Siêu âm không chỉ là một cách rửa sạch mà còn giữ rau củ quả tươi lâu hơn
Các loại rau củ quả là những loại thực phẩm tươi sống, nhiều loại trong số này được dùng để ăn ngay mà không cần phải qua chế biến bằng nhiệt. Chúng được xếp vào dạng sản phẩm chế biến tối thiểu và thường được bảo quản lạnh (MPR) để đảm bảo giữ nguyên được tối đa cảm quan màu sắc, hình thái, kết cấu đến thành phần dinh dưỡng khi đến tay người tiêu dùng. Thường thường các phẩm chất này sẽ bị hao hụt theo thời gian nên người ta vẫn khuyến khích ăn tươi, ăn càng sớm càng tốt để có thể khai thác tối đa dưỡng chất, vitamin thiết yếu cho sức khỏe trong sản phẩm.
Tuy nhiên, con đường từ trang trại đến bàn ăn của các loại rau củ quả không phải lúc nào cũng thẳng tắp và liên tục nên rất nhiều nguy cơ bị kéo dài thời gian vận chuyển, lưu kho. Các loại thực phẩm tươi sống như vậy thường dễ bị ảnh hưởng bởi vi khuẩn, nấm men và nấm mốc gây hư hỏng, thi thoảng cộng thêm một số các tác nhân gây bệnh sốt, tiêu chảy mất nước, đau bụng, nôn mửa bám dính trên bề mặt như E. Coli, Salmonella, Staphylococcus spp… mà cách rửa thông thường bằng nước sạch cũng không loại bỏ được hết.
Đó là câu chuyện đã diễn ra nhiều năm nay, không chỉ ở Việt Nam. Ví dụ mùa hè năm 2026, người ta ngạc nhiên khi ở Mỹ xảy ra tới năm cuộc bùng phát bệnh do thực phẩm thiếu an toàn: gần 11.000 ca nhiễm Cyclospora do ăn xà lách búp iceberg nhiễm khuẩn ở 34 bang; hơn 500 ca nhiễm bệnh ở 32 bang do nhiễm Salmonella janiana trên ớt jalapeño (Sinaloa, Mexico); 98 ca nhiễm trên 17 bang và 26 ca nhập viện do nhiễm Salmonella Enteritidis trên vỏ trứng gà khiến nhà cung cấp thu hồi 1,5 triệu quả trứng nghi nhiễm bệnh; 12 ca ở Florida và Georgia nhiễm cùng chủng E. coli O145 khi ăn quả việt quất GreenWise hữu cơ đông lạnh; 55 ca nhiễm độc tố Shiga sinh ra từ E. Coli và Salmonella do ăn rau mầm linh lăng.
Một trong những nguyên nhân là lưu cữu mầm bệnh trên các sản phẩm rau củ quả MPR bởi việc cấp đông hoặc đóng gói sau làm sạch vẫn không loại bỏ được hết vi khuẩn, mầm bệnh hoặc chúng có những cơ chế tồn tại đặc biệt, dù đã bị loại bỏ phần nào qua quy trình chế biến và bảo quản sơ bộ. Mặt khác, bề mặt của rau củ quả thường nhám, gồ ghề, không phẳng và chúng lại được hình thành từ các thành phần hữu cơ nên việc làm sạch khó hơn nhiều so với những loại bề mặt phẳng, thành phần vô cơ.
Nếu các phương pháp xử lý làm sạch không hiệu quả thì nó sẽ dẫn đến nguy cơ nhiễm chéo vi sinh cho các loại thực phẩm chế biến khác, ví dụ như trường hợp của xà lách búp nhiễm Cyclospora, khi xà lách được sử dụng trong nhiều món ăn khác nhau (salad, bánh mì kẹp, tacos…).
Ai cũng mong muốn ăn các loại rau củ quả chất lượng cao và an toàn nên các nhà sản xuất và cung cấp sản phẩm cần áp dụng những công nghệ bảo quản an toàn, không độc hại, và thân thiện với môi trường.
Về truyền thống, việc rửa và khử trùng rau củ quả bằng nước sạch được sử dụng rộng rãi do tính hiệu quả, dễ áp dụng. Tuy nhiên, điểm yếu của cách làm này khả năng loại bỏ bụi bẩn, tạp chất không đồng đều và việc kéo dài thời hạn sử dụng bằng cách rửa gần như không thể. Mặt khác, độ ẩm và việc dính nước trên các bề mặt cũng có thể tạo ra môi trường thúc đẩy sự sinh sôi và phát triển vi sinh vật, mầm bệnh.
