Ελεγχόµενες & Τροποποιηµένες Ατµόσφαιρες

Transcript

1 Ορισµοί Ελεγχόµενες & Τροποποιηµένες Ατµόσφαιρες Μαζί µε τη χαµηλή θερµοκρασία και τον έλεγχο της σχετικής υγρασίας, αν µεταβληθεί η σύνθεση της ατµοσφαίρας του αποθηκευτικού χώρου, είναι δυνατόν να επιµηκυνθεί ακόµη περισσότερο ο χρόνος αποθηκεύσεως µε πολύ καλή ποιότητα προϊόντος. Τα ευρήµατα αυτά οδήγησαν στην ανάπτυξη της αποθηκεύσεως και συσκευασίας µε Ελεγχόµενες ή/και Τροποποιηµένες Ατµόσφαιρες (Controlled Atmosphere, CA - Modified Atmosphere, MA). Η CA και MA είναι ο τρίτος τρόπος, εκτός της θερµοκρασίας και σχετικής υγρασίας, χειρισµού των συνθηκών του περιβάλλοντος για την επιµήκυνση του χρόνου αποθηκεύσεως. 1.- Αποθήκευση σε Ελεγχοµένη Ατµόσφαιρα (CA) σηµαίνει τον εγκλεισµό του τροφίµου σε χώρο, όπου η σύνθεση της ατµοσφαίρας µεταβάλλεται και ελέγχεται συνεχώς ώστε η σύνθεση των αερίων να διατηρείται στα επιθυµητά επίπεδα. ηλαδή, µε τις ελεγχόµενες ατµόσφαιρες, ο έλεγχος εξασφαλίζει διατήρηση σταθερής ατµοσφαίρας ανεξαρτήτως της αναπνοής του προϊόντος, της απωλείας µέσω διαρροών και ρωγµών κλπ. 2.- Συσκευασία σε Ελεγχοµένη Ατµόσφαιρα (Controlled Amtosphere Packaging, CAP) είναι η συσκευασία κατά την οποία το προϊόν εγκλείεται εντός υλικών µε ειδικές διαπερατότητες έναντι των αερίων (Ο 2, CO 2, C 2 H 4 ) και εντός των οποίων µεταβάλλεται και ελέγχεται η σύνθεση των αερίων. 3.- Αποθήκευση σε Τροποποιηµένη Ατµόσφαιρα (ΜΑ) σηµαίνει τον εγκλεισµό του τροφίµου σε χώρο, όπου η σύνθεση των αερίων µεταβάλλεται µια φορά και δεν υπάρχει στη συνέχεια έλεγχος. Η αναπνοή του προϊόντος και οι αλληλεπιδράσεις προϊόντος και συσκευασίας τροποποιούν την ατµόσφαιρα. 4.- Συσκευασία σε Τροποποιηµένη Ατµόσφαιρα (Modified Atmosphere Packaging, MAP), είναι η συσκευασία κατά την οποία το προϊόν εγκλείεται εντός υλικών µε ειδικές διαπερατότητες έναντι των αερίων, και όπου η σύνθεση των αερίων εντός της συσκευασίας µεταβάλλεται µια φορά στην αρχή έτσι ώστε να επιβραδυνθεί η αναπνοή, να µειωθεί η µικροβιακή ανάπτυξη και να επιβραδυνθεί η ενζυµική αλλοίωση, µε τελικό αποτέλεσµα την επιµήκυνση του χρόνου αποθηκεύσεως. 5.- Ελεγχόµενο Περιβάλλον (Controlled Environment) σηµαίνει τον συνολικό έλεγχο όχι µόνο της συνθέσεως της ατµοσφαίρας, αλλά επίσης της θερµοκρασίας, υγρασίας κλπ, καθ' όλο τον κύκλο αποθηκεύσεως και διανοµής. 6.- Συσκευασία µε Πλήρωση Αερίου (Gas-Flush Packaging) είναι η αντικατάσταση του αέρα σε µια συσκευασία µε ένα νέο αέριο συστατικό ή µίγµα, π.χ. CO 2 ή Ν 2 ή CO 2 /O 2 /N 2 ή CO 2 /N 2. Κατά τη συσκευασία µε πλήρωση αερίου, ο αέρας κινείται φυσικά και µπορεί ή όχι να µεταβληθεί συνολικά το εσωτερικό περιβάλλον. Στην πράξη, η πλήρωση µε αέριο χρησιµοποιείται για την αποµάκρυνση του οξυγόνου του ελευθέρου χώρου της συσκευασίας. 7.- Υποβαρής Αποθήκευση (Hypobaric Storage) είναι η αποµάκρυνση των αερίων ώστε να δηµιουργηθεί πίεση µικροτέρα της ατµοσφαιρικής. Είναι προφανές ότι η υποβαρής αποθήκευση αποτελεί ειδική περίπτωση της ΜΑ αποθηκεύσεως. 8.- Συσκευασία Υπό Κενό (Vacuum Packaging) είναι η αποµάκρυνση όλου του αέρα της συσκευασίας χωρίς αντικατάσταση από άλλο αέριο. Κατά την συσκευασία υπό κενό, υπάρχει διαφορά πιέσεως µεταξύ εξωτερικού και εσωτερικού της συσκευασίας. Έτσι, όταν η συσκευασία είναι εύκαµπτη συµβαίνει κατάρρευση της συσκευασίας και συµπίεση του προϊόντος. Αν το τρόφιµο αναπνέει, η µικρή ποσότητα του οξυγόνου των ιστών καταναλώνεται (αύξηση κενού) και παράγονται διοξείδιο του άνθρακα και νερό. Από πρακτική άποψη, τα υπό κενό συσκευασµένα αναπνέοντα προϊόντα καθίστανται ΜΑΡ προϊόντα. 9.- Eπιδερµική Συσκευασία υπό Κενό (Vacuum Skin Packaging) είναι η συσκευασία του προϊόντος κατά τέτοιο τρόπο ώστε να µην υπάρχει ελεύθερος χώρος στη συσκευασία. ηλαδή, η συσκευασία βρίσκεται σε άµεση επαφή µε το προϊόν ανεξαρτήτως του σχήµατος του προϊόντος. Αρχή των CA/MA Η αρχή επί της οποίας στηρίζονται οι ελεγχόµενες ή τροποποιηµένες ατµόσφαιρες είναι ο έλεγχος της αναπνοής και ωριµάνσεως των προϊόντων, ο έλεγχος της αναπτύξεως και δράσεως των αλλοιούντων µικροοργανισµών και η επιβράδυνση ή αναστολή των ενζυµικών αντιδράσεων, οι οποίες οδηγούν στην υποβάθµιση ή αλλοίωση του προϊόντος, µε µεταβολή της συνθέσεως των αερίων της συγκεκριµένης ατµοσφαίρας Επιτυγχάνεται συνήθως µε µείωση της περιεκτικότητος του Ο 2 ή µε προσθήκη ανασταλτικών αερίων όπως του CO 2 ή CO. Πολύ βασικός είναι ο έλεγχος της αναλογίας µεταξύ Ο 2 και CO 2, η οποία είναι διαφορετική

