• 12-636-18-51
  • wydawnictwo@plantpress.pl
ogrodinfo.pl
sad24.pl
warzywa.pl
Numer 05/2005

OPAKOWANIA ZE ZMODYFIKOWANĄ ATMOSFERĄ

Technologię opakowań ze zmodyfikowaną atmosferą, zwanych opakowaniami MAP (ang. Modified Atmosphere Packaging), opracowano na początku lat 70. ubiegłego wieku. Szybki jej rozwój nastąpił w latach 90., wraz z postępem badań nad polimerami, z których produkowana jest folia nowej generacji, o selektywnej przepuszczalności dla gazów. Zmodyfikowana atmosfera umożliwia ograniczenie strat jakości warzyw i owoców w czasie obrotu hurtowego i detalicznego.

W technologii opakowań MAP wykorzystuje się zjawiska znane z fizjologii pozbiorczej warzyw i owoców przechowywanych w warunkach kontrolowanej atmo­sfery. Jak wiadomo, skład gazowy atmosfery w otoczeniu produktu wpływa na przebieg procesów fiz­jologicznych zachodzących w komórkach roślinnych. Obniżenie stężenia tlenu i podwyższenie stężenia dwutlenku węgla w atmosferze prowadzi do zmniejszenia intensywności oddychania, a przez to także do spowolnienia tempa starzenia się warzyw lub owoców, co przedłuża trwałość produktu. Zwiększenie zaś stężenia pary wodnej wewnątrz opakowania wpływa hamująco na przebieg transpiracji. Optymalny skład atmosfery dla warzyw i owoców wynosi zwykle 0–5% dwutlenku węgla i 1,5–3% tlenu. Resztę atmosfery stanowi azot. Stężenie tlenu poniżej 8% powoduje również, że szybkość produkcji etylenu w komórkach maleje. Trzeba jednak pamiętać, że zbyt niskie stężenie tlenu (poniżej 1%) prowadzi do oddychania beztlenowego, co powoduje uszkodzenia tkanek i nagromadzenie się substancji o niepożądanym smaku i zapachu, a także stwarza możliwości rozwoju drobnoustrojów beztlenowych szkodliwych dla człowieka, na przykład pałeczek jadu kiełbasianego. Z tego powodu zalecane stężenie tlenu w opakowaniach MAP dla warzyw i owoców waha się między 1% a 5%.

Ostatnio prowadzi się również eksperymenty z mieszan­kami gazowymi o wysokim stężeniu tlenu (70–100%). Taki sposób traktowania produktu powoduje "szok tlenowy", który — jak stwierdzono — jest skutecznym sposobem inhibicji enzymatycznego brunatnienia, zapobiega oddychaniu beztlenowemu oraz hamuje rozwój bakterii tlenowych i beztlenowych. Dwutlenek węgla, który jest wprowadzany do opakowania jako składnik mieszaniny gazów, również wywiera hamujący wpływ na rozwój mikroorganizmów. Efekt ten uzyskuje się przy stężeniu dwutlenku węgla ponad 10%. Badane są też możliwości zastosowania argonu i tlenku azotu jako gazów wypełniających opakowanie.

Ustalanie się składu atmosfery

Zasada funkcjonowania opakowań MAP jest następująca. Warzywa lub owoce umieszczone w zamkniętym opakowaniu z folii z tworzywa sztucznego zużywają tlen i wydzielają dwutlenek węgla. Gdy stężenie tlenu wewnątrz opakowania spadnie poniżej 10%, intensywność oddychania zaczyna się zmniejszać. Jednocześnie tlen oraz dwutlenek węgla dyfundują poprzez folię — tlen do środka opakowania, a dwutlenek węgla na zewnątrz. Dyfuzja tych gazów jest uzależniona od różnicy ich stężeń wewnątrz i na zewnątrz opakowania. Modyfikacja składu gazowego wewnątrz opakowania jest zależna od rodzaju folii, jej grubości, masy produktu w opakowaniu, temperatury, intensywności oddychania produktu.

Ze względu na duże różnice właściwości folii pod względem przepuszczalności dla dwutlenku węgla, tlenu i pary wodnej, należy do pakowania używać tylko takiego rodzaju folii, jaki jest zalecany przez producenta materiałów opakowaniowych do danego gatunku warzyw lub owoców. Istotne jest też, aby produkt umieszczony w opakowaniu MAP był przechowywany w zalecanej temperaturze (tab. 1–3), ponieważ wraz z jej wzrostem zwiększa się intensywność oddychania produktu, co może prowadzić do niepożądanych zmian składu atmo­sfery wewnątrz opakowania. W celu przyspieszenia jej modyfikacji można wprowadzić mieszaninę gazów do opakowania już w trakcie pakowania produktu. Dalsza modyfikacja atmosfery zależy już tylko od intensywnoś­ci oddychania oraz stopnia dyfuzji gazów przez folię.
W technologii MAP rozróżnia się modyfikację atmo­sfery:

  • pasywną — gdy pożądany 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 już w trakcie pakowania, służą do tego celu specjalne urządzenia, oferowane również w Polsce przez różne firmy.

