Του Γιώργου Μορφονιού*
ΓΕΝΙΚΑ
Η βιομηχανία τροφίμων διαμορφώνεται και κινείται βάσει των απαιτήσεων των καταναλωτών. Τις τελευταίες δεκαετίες παρατηρείται αυξημένη κατανάλωση προϊόντων με αποδεδειγμένα πλεονεκτήματα για την ανθρώπινη υγεία. Ωστόσο, το γεγονός ότι αυτά τα προϊόντα συνήθως είναι ευαλλοίωτα, προκαλεί τη βιομηχανία να αναπτύξει μεθόδους για τη διατήρηση της «φρεσκάδας» τους χωρίς να διακυβεύεται η ασφάλεια τους. Επιπλέον, η μεγαλύτερης διάρκειας συντήρηση των τροφίμων, θα μπορούσε να μετριάσει την απόρριψη σχεδόν του ενός τρίτου των τροφίμων που παράγονται. Οι προτιμήσεις των καταναλωτών για ελάχιστα επεξεργασμένα «φρέσκα» τρόφιμα οδήγησαν τη βιομηχανία τροφίμων και τα τμήματα μάρκετινγκ αυτής να στραφούν από την «παράταση της διάρκειας ζωής» στη «διατήρηση της ποιότητας».
Η συσκευασία τροποποιημένης (ή προστατευτικής) ατμόσφαιρας (MAP) μπορεί να προσφέρει οφέλη με την επιβράδυνση της αλλοίωσης των τροφίμων. Μια από τις μεγαλύτερες προκλήσεις της τεχνολογίας MAP είναι οι εξειδικευμένες – διαφορετικές ατμοσφαιρικές απαιτήσεις των εκάστοτε προϊόντων. Στα κόκκινα κρέατα, το οξυγόνο είναι απαραίτητο για το έντονο κόκκινο χρώμα που αναμένεται από τους καταναλωτές, αλλά το οξυγόνο συμβάλλει επίσης στην οξείδωση. Η αναπνοή λαχανικών και φρούτων απαιτεί ξεχωριστά επίπεδα οξυγόνου και διοξειδίου του άνθρακα σε κάθε περίπτωση. Τυπικά, απαιτούνται επίπεδα οξυγόνου χαμηλότερα από αυτά της ατμόσφαιρας και διοξείδιο του άνθρακα υψηλότερα από αυτά της ατμόσφαιρας. Απαιτείται μεγάλη προσοχή για να διασφαλιστεί ότι το οξυγόνο δεν μειώνεται σε επίπεδα που οδηγούν σε αναερόβια αναπνοή. Για τα ψάρια, ο πρωταρχικός στόχος της MAP είναι να αποτρέψει την ανάπτυξη μικροβίων. Τα σχετικά υψηλά επίπεδα διοξειδίου του άνθρακα συμβάλλουν στη μείωση του pH. Επομένως, η έγχυση διοξειδίου του άνθρακα στις συσκευασίες έως 100% κατ ‘όγκο μπορεί να αποδειχθεί χρήσιμη. Οι αυξημένες συγκεντρώσεις διοξειδίου του άνθρακα έχουν συχνά αντιμικροβιακή δράση σε συσκευασμένα τρόφιμα, ανεξάρτητα από τον τύπο του προϊόντος. Το διοξείδιο του άνθρακα είναι διαλυτό σε υδατικά διαλύματα, ιστούς τροφίμων και υλικά συσκευασίας. Ο ρυθμός διαπερατότητας του διοξειδίου του άνθρακα μέσω πολυμερών της συσκευασίας είναι τρεις έως επτά φορές μεγαλύτερος από ότι το οξυγόνο. Η απώλεια αερίου από τις συσκευασίες προκαλεί μείωση του όγκου σε εύκαμπτες συσκευασίες, με αποτέλεσμα μη ελκυστικές, ξεφουσκωμένες συσκευασίες.
