Bảo quản thực phẩm bằng nitơ | Kéo dài thời hạn sử dụng và bảo vệ chất lượng thực phẩm

Trong sản xuất thực phẩm hiện đại, việc kiểm soát mức độ tiếp xúc với oxy có thể đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì chất lượng sản phẩm trong quá trình đóng gói, bảo quản, vận chuyển và bán lẻ.

Bảo quản thực phẩm bằng nitơ sử dụng khí nitơ để thay thế một phần hoặc phần lớn oxy trong bao bì, thùng chứa hoặc khoảng không phía trên sản phẩm. Do nitơ tương đối trơ trong các điều kiện đóng gói thực phẩm thông thường, nó có thể giúp giảm quá trình oxy hóa và tạo ra môi trường được kiểm soát tốt hơn xung quanh sản phẩm.

Phương pháp này thường được sử dụng trong quá trình thổi rửa bằng nitơ, đóng gói khí quyển biến đổi, nạp khí vào khoảng không bao bì và một số ứng dụng bảo quản. Độ tinh khiết nitơ, mức oxy dư, lưu lượng khí và phương pháp đóng gói cần luôn được lựa chọn phù hợp với từng sản phẩm thực phẩm và quy trình sản xuất cụ thể.

Bảo quản thực phẩm bằng nitơ là gì?

Bảo quản thực phẩm bằng nitơ là việc sử dụng khí nitơ để giảm mức độ tiếp xúc với oxy xung quanh sản phẩm thực phẩm.

Trong nhiều ứng dụng đóng gói, nitơ được đưa vào trước hoặc trong quá trình hàn kín để đẩy không khí trong bao bì ra ngoài. Giảm nồng độ oxy có thể giúp làm chậm những thay đổi do oxy hóa như ôi hóa, suy giảm hương vị, mất mùi thơm và thay đổi màu sắc ở các loại thực phẩm nhạy cảm với oxy.

Nitơ cũng có thể được sử dụng như một phần của hệ thống đóng gói khí quyển biến đổi cùng với các loại khí khác, tùy thuộc vào sản phẩm và mục tiêu bảo quản.

Các ứng dụng phổ biến bao gồm:

• Thổi rửa bằng nitơ trước khi hàn kín
• Đóng gói khí quyển biến đổi
• Nạp khí vào khoảng không bao bì
• Phủ khí trơ cho bồn chứa và thùng chứa
• Cung cấp nitơ liên tục cho dây chuyền đóng gói tự động

Tại sao kiểm soát oxy lại quan trọng trong đóng gói thực phẩm?

Oxy có thể góp phần gây ra nhiều dạng suy giảm chất lượng thực phẩm.

Các sản phẩm chứa dầu và chất béo có thể xảy ra quá trình oxy hóa, góp phần gây ôi hóa và những thay đổi không mong muốn về hương vị và mùi thơm. Tùy theo sản phẩm, việc tiếp xúc với oxy cũng có thể ảnh hưởng đến màu sắc, chất dinh dưỡng và các đặc tính chất lượng khác.

Do đó, cà phê, các loại hạt, đồ ăn nhẹ, sản phẩm dạng bột, ngũ cốc, dầu ăn và các sản phẩm nhạy cảm với oxy khác có thể hưởng lợi từ môi trường bao gói được kiểm soát.

Nitơ hỗ trợ bằng cách giảm lượng oxy xung quanh sản phẩm.

Tuy nhiên, nitơ không nên được xem là một phương pháp kiểm soát vi sinh phổ quát. Độ ổn định vi sinh phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm thành phần sản phẩm, nhiệt độ, hoạt độ nước, điều kiện đóng gói, các loại khí khác có mặt và các vi sinh vật cần kiểm soát.

Vì vậy, nitơ là một phần của chiến lược bảo quản chứ không thay thế các biện pháp kiểm soát an toàn thực phẩm thích hợp.

Bảo quản thực phẩm bằng nitơ hoạt động như thế nào?

