Technika przechowalnictwa chłodniczego owoców i warzyw w

Gdańsk 10.12.2006
Technika przechowalnictwa chłodniczego owoców i warzyw w atmosferze
kontrolowanej.
Wkonał:
Kolasa Adam
sem IX
SMiUChiK
1
Zakres pracy:
1.
2.
3.
4.
5.
Wstęp
Właściwości składników atmosfery
Technologie stosowania zmodyfikowanej atmosfery
Zalety i wady stosowania zmienionej atmosfery
Literatura
2
-3-3-4-10-10-
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
(N2), tlenu (O2), dwutlenu węgla (CO2) oraz pary wodnej (H2O) 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 N2 – 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 CO2 – jest obojętny wobec produktów suchych a w kontakcie z
produktami wilgotnymi łatwo rozpuszcza się i reaguje częściowo do H2CO3, co
nieznacznie obniŜa pH i wywiera niewielkie działanie bakteriostatyczne. Ogólnie
stosowanie CO2 opóźnia początek wzrostu zarodków i spowalnia jego szybkość.
Kolejną cechą jest dobre absorbowanie przez suche, drobnoziarniste produkty, co
w opakowaniach z CO2 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 O2<1,5% lub CO2>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 CO2 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 O2 i CO2 jest
zamieniana w stosunku 1:1 przy stałym udziale N2 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 CO2
i jednocześnie uzupełnia niedobór O2. Atmosfera regulowana dwustronnie wymaga
dodatkowego wyposaŜenia w urządzenia przeznaczone do usuwania nadmiaru CO2 z
pomieszczenia.
Do usuwania CO2 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
CO2 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, 5nawilŜacz, 6- natrysk ciekłego azotu, 7- płuczka CO2 (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 CO2 indywidualna dla kaŜdej komory
rys.5 Płuczka CO2 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 O2 i nadmiar CO2 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