Tabela 1. Zalecane warunki przetrzymywania warzyw w opakowaniach ze zmodyfikowaną atmosferą (MAP)

Zalecana wilgotność względna powietrza: 90–95%.
* Warzywa przyprawowe: szczypiorek, koperek, rzeżucha, kolendra, trybula, szczaw.
Według Saltveita, 1997 r.

Tabela 2. Zalecane warunki przetrzymywania owoców w opakowaniach ze zmodyfikowaną atmosferą (MAP)
Według Farbera i innych, 2003 r.

Tabela 3. Zalecane warunki przechowywania warzyw i owoców porcjowanych (rozdrobnionych)

Według Gornego, 1997 r.

Rodzaje atmosfery

Poza terminem MAP, w technologii opakowań ze zmodyfikowaną atmosferą używa się specjalnych określeń precyzujących właściwości danego opakowania. Niekiedy określenia te mają znaczenie podobne, a używane są w zależności od firmy, która oferuje dany typ opakowania:

EMA (Equilibrium Modified Atmosphere) — opakowanie z atmosferą zrównoważoną, 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 duża, że nie dopuszcza do jej kondensacji wewnątrz opakowania. Folia taka ma strukturę plastra miodu i mikropory umożliwiające migrację pary wodnej na zewnątrz, opakowania MIP mają postać worków dostosowanych do pojemności skrzynki.

CAP (Controlled Atmosphere Packaging) — opakowanie, w którym pożądany skład gazowy atmosfery jest utrzymywany dzięki różnym dodatkom do opakowania.

Określane bywają one również 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 żelazawych, 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 przedłużać okres przechowywania produktu — np. sałaty — prawie dwukrotnie);
  • regulatory wilgotności (np. silikażel);
  • 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 spożycia. Wskaźniki te mogą reagować na obecność w atmosferze opakowania par etanolu powstającego w wyniku psucia się produktu. Opracowano również systemy wykrywające obecność mikroorganizmów chorobotwórczych w opakowaniu na zasadzie reakcji z antyciałami.

System Marcellina (tzw. worki Marcellina) — worki z folii, dostosowane do ładunków paletowych, z okienkiem z elastomeru silikonowego o odpowiednio dobranej przepuszczalności dla gazów, pozwalające utrzymać pożądany skład gazowy atmosfery w objętości całego ładunku paletowego.

Ciekawym rozwiązaniem jest system FreshSpan, w którym wykorzystuje się półprzepuszczalne dla powietrza laminaty, używane do wyścielania pudeł lub pudełek tekturowych. Po umieszczeniu w nich produktów pudła są zamykane hermetycznie.

Nowe kierunki badań

Z innych nowych rozwiązań z zakresu technologii MAP, nad których wdrożeniem pracuje się na świecie, można wymienić:

  • TOTR (Tailored Oxygen Transmission Rate) — opakowanie o ograniczonej przepuszczalności w stosunku do tlenu.
  • Metallocene Technology — zastosowanie specjalnych katalizatorów metalicznych wewnątrz folii opakowaniowej.
  • Folie "inteligentne" zwiększające przepuszczalność gazową wraz ze wzrostem temperatury (oferuje je na przykład firma Landec Co.).
  • Antifog Films — folie opakowaniowe z powłokami antyroszeniowymi, uniemożliwiającymi skraplanie się pary wodnej od środka opakowania.

Szczególną technologią w produkcji folii opakowaniowych jest wprowadzanie do niej mikroperforacji i mikroporów. Tego rodzaju perforacje modyfikują prze­puszczalność dla gazów. Perforacja folii pozwala na ograniczenie nadmiernego wzrostu stężenia pary wodnej wewnątrz opakowania, jednak zmniejsza selektywność przepuszczalności folii dla dwutlenku węgla i tlenu. Przykładem folii z mikroperforacją są folie P-plus, X-tend i LifeSpan. Oferowane są one jako folie zwykłe lub termokurczliwe. Mikroperforację wykonuje się technologią laserową lub poprzez wyładowania elektryczne, natomiast mikropory — poprzez wprowadzanie w skład folii związków mineralnych. Średnica szczelin perforacji waha się od 5 do 500 m. Powierzchnia perforacji jest dostosowana do danego produktu. Na przykład w folii typu X-tend ogólna powierzchnia perforacji wynosi 0,001% powierzchni folii. Uzyskano też folie laminowane, składające się z dwóch różnych komponentów o róż­nych właściwościach. Nowością są folie, które umożliwiają bardziej precyzyjny wpływ na skład atmosfery wewnątrz opakowania.