Do đó, ngành công nghiệp thực phẩm thường áp dụng nhiều phương pháp khác trong làm sạch như làm sạch cơ học (lau, chải, hút bụi), phun đá khô (phun khí carbon dioxide rắn), hơi nước khô, sục rửa ozone, chiếu tia cực tím, chiếu ánh sáng xung… Phương pháp nào cũng có ưu nhược điểm của nó, ví dụ làm sạch cơ học có thể giúp loại bỏ hiệu quả bụi bẩn tổng thể nhưng vẫn bỏ sót bụi bẩn ở các khe ngách nhỏ cũng như không loại bỏ hết vi khuẩn, mầm bệnh; chiếu tia cực tím và ánh sáng xung có tiềm năng nhưng không thực sự hiệu quả trên bề mặt các sản phẩm hữu cơ như rau củ quả do không vô hiệu hóa được hoàn toàn nấm, virus…; phun hơi nước khô (chủ yếu bao gồm hơi nước với một phần nhỏ chất lỏng hoặc giọt nước ngưng tụ) có khả năng làm sạch tốt nhưng đòi hỏi kỹ năng, độ chính xác của người sử dụng thiết bị; ozone chỉ có khả năng ức chế sự hình thành màng sinh học thời kỳ đầu…
Ngành công nghiệp thực phẩm cần những giải pháp mới, có thể dùng một cách độc lập hoặc kết hợp với các phương pháp sẵn có để gia tăng hiệu quả làm sạch rau củ quả.
Công nghệ siêu âm như một công nghệ tiềm năng trong làm sạch và bảo quản rau củ quả do khả năng loại trừ vi sinh vật, nấm mốc gây bệnh mà không làm ảnh hưởng đến cảm quan màu sắc, hình thái và nhất là không ảnh hưởng đến chất lượng, bảo toàn được các thành phần dưỡng chất của chúng.
Trong trường hợp làm sạch bụi bẩn và loại bỏ vi sinh vật, nấm mốc trên các sản phẩm rau củ quả, công nghệ siêu âm sẽ thi triển ra sao?
Siêu âm công suất cao thường ở tần số trong khoảng 20–100 kHz và cần có môi trường chất lỏng để truyền năng lượng. Khi đó, năng lượng được chuyển đổi qua đầu rung được nhúng vào bình chất lỏng (thường là nước) đủ sức tạo ra những thay đổi kỳ diệu.
Bí quyết lớn nhất trong cơ chế làm bất hoạt vi sinh vật của sóng âm nằm ở hiện tượng tạo các bọt khí. Chính các bọt khí làm phá vỡ cấu trúc của thành tế bào, làm tăng độ xuyên thấm qua màng tế bào của nước, mài mỏng màng tế bào, tạo ra mức nhiệt và áp suất cục bộ cực cao và sản sinh các gốc tự do. Tất cả cộng lại đủ sức làm bất hoạt các vi sinh vật.
Các bọt khí được sinh ra trong môi trường chất lỏng và trải qua các chu kỳ nén và giãn nở kế tiếp liên tục. Trong chu kỳ nén, sóng âm nén các phân tử chất lỏng lại và ngược lại, trong chu kỳ giãn nở, nó kéo dãn các phân tử chất lỏng và tạo ra áp suất âm. Khi áp suất âm vượt quá lực giữa các phân tử chất lỏng, các phân tử chất lỏng bị tách rời vào kéo giãn, tạo thành một khoang trống giữa các phân tử này. Sóng âm liên tục lan truyền trong chất lỏng làm cho quá trình kéo giãn và nén diễn ra liên tục, qua đó khiến các khoang trống gia tăng kích thước rồi hình thành bọt khí. Các bọt khí lớn lên, bị phá vỡ liên tục để tạo ra mức nhiệt cục bộ (5500 K) và áp suất (50 MPa) cực cao trong thời gian cực ngắn cỡ vài micro giây.
