mô để cải thiện độ an toàn của các vết cắt nguyên vẹn, toàn bộ cơ bắp. Tuy nhiên, việc giảm thiểu vi sinh vật gây bệnh trên thịt bò vụn dùng cho thịt bò xay cũng rất quan trọng và là một thách thức rất lớn.

Thịt được bảo quản với đá ozone hóa

Stivarius đã đánh giá tác động của ôzôn ở các mức độ phơi nhiễm khác nhau và của clo điôxít như các phương pháp xử lý cắt tỉa thịt bò đối với các đặc điểm vi sinh vật thịt bò xay. Đối với nghiên cứu, họ đã cấy vào thịt bò vi khuẩn E. coli và S. typhimurium . Sau đó, thịt bò được xử lý bằng nước ozon hóa 1% trong 7 phút hoặc 15 phút, hoặc với 200 ppm clo dioxide, và so sánh với đối chứng. Thịt bò xay sau đó được sản xuất từ ​​thịt bò, đóng gói và đưa vào các cửa hàng bán lẻ mô phỏng trong tối đa 7 ngày. E. coli , S. typhimurium, đếm số lượng coliform và đĩa hiếu khí được thực hiện trên thịt bò xay trong quá trình trưng bày. Kết quả cho thấy rằng quá trình xử lý bằng ozone trong 15 phút đối với thịt bò có hiệu quả trong việc giảm tất cả số lượng vi sinh vật được đo trong thịt bò xay, trong khi xử lý bằng ozone trong 7 phút làm giảm đáng kể số lượng đĩa hiếu khí và S. typhimurium .

Ozone đã được sử dụng như một tiền xử lý trước khi nấu để xác định bất kỳ hoạt động hiệp đồng nào đối với việc khử vi sinh vật. Novak và Yuan xử lý bề mặt thịt bò với ozone tiếp theo nấu ăn tại 45-75 ∘ C Các tác giả báo cáo một log CFU / greduction trong enterotoxin sản xuất chủng 1-2 C. perfringens . Hơn nữa, số lượng bào tử cũng được quan sát thấy giảm, nhưng chỉ thu được một mức giảm rất thấp, chứng tỏ rằng bào tử có khả năng chống lại ozone cao hơn nhiều so với xử lý nhiệt. Các tác giả kết luận rằng việc xử lý bằng ôzôn sau đó là xử lý nhiệt cho phép giảm nhiệt độ đun nấu mà thông thường sẽ không làm giảm nhiệt độ của chính nó. Ozone cũng đã được đánh giá về hiệu quả chống lại L. Monocytogenestrong các sản phẩm ăn liền như giăm bông. Jhala và cộng sự. đã báo cáo về tác động của ozone và một vi khuẩn từ vi khuẩn Propionibacterium shermanii đối với L. monocytogenes trong thịt giăm bông nấu chín và chế biến sẵn để ăn. Họ đã báo cáo một hoạt động hiệp đồng giữa ozone (0,2–1,0 ppm) và bacteriocin, gây ra sự bất hoạt khi giảm tới 3 log của L. monocytogenes. Ozone đã được chứng minh là làm giảm mức độ vi sinh vật trên các vết cắt và vết cắt của meatcarcass đỏ. Mặc dù có thể có một số cơ chế liên quan đến phương thức hoạt động của ôzôn chống lại hệ vi sinh, một trong số đó là khả năng ôxy hóa của ôzôn. Ozone có tiềm năng oxy hóa cao (−2,07 V) và do đó đặt ra một số thách thức riêng để duy trì chất lượng thịt. Cụ thể, quá trình oxy hóa trong hệ thống thịt có thể ảnh hưởng đến màu thịt và các đặc điểm ổn định lipid. Oxymyoglobin là sắc tố chủ yếu gây ra màu đỏ của thịt. Khi chịu các điện thế oxy hóa, sắc tố này có thể trở lại dạng sắc tố bị oxy hóa, metmyoglobin, có màu nâu. Bởi vì người tiêu dùng thường liên kết độ tươi với màu đỏ. Ngoài việc gây ra các tác động tiêu cực đến hóa học sắc tố thịt, quá trình oxy hóa cũng có thể có tác động đến sự ổn định của lipid. Quá trình oxy hóa lipid có thể dẫn đến các thuộc tính chất lượng bất lợi của thịt. Và bởi vì ozone là một chất oxy hóa mạnh, điều này có thể gây ra mối lo ngại về chất lượng thịt trong các sản phẩm được xử lý bằng ozone nếu không được cẩn thận.

