Gdańsk 10.12.2006 Technika przechowalnictwa chłodniczego owoców i warzyw w atmosferze kontrolowanej. Wkonał: Kolasa Adam sem IX SMiUChiK 1
Zakres pracy: 1. Wstęp -3-2. Właściwości składników atmosfery -3-3. Technologie stosowania zmodyfikowanej atmosfery -4-4. Zalety i wady stosowania zmienionej atmosfery -10-5. Literatura -10-2
1. Wstęp Tradycyjne przechowywanie schłodzonej Ŝywności jest najtańszą z przemysłowych metod ich krótkookresowego zabezpieczenia, jednak o bardzo ograniczonych efektach utrwalających. Szybki spadek jakości chłodzonej Ŝywności jest wynikiem współdziałania kilku czynników: rozwoju tlenowej mikroflory gnilnej i patogennej, aktywności enzymów tkankowych i bakteryjnych, wysychania i uteniania lipidów (jełczenie) i barwników (pogorszenie barwy). Sprawdzonym sposobem poprawy jakości oraz zwiększenia trwałości schłodzonych produktów są techniki pakowania lub przechowywania w atmosferze o zmienionym składzie podstawowych składników. Warunkiem uzyskania właściwych efektów stosowania obu technik jest wysoka wyjściowa jakość produktów oraz stałość parametrów technologicznych. W pierwszym z wymienionych zastosowań skład atmosfery ustala się jednorazowo w momencie pakowania, po usunięciu lub wyparciu powierza, bez moŝliwości późniejeszej korekty. Metodę taka określa się symbolem MA (Modified Atmosphere), a atmosferę w niej uzyskiwaną jako modyfikowaną. W przeciwieństwie do niej, skład i ciśnienie atmosfery w duŝych przechowalniach są na bieŝąco kontrolowane i w miarę potrzeby korygowane. Medota tę określono mianem CA (Controled Atmosphere), a atmosferę jako konterolowaną. 2. Właściwości składników atmosfery Powietrze składa się niemal wyłącznie z czterech podstawowych składników tj. azotu (N 2 ), tlenu (O 2 ), dwutlenu węgla (CO 2 ) oraz pary wodnej (H 2 O) w postaci pary wodnej. KaŜdy składnik posiada określone właściwości fizyczne i funkcjonalne, które wpływają na ich zachowanie w mieszaninie i jednocześnie determinują ich zastosowanie w przechowalnictwie schłodzonej Ŝywności. Azot N 2 główny ilościowo składnik powietrza jest gazem obojętnym, niewykazującym interakcji z produktami spoŝywczymi i innych bezpośrednich oddziaływań. Jego funkcja ochronna polega jedynie na ograniczaniu kontaktu z aktywnym tlenem, co zapobiega rozwojowi mikroflory tlenowej i procesów utleniania. W praktyce jest często wykorzytywany jako wypełniacz opakowań. Dwutlenek węgla CO 2 jest obojętny wobec produktów suchych a w kontakcie z produktami wilgotnymi łatwo rozpuszcza się i reaguje częściowo do H 2 CO 3, co nieznacznie obniŝa ph i wywiera niewielkie działanie bakteriostatyczne. Ogólnie stosowanie CO 2 opóźnia początek wzrostu zarodków i spowalnia jego szybkość. Kolejną cechą jest dobre absorbowanie przez suche, drobnoziarniste produkty, co w opakowaniach z CO 2 powowduje narastający efekt próŝni. Tlen O2 jest to najbardziej aktywny składnik powietrza, sprzyjający zmianom oksydacyjnym i wzrostowi bakterii tlenowych powodujących m.in. procesy gnilne. Zmniejszenie zawartości tlenu w otoczeniu skutecznie obniŝa tępo wszystkich reakcji chemicznych i biochemicznych z udziałem tlenu (oddychani, dojŝewanie, utlenianie, metabolizm mikroflory tlenowej). WaŜne jest zachowanie jednak odpowiedzniej proporcji pomiędzy zawartością tlenu i dwutlenku węgla w atmosferze zmodyfikowanej. Przy zawatości O 2 <1,5% lub CO 2 >20% następuje naruszenie równowagi procesów oddychania i wystąpienie oddychania beztlenowego, powodującego stopniowe obumieranie tkanek i niekorzystne 3