2 για κάθε είδος τροφίµου. Πολλά προϊόντα είναι ευαίσθητα στο CO 2 και υπάρχουν αποδείξεις βλάβης από αυτό. Επίσης, για την περίπτωση µερικών φρούτων, πολύ σπουδαία είναι και η συγκέντρωση του αιθυλενίου, C 2 H 4, η παρουσία του οποίου µπορεί να διακόψει φυσιολογικές βλάβες στους ιστούς. Το βασικό πλεονέκτηµα της υποβαρούς αποθηκεύσεως είναι η αποµάκρυνση του C 2 H 4 από τους εσωτερικούς ιστούς. Όµως, η απαιτουµένη δαπάνη και ο έλεγχος της σχετικής υγρασίας είναι οι κύριοι περιοριστικοί παράγοντες για την υιοθέτηση της υποβαρούς αποθηκεύσεως. Το Αέριο Μίγµα Υπάρχουν τρεις τύποι µιγµάτων τα οποία χρησιµοποιούνται στις ΜAP/CAP, το άζωτο το οποίο εξυπηρετεί σαν αδρανές πληρωτικό, το CO 2 /N 2 ή Ο 2 /CO 2 /N 2 (ηµιδραστικό) και το CO 2 ή CO 2 /O 2 (πλήρως δραστικό). Η εκλογή του αερίου µίγµατος εξαρτάται από την περιεκτικότητα λίπους του προϊόντος, τις απαιτήσεις σταθεροποιήσεως του χρώµατος (κρέας), τον µικροβιολογικό χαρακτήρα και την ταχύτητα αναπνοής (φρούτα-λαχανικά. 1. Οξυγόνο: Οι εφαρµογές MAP/CAP οι οποίες χρησιµοποιούν υψηλά επίπεδα Ο 2 περιορίζοντας κυρίως στο ερυθρό κρέας. Στις περιπτώσεις αυτές το Ο 2 χρησιµοποιείται ως µέσον οξυγονώσεως σε επίπεδα εντός της περιοχής του 4-8% για να σχηµατισθεί οξυµυογλοβίνη, η οποία δίδει το λαµπερό ερυθρό χρώµα στο νωπό κρέας. Συνήθως χρησιµοποιείται µε τη µορφή µίγµατος µε CO 2 και N 2 -CO 2. Το O 2 τείνει να εξαφανισθεί εντός της συσκευασίας. Μπορεί να µεταβολισθεί από το κρέας προς CO 2, το οποίο απορροφάται από την υδατική φάση του κρέατος και σχηµατίζει ανθρακικό οξύ. Τα φρούτα και λαχανικά επίσης µεταβολίζουν το Ο 2 προς CO 2 και H 2 O. 2. ιοξείδιο του Ανθρακα: Εξαρτωµένου από την ιδιαιτέρα περίπτωση, το CO 2 χρησιµοποιείται σε ποσοστά 25-1%. Το CO 2 ταπεινώνει το ph του τροφίµου αντιδρώντας µε το νερό προς Η 2 CO 3. To CO 2 ασκεί ισχυρή ανασταλτική δράση έναντι των βακτηρίων και ευρώτων. Σε υψηλές συγκεντρώσεις, οι κύριες εφαρµογές του αναφέρονται σε προσυσκευασµένα αρτοσκευάσµατα, προϊόντα µπισκοτοποιίας, κέικ, ζυµάρια και προϊόντα µακαρονοποιίας. Πολλές συσκευασίες CO 2 εµφανίζονται σαν συσκευασίες κενού και τούτο γιατί ένα σηµαντικό µέρος του CO 2 µπορεί να απορροφηθεί από το τρόφιµο. Όταν η συσκευασία ανοιχθεί, το CO 2 το οποίο δεν απορροφήθηκε διασκορπίζεται στο περιβάλλον. 3. Άζωτο: Η βασική εφαρµογή του Ν 2 είναι ως αδρανές πληρωτικό και η παρεµπόδιση της καταρρεύσεως της συσκευασίας λόγω απορροφήσεως του CO 2 από το τρόφιµο. Το άζωτο δεν παρουσιάζει καµµία επίδραση επί του τροφίµου ή των βακτηρίων και χρησιµοποιείται για να αντικαταστήσει τον αποµακρυνθέντα αέρα και για την ελαχιστοποίηση των οξειδωτικών µεταβολών. Η πλήρωση ή έκπλυση αζώτου µπορεί να χρησιµοποιηθεί για να παραγάγει µια επίδραση "µαξιλαριού" (pillow effect), το οποίο µειώνει την πιθανότητα τρυπήµατος της συσκευασίας και επιτρέπει το διαχωρισµό/ροή των φετοποιηµένων και τεµαχισµένων σε σειρές τοποθετηµένων τροφίµων. Οι πιο συνηθισµένες εφαρµογές περιλαµβάνουν χονδρικές συσκευασίες bacon και αλλαντικών, τριµµένου και φετοποιηµένου τυριού, καφέ και ξηρών καρπών. 4. Μονοξείδιο του Άνθρακα: Η πειραµατική χρησιµοποίηση του µονοξειδίου του άνθρακα (CO) έδειξε ότι είναι πολύ αποτελεσµατικό στη διατήρηση του ερυθρού χρώµατος στο κρέας µε σχηµατισµό καρβοξυµυογλοβίνης, η οποία είναι λαµπερή ερυθρή. Όµως, η χρήση του δεν έχει εγκριθεί από τις αρµόδιες υπηρεσίες, επειδή υπάρχει η πιθανότητα κινδύνων για την υγεία των χειριστών των συσκευαστικών µηχανών, καθώς το CO είναι υψηλώς τοξικό και εύφλεκτο. Μικροβιολογία των MA/CA Το άζωτο πιστεύεται ότι δεν παρουσιάζει καµµιά επίδραση επί των µικροοργανισµών. Όµως, έχει µια έµµεση επίδραση λόγω του αναεροβίου ή µικροαεροφίλου περιβάλλοντος, το οποίο δηµιουργεί. Έτσι, τα υποχρεωτικά ή προαιρετικά αερόβια δεν θα αναπτυχθούν. Το CO 2 µπορεί να: θανατώσει αναστείλει µην έχει καµιά επίδραση διεγείρει την ανάπτυξη των µικροοργανισµών Οι περισσότερες ζύµες και βακτήρια συνήθως αναστέλλονται µε συγκεντρώσεις CO 2 µεταξύ 5-5%. Η ΜΑ αποθήκευση δεν αυξάνει τον κίνδυνο από Salmonella spp, S.aureus, Campylobacter spp ή το Vibrio parahaemolyticus. Ο S.aureus είναι ευαίσθητος σε υψηλά επίπεδα CO 2. Τα Escherichia coli & Y.enterocolitica αναστέλλονται από το CO 2. Η Listeria monocytogenes αναπτύσσεται άριστα κάτω από µικροαερόφιλες συνθήκες.

