4.10.2010

1

Ochrana obalem před oxido-redukčními změnami

1

Ochrana obalem před oxido-redukčními změnami

• oxidoredukční změny ⇒ nejvýznamnější chemické změny potravin

• způsob balení ⇒ důležitý prostředek jejich regulace

2

regulace• využití dvou základních opatření• regulace kontaktu s atmosferickým kyslíkem• úprava atmosféry uvnitř obalu pasivním i

aktivním způsobem

Balení potravin v MA

• balení potravin v modifikované (MA), resp. řízené(CA) atmosféře

• obecný princip - velmi starý aplikace obal důsledek ro oje obalo é

3

• aplikace v obalu ⇒ důsledek rozvoje obalové techniky

Porovnání CA a MA• shoda ⇒ složení atmosféry odlišné od vzduchu• rozdíl ⇒ míra regulace složení vnitřní atmosféry

4

Balení potravin v MA

Význam MA• doplněk klasických metod konzervace

potravin• chlazené potraviny

5

• chlazené potraviny• tepelně sterilované potraviny• výrobky konzervované nízkým obsahem vody

Balení sýrů

6

4.10.2010

2

Příklady složení MA

Potravina % O2 % CO2 % N2 Teplota (oC)

Čerstvé ovoce a zelenina 2 - 5 3 - 5 90

0 - 10

Červené maso 40 - 80 10 - 20 10 - 40 0 - 2

7

Červené maso 40 80 10 20 10 40 0 2

Masné výrobky 0 20-30 70-80 0-3

Sýry 0 60 40 1 - 3

Hotové pokrmy 0 40 - 50 50 - 60 1 - 3

Pečivo 0 60 - 75 15 - 40 místnost

Sušené pokrmy 0 20 - 30 70 - 80 místnost

Technické plyny pro potravinářské technologie

Směsné plyny DINAX :

• DINAX 20složení : 80% N2 + 20% CO2

• DINAX 30složení : 70% N2 + 30% CO2

8

složení : 70% N2 + 30% CO2• DINAX 50

složení : 50% N2 + 50% CO2

Použití:• uzeniny - párky,salámy • sýry• hotové pokrmy

Technické plyny pro potravinářské technologie

Směsné plyny MAPAX

• MAPAX 20 složení: 80% O2 + 20% CO2

• MAPAX 30

9

MAPAX 30 složení: 70% O2 + 30% CO2

Použití : hovězí maso vepřové masodrůbeží maso

BIOMAP 3

Technické plyny pro potravinářské technologie

10

BIOMAP 32% O2

13% CO2

85% N2

Označení technických plynů jako přídatných látek (vyhláška 235/2010 Sb.)

Dusík E 941Oxid uhličitý E 290Kyslík E 948Oxid siřičitý E 220Ethylen zatím není, o přiřazení

kódu se jednáVodík E 949

11

Vodík E 949Argon E 938Helium E 939Oxid dusný E 942Butan E 943aIsobutan E 943bPropan E 944Oxid uhelnatý povolení tohoto plynu

pro potravinářství a přiřazení kódu zatím není vyjasněno

Balení masa v MA

12

4.10.2010

3

Požadavky na obalové materiály pro MAP

• obecné požadavky + další kriteria • propustnost pro permanentní plyny• propustnost pro vodní páru

13

• typy potravin uchovávaných v MA• opracované potraviny - umrtvená pletiva a tkáně• čerstvé plodiny - nutno zajistit metabolické

přeměny

Opracované potraviny• cíl ⇒ omezení mikrobiálních a eliminace

oxidačních změn• základní požadavek na obalový materiál ⇒

Požadavky na obalové materiály pro MAP

14

základní požadavek na obalový materiál ⇒dobré bariérové vlastnosti

• praktické provedení balení• vakuové balení• balení v ochranné atmosféře

Čerstvé, zejména rostlinné produkty• hlavní faktory uchování kvality při posklizňovém

skladování• optimální zralost při sklizni• zamezení mechanického poškození

Princip MAP - čerstvé produkty

15

• zamezení mechanického poškození• aplikace vhodných sanitačních postupů• dodržování optimální teploty a relativní vlhkosti