Nguyên lý cơ bản là thay thế oxy.

Nitơ được đưa vào bao bì, thùng chứa hoặc không gian bảo quản trước khi hàn kín hoặc trong quá trình vận hành môi trường khí được kiểm soát. Khi nitơ đi vào, tỷ lệ oxy trong không khí xung quanh sản phẩm giảm xuống.

Phương pháp phù hợp phụ thuộc vào sản phẩm, thiết bị đóng gói, tốc độ sản xuất, mục tiêu oxy dư và yêu cầu về thời hạn sử dụng.

Thổi rửa bằng nitơ

Thổi rửa bằng nitơ là quá trình đưa nitơ vào bao bì ngay trước khi hàn kín.

Dòng khí nitơ đi vào sẽ thay thế một phần không khí trong khoảng không bao bì, từ đó giảm lượng oxy xung quanh thực phẩm.

Phương pháp này thường được sử dụng cho các sản phẩm như đồ ăn nhẹ, cà phê, các loại hạt, sản phẩm dạng bột và các loại thực phẩm đóng gói khác mà việc kiểm soát oxy hóa là quan trọng.

Hiệu quả của quá trình thổi rửa phụ thuộc vào các yếu tố như hình dạng bao bì, lưu lượng nitơ, phương pháp nạp sản phẩm, tốc độ hàn kín và mức oxy dư mục tiêu.

Đóng gói khí quyển biến đổi

Trong đóng gói khí quyển biến đổi, nitơ có thể được sử dụng riêng lẻ hoặc như một phần của hỗn hợp khí được kiểm soát.

Các loại thực phẩm khác nhau yêu cầu thành phần khí khác nhau. Vì vậy, không nên mặc định nitơ là loại khí duy nhất hoặc tối ưu cho mọi ứng dụng MAP.

Môi trường khí phù hợp cần được xác định theo loại thực phẩm, cơ chế suy giảm chất lượng, vật liệu bao bì, điều kiện bảo quản và thời hạn sử dụng yêu cầu.

Nạp nitơ vào khoảng không bao bì

Nitơ có thể được sử dụng để lấp đầy phần thể tích không sử dụng trong bao bì đồng thời giảm mức độ tiếp xúc với oxy.

Đối với các sản phẩm dễ vỡ như khoai tây chiên và đồ ăn nhẹ dạng phồng, khoảng không được nạp nitơ còn có thể tạo lớp đệm vật lý giúp giảm nguy cơ sản phẩm bị nghiền vỡ trong quá trình vận chuyển và xử lý.

Do đó, bao gói bằng nitơ vừa có chức năng kiểm soát môi trường khí, vừa có thể bảo vệ vật lý cho sản phẩm trong một số ứng dụng.

Phủ khí nitơ cho bồn và thùng chứa

Nitơ cũng có thể được đưa vào khoảng không phía trên trong bồn, bình hoặc thùng chứa.

Bằng cách giảm sự tiếp xúc giữa sản phẩm được lưu trữ và oxy trong khí quyển, phủ khí nitơ có thể giúp kiểm soát quá trình oxy hóa trong các quy trình phù hợp đối với thực phẩm dạng lỏng hoặc thực phẩm khô.

Áp suất, lưu lượng, độ tinh khiết và phương pháp kiểm soát nitơ cần thiết phụ thuộc vào hệ thống lưu trữ và yêu cầu của sản phẩm.

Lợi ích chính của bảo quản thực phẩm bằng nitơ

Khi được áp dụng phù hợp, nitơ có thể giúp:

• Giảm sự suy giảm do oxy hóa
• Hỗ trợ duy trì hương vị và mùi thơm
• Cải thiện độ ổn định của sản phẩm
• Bảo vệ thực phẩm dễ vỡ
• Tích hợp với các dây chuyền đóng gói tự động

Đối với các sản phẩm và hệ thống bao gói phù hợp, giảm mức độ tiếp xúc với oxy có thể góp phần kéo dài thời hạn sử dụng. Hiệu quả thực tế về thời hạn sử dụng cần được xác nhận bằng chính công thức sản phẩm, vật liệu bao bì, mức oxy dư, nhiệt độ bảo quản và điều kiện phân phối cụ thể.