Η κατανόηση των διαφορετικών ατμοσφαιρικών απαιτήσεων των τροφίμων παίζει κυρίαρχο ρόλο στην έρευνα και την καινοτομία σε θέματα συσκευασίας. Η πρόοδος της τεχνολογίας MAP έχει πραγματοποιηθεί μέσω της μαθηματικής μοντελοποίησης και της προσομοίωσης σε υπολογιστές, της ανάπτυξη υλικών και της ανάλυσης ιδιοτήτων και της μέτρησης και παραγωγής αερίου, της ανάμιξης και του χειρισμού του. Τροποποιημένες ατμόσφαιρες συσκευασίας μπορούν να «εγκατασταθούν» ενεργητικά (active) ή παθητικά (passive). Η ενεργητική τροποποιημένη ατμόσφαιρα περιλαμβάνει την έγχυση της επιθυμητής ατμόσφαιρας σε συσκευασίες έτσι ώστε να φτάσει αμέσως στην επιθυμητή ατμόσφαιρα. Η παθητική τροποποιημένη ατμόσφαιρα βασίζεται στις αλληλεπιδράσεις μεταξύ του προϊόντος (π.χ. ρυθμός αναπνοής προϊόντος), συσκευασίας (δηλαδή ρυθμοί μετάδοσης αερίου) και του περιβάλλοντος (δηλαδή σύνθεση και θερμοκρασία αερίου περιβάλλοντος) για να φτάσει στις ατμόσφαιρες στόχους κάποια στιγμή αφού κλειστεί η συσκευασία. Συχνά, οι βέλτιστες τροποποιημένες ατμόσφαιρες δεν μπορούν να επιτευχθούν χρησιμοποιώντας εμπορικά διαθέσιμα υλικά συσκευασίας και/ή έγχυση αερίου. Για παράδειγμα, λόγω διαφορών στους ρυθμούς διαπερατότητας των αερίων, μπορεί να είμαστε σε θέση να επιτύχουμε το επιθυμητό επίπεδο οξυγόνου ή διοξειδίου του άνθρακα, αλλά όχι και τα δύο ταυτόχρονα. Η επιλογή του αερίου συσκευασίας απαιτεί γνώση των βιοχημικών διεργασιών που λαμβάνουν χώρα, φυσικών αλληλεπιδράσεων, της μικροβιακής χλωρίδας και άλλων μεταβλητών.
Όλο και περισσότερο, λόγω ρυθμιστικών και/ή καταναλωτικών προτιμήσεων, δεν μπορούν να προστεθούν συντηρητικά σε ορισμένα τρόφιμα. Για το λόγο αυτό, η συσκευασία κενού, λόγω της απλότητας και της αποτελεσματικότητάς της, εξακολουθεί να παραμένει ιδιαίτερα σημαντική και επίκαιρη. Έτσι, η τάση προϊόντων «καθαρής ετικέτας» δημιουργεί μια ευκαιρία για διατήρηση τροφίμων μέσω τροποποιημένης ατμόσφαιρας με την εξάλειψη των προσθέτων τροφίμων.
ΑΕΡΙΑ
Οξυγόνο (Ε 948)
Το οξυγόνο είναι ίσως ο κύριος παράγοντας που καθορίζει τη διάρκεια ζωής των προϊόντων κρέατος. Είναι το απαραίτητο αέριο που χρησιμοποιείται από τους αερόβιους οργανισμούς που προκαλούν αλλοίωση. Επειδή το χρώμα του κρέατος αποτελεί δείκτη ποιότητας για τους καταναλωτές, η τεχνολογία MAP έχει επικεντρωθεί στην εύρεση του σωστού μίγματος αερίων που διατηρεί (και μεγιστοποιεί) το αρχικό χρώμα, και αυξάνει τη διάρκεια ζωής, ενώ ελαχιστοποιεί επίσης τη μικροβιακή ανάπτυξη και την οξείδωση των λιπιδίων. Μία από τις κύριες λειτουργίες του οξυγόνου στο κρέας είναι η διατήρηση της μυοσφαιρίνης στην οξυγονωμένη μορφή της, την οξυμυογλοβίνη. Είναι υπεύθυνο για το έντονο κόκκινο χρώμα, το οποίο οι περισσότεροι καταναλωτές σχετίζουν με τη φρεσκάδα αυτού, αλλά μπορεί να μειώσει τη διάρκεια ζωής του κρέατος λόγω οξειδωτικής τάσης σε ορισμένα ευαίσθητα στο οξυγόνο προϊόντα και της ανάπτυξης αερόβιων μικροοργανισμών που προκαλούν αλλοίωση. Οι ατμόσφαιρες υψηλής περιεκτικότητας σε οξυγόνο (80% Ο2) διατηρούν την ερυθρότητα του κρέατος κατά την αποθήκευση, αλλά συχνά εμφανίζεται οξύτητα ενώ το χρώμα είναι ακόμα το επιθυμητό. Εάν χρησιμοποιείται ατμόσφαιρα χαμηλού οξυγόνου, το οξυγόνο πρέπει να είναι λιγότερο από 1% για το χοιρινό και λιγότερο από 0,05% για το βόειο κρέας. Τα επίπεδα του 1-2% O2 είναι πολύ υψηλά. Οι ατμόσφαιρες εξαιρετικά χαμηλού οξυγόνου ελαχιστοποιούν την οξείδωση των λιπιδίων και την ανάπτυξη αερόβιων μικροοργανισμών. Έτσι, το φρέσκο κρέας σε συσκευασία ΜΑΡ με χαμηλό οξυγόνο έχει μεγαλύτερη διάρκεια αποθήκευσης λόγω διοξειδίου του άνθρακα και περιβάλλοντος χωρίς οξυγόνο.