Các bọt khí gia tăng kích thước qua nhiều chu kỳ như vậy để cuối cùng tạo ra hiện tượng vi dòng. Vi dòng này tạo ra lực cắt có thể phá hủy cấu trúc thành tế bào của vi khuẩn. Mặt khác, mức áp suất cao từ sự suy sụp nhanh chóng của các bọt khí tạo ra một mức áp suất cao rồi lần lượt là sóng xung kích và ứng suất cắt rất lớn. Chuỗi diễn biến này của các bọt khí đủ sức gây ra tổn thương cấu trúc tế bào. Khi các cấu trúc bảo vệ bị phá vỡ, toàn bộ các đại phân tử sinh học bên trong màng tế bào như axit nucleic, protein, bào quan bị rò rỉ ra môi trường bên ngoài.
Không chỉ tạo ra những hiệu ứng vật lý lên các vi khuẩn, sóng siêu âm còn tạo ra hiện tượng hóa học với các gốc tự do hydroxyl từ nước, một cơ chế diệt khuẩn khác. Mức nhiệt cục bộ bên trong một bóng khí suy sụp cũng làm hình thành các gốc tự do hydroxyl có tính chất oxy hóa siêu mạnh và cấu trúc thiếu ổn định (do có một electron không ghép đôi ở lớp ngoài cùng và có xu hướng lấy electron từ các phân tử khác để tự ổn định cấu trúc). Trong các chu kỳ qua lại của bóng khí, electron không ghép đôi được tái kết hợp với nguyên tử hydro và gốc hydroxyl để tạo ra hydro peroxide có tác dụng diệt khuẩn quan trọng.
Hiệu ứng hóa học của siêu âm nằm ở cả hai đặc tính kỳ quặc này của các gốc tự do hydroxyl, đủ khả năng gây độc cho vi khuẩn.
Do đó, khi sóng âm lam truyền trong nước, nhiều phản ứng khác nhau liên quan đến các gốc tự do đã xảy ra, tạo điều kiện cho gốc tự do hydroxyl tương tác với bộ khung đường -phosphate của chuỗi DNA vi khuẩn, làm đứt gãy các liên kết phosphate-ester và tiến tới phá vỡ chuỗi mạch đôi DNA này. Đây là tổn thương không thể phục hồi được của vi khuẩn.
Đồng thời với quá trình bất hoạt vi khuẩn, nấm mốc trên bề mặt rau củ quả, sóng âm còn loại bỏ được cả bụi bẩn thông qua hiệu ứng vật lý.
Vậy hiệu quả loại bỏ vi khuẩn và nấm mốc của sóng âm như thế nào? Có xứng như kỳ vọng?
Khi thử nghiệm dùng sóng âm loại bỏ Salmonella typhimurium bám dính trên xà lách búp iceberg, người ta nhận thấy sóng âm đã giúp loại bỏ 97% lượng vi khuẩn.
Trên dâu tây, sau 10 phút siêu âm ở tần số 40 kHz, nhiệt độ nước là 20oC, đã tiêu diệt được khoảng 78% vi khuẩn hiếu khí ưa ẩm như E. coli, Salmonella, Staphylococcus, 71% nấm mốc nhưng sau 40 phút siêu âm ở tần số 35kHz và 25 oC thì hiệu quả lần lượt lên tới 99% và 94%.
Trên xà lách búp, sau 53 phút siêu âm ở tần số 20 kHz, diệt được 99,99% E. Coli.
Trên xà lách Romaine, sau 10 phút siêu âm ở tần số 42 kHz, 20 °C, diệt hơn 99,99% Salmonella Enteritidis, 99, 5% Escherichia coli, 98, 5% Staphylococcus aureus, và 96,84% Listeria innocua.
Trên cà chua bi, sau 25 phút siêu âm ở tần số 45 kHz, 20 °C, diệt 85,22% Salmonella Typhimurium nhưng với 8 phút siêu âm ở tần số 20 kHz, 25 °C thì diệt được 80,05% nấm mốc.
Trên cải thảo, sau 15 phút siêu âm ở tần số 40 kHz và nhiệt độ nước 25 °C, diệt hơn 99,99 % Escherichia coli và Listeria innocua.
Trên súp lơ trắng, sau 5 phút siêu âm ở tần số 20 kHz và nhiệt độ nước 25 °C, diệt được 69,80% nấm mốc.