3 Η Aeromonas hydrophila αναπτύσσεται στον 1 µε 5 C. Τα Clostridium botulinum & C.perfringens, δεν επηρεάζονται σηµαντικά από την παρουσία CO 2 και η ανάπτυξή τους ενισχύεται από τις αναερόβιες συνθήκες. Το C.perfringens δεν αναπτύσσεται σε θερµοκρασίες κάτω των 12 C. Μερικά στελέχη του C.botulinum είναι ικανά να αναπτυχθούν και να παράγουν τοξίνη σε θερµοκρασίες τόσο χαµηλές, όπως 3,5 µε 5 C. Επίδραση των Αερίων Επί των Τροφίµων Η έκταση των οφελών από τη χρήση των CA και ΜΑ εξαρτάται από: το είδος του προϊόντος την ποικιλία τη φυσιολογική ηλικία (στάδιο ωριµότητος) την αρχική ποιότητα τις συγκεντρώσεις Ο 2 και CO 2 τη θερµοκρασία τη διάρκεια της εκθέσεως σε τέτοιες συνθήκες Η έκθεση µιας ποικιλίας φρούτου ή λαχανικού σε επίπεδα Ο 2 κάτω ή CO 2 άνω των ορίων αντοχής σε κάποιο συνδυασµό θερµοκρασίας-χρόνου, θα καταλήξει σε ένταση (stress) στο φυτικό ιστό, η οποία εκδηλώνεται µε τη µορφή διαφόρων συµπτωµάτων όπως: ανώµαλη ωρίµανση έναρξη και/ή χειροτέρευση µερικών φυσιολογικών διαταραχών ανάπτυξη κακών γεύσεων-οσµών αυξηµένη ευαισθησία στην αλλοίωση Πίνακας 1 Αντοχή των Φρούτων και Λαχανικών σε Χαµηλές Συγκεντρώσεις Οξυγόνου. Ελαχίστη Ανεκτή Συγκέντρωση Ο 2 Είδος,5 Ξηραµένα φρούτα-λαχανικά, ξηροί καρποί δένδρων (αµύγδαλα, καρύδια κλπ). 1, Μερικές ποικιλίες µήλων και αχλαδιών, µπρόκολα, µανιτάρια, σκόρδα, κρεµµύδια, τα περισσότερα τεµαχισµένα φρούτα-λαχανικά. 2, Οι περισσότερες ποικιλίες µήλων και αχλαδιών, ακτινίδια, βερίκοκα, κεράσια, νεκταρίνια, ροδάκινα, δαµάσκηνα, φράουλες, papaya, ανανάς, ελιές, cantaloupe, γλυκό καλαµπόκι, πράσινα φασολάκια, σέλινο, µαρούλι, λάχανο, κουνουπίδι, λαχανάκια Βρυξελλών. 3, Avocado, τοµάτες, πιπεριές, αγγούρια, αγκινάρες. 5, Εσπεριδοειδή, πράσινος αρακάς, σπαράγγια, πατάτες, γλυκοπατάτες. Πίνακας 2 Αντοχή των Φρούτων και Λαχανικών σε Υψηλές Συγκεντρώσεις ιοξειδίου του Άνθρακος. Ελαχίστη Ανεκτή Συγκέντρωση CΟ 2 Είδος 2 Μήλα (Golden Delicious), αχλάδια (Ασίας), αχλάδια (Ευρώπης), βερίκοκα, σταφύλια, ελιές, τοµάτες, πιπεριές, µαρούλι, αντίδια, λάχανο (κινέζικο), σέλινο, αγκινάρες, γλυκοπατάτες. 5 Μήλα (περισσότερες ποικιλίες), ροδάκινα, νεκταρίνια, δαµάσκηνα, πορτοκάλια, avocado, µπανάνες, mango, papaya, ακτινίδια, αρακάς, πιπεριές (chili), µελιτζάνες, κουνουπίδι, λάχανο, λαχανάκια Βρυξελλών, ραπάνια, καρότα. 1 Grapefruit, λεµόνια, lime, ανανάς, αγγούρια, µπάµιες, σπαράγγια, µπρόκολα, µαϊντανός, πράσο, πράσινα κρεµµυδάκια, κρεµµύδια ξηρά, σκόρδα, πατάτες. 15 Φράουλες, σµέουρα, βατόµουρα, κεράσια, σύκα, cantaloupe, γλυκό καλαµπόκι, µανιτάρια, σπανάκι, λάχανο (kale).