• úprava složení atmosféry • doplňující opatření • základem skladování čerstvých plodin v CA, resp. MA

Čerstvé, zejména rostlinné produkty• teoretické základy

• snižováním obsahu O2 či zvyšování CO2 ⇒ zpomalení respirace ⇒ prodloužení skladovatelnosti

• minimální tolerované koncentrace O2 (cca 1 - 5 %)

Princip MAP - čerstvé produkty

16

2 ( )• maximální tolerované koncentrace CO2 (2 - 15 %)

• citlivost k nízké koncentraci O2 a zvýšené CO2 se vzájemně ovlivňují

• složení MA závisí na dalších faktorech• stupeň zralosti• doba skladování• teplota během skladování

Čerstvé, zejména rostlinné produkty• teoretické základy

• předpřipravené plodiny méně citlivé • klimakterické druhy ⇒ snížení obsahu O2 (cca < 8 %) či

zvýšení obsahu CO2 (cca > 8 %) ⇒ zpomalení zrání

Princip MAP - čerstvé produkty

17

• aplikace CA, resp. MA• dlouhodobé skladování (jablka, hrušky, kiwi, zelí atd.)• dočasné prodloužení údržnosti (jahody, višně, banány,

mango)• balení předpřipravené zeleniny • prodloužení procesu zrání při teplotách vyšších než jsou

běžné chladírenské teploty

Princip MAP - čerstvé produkty

18

4.10.2010

4

Intenzita dýchání při 5 °Cprodukce tepla, produkce CO2, spotřeba O2

19

celer mrkev salát špenátcibule zelí květák brokolicebrambory rajčata kapusta kukuřicejablka broskve maliny žampiony

Vliv teploty na intenzitu dýchání

špenát

20

mrkevzelí

0 °C 5 °C 10 °C 17 °C

salát

Vliv poranění na intenzitu dýchání

21

2,5 °C 5 °C 7,5 °C 10 °C

celé zelí krájené zelí

Limitní koncentrace O2 a CO2

zeleninaCO2

(%)O2

(%)ovoce

CO2

(%)O2

(%)

mrkev 4 3 jablka 3 2

22

mrkev 4 3 jablka 3 2

zelí 5 2 hrušky 1 2

brambory 10 10 třešně 2 2

rajčata 2 3 broskve 5 2

žampiony 7 10 jahody 20 2

Kombinovaný vliv teploty a složení atmosféry

20 - 25 °C

23

optimálníteplota

vzduch

MA

skladovatelnost

10

15

20

uhlič

itý (k

Pa)

nejpopustnějšísouvislé fólie(LDPE)perforované fólie

OVOCE

ananas

mango papaya

jahody, ostružiny,borůvky, višně, fíky

nejpropustnější

24

0

5

0 5 10 15 20

kyslík (kPa)

oxid

u perforované fólie

citrusy

mango, papaya

mučenka

hrozny

běžné klimakterickéovoce

olivy

švestky,brusinky dosažitelné MA

4.10.2010

5

10

15

20uh

ličitý

(kPa

)

nejpropustnějšísouvislé fólie (LDPE)perforované fólie

ZELENINA

komerční balení hlávkového salátu

pórek

brokolice

růžičková kapusta

petržel

špenát

houby

chřest

25

0

5

0 5 10 15 20

kyslík (kPa)

oxid

u

dosažitelné MA

fazolezelí

květák

čekanka

celerrajčata

pepř

ředkev

artyčok hlávkovýsalát

okra

Čerstvé, zejména rostlinné produkty• požadavky na obalové materiály

• velká propustnost pro permanentní plyny

Požadavky na obalové materiály pro MAP

26

• velký poměr propustností pro CO2 a O2

• velmi malá propustnost pro vodu a vodní páru

Úprava atmosféry uvnitř obalu

27

nucená(aktivní)

samovolná (pasivní)