Các kết quả này cho thấy, chỉ riêng việc áp dụng công nghệ sóng siêu âm không thể loại bỏ hoàn toàn vi sinh vật khỏi rau quả. Để đạt được mục đích này, cần kết hợp sóng siêu âm với các phương pháp khác, qua đó có thể tối ưu và cộng hưởng các mặt mạnh của nhau. Ví dụ siêu âm có thể kết hợp với một số chất khử trùng, axit hữu cơ, ozone, chất kháng khuẩn tự nhiên pha lẫn trong nước làm vô hiệu hóa, bất hoạt vi sinh, nấm mốc.
Trong trường hợp kết hợp với một số hợp chất như vậy, hiệu quả làm sạch đã được gia tăng. Trên cải xoong, rau mùi tây, dâu tây tiêu diệt từ 87,41% đến 99,99 % vi khuẩn, tùy thuộc vào nồng độ các hợp chất; trên xà lách hữu cơ, phương pháp kết hợp giúp loại bỏ 99, 82% E. Coli, 99,93% Salmonella Typhimurium, 99,87% Listeria monocytogenes chỉ sau 5 phút; trên cà rốt, diệt 99, 40% Bacillus cereus cũng sau 5 phút…
Tuy nhiên một câu hỏi đặt ra là liệu siêu âm có làm ảnh hưởng đến chất lượng và hình thức cảm quan của các loại rau củ quả?
Rau củ quả sau thu hoạch vẫn tiếp tục có những hoạt động chuyển hóa âm thầm, cộng với những va chạm cơ học, sự lây nhiễm vi sinh vật, nấm mốc trong quá trình bảo quản và vận chuyển, dẫn đến làm giảm chất lượng. Vậy công nghệ siêu âm có thể làm giảm tác động của quá trình này?
Trên thực tế, có nhiều kết quả thú vị, cả về hình thức, cảm quan bên ngoài lẫn thành phần, chất lượng của rau củ quả.
Cảm quan, hình thức của rau củ quả liên quan đến độ hụt/mất mát khối lượng, độ cứng, màu sắc.
Siêu âm giúp hạn chế sự mất mát khối lượng.
Thông thường rau củ quả thường bị mất nước sau thu hoạch và trong quá trình bảo quản, phần nhiều làm dẫn đến suy giảm chất lượng. Tuy nhiên công nghệ siêu âm đã ngăn cản quá trình này.
Nấm rơm chỉ mất khối lượng tối thiểu 28,83%, dưa chuột có mức mất khối lượng thấp nhất là 8,63% sau 10 phút siêu âm do hạn chế liên kết hydro của các phân tử nước.
Phương pháp kết hợp siêu âm với một số a xít hữu cơ cũng cho kết quả tương tự. Măng tây xanh sau 10 phút xử lý siêu âm và a xít axetic và a xít gibberellic chỉ mất khối lượng tối thiểu là 1,83%, thấp hơn đáng kể so với măng tây xanh được bảo quản trong cùng khoảng thời gian.
Siêu âm làm giảm thiểu sự thay đổi màu sắc rau củ quả.
Màu sắc là một yếu tố quan trọng với các sản phẩm rau củ quả tươi sống. Thông thường, sự thay đổi màu sắc rau củ quả liên quan đến sự phân rã các màu sắc tự nhiên như các chất chlorophylls, anthocyanins, carotenoids, flavonoids sau thu hoạch.
Ảnh hưởng của siêu âm như thế nào? Việc xử lý dâu tây bằng siêu âm trong vòng 30 phút và 40 phút đã làm giảm việc mất màu sáng lần lượt 11,89% và 11,87% trong khi dâu tây không xử lý siêu âm mất đi tới 39,12%, đồng thời làm gia tăng màu đỏ/xanh lá sau 12 ngày bảo quản. Với quả anh đào, xử lý siêu âm sau 20 phút đã giữ được màu đỏ sáng so với quả anh đào được xử lý bằng phương pháp khác.
Siêu âm giúp giữ độ cứng của rau củ quả
Độ cứng là một chỉ số chất lượng để người tiêu dùng lựa chọn rau củ quả tươi bởi nó ảnh hưởng đến các đặc trưng cấu trúc và cơ học cũng như tác động mạnh đến cảm nhận của người tiêu dùng. Thêm vào đó, hình dạng bên ngoài và độ cứng cũng ảnh hưởng đến giá cả và thẩm mĩ của ray củ quả.