4 Ένα από τα κύρια οφέλη των CA/MA είναι η παρεµπόδιση της ωριµάνσεως των φρούτων και οι συνοδεύουσες µεταβολές. Για να υπάρξει σηµαντική επίδραση επί της ωριµάνσεως των φρούτων η συγκέντρωση του Ο 2 θα πρέπει να µειωθεί κάτω του 8%. Υψηλά επίπεδα CO 2 (άνω του 1%) επίσης επιβραδύνουν την ωρίµανση των φρούτων και οι επιδράσεις τους είναι προσθετικές µε εκείνες των χαµηλών επιπέδων Ο 2. Οι επιδράσεις των CA/MA επί της επιβραδύνσεως ή αναστολής της ωριµάνσεως είναι µεγαλύτερες σε υψηλότερες θερµοκρασίες. Έτσι, η χρήση των CA/MA µπορεί να επιτρέψει τον έλεγχο της ωριµάνσεως (κλιµακτηριακά φρούτα) των φρούτων σε θερµοκρασίες υψηλότερες από τις αντίστοιχες άριστες θερµοκρασίες. Τούτο είναι ιδιαιτέρως ωφέλιµο στην περίπτωση των ευαισθήτων στο ψύχος φρούτων, όπως τοµάτες, πεπόνια, acocados, µπανάνες και mangoes. Στον Πίνακα 3 φαίνονται οι ταχύτητες αναπνοής, καθώς και οι ταχύτητες παραγωγής αιθυλενίου από µερικά φρούτα και λαχανικά σε διαφορετικές θερµοκρασίες και διαφορετικές ατµόσφαιρες. Όπως φαίνεται, οι CA /MA συνθήκες µειώνουν τις ταχύτητες αναπνοής και παραγωγής αιθυλενίου. Τούτο οδηγεί σε καθυστέρηση της γηράνσεως, όπως αυτή γίνεται εµφανής από την συγκράτηση χλωροφύλλης (πράσινο χρώµα), µεταβολή της υφής και συνολικής ποιότητος. Έκθεση των νωπών φρούτων και λαχανικών σε επίπεδα Ο 2 κάτω των ορίων αντοχής ή CO 2 άνω των ορίων αντοχής µπορεί να αυξήσει την αναερόβιο αναπνοή και την επακόλουθο συσσώρευση αιθανόλης και ακεταλδεύδης (κακή γεύση-οσµή) (Kader et al., 1989). Κάτω από CA/MA συνθήκες, η συγκέντρωση των Ο 2, CO 2 και C 2 H 4 εντός του φυτικού ιστού καθορίζει τις φυσιολογικές και βιοχηµικές µεταβολές του ιστού. Οι εσωτερικές συγκεντρώσεις των αερίων αυτών εξαρτώνται από τις εξωτερικές συγκεντρώσεις, τις Πίνακας 3 Ταχύτητες αναπνοής και παραγωγής αιθυλενίου µερικών φρούτων και λαχανικών σε διαφορετικές θερµοκρασίες και ατµόσφαιρες (Kader et al., 1989). Είδος Ποικιλία Ατµόσφαιρα Θερµοκρασία C Αναπνοή ml/kg.h Παραγωγή C 2 H 4 nl/kg.h Μήλα Φασολάκια πράσινα Λάχανο Πιπεριές (chili) Granny Smith Blue Lake Decema Anaheim 2% Ο 2 +2% CO 2 1% Ο 2 3% Ο 2 3% Ο 2 +5% CO 2 1,5% Ο 2 +5% CO 2 3% Ο 2 2% Ο 2 5% Ο 2 + 5% CO ,3 7,3 7,3 7,3 7, , 3,6 7,4,1,7 1,4 33, 53, 26, 35, 17, 23, 13, 21, 1, 13, 1,5 4, 1, 1, 3, 6, 3,4 4,8 12,8 2,7 6,9 3,8 1,9 3,2 4,

5 Πατάτες Ruseet Burbank + 1% CO 2 2,5% O 2 8% O ,2 7,2 7,2 7,6 4,8 6, 9, <1 1-3 < Τοµάτες Ace (ώριµες πράσινες) Ace (ελαφρώς ρόδινες) + 1% CO 2 + 3% CO 2 + 5% CO 2 + 1% CO 2 + 1% CO 2 + 3% CO 2 + 5% CO 2 + 1% CO 2 9, 18, 8, 16, 8, 15, 7, 13, 6, 14, 1, 25, 11, 16, 9, 15, 8, 15, 8, 14, ταχύτητες παραγωγής CO 2 και C 2 H 4, την ταχύτητα καταναλώσεως Ο 2, την επιφάνεια του ιστού και την αντίσταση του επιδερµικού συστήµατος στη διάχυση των αερίων Ο 2, CO 2 και C 2 H 4. Η αντίσταση στη διάχυση εντός της σάρκας των φρούτων αυξάνει καθώς αυτά ωριµάζουν οφειλοµένου στον κατακλυσµό µερικών εκ των διακυτταρικών χώρων µε κυτταρικό χυµό. ηµιουργία των CA/MA Για τη ρύθµιση της συγκεντρώσεως του CO 2 στις CA/MA συνήθως γίνεται διοχέτευση είτε αζώτου (υγρό ή συµπιεσµένο) ή αέρα από τον οποίο έχει αποµακρυνθεί το Ο 2 µε καταλυτική καύση και την παρουσία CH 4 και C 3 H 8. Στην περίπτωση των προϊόντων, τα οποία αναπνέουν, το επιθυµητό CO 2 παράγεται από τους αθίκτους ιστούς και ο έλεγχος επιτυγχάνεται ή µε εξαερισµό ή µε µεθόδους εκλεκτικής αποµακρύνσεως, όπως π.χ. απορρόφηση από νερό ή µοριακά κόσκινα. Οι µέθοδοι δηµιουργίας MAP µπορούν να χωρισθούν σε δύο κατηγορίες, την ραστική (Active) και την Παθητική (Passive). 1.