Nước ozone hóa được sử dụng để khử trùng bề mặt thiết bị sau quá trình chế biến thực phẩm

Ứng dụng ozone với thực phẩm dạng lỏng

Ozone cũng được áp dụng để đảm bảo an toàn cho các sản phẩm thực phẩm bao gồm một số thực phẩm dạng lỏng như sữa và nước trái cây, nơi chứa trên 80% là nước. Ozon hóa trong một số thực phẩm dạng lỏng bị ảnh hưởng bởi một số yếu tố, chẳng hạn như nhiệt độ, thời gian lưu, nồng độ ozone, độ pH. Ở nhiệt độ cao, điện trở và sự tồn tại của ozone trong nước bị giảm. Thời gian lưu của ozone trong nước ở nhiệt độ 25 ∘C là 15 phút, trong khi ở nhiệt độ 35 ∘C là 8 phút. Thời gian lưu giữ của ozone trong nước giảm khi nhiệt độ nước tăng lên. Trong khi đó, nước có pH axit có thể ức chế sự phân hủy của ozone, do pH thấp cho thấy độ kiềm cao, do đó có thể làm tăng thời gian lưu của ozone. Nồng độ ozone và thời gian lưu của nó có vai trò quan trọng trong việc xác định hiệu quả của quá trình ozon hóa. Thời gian ozon hóa là khoảng thời gian cần thiết của ozon để khử hoạt tính của vi sinh vật trong môi trường như nước hoặc thực phẩm dạng lỏng. Nồng độ và thời gian áp dụng được sử dụng để tính toán lượng chất khử trùng cần thiết và để xác định hiệu quả của chất khử trùng cụ thể trong việc tiêu diệt vi sinh vật trong thực phẩm lỏng.

Nồng độ ozone được sử dụng để khử hoạt tính của vi sinh vật trong môi trường nước hoặc thực phẩm dạng lỏng là khoảng 0,5 đến 4,0mg / L. Đối với E.coli và Streptococcus được tìm thấy trong sữa, ở pH 7,0 và nhiệt độ 25∘C – 30 ∘C, nồng độ ôzôn 0,01 mg / L đủ cao để bất hoạt vi sinh vật đó. Ozone sẽ phản ứng với tất cả các tế bào nguyên sinh chất bằng cách hoạt động như một chất oxy hóa. Ozone sẽ tấn công trực tiếp vào các lớp bề mặt của vi khuẩn, oxy hóa sulfhydryl của enzyme, hoặc oxy hóa lipoprotein và lipopolysaccharide là lớp bên trong của vi khuẩn gram âm. Quá trình này dẫn đến sự phá vỡ hàng rào bảo vệ tính thẩm thấu của tế bào, do đó tế bào trở nên tê liệt. Chỉ 1% E. coli và Streptococcus còn lại sau khi tiếp xúc với 0,8 mg / L ozone trong 60 giây. Hơn nữa, Cavalcante và cộng sự nhận thấy rằng sữa tươi nguyên liệu được nghiên cứu cho thấy chất lượng vi sinh thích hợp và quá trình ozon hóa trong 15 phút có thể làm giảm 0,5 đến 1 phần thập phân trong hệ thực vật bản địa của sữa. Bổ sung, không có thay đổi nào về các chỉ tiêu hóa lý của sữa. Do đó, kết quả cho thấy quá trình ozon hóa có thể được sử dụng như một phương pháp thay thế để giảm tải lượng vi sinh vật trong sữa tươi nguyên liệu, cải thiện chất lượng và tăng thời hạn sử dụng sữa trước khi chế biến nhiệt. Dư lượng của ozone là chất độc đối với tất cả các loại vi sinh vật, nhưng ozone dễ dàng phân hủy sinh học. Ozone chỉ tồn tại trong vài phút trong vật liệu nền là nước để dư lượng ozone đã biến mất và vô hại đối với các sinh vật sử dụng chúng.