تکنولوژی مواد غذایی
وبلاگی متفاوت برای علاقمندان به صنایع غذاییتکنولوژی مواد غذایی
وبلاگی متفاوت برای علاقمندان به صنایع غذاییبسته بندی های فعال در صنایع غذایی
چکیده
بسته بندی فعال یکی از مفاهیم جدید در بسته بندی مواد غذایی می باشد که در پاسخ به تغییرات مداوم در درخواست های مصرف کنندگان در حال حاضر وگرایشات بازار توسعه یافته است. اصلی ترین تکنیکهای مورد استفاده در بسته بندی فعال شامل استفاده از تکنولوژی هایی می باشد که اکسیژن، اتیلن، رطوبت، دی اکسید کربن و بو و طعم را جذب کرده و باعث رها شدن موادی چون دی اکسید کربن مواد ضد میکروبی، آنتی اکسیدانها و طعم می شود.
در این مقاله سعی شده است تا به جنبه های تکنولوژیکی مورد استفاده در بسته بندی های فعال مثل جاذب های اکسیژن، جاذب ها و آزاد کننده های دی اکسید کربن، جاذب های اتیلن، جاذب های رطوب، جاذب ها و رها کننده های بو و طعم پرداخته شود.
تکنولوژی های جدید در بسته بندی مواد غذایی در پاسخ به نیازهای مشتریان یا در راستای تولید صنعتی محصولات غذایی محافظت شده با روشهای ملایم تر، تازه، لذیذ و راحت با عمر انباری زیاد و کیفیت کنترل شده توسعه می یابند(6). علاوه براین تغییرات در نحوه توزیع (مثل جهانی سازی بازار در نتیجه توزیع غذا در مسافتهای طولانی) یا روش زندگی مصرف کنندگان (بدلیل صرف زمان کمتر برای خرید غذای تازه از بازار و پخت وپز) مهمترین چالشها در زمینه صنعت بسته بندی می باشد و به عنوان نیروی پیش برنده در جهت توسعه مفاهیم جدید بسته بندی و بهبود یافته می باشند که میزان مدت زمان نگهداری را افزایش داده در حالیکه موجب حفظ ایمنی و کیفیت مواد غذایی شده و آن را تحت نظارت دارد. در دهه های اخیر یکی از ابداعات در زمینه بسته بندی مواد غذایی بسته بندی های فعال و هوشمند هستند که بر پایه واکنشهای متقابل آزادانه با غذا و محیط غذا پایه گذاری شده است. تخمین زده می شود که ارزش جهانی کلی بازار بسته بندی فعال در سال 2005 ارزشی معادل 1/558 بیلیون دلارداشته و پیش بینی می شود که این بازار در سال 2010 به 2/649 بیلیون دلار برسد (4). مهمترین مفاهیم در بسته بندی فعال شامل جاذب های اتیلن و اکسیژن، جاذب ها و آزاد کننده های دی اکسید کربن، تنظیم کننده های رطوبت، بسته بندی ضد میکروبی و آزاد کننده ها و جاذب های طعم و بو می باشد. حضور اکسیژن در بسته بندی می تواند اثرات مخرب قابل توجهی روی غذاها داشته باشد (11) و آغازگر واکنشهای اکسیداسیون باشد یا به انها سرعت ببخشد (9). جذب کننده های اکسیژن با حذف اکسیژن (O2موجود و ورودی) باعث کاهش واکنش های اکسیداتیو می شود. جذب کننده های اکسیژن بطور موثری از رشد حشرات ،کرمها و یا تخم های آن ها در غلاتی مثل برنج، گندم و سویا جلوگیری می کند (9). با وجود استفاده از تکنیک MAP و بسته بندی تحت خلا این تکنیک ها نمی توانند باقیمانده اکسیژن را در بسته بطور مناسبی حذف نمایند و حدود 0.1 تا 2 درصد اکسیژن در داخل خلل و فرج غذا باقی می ماند. علاوه بر این اکسیژن ورودی از طریق بسته بندی نیز در این روشها حذف نمی شود. درحضور این مقدار اکسیژن هنوز رشد میکروارگانیسم ها ادامه دارد. جاذب های اکسیژن قادر هستند میزان اکسیژن را به کمتر از 0.01درصد کاهش دهند (2و11) و در این مقدار نگه دارند (2). در حال حاضر برای جذب اکسیژن از تکنولوژی های زیر استفاده می شود: اکسیداسیون آهن،اکسیداسیون اسید آسکوربیک، اکسیداسیون رنگ حساس به نور، اکسیداسیون آنزیمی (مثل گلوکزاکسیداز به همراه کاتالاز)، اسیدهای چرب غیر اشباع (مثل اسید اولئیک و اسید لینولئیک) و مخمرهای تثبیت شده در یک بسترجامد (10). عمومی ترین سیستم های مورد استفاده برای جذب اکسیژن استفاده از تکنولوژی اکسیداسیون آهن می باشد (10). تخمین زده می شود که 1گرم آهن می تواند با 300 سی سی از اکسیژن واکنش دهد. اگر میزان اکسیژن اولیه و مقدار اکسیژن ورودی مشخص شود، می توان با انتخاب یک جاذب مناسب از عدم حضور اکسیژن در طول نگهداری اطمینان حاصل نمود (10). جاذب دیگر اکسیژن استفاده از آنزیم می باشد که می تواند با برخی از سوبسترا ها ،اکسیژن ورودی را جذب نماید (10). ترکیبی از دو آنزیم،گلوکزاکسیداز و کاتالاز جهت حذف اکسیژن استفاده می شود. آنزیم گلوکز اکسیداز با تبدیل گلوکز به گلوکونودلتا لاکتون، تولید پراکسید هیدروژن می نماید. چون H2O2 یک محصول جانبی قابل توجه می باشد، کاتالاز باعث شکستن آن می شود(2و10). جاذب های اتیلن: جذب طعم های غذا بوسیله مواد بسته بندی پلیمری ممکن است منجربه از بین رفتن شدت طعم و مزه و تاثیرات در پروفیل ارگانولپتیکی غذاها شود (10). در حالت عادی حذف طعم ممکن است روی کیفیت غذا اثر مخرب داشته باشد اما می تواند کاربردهای مثبتی در جذب انتخابی بوها یا طعم های ناخواسته داشته باشد (10) . از لحاظ تجاری تکنیکهای بسته بندی فعال خیلی کمی برای حذف انتخابی طعم های نامطلوب مورد استفاده قرار گرفته است اما فرصتهای بسیاری نیز وجود دارد (11). برخی از واریته های پرتغال مثلNAVEL بطور ویژه ای به طعم های تلخ ناشی از لیمونین که پس از پرس کردن و پارستوریزاسیون متعاقب در آبمیوه آزاد می شود، مستعد هستند. نارینجین ترکیب تلخی است که در بسیاری از آبمیوه های مرکبات یافت می شود (10). یک راه حل ممکن در بسته بندی های فعال می تواند شامل تعبیه کردن جاذب های لیمونین مثل تری استات سلولز یا کاغذ استالدئید در داخل مواد بسته بندی آب پرتقال باشد (15). برای مقابله با این عمل لایه استات سلولزی(CA) حاوی آنزیم نارینجیناز با منشا قارچی شامل α-رامنوزیداز و β-گلوکوزیداز که نارینجین را به نارنجینین و پرونین که هردو ترکیبات غیرتلخ می باشند هیدرولیز می نمایند. فیلم های استات سلولز تائید شده برای تماس با مواد غذایی که حاوی نارنجینازهای تثبیت شده هستند نشان داده اند که می توانند 60 درصد نارنجین را در آب گریپ فروت طی دو هفته در7 درجه سانتیگراد هیدرولیز نمایند و محتوی لیمونین را بعلت جذب در فیلم استات سلولزی کاهش دهند (10). دو نوع از بوهای نا مطبوعی که می توانند توسط بسته بندی فعال حذف شوند شامل آمین ها که از تجزیه پروتئین های عضله ماهی شکل می گیرند و آلدئیدها که از اتواکسیداسیون چربی ها وروغن ها تشکیل می شوند می باشند. بوهای ناخوشایند آمینهای فرار مثل تری متیل آمین همراه با تجزیه پروتئین ماهی، قلیایی هستند و می توانند بوسیله ترکیبات اسیدی مختلف خنثی شوند (10). موارد تجاری مورد استفاده شامل کیسه هایی از فیلم های حاوی نمکهای آهن و یک اسید آلی مثل سیترات یا آسکوربات هستند. این کیسه ها آمین ها را اکسید می نمایند بصورتیکه بوسیله فیلم پلیمری جذب شود (15). حذف آلدئیدها مثل هگزانال و هپتانال از HEAD SPACE بسته می تواند بوسیله تکنولوژی کنترل بو و مزهDUPONT(OTC) که بر پایه ی غربال ملکولی با سایز منافذ در حدود 5 نانومتر انجام شود. این تکنولوژی می تواند در خوراکهای سرپایی، غلات، محصولات لبنی، ماهی، و مرغ استفاده شود. تکنولوژی مشابه در جهت حذف آلدئیدها بصورت استفاده از دامنه ای از زئولیتهای آلومینوسیلیکات سنتتیک می باشد که بوها را در داخل ساختمان بسیارمتخلخل خود جذب می نماید، پودر این مواد می تواند در داخل مواد بسته بندی، بویژه آنهایی که پایه کاغذی دارند استفاده گردد (7).