- ραστική ΜΑ: Στην περίπτωση της δραστικής τροποποιήσεως, η ατµόσφαιρα επιτυγχάνεται µε δηµιουργία ελαφρού κενού και αντικατάσταση της ατµοσφαίρας της συσκευασίας µε το επιθυµητό αέριο µίγµα. Επιπροσθέτως, το µίγµα αυτό µπορεί να ρυθµισθεί περαιτέρω µε την προσθήκη απορροφητικών ή προσροφητικών ουσιών στη συσκευασία για τον "καθαρισµό" του Ο 2, CO 2 και C 2 H 4. Α) Απορροφητικά Οξυγόνου: Τα περισσότερα εµπορικά διαθέσιµα απορροφητικά Ο 2 χρησιµοποιούν σκόνη σιδήρου σαν το κύριο δραστικό συστατικό. Τα προϊόντα αυτά συχνά χρησιµοποιούν κονιοποιηµένο FeO το οποίο, µε την απορρόφηση O 2, µετατρέπεται σε Fe 2 O 3, Fe 3 O 4 ή στα αντίστοιχα υδροξείδια. Όσο χαµηλοτέρα είναι η θερµοκρασία τόσο µικροτέρα είναι η ταχύτητα απορροφήσεως Ο 2. Β) Απορροφητικά ιοξειδίου του Άνθρακα: Μερικά απορροφητικά τα οποία χρησιµοποιούνται για την αποµάκρυνση της περίσσειας του CO 2 από CA θαλάµους και τα οποία µπορούν να υιοθετηθούν στις MAP είναι σβησµένη άσβεστος [Ca(OH) 2 ], ενεργός άνθρακας και οξείδιο του µαγνησίου (Kader et al., 1989). Γ) Απορροφητικά Αιθυλενίου: Μερικά υλικά, τα οποία µπορούν να χρησιµοποιηθούν για την απορρόφηση του C 2 H 4 εντός συσκευασιών από πολυµερή, είναι (Kader et al., 1989):

6 i. Υπερµαγγανικό Κάλιο, το οποίο απορροφηµένο σε celite, vermiculite, silica gel και αλουµίνα οξειδώνει το C 2 H 4 προς CO 2 και Η 2 Ο. ii. Σκόνη οικοδοµικής αργίλου, της οποίας το κύριο συστατικό είναι cristabalite (>87% SiO 2, >5% AlO 2, >1% Fe 2 O 3 ) µε ίχνη άλλων κρυστάλλων και η οποία απορροφά το αιθυλένιο και πολλά άλλα αέρια και δεν είναι τοξική. Το βασικό µειονέκτηµά της είναι ότι δίδει στο φιλµ της συσκευασίας µια καστανή και θολή εµφάνιση. iii. Άλλες Ενώσεις όπως υδρογονάνθρακες (σκουαλένιο, Apiezon) και σιλικόνες (φαινυλο- µεθυλο-σιλικόνη). Μια εναλλακτική µέθοδος για την ταχεία ανάπτυξη MA εντός της συσκευασίας περιλαµβάνει τη χρήση ενός σακιδίου ανθρακικού σιδήρου (II). Το άµορφο υλικό οξειδώνεται παρουσία υγρού αέρα, πιθανώς κατά την αντίδραση: FeCO + O + 6H O 4Fe(OH ) + 6CO Έτσι, η αντίδραση παράγει ταχέως CO 2 ενώ µειώνεται το Ο 2 εντός της συσκευασίας. Τα κατάλληλα εµπορικά απορροφητικά για κάθε αέριο θα πρέπει να ικανοποιούν τις ακόλουθες απαιτήσεις: (1) Πρέπει να είναι αποτελεσµατικά και να παρουσιάζουν κατάλληλη ταχύτητα απορροφήσεως του αερίου. (2) Πρέπει να είναι ακίνδυνα για τον άνθρωπο αµέσως ή εµµέσως. (3) Πρέπει να έχουν καλή σταθερότητα κατά την αποθήκευση. (4) Πρέπει να έχουν µικρό µέγεθος και µεγάλη ικανότητα απορροφήσεως αερίου (Kader et al., 1989). 2.- Παθητική ΜΑ: Στην περίπτωση αυτή το απαιτούµενο CO 2 παράγεται από το προϊόν και το Ο 2 καταναλώνεται µε την αναπνοή. Για να διατηρηθεί µια ικανοποιητική ατµόσφαιρα εντός της συσκευασίας, θα πρέπει να εκλεγεί ορθά η διαπερατότητα του πλαστικού φιλµ, το οποίο θα επιτρέπει την είσοδο του απαιτουµένου Ο 2 και την έξοδο της περίσσειας του CO 2, η οποία παράγεται από το προϊόν (φρούτα-λαχανικά) (Zagory and Kader, 1988). Παρ' όλο που η δραστική τροποποίηση περιλαµβάνει επιπρόσθετο κόστος, το κύριο πλεονέκτηµά της είναι ότι εξασφαλίζει την ταχεία δηµιουργία της επιθυµητής ατµοσφαίρας. Επίσης, τα απορροφητικά αποµακρύνουν το C 2 H 4 ή CO 2 και έτσι αποκλείουν τις βλαβερές επιδράσεις τους. Στο σχήµα 1 φαίνονται οι σχετικές µεταβολές των συγκεντρώσεων του CO 2 και O 2 κατά την παθητική και δραστική τροποποίηση (Zagory and Kader, 1988). Σχήµα 1. Σχετικές µεταβολές των συγκεντρώσεων O 2 και CO 2 κατά την παθητική και δραστική τροποποίηση. Οι παράγοντες οι οποίοι ευθέως επηρεάζουν το χρόνο ζωής και την ασφάλεια ενός CAP/MAP προϊόντος είναι: 1. Η Φύση του Προϊόντος. Οι κρίσιµοι παράγοντες περιλαµβάνουν το ph και την ενεργότητα ύδατος (a w ) του προϊόντος, την παρουσία αντιµικροβιακών προσθέτων ή συντηρητικών και την ταχύτητα αναπνοής του προϊόντος (Hotchkiss, 1988). Μεγάλης σπουδαιότητος είναι επίσης τόσο ο αριθµός όσο και οι τύποι των παθογόνων και αλλοιούντων µικροοργανισµών, οι οποίοι αναµένεται να υπάρχουν σε κάθε είδος προϊόντος (Hintlian and Hotchkiss 1986, Hotchkiss 1988). 2. Το Αέριο Περιβάλλον Εντός της Συσκευασίας. Τα αέρια και οι σχετικές τους συγκεντρώσεις σε µια συσκευασία εξαρτώνται από το ιδιαίτερο προϊόν. Όµως, για όλα σχεδόν τα προϊόντα είναι κάποιος συνδυασµός CO 2, N 2 και Ο 2. Το CO 2 είναι πολύ σπουδαίο λόγω της βιοστατικής του δράσεως έναντι πολλών αλλοιούντων οργανισµών και της ανασταλτικής του δράσεως επί της αναπνοής του προϊόντος. Το άζωτο εξυπηρετεί ως πληρωτικό για τη ρύθµιση της συγκεντρώσεως των άλλων αερίων. Το Ο 2 αναστέλλει τη δράση των αναεροβίων παθογόνων, όµως δεν επαυξάνει ευθέως το χρόνο ζωής (Hotchkiss 1988, Λάζος 2).