zmiany produktów (gnicie, brunatnienie miąszu owoców, wyczuwalny posmak sfermentowania), a takŝe moŝliwość rozwoju beztlenowców, produkujących toksyny. rys.1 Zbyt wysokie stęŝenie CO 2 jest przyczyną uszkodzenia miąŝszu jabłek ZróŜnicowanie właściwości składników miesznin gazów i róŝna podatność Ŝywności na ich oddziaływanie powodują, Ŝe dobór właściwego składu atmosfery ochronnej decydująco wpływa na zachowanie jakości schłodzonych produktów. JednakŜe Ŝaden ze składników powietrza samodzielnie nie przynosi właściwych efektów jakościowych (zwykle powodując poprawę jednych wyróŝników a pogoszenie innych lub jest z innych względów mało uŝyteczny). Skłoniło to do stosowania gotowych mieszanek gazowych, o optymalnej dla określonego zastosowania proporcji składników. 3. Technologie stosownia zmodyfikowanej atmosfery a. Technologia MA pakowania w zmodyfikowanej atmosferze Rosnące wymagania odbiorców dotyczące jakości, wyglądu i sposobu oferowania produktów oraz ich wydłuŝonej przydaności uŝytkowej, skłania producentów do wdraŝania nowych rozwiązań. Technika pakowania produktów w atmosferze zmodyfikowanej MAP uznana jest za jedną z bardziej perspektywicznych propozycji dla pzretwórstwa Ŝywności. W technologii MAP rozróŝnia się modyfikację atmosfery: pasywną gdy poŝądany skład atmosfery uzyskuje się na skutek oddychania produktu i dyfuzji gazów przez folie o odpowiednio dobranej selektywnej przepuszczalności dla gazów wykonywane są między innymi z polietylenu o niskiej lub ultraniskiej gęstości (LDPE i ULDPE), polichlorku winylu (PVC), octanu etylenowinylu (EVA), orientowanego polipropylenu (CPPP), poliuretanu (PU); aktywną zachodzącą na skutek zastąpienia normalnej atmosfery w opakowaniu odpowiednią mieszaniną gazów juŝ w trakcie pakowania, słuŝą do tego celu specjalne urządzenia. 4
tab.1 Zalecane warunki przetrzymywania warzyw w opakowaniach ze zmodyfikowaną atmosferą (MAP) Zalecana wilgotność względna powietrza: 90 95%. * Warzywa przyprawowe: szczypiorek, koperek, rzeŝucha, kolendra, trybula, szczaw. tab.2 Zalecane warunki przetrzymywania owoców w opakowaniach ze zmodyfikowaną atmosferą (MAP) 5
tab.3 Zalecane warunki przechowywania warzyw i owoców porcjowanych (rozdrobnionych) Poza terminem MAP, w technologii opakowań ze zmodyfikowaną atmosferą uŝywa się specjalnych określeń precyzujących właściwości danego opakowania. Niekiedy określenia te mają znaczenie podobne, a uŝywane są w zaleŝności od firmy, która oferuje dany typ opakowania: EMA (Equilibrium Modified Atmosphere) opakowanie z atmosferą zrównowaŝoną, ustalającą się w czasie przechowywania produktu, wykonane z folii o odpowiednio dobranej, selektywnej przepuszczalności dla gazów. MIP (Modified Interactive Packaging) opakowanie interaktywne, wykonane z folii z poliuretanu o niskiej gęstości, impregnowanej związkami mineralnymi, której przepuszczalność w stosunku do tlenu i dwutlenku węgla jest optymalna, a przepuszczalność w stosunku do pary wodnej jest na tyle duŝa, Ŝe nie dopuszcza do jej kondensacji wewnątrz opakowania. Folia taka ma strukturę plastra miodu i mikropory umoŝliwiające migrację pary wodnej na zewnątrz, opakowania MIP mają postać worków dostosowanych do pojemności skrzynki. CAP (Controlled Atmosphere Packaging) opakowanie, w którym poŝądany skład gazowy atmosfery jest utrzymywany dzięki róŝnym dodatkom do opakowania. 6