Bao bì chứa khí cũng có thể tạo lớp đệm bảo vệ xung quanh các sản phẩm dễ vỡ, giúp giảm hư hỏng trong quá trình xử lý và vận chuyển.

Nitơ có thể được tích hợp vào thiết bị nạp, thổi rửa và hàn kín liên tục, phù hợp với các hoạt động đóng gói thực phẩm có năng suất cao.

Những loại thực phẩm thường được đóng gói bằng nitơ

Nitơ có thể được sử dụng cho nhiều loại thực phẩm nhạy cảm với oxy hoặc dễ vỡ, bao gồm:

• Khoai tây chiên và đồ ăn nhẹ dạng phồng
• Các loại hạt và hạt giống
• Hạt cà phê và cà phê xay
• Các sản phẩm trà
• Sữa bột và một số loại bột từ sữa
• Ngũ cốc và nguyên liệu khô
• Sản phẩm bánh và thực phẩm khô
• Gia vị và nguyên liệu dạng bột
• Dầu ăn
• Một số nguyên liệu dạng lỏng

Không nên tự động áp dụng cùng một điều kiện nitơ cho mọi sản phẩm thực phẩm. Độ tinh khiết khí, lưu lượng, mục tiêu oxy dư và phương pháp đóng gói cần được xác định theo quy trình thực tế.

Để tìm hiểu rộng hơn về yêu cầu xử lý khí nén và khí công nghiệp trong lĩnh vực này, có thể tham khảo giải pháp cho ngành thực phẩm và đồ uống của Lingyu.

Các phương án cung cấp nitơ cho sản xuất thực phẩm

Các nhà sản xuất thực phẩm thường nhận nitơ thông qua bình khí, nguồn cung số lượng lớn hoặc hệ thống tạo nitơ tại chỗ.

Bình khí nitơ

Bình nitơ có thể phù hợp với nhu cầu sử dụng khí thấp hoặc không liên tục.

Phương án này yêu cầu tương đối ít cơ sở hạ tầng lắp đặt, nhưng việc thay bình thường xuyên, xử lý bình, lưu trữ và quản lý giao hàng có thể trở nên kém thuận tiện hơn khi mức tiêu thụ tăng.

Nitơ số lượng lớn hoặc nitơ lỏng

Các cơ sở có mức tiêu thụ cao hơn có thể sử dụng nitơ số lượng lớn do nhà cung cấp khí bên ngoài cung cấp.

Nguồn cung số lượng lớn có thể đáp ứng nhu cầu đáng kể nhưng yêu cầu thiết bị lưu trữ, kế hoạch giao hàng và đủ điều kiện tiếp cận tại cơ sở để bổ sung khí.

Tạo nitơ tại chỗ

Đối với nhu cầu nitơ thường xuyên hoặc liên tục, máy tạo nitơ tại chỗ có thể sản xuất nitơ trực tiếp từ khí nén.

Máy tạo nitơ PSA của Lingyu sử dụng hai tháp hấp phụ chứa sàng phân tử carbon (CMS). Oxy được CMS ưu tiên hấp phụ, trong khi nitơ đi qua lớp hấp phụ và được thu lại dưới dạng khí sản phẩm.

Tháp thứ hai thực hiện tái sinh trong khi tháp thứ nhất hấp phụ, và hai tháp tự động chuyển đổi để duy trì sản xuất nitơ liên tục.

Máy tạo nitơ PSA hoạt động như thế nào?

Hấp phụ biến thiên áp suất (PSA) tách nitơ khỏi khí nén thông qua các chu kỳ hấp phụ và tái sinh lặp lại.