Nucený způsob úpravy atmosféry v obalu• typický pro opracované potraviny• zahrnuje

• vakuové balení potravin• rovnoměrné odstranění všech plynů

Úprava atmosféry uvnitř obalu

28

• rovnoměrné odstranění všech plynů• zbytkový O2 < 0,1-1 %

• balení v ochranné atmosféře• zaplynění po evakuaci ⇒ poměry podobné vakuovému balení• vypláchnutí atmosféry směsí plynů ⇒ méně účinné

• změny během technologického opracování• absorbéry plynů• možnost aplikace indikátorů složení MA

Úprava atmosféry uvnitř obalu

29

Problémy MAP

• vakuové balení• nutno zohlednit strukturu balené potraviny, která může být

poškozena vyšším vakuem (měkké rybí filety, měkké sýry atd.)

• balení v ochranné atmosféře• aplikace MA výplachem vzduchu nevhodná pro porézní

30

aplikace MA výplachem vzduchu nevhodná pro porézní produkty nebo při použití obalových prostředků z napěněných polymerů

• CO2 značně rozpustný v potravinách• smršťování obalu ⇒ tzv. pseudovakuový efekt

• řešením použití směsí s dusíkem• patentováno bylo i použití pevného CO2 do obalu (kompenzace

ztrát plynu způsobené rozpouštěním)• pokles pH potravin

• balení masa (vepřového) ⇒ negativní vliv na vaznost ⇒uvolňování šťávy ⇒ hmotnostní ztráty

4.10.2010

6

31 32

Uvolňování šťávy

33

Pseudovakuový efekt

34

BOPP

svařovací vr.

Schéme REPAK: Praxe: balení sýru

BOPPBOPPLDLDPE topPE top

LDLDPE PE bottombottomHotmeltHotmeltAPETAPET

1

Opakovaně uzavíratelný obal

35

HotmeltHotmelt (PSA)(PSA)

odtrženísvařovací vrstvy(LDPE)

LDPE topLDPE bottomodtržení

LDPE

Znovu uzaví-rání

2 3

WIPAK

Absorbéry

kyslíku přípachů

36

oxiduuhličitého

ethylenu

vlhkosti

4.10.2010

7

Absorbéry kyslíku

• navrženo mnoho systémů• snížení O2 obsahu (až na 0,01 % původního množství)• potlačení oxidačních změn a růstu aerobních mikrobů

(plísně)• princip:

37

• princip: • oxidace Fe and/or FeO (Ageless, ATCO, FreshPax atd.)• enzymová reakce (Bioka)• kyselina askorbová (Ageless E, ToppanTM C)• pyrokatechol (TamotsuTM)

• uspořádání:• sáčky, nálepky, těsnící vložky do uzávěru lahví, systémy

inkorporované do fólie atd.• elektrochemické procesy v kovových obalech

Absorbéry O2

38

39

Absorbéry O2

40

41

Absorbéry O2

42

4.10.2010

8

Absorbéry CO2 a ethylenu

• CO2 absorbéry• balení pražené kávy• Ca(OH)2, aktivní uhlí, MgO atd.• zvýšení obsahu CO2 a současného snížení obsahu O2

(reakce uhličitanu železnatého s kyslíkem)A l ® CO SORBTM

43

• Ageless®, CO2SORBTM

• jiné řešení – obaly s ventilkem

• absorbéry ethylenu• balení čerstvého ovoce a zeleniny• různé sorbenty + KMnO4• NeupalonTM, Evert-Fresh, PeakfreshTM