در بسته بندی فعال به بسته بندی اجازه داده می شود تا با غذا و محیط اطرافش واکنش متقابل داشته باشد و نقش دینامیکی در نگهداری ماده غذایی بازی نماید. تعاریف متعددی برای بسته بندی فعال ارائه شده است. برخی از این تعاریف به اندازه ای گسترده هستند که شامل بسیاری از بسته بندی ها که بوضوح جز بسته بندی های فعال نیستند می باشد و یا با اندازه ای باریک هستند که زیر مجموعه های مهمی از بسته بندی فعال را از نظر دور نگه داشته اند (13).
طبق تعریف پروژه ACTIPACK بسته بندی فعال به صورت زیر تعریف می شود (9):
"بسته بندی فعال شرایط حاکم بر غذای بسته بندی شده را به نحوی تغییر می دهد تا مدت زمان نگهداری آن را افزایش داده و ایمنی و خصوصیات حسی غذا را بهبود بخشیده در حالیکه کیفیت غذای بسته بندی شده را حفظ می نماید" یا "بسته بندی فعال به عنوان زیر مجموعه ای از بسته بندی هوشمند طبقه بندی می شود و به شرکت افزودنی های خاص در فیلم های بسته بندی یا در داخل بسته با فرض نگهداری و افزایش عمر انبار مانی اطلاق می شود"(7و8).
تکنیکهای بسته بندی فعال در سه دسته طبقه بندی می شوند:
1. جذب کننده ها
2. سیستمهای آزاد کننده
3. سایر سیستمها
جذب کننده ها ترکیبات نامطلوب مثل اکسیژن، دی اکسید کربن، اتیلن، آب اضافی و بو ها را حذف می نماید. سیستم های آزاد کننده، فعالانه ترکیباتی را به داخل بسته آزاد می نماید. سایر سیستم ها ممکن است وظایف متنوعی داشته باشد مثل خود گرمایی و خود سرمایی (9).
بر مبنای شکل فیزیکی سیستم های فعال، جذب کننده ها و آزاد کننده ها می توانند به شکل بالشتک، برچسب یا فیلم باشند. بالشتک ها بطور آزادانه در HEAD SPACE بسته قرار داده می شوند(1و9). برچسبها در داخل در پوش بسته قرار داده می گیرند. فیلم ها یا موادی که خصوصیات ضد میکروبی دارند شامل دو گروه هستند: مهاجرتی، آنهایی که فعالانه مواد فعال را به داخل بسته رها می سازند. غیر مهاجرتی،شامل دسته ای است که بطور موثر از رشد میکروبها پیشگیری می نماید بدون اینکه عوامل فعال را بداخل بسته آزاد نماید، در این حالت ماده غذایی باید مستقیما" در تماس با مواد فعال باشد (9).
این سیستم آنزیمی چون به تغییرات PH، فعالیت آبی، محتوی نمک، دما و سایر فاکتورها بسیار حساس است در غذاهایی که حاوی آب کمتر هستند نمی تواند بطور موثر استفاده گردد (9). اسید آسکوربیک جاذب اکسیژن دیگری می باشد که به عنوان عامل کاهنده عمل می کند. یک فلز واسط ترجیحا" مس جهت کاتالیز واکنش اکسیداسیون مورد استفاده قرار می گیرد (10). تکنیک جاذب اکسیژن دیگر شامل بسته هایی از مارپیچهای کوچکی از یک فیلم اتیل سلولز محتوی رنگ حساس به نور و یک پذیرنده اکسیژن یگانه در head space بسته بندی های شفاف می باشد. به علت درخشندگی فیلم در حضور نور با طول موج مناسب، ملکول های رنگ برانگیخته شده ملکولهای اکسیژن را حساس می نمایند که به داخل پلیمر به حالت یگانه نفوذ می کند. این اکسیژن یگانه با پذیرنده ملکولها واکنش می دهد و بنابراین مصرف می شود (10).