Khí nén đi vào một bình hấp phụ, tại đây CMS ưu tiên hấp phụ các phân tử oxy. Nitơ đi qua lớp hấp phụ và thoát ra dưới dạng khí sản phẩm.

Đồng thời, bình thứ hai được giảm áp và tái sinh. Oxy đã được CMS hấp phụ trước đó được giải phóng và xả ra ngoài.

Khi tháp hấp phụ đang hoạt động đạt đến giới hạn vận hành, hệ thống điều khiển sẽ chuyển đổi chức năng của hai tháp. Tháp đã tái sinh bắt đầu hấp phụ trong khi tháp còn lại chuyển sang tái sinh.

Quá trình luân phiên liên tục này cho phép sản xuất nitơ tại chỗ mà không phải phụ thuộc hoàn toàn vào nguồn khí lưu trữ và giao hàng từ bên ngoài.

Phạm vi vận hành của máy tạo nitơ PSA

Hệ thống tạo nitơ PSA của Lingyu hỗ trợ phạm vi yêu cầu độ tinh khiết nitơ rộng.

Độ tinh khiết phù hợp cần được lựa chọn theo yêu cầu đóng gói hoặc bảo quản thay vì tự động chọn mức tinh khiết cao nhất hiện có.

Tại sao tạo nitơ tại chỗ có thể hữu ích?

Tạo nitơ tại chỗ có thể giảm sự phụ thuộc vào lịch thay bình khí và các đợt giao khí số lượng lớn thường xuyên.

Phương án này cũng cho phép cơ sở sản xuất tạo nitơ theo lịch vận hành và nhu cầu khí thực tế.

Các hệ thống PSA của Lingyu có chức năng khởi động/dừng tự động, chuyển đổi tháp được điều khiển bằng PLC, giám sát độ tinh khiết và lưu lượng nitơ theo thời gian thực, cũng như cảnh báo và bảo vệ khi nitơ không đạt thông số yêu cầu.

Đối với dây chuyền đóng gói thực phẩm tự động, các chức năng này có thể giúp người vận hành theo dõi quá trình sản xuất khí và phát hiện những tình trạng độ tinh khiết nitơ nằm ngoài phạm vi yêu cầu.

Cần độ tinh khiết nitơ bao nhiêu cho đóng gói thực phẩm?

Không có một mức độ tinh khiết nitơ duy nhất tự động phù hợp với mọi ứng dụng thực phẩm.

Độ tinh khiết yêu cầu cần được xác định dựa trên mức oxy dư mà quy trình đóng gói hoặc bảo quản cần đạt được.

Các yếu tố quan trọng bao gồm:

• Mức oxy dư tối đa có thể chấp nhận
• Mức độ nhạy cảm của sản phẩm với oxy hóa
• Thể tích bao bì
• Hiệu quả thổi rửa bằng nitơ
• Tốc độ dây chuyền đóng gói
• Thời hạn sử dụng mong muốn
• Mức tiêu thụ nitơ
• Các yêu cầu áp dụng đối với sản xuất thực phẩm
• Chi phí vận hành

Độ tinh khiết nitơ cao hơn không tự động tạo ra một hệ thống tốt hơn nếu ứng dụng không yêu cầu mức đó.

Độ tinh khiết cao hơn có thể ảnh hưởng đến tỷ lệ thu hồi nitơ, nhu cầu khí nén, kích thước thiết bị và chi phí vận hành. Do đó, hệ thống cần được thiết kế theo thông số kỹ thuật thực tế của quy trình.

Lưu lượng nitơ cũng quan trọng như độ tinh khiết

Độ tinh khiết chỉ là một phần trong việc xác định công suất máy tạo nitơ.

Máy tạo khí cũng phải cung cấp đủ nitơ trong cả điều kiện đóng gói bình thường và thời điểm nhu cầu đạt đỉnh.