Ventilek na obalu od kávy

44

Ventilek na obalu od kávy

45

Absorbéry vlhkosti

Absorbéry vodní páry• viz ochrana obalem před změnami vlhkosti

Obecné požadavky na absorbéry

46

• dostatečná rychlost odstraňování plynu• hygienická nezávadnost (pro přímý i nepřímý

kontakt)• dostatečná stabilita ze podmínek skladování

potravin• dostatečná kapacita při malých rozměrech• zřetelné označení

Inteligentní balení - indikátory

složení atmosféry teploty

47

čerstvosti

bezpečnost potravin - HACCP

Indikátory složení MA

indikátory obsahu O2• indikátory neporušenosti

obalu

indikátory obsahu CO2• indikátory růstu mikrobů• Reflex

48

obalu• používány s O2 absorbéry• Ageless-eye

• Reflex

indikátory vlhkosti

4.10.2010

9

O2 indikátor

49

O2 indikátorO2 indikátor

50

O2 indikátor

51

O2 indikátor

52

CO2 indikátor

53

Indikátory teploty

indikátory teploty(TI)

• signalizuje překročení

„time-temperature“indikátory (TTI )

• signalizuje kumulativní účinek teploty působící

54

g j pkritické teploty

• informace o teplotě okolí

• Check-Point®

určitou dobu• odezva často vztahována ke

kvalitě výrobku• Fresh-Check®, Vitsab®,

MonitorMarkTM

systematická aplikace⇒ řetězce supermarketů Monoprix, Albert Heijn

4.10.2010

10

Indikátory teploty

55

TTITI

Frash-Check

56

TTI indikátor OnVu

57 58

Indikátory čerstvosti

• signalizují přítomnost těkavých produktů uvolňujících se z potraviny během stárnutí

• FreshTag (Cox Recorders, USA)

59

• balení ryb• indikace úrovně obsahu těkavých aminů

• indikátory přítomnosti toxinů • Toxin Guard (Toxin Alert Inc.) - imunochemické

reakce na obalu

H2S indikátor na bázi myoglobinu

60

4.10.2010

11

Indikátor ethylenu

61

Fresh Tag indikátor

62

FreshTagTM

63 64

ToxinGuard™

65

ToxinGuard™ first appears as a blue circle (left).As Pseudomonas multiply, the "X" in the circle

turns clear (right), indicating a loss of freshness.

Food Sentinel indikátor

66

4.10.2010

12

micro-organism enzyme sensor

scanner

I excitation

1. Stimulation of extra-cellular enzyme production2. Non-invasive detection of enzyme activity (I) or

non-invasive detection of metabolic enzyme products (II)

Schematic view of the concept

67transparent container

substrate

products

sensor

II emission

•Fluorescence or color detection•Accumulative signal transduction

RFID systémy

• viz značení• výhody

• bezkontaktní čtení• možnost snímání skrze širokou škálu látek• rychlost odezvy (<0,1 s)• spolehlivost

68

• aplikace• identifikace produktů• identifikace přepravních prostředků• identifikace zvířat• bezpečnost a kontrola přístupu atd.

• široké spektrum velikostí a tvarů• cena

• předpoklad cca 0,01 Euro do roku 2010 ????

RFID systémy v balení

• vysledovatelnost výrobků • náhrada čárových kódů• zahrnutí datových údajů

• ochrana značky výrobků

69

• brání falšování• brání krádežím

• spojení s mikro a nanosenzory ⇒ indikátory• inteligentní etikety

• zabudování hlasového záznamu (farmaceutické obaly pro slepce)

• zabudování obrazového záznamu (LCD etikety)70

Úprava atmosféry uvnitř obalu

Samovolný (pasivní) způsob úpravy atmosféry v obalu

• typický pro potraviny se zachovaným systémem metabolických přeměn

71

• princip• složení MA důsledkem současné

• spotřeby , resp. produkce, plynů balenou potravinou• pronikání plynů obalem podle propustnosti obalové fólie

• tvorba MA závisí na:• respiračních a difusních poměrech dané plodiny• bariérových vlastnostech obalové fólie• vnějších faktorech (teplota, vlhkost, tlak)