7 3. Η Συσκευασία. Στους σπουδαίους παράγοντες περιλαµβάνονται ο ελεύθερος χώρος, η διαπερατότητα, η µορφή και η ακεραιότητα. Οι δύο πρώτοι παράγοντες επηρεάζουν το ποσό του αερίου και το χρόνο επί τον οποίο το αέριο είναι διαθέσιµο για τη µικροβιακή αναστολή. Η µορφή ή το σχήµα της συσκευασίας επιτρέπει την όσο το δυνατόν µετγαλυτέρα επαφή µε το προϊόν. Για το λόγο αυτό οι καλά σχεδιασµένες ΜΑΡ έχουν κορυφές στoν πυθµένα. Η ακεραιότητα επηρεάζει ευθέως την ταχύτητα αλλοιώσεως του προϊόντος (Hotchkiss 1988, Λάζος κ.α. 1989). 4. Η Θερµοκρασία Αποθηκεύσεως. Η ΜΑΡ δεν αποτελεί αντικατάσταση ή υποστήριξη της καταλλήλου θερµοκρασίας αποθηκεύσεως (Ogrydriak and Bron, 1982). Η αποτελεσµατικότητα της ΜΑΡ µειώνεται καθώς η θερµοκρασία αποθηκεύσεως αυξάνει. 5. Η ιεργασία και ο Εξοπλισµός Συσκευασίας. Οι ΜΑ µπορούν να δηµιουργηθούν εντός της συσκευασίας µε ένα αριθµό µεθόδων, όπως εφαρµογή κενού και διοχέτευση αερίων, δηµιουργία κενού σε θάλαµο και διοχέτευση αερίων κλπ. Κάθε µια από τις µεθόδους αυτές επηρεάζει µεγάλως την ασφάλεια µιας ΜΑΡ. Υλικά Συσκευασίας για MAP Παρ' όλη την πληθώρα των διαθεσίµων πλαστικών φιλµ, πολύ λίγα µπορούν να χρησιµοποιηθούν για τη συσκευασία των νωπών φρούτων και λαχανικών, και ακόµη λιγότερα έχουν τέτοιες ιδιότητες ώστε να είναι κατάλληλα για ΜΑΡ. Επειδή το οξυγόνο σε µια ΜΑΡ/CAP µειώνεται από το 21% στο 2-5%, υπάρχει ο κίνδυνος το CO 2 να αυξηθεί από,3% στην ατµόσφαιρα σε 16-19% στη συσκευασία και αυτό γιατί υπάρχει µια ένα-προς-ένα αντιστοιχία µεταξύ του Ο 2, το οποίο καταναλώνεται, και του CO 2 το οποίο παράγεται (Zagory and Kader, 1988). Επειδή τα υψηλά επίπεδα του CO 2 µπορούν να βλάψουν το προϊόν (φρούτα-λαχανικά), ένα ιδανικό φιλµ πρέπει να επιτρέπει µεγαλυτέρα έξοδο CO 2 από την είσοδο Ο 2. Έτσι, η διαπερατότητα του CO 2 πρέπει να είναι 3-5 φορές µεγαλυτέρα από αυτήν του Ο 2. Στον Πίνακα 4 φαίνονται τα χαρακτηριστικά µερικών πλαστικών φιλµ. Από τα φιλµ αυτά, το πολυαιθυλένιο χαµηλής πυκνότητος (LDPE) και το πολυβινυλοχλωρίδιο είναι αυτά τα οποία κυρίως χρησιµοποιούνται για τη συσκευασία των φρούτων και λαχανικών. Ακόµη έχει χρησιµοποιηθεί και το πολυστυρένιο. Το Saran και ο πολυεστέρας παρουσιάζουν χαµηλές διαπερατότητες αερίου και έτσι είναι κατάλληλα για τα είδη τα οποία παρουσιάζουν µικρές ταχύτητες αναπνοής. Για µη αναπνέοντα προϊόντα, όπως το κρέας, έχουν χρησιµοποιηθεί σύνθετα υλικά αποτελούµενα από πολυολεφίνες και πολυβινυλιδενοχλωρίδιο (PVDC). Επίσης έχει χρησιµοποιηθεί και το PVC µε δίσκους αφρού. Πίνακας 4 ιαθέσιµα Πολυµερή για Τυποποίηση MAP/CAP. Τύπος ιαπερατότητες (ml/mil/m 2 /d) σε 1 at MVTR * O 2 CO 2 CO 2 /O 2 Πολυαιθυλένιο (LDPE) Πολυπροπυλένιο Πολυστυρένιο Πολυβινυλοχλωρίδιο Πολυβινυλιδενοχλωρίδιο Καουτσουκ υδροχλωρικό Nylon-6 Πολυεστέρας Polycarbonate Οξική κυτταρίνη Αιθυλοκυτταρίνη Μεθυλοκυτταρίνη Κυτταρίνη τριοξική Πολυβινυλική αλκοόλη Φθοριούχο πολυβινύλιο Πολυχλωροτριφθοροαιθυλένιο Χλωροδεοξικό βινύλιο Saran , , σχεδόν 5 11, σχεδόν * MVRT = ταχύτητα µεταφοράς υγρασίας, ml/d/m 2 /mil (1 mil=,1'=2,54x1-5 m) 2,-5,9-5,9 3,4-3,8 3,6-6,9 3,8 4,2-7,6 2, 3,-3,5 1,7-1,8 6,7-7,3 2,5 5, 5,9-3,4 1,5 3,7 5,8-6, ,1 7,8-1, ,9-17, , Πρέπει να σηµειωθεί ότι τα υλικά συσκευασίας, για την ΜΑΡ, υποβαρή ή συσκευασία υπό κενό των µη-αναπνεόντων προϊόντων, θα πρέπει να είναι αποτελεσµατικά φράγµατα (barriers) αερίων για τη διατήρηση ορθού ισοζυγίου εντός της συσκευασίας. Τυπικά, ένα πολυµερές φράγµα (barrier polymer)

8 (έναντι του Ο 2 κυρίως) χρησιµοποιείται για να προστατεύσει το προϊόν, να αυξήσει το χρόνο ζωής (µόνο του ή σε συνδυασµό µε πολυµερή µη-φράγµατα) και να έχει διαπερατότητα οξυγόνου µικροτέρα από 1 cm 3 /m²/24h/1atm/o% RH στους 23 C. Το CO 2, N 2 και Ο 2 παρουσιάζουν διαφορετικές ταχύτητες διόδου από τα διάφορα φιλµ. Όµως, σχεδόν πάντα διατηρείται η σειρά CO 2 >O 2 >N 2. εν υπάρχει µια απ' ευθείας συσχέτιση µεταξύ διαπερατότητος Ο 2 και νερού. Μερικά υλικά είναι ευαίσθητα στην υγρασία, π.χ. η διαπερατότητα αερίου εξαρτάται από τη σχετική υγρασία (RH) του φιλµ όπως µε τα nylons και το EVOH ή EVAL. Τα nylons αυξάνουν την ταχύτητα διαπερατότητος αερίου κατά 3 φορές όταν η RH αυξάνει από σε 1%, ενώ για το EVAL µπορεί να γίνει 1 έως 1 φορές µεγαλυτέρα. Για την εκλογή του καταλλήλου φιλµ, µεγάλη σπουδαιότητα έχουν δύο ακόµη ιδιότητες, ο βαθµός απορροφήσεως αρωµατικών/οσµηρών/γευστικών ενώσεων από το υλικό και το ποσό µεταναστεύσεως µικρών µορίων, όπως οι πλαστικοποιητές, από το υλικό συσκευασίας στο τρόφιµο, τα οποία µπορούν να επηρεάσουν τη γεύση και οσµή του προϊόντος. Γενικά, τα πολυµερή-φράγµατα είναι τελείως αδιαπέραστα από πολλούς οργανικούς ατµούς και η απορρόφηση αρωµατικών/οσµηρών/γευστικών ενώσεων είναι µικρή και η µετανάστευση από το υλικό αµελητέα. Συστήµατα Συσκευασίας Οι περισσότερες ΜΑ/CA συσκευασίες των νωπών και προµαγειρευµένων τροφίµων επιτελούνται σε συστήµατα Θερµοσχηµατισµού/Πληρώσεως/Σφραγίσεως (Thermoform/ Fill/Seal, TFFS). Οι TFFS µηχανές χρησιµοποιούν δύο συνεχείς ρόλους πλαστικού φιλµ. Τυπικώς ο κάτω ρόλος πλαστικού σχηµατίζει το κύπελο/δοχείο, το οποίο γεµίζεται µε το προϊόν, και ο επάνω ρόλος πλαστικού σχηµατίζει το πώµα/καπάκι (Σχήµα 2). Οι TFFS µηχανές αρχικώς σχεδιάσθηκαν ως µηχανές συσκευασίας υπό κενό προϊόντων όπως χοιροµέρι, φετοποιηµένα προϊόντα κρέατος (αλατισµένο) και bacon. Η χρήση τους εξαπλώθηκε και σε άλλα προϊόντα, όπως κατεψυγµένες µπριζόλες, νωπό κρέας, µαγειρευµένα εντός της συσκευασίας προϊόντα κρέατος, τυριά, αρτοσκευάσµατα κλπ. Τυπικά υλικά τα οποία χρησιµοποιούνται στα TFFS συστήµατα είναι laminates PS/EVOH/PE για τα βασικά φύλλα και PVC/PVDC/LDPE, PVC/PE ή PET/PVDC/LDPE για τα θερµοσυγκολλούµενα πώµατα/καπάκια. Οι TFFS µηχανές επιτελούν 6 βασικές λειτουργίες: (1) Τροφοδοσία του φιλµ, (2) Θερµοσχηµατισµός, (3) Φόρτωση (πλήρωση) και εισαγωγή αερίου, (4) Σφράγισµα, (5) Κοπή και (6) Ετικεττοποίηση/εκτύπωση. Σχήµα 2. Το βασικό TFFS MAP σύστηµα. Στο σχήµα 3 φαίνεται µια MAP για προϊόντα κρέατος.