Một dây chuyền đóng gói có thể có mức tiêu thụ trung bình tương đối thấp nhưng nhu cầu tức thời cao hơn nhiều trong quá trình thổi rửa, nạp khí hoặc vận hành đồng thời nhiều máy.

Do đó, thiết kế hệ thống cần xem xét cả độ tinh khiết nitơ yêu cầu và lưu lượng nitơ yêu cầu.

Bình đệm nitơ cũng có thể được sử dụng để giúp cân bằng sản lượng của máy tạo khí với sự thay đổi của nhu cầu phía sau.

Xử lý khí nén cho hệ thống tạo nitơ PSA

Máy tạo nitơ PSA phụ thuộc vào nguồn khí nén được xử lý phù hợp.

Một cấu hình tạo nitơ điển hình có thể bao gồm:

Máy nén khí → Bình chứa khí → Máy sấy khí lạnh → Các cấp lọc → Máy tạo nitơ PSA → Bình đệm nitơ → Thiết bị phân tích nitơ/oxy → Hệ thống điều khiển đầu ra

Độ ẩm, dầu và hạt bụi cần được kiểm soát trước khi khí nén đi vào các bình hấp phụ CMS.

Khi cần bổ sung quá trình lọc khí đầu vào, bộ lọc khí nén chính xác của Lingyu có thể được tích hợp vào hệ thống tiền xử lý khí nén.

Điều kiện đầu vào ổn định giúp hệ thống hấp phụ duy trì khả năng sản xuất nitơ đáng tin cậy.

Giám sát độ tinh khiết trực tuyến và bảo vệ khi khí không đạt chuẩn

Không nên giả định chất lượng nitơ chỉ dựa trên thông số danh định của máy tạo khí.

Hệ thống điều khiển PSA của Lingyu giám sát độ tinh khiết và lưu lượng nitơ trực tuyến. Nếu độ tinh khiết giảm xuống dưới giá trị được thiết lập, hệ thống có thể kích hoạt cảnh báo, và tình trạng không đạt chuẩn kéo dài có thể kích hoạt cơ chế dừng bảo vệ.

Điều này đặc biệt quan trọng khi quy trình đóng gói thực phẩm phụ thuộc vào việc duy trì một mức oxy dư xác định.

Tuy nhiên, bản thân bao bì vẫn cần được xác nhận riêng, vì độ tinh khiết nitơ của máy tạo khí và mức oxy dư bên trong một bao bì đã hàn kín không phải là cùng một phép đo.

Bình đệm và hệ thống phân phối nitơ

Bình đệm nitơ có thể giúp ổn định áp suất và nguồn cung khi nhu cầu khí phía sau thay đổi nhanh.

Thể tích bình đệm yêu cầu phụ thuộc vào các yếu tố như sản lượng máy tạo khí, mức tiêu thụ của dây chuyền đóng gói, lưu lượng cực đại, áp suất vận hành và mức dao động áp suất có thể chấp nhận.

Đường ống phân phối cũng cần được lựa chọn kích thước phù hợp để cung cấp đủ lưu lượng mà không gây tổn thất áp suất quá mức.

Đối với các cơ sở lớn hơn, nhu cầu nitơ của nhiều dây chuyền đóng gói cần được xem xét tổng thể thay vì xác định công suất riêng cho từng dây chuyền mà không đánh giá tổng tải của hệ thống.

Lựa chọn hệ thống tạo nitơ tại chỗ cho sản xuất thực phẩm

Một hệ thống nitơ đáng tin cậy cần được lựa chọn dựa trên dữ liệu quy trình thực tế.