Określane bywają one równieŝ jako u APS (Active Packaging System) opakowania aktywne, w których wykorzystuje się oddziaływanie opakowania na atmosferę lub na zapakowany produkt. W tym celu stosuje się, na przykład: dodatek do opakowań lub materiału opakowaniowego substancji chemicznych pochłaniających tlen (ang. oxygen scavengers), na przykład związków Ŝelazawych, połączonych z katalizatorem (nazwy handlowe tych preparatów to Ageless, Freshmax, Oxysorb); substancje wytwarzające lub pochłaniające dwutlenek węgla (np. Fresh Lock); substancje absorbujące etylen, w postaci środków utleniających lub organicznych związków metali, na przykład preparaty Ethysorb, Ageless C, Freshkeep, Peakfresh (tego rodzaju absorbenty mogą przedłuŝać okres przechowywania produktu np. sałaty prawie dwukrotnie); regulatory wilgotności (np. silikaŝel); absorbenty zapachów; inhibitory rozwoju mikroorganizmów patogenicznych (przykładowo wyciąg z pestek grejpfruta lub fungicydy, np. imazalil). IPA (Intelligent Packaging Application) opakowanie "inteligentne", zawierające wskaźniki przydatności produktu do spoŝycia. Wskaźniki te mogą reagować na obecność w atmosferze opakowania par etanolu powstającego w wyniku psucia się produktu. Opracowano równieŝ systemy wykrywające obecność mikroorganizmów chorobotwórczych w opakowaniu na zasadzie reakcji z antyciałami. b. Technologia CA przechowywania w kontrolowanej atmosferze System MA jest czoraz częściej zastępowany przez system atmosfery kontrolowanej CA, który jest znacznie korzystniejszy w aspekcie technologicznym. W paraktyce stosuje się atmosferę regulowaną jednostronnie (zawartość O 2 i CO 2 jest zamieniana w stosunku 1:1 przy stałym udziale N 2 na poziomie 79%) i dwustronnie (zmieniana jest zawartość wszystkich trzech podstawowych składników powietrza). Uzyskiwanie atmosfery jednostronnie regulowanej jest stosunkowo proste i odbywa się przez kontrolowane doprowadzanie świeŝego powietrza zewnętrznego, które wypiera nadmiar CO 2 i jednocześnie uzupełnia niedobór O 2. Atmosfera regulowana dwustronnie wymaga dodatkowego wyposaŝenia w urządzenia przeznaczone do usuwania nadmiaru CO 2 z pomieszczenia. Do usuwania CO 2 słuŝyły dawniej tzw. skrubery (aparaty zawierające substancje wiąŝące gaz ług sodowy lub potasowy, węglan potasu, hydratyzowane wapno). Obecnie stosowane są głównie płuczki z dającym się regenerować węglem aktywowanym (absorbuje CO 2 i oddaje go po przepłukaniu powietrzem) lub pochodnymi alkoholi alifatycznych. Nowym rozwiązaniem są skrubery krzemianowe, pracujące na zasadzie selektywnej dyfuzji gazów i dostosowane do szybkiego osiągania wymaganej atmosfery. W nowszych rozwiązaniach wprowadza się do pomieszczenia gazowy azot lub wytwarzane w specjalnych generatorach gotowe mieszanki azotu i dwutlenku węgla. 7
rys.2 Schemat instalacji do przechowywania produktów Ŝywnościowych w kontrolowanej atmosferze, 1-dopływ ciekłego azotu, 2-termostat, 3-zawór nadciśnieniowy, 4-parownik układu chłdniczego, 5- nawilŝacz, 6- natrysk ciekłego azotu, 7- płuczka CO 2 (skruber), Dla technologii kontrolowanej atmosfery niezbędne są gazoszczelne komory chłodnicze, to znaczy takie, dla których niekontrolowana wymiana gazów między wnętrzem komory a atmosferą zewnętrzną jest niemoŝliwa. Konstrukcja ścian, sufitu, posadzki i drzwi komór musi zapewniać spełnienie testu gazoszczelności komory dla potrzeb technologii KA. Dotyczy to równieŝ przejść przez przegrody wszelkich elementów konstrukcyjnych komory (wieszaki chłodnic) oraz urządzeń wykonawczych i sterujących pracą komory (rury, kable, kształtowniki, itp.) oraz framug drzwi i okien inspekcyjnych. Posadzki w komorach powinny być bezpoślizgowe, niepylące, odporne na wodę, najlepiej powierzchniowo wodo- i