Wpływ składu atmosfery na jakość produktów

Przechowywanie warzyw w opakowaniach ze zmodyfikowaną atmosferą znajduje zastosowanie przede wszystkim w przypadku gatunków nietrwałych, często też warzyw przygotowanych do bezpośredniej konsumpcji (ang. ready-to-eat — fot. 1) lub minimalnie przetworzonych (fot. 2).
Na świecie prowadzi się intensywne prace badawcze nad wpływem zmienionego składu atmosfery wewnątrz opakowań foliowych na jakość przechowywanych warzyw. Według badań różnych autorów, wewnątrz opakowań foliowych o optymalnie dobranej przepuszczalności gazowej skład atmosfery po kilku dniach przechowywania stabilizuje się na poziomie 5–8% CO2 i 4–6% O2, co zapewnia istotne ograniczenie procesu oddychania. Szczególnie dob­re efekty uzyskano przy przechowywaniu warzyw w opakowaniach typu EMA. W badaniach wykazano na przykład, że pakowanie papryki słodkiej ograniczało ubytki masy, zmniejszało gnicie oraz opóźniało zmiany barwy i starzenie się owoców podczas przechowywania. W doświadczeniach zagranicznych stwierdzono, że opakowanie foliowe wpływało stabilizująco na zawartość antyoksydantów w przechowywanych brokułach. Pakowanie ogórków w torebki z folii LDPE o grubości 32 m wpływało na ograniczenie uszkodzeń chłodowych podczas przechowywania w temperaturze 5°C. Stężenie dwutlenku węgla w opakowaniach wzrastało do 3%, a stężenie tlenu spadało do 16%. W torebkach z perforowanej folii LDPE, której powierzchnia perforacji stanowiła 0,25% powierzchni całkowitej, skład gazowy atmosfery mało różnił się od składu normalnego, jednak ubytki masy ogórków po 18 dniach wyniosły jedynie 1%, w porównaniu z 9% u ogórków przechowywanych luzem. Owoce przechowywane w torebkach foliowych wykazywały poza tym wyższe stężenie poliamin — związków opóźniających starzenie się warzyw. Według różnych autorów, zmiany zawartości O2 i CO2 w atmosferze wewnątrz opakowań mogą modyfikować wrażliwość tkanek roślinnych na chłód. Na przykład pakowanie papryki słodkiej w torebki z perforowanej folii polietylenowej ograniczało powstawanie uszkodzeń chłodowych podczas przechowywania w temperaturze 3°C. Dobre efekty uzyskuje się stosując opakowania MAP do warzyw liściowych (np. sałaty i endywii). Warzywa te zachowują znacznie dłużej zieloną barwę liści na skutek ograniczenia szybkości rozkładu chlorofilu.


Fot. 1. Krojona sałata umieszczona w opakowaniu ze zmodyfikowaną atmosferą


Fot. 2. Opakowania MAP są szczególnie przydatne do pakowania warzyw minimalnie przetworzonych

Opakowania o dużej pojemności

Wykorzystywana jest w nich pasywna lub aktywna modyfikacja składu atmosfery. Mają one najczęściej formę worków mieszczących całe ładunki paletowe skrzynek lub pudeł tekturowych, są używane w transporcie oraz przechowalnictwie warzyw i owoców. Przykładem takiej technologii pakowania jest system Marcellina. W tym systemie opakowania ustawione na palecie są umieszczone wewnątrz specjalnego worka z folii, w którym znajduje się okienko z silikonu o odpowiedniej przepuszczalności dla gazów. Innym wariantem technologii MAP w przechowalnictwie jest system Palistore, opracowany w Holandii. Do palety z tworzywa sztucznego, na której są ustawione opakowania z produktem, poprzez szczelny kołnierz mocuje się przezroczysty worek z folii LDPE i następnie wprowadza do wnętrza worka azot z butli. Powoduje to szybkie obniżenie stężenia tlenu. Tego rodzaju palety wykorzystuje się do transportu bądź krótkotrwałego przechowywania warzyw i owoców. Podobnym rozwiązaniem jest amerykański system Tectrol.