Các yếu tố kỹ thuật chính bao gồm:

• Độ tinh khiết nitơ yêu cầu
• Mức oxy dư mục tiêu trong bao bì
• Lưu lượng nitơ yêu cầu
• Nhu cầu cực đại của dây chuyền đóng gói
• Công suất và áp suất khí nén
• Nhiệt độ khí đầu vào
• Chất lượng khí nén
• Số giờ vận hành đóng gói
• Yêu cầu về bình đệm nitơ
• Áp suất phân phối
• Giám sát độ tinh khiết trực tuyến
• Xử lý khí không đạt thông số
• Khả năng tiếp cận để bảo dưỡng
• Nhu cầu sản xuất dự kiến trong tương lai
• Chi phí vận hành vòng đời

Đối với các cơ sở đang đánh giá nhiều mức độ tinh khiết và năng lực sản xuất khác nhau, dòng máy tạo nitơ của Lingyu cung cấp nhiều cấu hình PSA khác nhau.

Bảo quản bằng nitơ và an toàn thực phẩm

Nitơ có thể giúp kiểm soát quá trình oxy hóa và môi trường khí trong bao bì, nhưng không nên được trình bày như một bảo đảm độc lập về an toàn thực phẩm.

An toàn thực phẩm vẫn phụ thuộc vào các yếu tố như chất lượng nguyên liệu, quy trình vệ sinh, kiểm soát nhiệt độ, công thức sản phẩm, hoạt độ nước, tính toàn vẹn của bao bì, nguy cơ vi sinh và các yêu cầu pháp lý áp dụng.

Độ tinh khiết và chất lượng khí được sử dụng trong môi trường sản xuất thực phẩm cũng cần được lựa chọn và xác minh theo các yêu cầu áp dụng đối với sản phẩm và thị trường mục tiêu.

Do đó, bảo quản bằng nitơ cần được tích hợp vào hệ thống kiểm soát chất lượng và an toàn thực phẩm tổng thể thay vì được xem như giải pháp thay thế cho hệ thống đó.

Kết luận

Bảo quản thực phẩm bằng nitơ làm giảm mức độ tiếp xúc với oxy xung quanh các sản phẩm thực phẩm phù hợp và giúp tạo ra môi trường đóng gói hoặc bảo quản được kiểm soát tốt hơn.

Đối với các sản phẩm nhạy cảm với oxy, thổi rửa bằng nitơ hoặc đóng gói khí quyển biến đổi có thể giúp giảm oxy hóa, bảo vệ hương vị và mùi thơm, cải thiện độ ổn định của bao bì và hỗ trợ kéo dài thời hạn sử dụng. Khoảng không chứa nitơ cũng có thể tạo lớp đệm vật lý cho các loại thực phẩm dễ vỡ.

Nitơ có thể được cung cấp thông qua bình khí, hệ thống cung cấp số lượng lớn hoặc được tạo tại chỗ. Đối với các cơ sở có nhu cầu nitơ liên tục hoặc có thể dự đoán, hệ thống PSA cung cấp phương án sản xuất nitơ trực tiếp từ khí nén.

Các hệ thống PSA của Lingyu sử dụng hai tháp hấp phụ CMS và hỗ trợ độ tinh khiết nitơ từ 95% đến 99,999%. Phạm vi vận hành bao gồm nhiệt độ khí đầu vào ≤40°C, áp suất đầu vào 0,5–0,8 MPa, điểm sương nitơ ≤−40°C, nhiệt độ môi trường ≤40°C, chu kỳ chuyển đổi 45–60 giây, nguồn điện 220 V / 50 Hz và độ ồn ≤75 dB. Chức năng vận hành tự động, giám sát trực tuyến độ tinh khiết và lưu lượng, cùng cơ chế bảo vệ khi khí không đạt thông số hỗ trợ quá trình sản xuất nitơ liên tục.

Giải pháp nitơ phù hợp cuối cùng cần được lựa chọn theo sản phẩm thực phẩm, mức oxy dư mục tiêu, độ tinh khiết và lưu lượng nitơ yêu cầu, quy trình đóng gói, điều kiện khí nén, yêu cầu bảo quản và các tiêu chuẩn sản xuất thực phẩm áp dụng.

Đối với việc xác định công suất hệ thống và yêu cầu nitơ cụ thể cho từng dự án, có thể liên hệ với Lingyu.