اتیلن(C2H4) یک هورمون گیاهی است که میزان تنفس را شتاب بخشیده و منجر به رسیدن و پیری و همچنین نرم شدن بسیاری از انواع میوه ها و سبزیجات وگلها (11) می شود بعلاوه تجمع اتیلن می تواند باعث زرد شدن گیاهان سبز گردد و ممکن است مسئول تعدادی از ناهنجاری های پس از برداشت در میوه ها و سبزیجات تازه باشد (9و10). تعداد زیادی از جاذب های اتیلن (مثل اکسید آلومنیوم و پرمنگنات پتاسیم ،کربن فعال همراه با کاتالیست فلزی، زئولیت) وجود دارند (9). برخی از اینها درون بالشتکها و برخی در داخل فیلم ها قرار داده می شود. پرمنگنات پتاسیم (KMNO4) موثرترین سیستم برای جذب اتیلن می باشد که اتیلن را اکسید کرده و تولید استات و اتانول می نماید، طی این فرایند رنگ از بنفش به قهوه ای تغییر می یابد و از این رو ظرفیت جذب اتیلن باقیمانده آن مشخص می شود (11).KMNO4 نمی تواند در تماس مستقیم با غذا استفاده شود و باید دردرون بالشتک ارائه شود. برخی محصولات KMNO4 به میزان 4تا6 درصد بر روی یک سوبسترای خنثی با سطح وسیع مثل پرلیت، آلومینا، ژل سیلیکا، و ورمیکولیت، کربن فعال تثبیت می شود. جاذب اتیلن دیگر برمبنای جذب و متعاقب آن شکستن ملکول اتیلن بر روی کربن فعال (10)، با انواع کاتالیستهای فلزی می تواند بطور موثر اتیلن را حذف نماید و در داخل پاکتهای کاغذی و باکس های کارتنی چین دار تعبیه می شود (11). سایر تکنولوژی های جاذب اتیلن شامل مواد معدنی بخوبی پخش شده مثل زئولیتها ، رس ها و اویای ژاپنی در داخل فیلم های بسته بندی می باشد (10).
آزاد کننده ها و رها سازهای دی اکسید کربن
CO2 به دلیل مزایایی که دارد به درون بسته های مواد غذایی افزوده می شود. بعنوان مثال جهت سرکوب رشد میکروبی در محصولات ویژه مثل گوشت تازه، مرغ، پنیر و محصولات نانوایی. همچنین دی اکسید کربن جهت کاهش میزان تنفس محصولات تازه افزوده می شود و باعث می شود تا از چروکیده شدن بسته یا خلا ناشی از جاذب های اکسیژن جلو گیری شود (1و10). استفاده از جاذب های دی اکسید کربن بطور ویژه برای قهوه های تازه ی برشته شده و خرد شده که حجم قابل توجهی از دی اکسید کربن آزاد می نماید مورد استفاده قرار می گیرد (11). حذف اکسیژن از بسته بوسیله جاذب های اکسیژن و آزاد سازی دی اکسید کربن بوسیله بالشتکهای تعبیه شده مفید می باشد (10) و برای افزایش عمر انبارمانی گوشتها و ماهی تازه مورد استفاده قرار می گیرد (11). چنین سیستمهایی بر مبنای کربنات آهن یا مخلوطی از اسید آسکوربیک و بیکربنات سدیم پایه گذاری شده است. بیکربنات سدیم هنگامی که با اسید سیتریک مورد استفاده قرار می گیرد و با آب خیسانده می شود تولید CO2 می نماید (2و10). در محصولاتی که حجم و ظاهر بسته مهم می باشد بطور عمده از جاذب های O2 و آزاد کننده های CO2 استفاده می شود (10). هرچند دی اکسید کربن باعث پیشگیری از رشد میکروارگانیسم ها در بسته بندی با اتمسفر تغییر یافته می شود، CO2 اضافی گاهی ممکن است اثر معکوس بر روی محصول داشته باشد یا اثر پیشگیری کنندگی را خنثی نماید (2). ترکیب فعال Ca(OH)2 در حضور رطوبت کافی با CO2 واکنش داده و تولید CaCO3 می کند (10). تکنولوژی دیگر در زمینه جاذب های CO2 شامل بسته های حاوی CaO ویک عامل هیدراته مثل ژل سیلیکا که آب جذب نموده است می باشد در این فرایند واکنش زیر رخ می دهد :
[IMG]file:///C:/DOCUME%7E1/user/LOCALS%7E1/Temp/msohtml1/01/clip_image012.gif[/IMG]
این فرایند دی اکسید کربن اضافی تولید شده بوسیله میوه وسبزیجات را حذف نموده و از اینرو اثرات دی اکسید کربن اضافی که شامل تنزل PH وتغییر رنگ و طعم می باشد مرتفع گردد.