9 Σχήµα 3. Η ΜΑΡ προϊόντων κρέατος. Ένα άλλο βασικό σύστηµα MAP/CAP είναι το σύστηµα Σχηµατισµού/Πληρώσεως/ Σφραγίσεως (Form/Fill/Seal, FFS) οριζοντίας ροής. Στο σχήµα 3.16 φαίνεται ένα τέτοιο σύστηµα. Στα FFS συστήµατα χρησιµοποιείται ένας ρόλος πλαστικού. Το τρόφιµο είτε τοποθετείται στο φιλµ ή το φιλµ καλύπτει το τρόφιµο από το επάνω µέρος ή τις πλάγιες πλευρές (σχήµα 4). Η µηχανή δηµιουργεί ένα πλαστικό σωλήνα (1, σχήµα 4), ο οποίος δέχεται (περικυκλώνει) το προϊόν. Το επιθυµητό αέριο εισάγεται στον πλαστικό σωλήνα µε ένα σωλήνα εισαγωγής (2, σχήµα 4) και ο αέρας εκδιώκεται από τη συσκευασία µε τη συνεχή διοχέτευση του αερίου µίγµατος. Τα άκρα της συσκευασίας σφραγίζονται µε την βοήθεια σιαγόνων σφραγίσεως (3, σχήµα 4). Τελικώς οι συσκευασίες κόβονται και διαχωρίζεται η µία από την άλλη. Μεταξύ των πλεονεκτηµάτων των µηχανών αυτών είναι η απλότητα λειτουργίας και το πολύπλευρό των, καθώς σχεδόν όλοι οι τύποι τροφίµου µπορούν να συσκευασθούν µε τις µηχανές αυτές. Σχήµα 4. Η FFS µηχανή. Τέλος, µια τρίτη κατηγορία για την MAP/CAP συσκευασία των τροφίµων είναι οι Μηχανές Χονδρικής (Χύµα) Συσκευασίας (Bulk Packaging Machines). Το προϊόν φορτώνεται σε σάκους είτε µόνο του ή µε τη µορφή ατοµικών συσκευασιών. Η µηχανή, ενώ κρατάει το σάκο, εισάγει δύο "καθετήρες", οι οποίοι αποµακρύνουν τον αέρα δηµιουργώντας κενό εντός του σάκου. Κατόπιν το κενό σπάζει µε διοχέτευση του επιθυµητού αερίου. Τελικώς ο σάκος θερµοσυγκολλάται. Οι συσκευασίες αυτές προορίζονται για τροφοδοσία νοσοκοµείων, ιδρυµάτων, ινστιτούτων κλπ. Το πλεονέκτηµα των µηχανών αυτών είναι ότι τα προϊόντα µπορούν να συσκευασθούν κατά το συνήθη τρόπο, να διατηρούν την κανονική εµφάνιση της συσκευασίας και ακόµη να ωφεληθούν από το αέριο εντός της συσκευασίας. Έτσι, επιτυγχάνεται ένας επιπλέον χρόνος ζωής καθ' όλο το σύστηµα διανοµής. Όπως φαίνεται οι µέθοδοι εισαγωγής του αερίου, στα διάφορα συστήµατα, µπορεί να περιλαµβάνουν: 1. Εκκένωση και εισαγωγή του αερίου µίγµατος. 2. Συνεχής διοχέτευση (υπερπλήρωση, κατακλυσµός) του επιθυµητού αερίου µίγµατος χωρίς προηγούµενη εκκένωση.

10 3. Επιτρέποντας το προϊόν να δηµιουργήσει ΜΑ µέσω της αναπνοής. Στον Πίνακα 5 φαίνονται οι συνθήκες για την CAP/MAP µερικών αναπνεόντων και µη προϊόντων. Πίνακας 5 Υποδεικνυόµενες συνθήκες για την CAP/MAP αναπνεόντων και µη τροφίµων. Είδος Τροφίµου Θερµοκρασία C Σύνθεση αερίου, % O 2 CO 2 N 2 Αναπνέοντα Avocados Μανιτάρια Μαρούλια Μήλα Μπρόκολα Τοµάτες Φράουλες Μη Αναπνέοντα Κρέας, ερυθρό Κρέας, λεπτές φέτες Κοτόπουλο Τυρί Προϊόντα αρτοποιίας Εψυγµένα έτοιµα φαγητά Ψάρι, άπαχο Ψάρι, λιπαρό Πάστες Οφέλη των CAP/MAP Τα οφέλη των CAP/MAP τεχνολογικών µπορούν να συνοψισθούν στα (Lioutas, 1988): 1. Eλάττωση των απωλειών κατά τη διανοµή. 2. Ηµισυγκεντρωτική παραγωγή. 3. Επέκταση της ακτίνας των συστηµάτων διανοµής. 4. Μείωση των εργατικών/εργασίας και των αχρήστων σε επίπεδο λιανικής πωλήσεως. 5. Ποιοτικά πλεονεκτήµατα, όπως χρώµα, γεύση, οσµή και διατήρηση της ωριµότητος. 6. Εξαιρετικές δυνατότητες σηµάνσεως (δηµιουργία φίρµας). 7. Ευνοϊκά οικονοµικά οφειλόµενα στην µείωση του χειρισµού και διανοµής αζήτητων ή προϊόντων χαµηλής αξίας. 8. Εξαιρετικό κανάλι διαφοροποιήσεως του προϊόντος. 9. Τα ποιοτικά πλεονεκτήµατα µεταφέρονται στον καταναλωτή. Βιβλιογραφία Abe, Y. and Kondoh, Y. (1989). Oxygen absorbers. In "Controlled/Modified Atmosphere/ Vacuum Packaging of Foods", A.L. Brody (ed.), Pp Food & Nutrition Press, Inc. Trumbull, Connecticut. Biale, J.B. (1975). Synthetic and degradative processes in fruit ripening. In "Postharvest Biology and Handling of Fruits and Vegetables", N.F. Haard and D.K. Salunkhe (eds.). The AVI Publishing Co, Inc. Westport, Connecticut. Brody, A.L. (1989). Controlled/Modified Atmosphere/Vacuum Packaging of Foods. Food & Nutrition Press, Inc. Trumbull, Connecticut. Calderon, M. and R. Barkai-Golan (eds) 199. Food preservation by modified atmospheres. CRC Press, Boca Raton FL, 42 pp. Goodburn, K.E. and Halligan, A.C. (1988). Modified-Atmosphere Packaging, A Technology Guide. Leatherhead Food Research Association. Hintlian, C.B. and Hotchkiss, J.H. (1986). The safety of modified atmosphere packaging: A review. Food Technol., 4(2), Kader, A.A. (1986). Biochemical and physiological basis for effects of controlled and modified atmospheres on fruits and vegetables. Food Technol., 4(5),

11 Kader, A.A. and C.B. Watkins.. Modified atmosphere packaging Œ toward and beyond. HortTechnology 1: Kader, A.A., Zagory, D., and Kerbel, E.L. (1989). Modified atmosphere packaging of fruits and vegetables. CRC Crit. Rev. Food Sci. Technol., 28(1), 1-3. Λάζος, Ε. Σ. (2). Επεξεργασία Τροφίµων Ι. 3 η Έκδοση. Τµήµα Τεχνολογίας Τροφίµων. ΤΕΙ Αθηνών. Thompson, A.K. (1998). Controlled Atmosphere Storage of Fruit and Vegetables. CAB International, Oxon, UK, Zagory, D. and Kader, A.A. (1988). Modified atmosphere packaging of fresh produce. Food Technol., 42(9), 7-74, ρ. Ευάγγελος Σ. Λάζος Καθηγητής elazos@teiath.gr