Pasivní způsob úpravy atmosféry v obalu

Návrh a konstrukce balení doposud založeny na empirických poznatcích• nedostatek podkladů pro předpověď

rovnovážných podmínek MA

72

rovnovážných podmínek MA• závislost změn propustností obalových fólií na

změnách MA známá• znalost závislosti průběhu respirace balených

plodin na změnách MA doposud neúplná

4.10.2010

13

Odhad rovnovážného složení atmosféry v obalu s čerstvými plodinami

73

Obalové materiály pro balení potravin v MA

Vakuové balení, resp. balení v ochranné atmosféřeplechovky a skleniceměkké bariérové materiály (Px < 5 ml/d.m2.0,1MPa)

lamináty a Al fólií (tlouštka 7 -10 µm)

74

metalizované polymerní fóliefólie s vrstvou PVdCmateriály s bariérovou vrstvou EVOHPET fólie s vrstvou oxidu křemičitého

fólie se sníženou propustností ⇒(P ∼ 20-100 ml/d.m2.0,1MPa)

kombinace PA/PE, PET/PE atd.

Hrubá kritéria vhodnosti obalových materiálů pro potraviny v MA

Skladovatel-nost

Propustnost (ml.m-2.d-1.0,1MPa-1) Typ potraviny

> 1 rok <1 sterilované produkty,

sušené výrobky - polévky, atd.

75

1-6 měsíců 5-10 pražené ořechy, chipsy, balená káva, trvanlivé masné výrobky atd.

2 týdny - 1 měsíc 30-150

chlazené masné výrobky, hotové pokrmy, balené

sýry, lahůdky atd.

pod 5 dnů 1000 – 5000 chlazené nestabilizované potraviny

Obalové materiály pro balení potravin v MA

Balení čerstvých plodin v podmínkách MA• v současnosti využívány obalové materiály

na bázi:• polyolefinů zejména metalocenových

76

• polyolefinů zejména metalocenových• kopolymerů PE (zejména EVA)• mikroperforované fólií (PE)• mikroporesní fólie

Aktivní balení - ovlivňování propustnosti obalů

• doposud menší význam v praxi• polymerní materiály citlivé na teplotu či vlhkost• změna teploty či vlhkosti ⇒ významné ovlivnění

propustnosti pro plyny

77

• významné pro dýchající produkty• stávající řešení:

• IntellipacTM technologie (SCC polymery)• pórovité fólie s vosky• polypeptidové fólie (gluten atd.)• paropropustné fólie

78

4.10.2010

14

Kontrola obalů s MA

CheckMate

RANDOM TEST ON-LINE ANALYSIS LEAK DETECTION

Dansensor TGC

Dansensor Module LeakPointer

79

CheckPointGAS MIXING

MAP Check Combi

Dansensor TGC

MAP Mix 9001

Application : Spot test of Cheese

Spot test of a Cheese Spot test of a Cheese packages with a CheckMate packages with a CheckMate

Dansensor product: CheckMate and Checkpoint

80

Shredded cheese: 30% CO2 + 70 % N2

Sliced Cheese:

30% CO2 + 70 % N2

Block Cheese:

100% CO2

On-line Measuring of Shredded cheese

Dansensor product: TGC and MAP Check Combi on vertical Flow Packaging Machine:

81

Application: Yoghourt

Dansensor product:TGC-2 and MAP Check Combi with N2/CO2 gas mixer on a Filling Machine

82Gas flush the yoghourt cup : 30% CO2 + 70 % N2

Application: Powder milk

Dansensor product:TGC-2 and MAP Check Combi with N2/CO2 gas mixer on a Filling Machine

Spot test of a Powder Milk can Spot test of a Powder Milk can

83Gas flush the Powder milk can : 30% CO2 + 70 % N2

p fp fwith a CheckMate and Can with a CheckMate and Can PiercerPiercer

Total Gas Control on Vertical Flow Packaging Machines

Key words:- Gas savings- Self cleaning of measuring tubes- Automation of MAP Measuring point

84End of gas lance

4.10.2010

15

The total gas control solution

85

N2

CO2

Gas supply

On-line kontrola těsnosti obalu

86