gazoszczelne (np. zatarte durobetem) oraz równe i starannie wypoziomowane, w celu zapewnienia moŝliwości pionowego, stabilnego ustawienia skrzyniopalet. Wymaga się jednocześnie obniŝenia stęŝenia tlenu w komorze zaraz po wychłodzeniu produktów, do temperatury przechowywania. StęŜenie tlenu w komorze na początku sezonu przechowalniczego moŝna obniŝyć montując separatory azotu z powietrza atmosferycznego. Dostępne są róŝne typy tych urządzeń, na przykład separator membranowy lub oparte na sitach molekularnych. MoŜna równieŝ stosować czysty azot, spręŝony lub ciekły, dostarczany do chłodni w butlach stalowych lub izolowanych termicznie cysternach. Ostatnie z wymienionych źródeł, stają się coraz bardziej popularne w Polsce w małych obiektach przechowalniczych, z uwagi na łatwość stosowania i stosunkowo niską cenę. W większych obiektach moŝna wykorzystywać stacjonarną instalację ciekłego azotu. Dla średnich i duŝych obiektów przechowalniczych poleca się wykorzystanie separatorów azotu. Przyjmuje się stosowanie strumienia azotu z separatorów o czystości około 97% N2 (3% O2) i obniŝenie stęŝenia tlenu w komorach do poziomu co najmniej 6 7% objętościowo lub niŝszej. rys.3 Membranowy separator azotu 8
rys.3 Separator azotu pracuje z wykorzystaniem sit molekularnych Do obniŝenia stęŝenia dwutlenku węgla wydzielanego przez owoce w procesie oddychania najczęściej stosuje się płuczki z węglem aktywowanym jako substancją czynną. MoŜna stosować indywidualne płuczki dla kaŝdej komory lub zbiorcze, obsługujące kilka komór. Płuczki mogą być sterowane ręcznie lub pracować w cyklu automatycznym. MoŜna równieŝ stosować wapno hydratyzowane w workach papierowych umieszczonych bezpośrednio w komorze. Zaleca się stosowanie płuczek z węglem aktywowanym indywidualnie dla kaŝdej komory lub ewentualnie jedną płuczkę dla dwóch albo trzech komór, pracujących w cyklu automatycznym. W zaleŝności od wybranej konfiguracji, moc zainstalowanych płuczek wynosi od 8 kw do 10 kw. rys.4 Płuczka CO 2 indywidualna dla kaŝdej komory rys.5 Płuczka CO 2 wielokomorowa 9
4. Zalety i wady stosowania zmienionej atmosfery Korzyści wynikające z kontrolowanej atmosfery, w stosunku do obniŝonej tylko temperatury produktów, to potencjalne wydłuŝenie okresu przechowywania owoców lub warzyw, przy zachowaniu ich wysokiej jakości handlowej. Osiąga się to przez zmniejszenie tempa procesów biochemicznych i fizjologicznych prowadzących do dojrzewania i przejrzewania produktów, obniŝenie poziomu czułości na działanie etylenu oraz spadek wraŝliwości na niektóre choroby fizjologiczne. Innym efektem moŝe być zmniejszenie aktywności patogenów i kontrola obecności insektów i gryzoni w komorach chłodniczych. Mankamentem technologii kontroli atmosfery, bywa niekiedy niezdolność do wykształcenia prawidłowej barwy oraz typowego aromatu po długim okresie przechowywania. Technologia w ogrodnictwie wymaga równieŝ precyzyjnego określenia terminu zbioru. NaleŜy zwrócić takŝe uwagę, iŝ niewłaściwe stosowanie technologii kontroli atmosfery moŝe doprowadzić do powaŝnych uszkodzeń owoców lub warzyw i duŝych strat wynikających zarówno z niedoboru tlenu (oddychanie anaerobowe), jak i nadmiaru dwutlenku węgla (oparzenia powierzchniowe, uszkodzenia wewnętrzne). Poza tym, znaczny deficyt O 2 i nadmiar CO 2 jest niebezpieczny dla zdrowia i Ŝycia człowieka przy nieumiejętnej lub nieodpowiedzialnej obsłudze taich komór. 5. Literatura Technika chłodnicza i klimatyzacyjna nr.5/2006r. Technika chłodnicza i klimatyzacyjna nr.4/2005r. http://www.ho.haslo.pl 10