Trên thực tế thì xử lý siêu âm trong 10 phút giúp giữ độ cứng của dâu tây, mận trong thời kỳ bảo quản. Việc kết hợp siêu âm trong năm phút với các a xít hữu cơ (malic/lactic/citric acids) không làm ảnh hưởng đến kết cấu của xà lách, còn kết hợp siêu âm và 1-methylcyclopropene làm gia tăng độ cứng của táo tới 19,4% so với táo không qua xử lý.
Đó là những tác động đến hình thức bên ngoài của rau củ quả. Điều khiến người ta lo ngại là liệu siêu âm có làm thay đổi chất lượng và hàm lượng dưỡng chất của chúng hay không.
Siêu âm giúp giảm hoạt động của các enzyme.
Đây là yếu tố quan trọng bởi hoạt động của các enzyme có thể phản ánh sự thay đổi chất lượng của rau củ quả tươi. Những hoạt động bất thường của enzyme có thể dẫn đến sự rối loạn chuyển hóa trong rau củ quả.
Việc kết hợp công nghệ siêu âm với axít hữu cơ salicylic đã ức chế hiệu quả bệnh mốc xanh trên đào do Penicillium expansum gây ra, đồng thời tăng cường hoạt động của các enzyme bảo vệ (chitinase, β-1,3-glucanase, phenylalanine ammonia-lyase, polyphenol oxidase, peroxidase). Sự kết hợp này làm gia tăng khả năng kháng bệnh và chất lượng của quả đào.
Các ngọn măng tây sau xử lý siêu âm và 6-benzylaminopurine, một loại cytokinin tổng hợp, đã có sự tăng cường hoạt động của các enzyme sinh hóa quan trọng, có khả năng chống oxy hóa như catalase, polyphenol oxidase, ascorbate peroxidase và ức chế được các enzyme liên quan đến các phản ứng thâm nâu, xơ hóa rau củ quả như phenylalanine ammonia lyase, peroxidase.
Tương tự, cũng có thể tăng cường các hoạt động chống oxy hóa táo hay cà chua bi với các giải pháp xử lý siêu âm kết hợp các chất khác như 1-methylcyclopropene, ozone.
Siêu âm giúp lưu giữ các thành phần dinh dưỡng.
Các thành phần dinh dưỡng là chỉ dấu quan trọng cho chất lượng rau củ quả, vì vậy những thay đổi về hàm lượng của nó như tổng lượng phenolic, flavonoids, anthocyanin, ascorbic acid (các chất chống oxy hóa chủ đạo của rau củ quả) trong quá trình xử lý, vận chuyển hay bảo quản sẽ làm giảm giá trị của rau củ quả.
Hóa ra, có cơ sở để thấy rằng việc xử lý siêu âm làm trì hoãn sự giảm thiểu hàm lượng phenolic tổng và anthocyanins của quả vải trong thời gian bảo quản cũng như lưu giữ hàm lượng anthocyanin, axít ascorbic trong quả dâu tây hơn cả phương pháp làm sạch, khử khuẩn bằng muối sodium hypochlorite và chất khử trùng hydrogen peroxide.
Quả cà chua bi sau xử lý siêu âm thậm chí còn tăng hàm lượng phenolics, flavonoid, ascorbic acid tổng còn rau xúp lơ trắng cũng làm chậm quá trình mất mát phenolics, flavonoid và axít ascorbic trong thời gian lưu giữ.
Những gì chúng ta thấy về siêu âm là hiệu quả tuyệt vời của nó trong việc làm sạch, khử khuẩn rau củ quả, đặc biệt khi cộng hưởng cùng những phương pháp khác. Tuy nhiên, những gì khiến cho phương pháp này còn chưa phổ biến là do việc sử dụng còn đòi hỏi kiểm soát những tham số phụ, liên quan đến từng loại sản phẩm khác nhau. Mặt khác, chi phí ban đầu và khả năng mở rộng quy mô áp dụng cũng là những thách thức ở phương pháp này.
—————————————————–
“Dry Cleaning and Post-Cleaning Strategies in Food Processing Facilities: A Scoping Review”. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety
“Decontamination by ultrasound application in fresh fruits and vegetables”. Food Control.
“Ultrasound decontamination of minimally processed fruits and vegetables”. International Journal of Food Science and Technology.
“Ultrasound and its combined application in the improvement of microbial and physicochemical quality of fruits and vegetables: A review”.Ultrasonics Sonochemistry