کنترل رطوبت:
در غذاهای حساس به رطوبت، رطوبت اضافی در بسته می تواند منجر به کلوخه شدن محصول، نرم شدن محصولات ترد مثل کراکرها بیسکوئیت ها و مرطوب شدن مواد جاذب رطوبت مثل آب نبات می شود. بالعکس حذف رطوبت زیاد از غذا ممکن است منجر به خشک شدگی غذا بشود یا ممکن است شرایط جهت اکسیداسیون مساعد گردد (1و10). هدف اصلی از کنترل رطوبت، کاهش فعالیت آبی و متعاقب آن کاهش رشد کپکها، مخمرها و باکتریهای فاسد کننده در غذا می باشد.کاربرد دیگر، حذف آب حاصل از ذوب شدن گوشت و ماهی و سایر غذاهای منجمد شده، خون و مایعات بافتی می باشد. سومین دلیل برای کنترل رطوبت پیشگیری از چگالش بخار آب هنگام تنفس محصولات باغی تازه می باشد (10). دسیکانتهایی مثل ژل های سیلسکا، رس های طبیعی، اکسید کلسیم با غذاهای خشک مورد استفاده قرار می گیرند (1). دسیکانتهای مورد استفاده بصورت بالشتکهای متخلخل کارتریجهای پلاستیکی، سدکننده های بخارآب حاوی دسیکانتها می باشد. همچنین می تواند به همراه مواد بسته بندی استفاده شود (1). علاوه بر بالشتکهای جاذب رطوبت در بسته های حاوی غذا های خشک، چندین کمپانی پدها و ورقه های جاذب رطوبت را برای کنترل آب در غذاهای با فعالیت آبی بالا مثل گوشتها، ماهی، مرغ، میوه و سبزیجات تولید می کنند. در اصل این جاذب ها شامل دو لایه ریز منفذ پلاستیکی بصورت غیر تنیده، مثل پلی اتیلن یا پلی پروپیلن که در میان آن یک پلیمر فوق جاذب قرار دارد که قادر است بیش از 500 برابر وزنی خود آب جذب نماید تعبیه شده است. پلیمر های فوق جاذب، شامل نمکهای پلی آکریلات، کربوکسی متیل سلولز(CMC) وکوپلیمرهای نشاسته می باشد که تمایل شدیدی برای جذب آب دارند (3و7و14). پدهای جاذب قطرات آب در حالت عمومی در قسمت تحتانی بسته های گوشتهای تازه، ماهی و مرغ برای جذب تراوشات آبی بافتها که غیرقابل رویت هستند استفاده می شود (15). ورقه های بزرگ همچنین برای جذب آب حاصل از یخ ذوب شده محصولات دریایی طی جابجایی هوا استفاده می شود (10).
نتیجه گیری :
بسته بندی فعال یکی از حوضه های در حال ظهور و مهیج تکنولوژی غذایی می باشد که مزایای فراوانی را در زمینه نگهداری دامنه ی گسترده ای از مواد غذایی به همراه دارد. بسته بندی فعال، تکنولوژیی می باشد که زمینه های اعتماد جدیدی را به دلیل پیشرفتهای اخیر در بسته بندی، علم مواد، بیوتکنولوژی و تقاضاهای جدید مصرف کنندگان توسعه می دهد (5). اهداف این تکنولوژی، حفظ کیفیت حسی و افزایش مدت زمان نگهداری غذاها می باشد در حالیکه همزمان باعث حفظ ارزش غذایی و اطمینان از ایمنی میکروبی می شود (12).
جاذب های اکسیژن و رطوبت از زیر مجموعه های بسیار مهم تجاری بسته بندی فعال هستند و بازار آنها طی ده سال اخیر بطور ثابتی در حال رشد بود و پیش بینی می شود که تا پس از سال 2010 این روند ادامه داشته باشد (4).
استفاده از بسته بندی های فعال بطور روزافزونی مقبولیت عمومی پیدا می کند و بسیاری از فرصتهای جدید در صنایع غذایی وغیر غذایی جهت استفاده از این تکنولوژی در آینده باز خواهند شد (11).