Υψηλά επίπεδα οξυγόνου που υπάρχουν στις συσκευασίες τροφίμων μπορεί να διευκολύνουν την μικροβιακή ανάπτυξη ακόμα και στην περίπτωση που ευαίσθητα σε οξυγόνο τρόφιμα συσκευαστούν υπό κατάλληλες συνθήκες MAP ή υπό κενό. Τέτοιες τεχνικές δεν διευκολύνουν πάντα την πλήρη απομάκρυνση του οξυγόνου, αλλά οι απορροφητές Ο2 που εφαρμόζονται στη συσκευασία προϊόντων κρέατος μπορούν να αποτρέψουν την ανάπτυξη μούχλας, αερόβιων βακτηρίων και οξείδωσης των μυϊκών χρωστικών για να αποφευχθεί ο αποχρωματισμός. Οι αλλαγές στην ποιότητα ενός προϊόντος κατά την αποθήκευση, η ακεραιότητα των συσκευασιών και η αποτελεσματικότητα της λειτουργίας των συσκευαστικών μηχανών, μπορούν να καθοριστούν με τον προσδιορισμό των υπολειπόμενων επιπέδων οξυγόνου σε κάθε συσκευασία. Οι συμβατικές και παλαιότερες μέθοδοι για την μέτρηση της περιεκτικότητας σε οξυγόνο σε συσκευασμένα προϊόντα κρέατος και σε άλλες συσκευασίες τροφίμων είναι δύσχρηστες, ακριβές και συνήθως απαιτούν καταστροφή της συσκευασίας, αλλά πλέον υπάρχουν συστήματα μη καταστροφικά μέτρησης οξυγόνου ανά συσκευασία. Δείγματα συσκευασμένα σε μίγματα αερίων με υψηλότερο ποσοστό διοξειδίου του άνθρακα παρουσίασαν χαμηλότερες τιμές pH. Αυτό μπορεί να εξηγηθεί από τη διάλυση του διοξειδίου του άνθρακα και τον επακόλουθο σχηματισμό ανθρακικού οξέος που οδηγεί σε μείωση της τιμής του pH. Το pH θα πρέπει να λαμβάνεται υπόψη ως παράγοντας που επηρεάζει την ποιότητα και τη σταθερότητα του νωπού κρέατος και των προϊόντων του, συσκευασμένων σε MAP. Το υψηλότερο pH προστατεύει τη μυοσφαιρίνη από τη μετουσίωση της λόγω θερμότητας, επιτρέποντας τη διατήρηση του κόκκινου ή ροζ χρώματος του κρέατος κατά τη διάρκεια αλλά και μετά το μαγείρεμα. Οι συσκευασίες τροποποιημένης ατμόσφαιρας με υψηλό επίπεδο οξυγόνου (70-80% O2 και 20-30% CO2) χρησιμοποιούνται όλο και περισσότερο για συσκευασίες λιανικής πώλησης φρέσκου κρέατος.
Διοξείδιο του άνθρακα (E290)
Το διοξείδιο του άνθρακα παρατείνει τη διάρκεια ζωής των ευαλλοίωτων τροφίμων καθυστερώντας την ανάπτυξη βακτηρίων. Η χρήση κενού ή μίγματος αερίων στη συσκευασία μπορεί να εμποδίσει αερόβιους μικροοργανισμούς που προκαλούν αλλοίωση του νωπού κρέατος, αλλά αυτή η τεχνολογία δεν εγγυάται την εμφάνιση και τη σταθερότητα του φρέσκου χρώματος κατά τη διάρκεια της εμφάνισης. Το διοξείδιο του άνθρακα έχει προταθεί για συσκευασίες MAP κρέατος λόγω της ικανότητάς του να αυξάνει τη διάρκεια ζωής στα κρέατα που αποθηκεύονται σε χαμηλές θερμοκρασίες μειώνοντας τη μικροβιακή ανάπτυξη, ειδικά όταν χρησιμοποιείται σε υψηλές συγκεντρώσεις έως 100% CO2!. Η αντιμικροβιακή δράση του διοξειδίου του άνθρακα μειώνεται όταν συνδυάζεται με άλλα αέρια, ειδικά με το Ο2. Ο συνδυασμός αερίων που χρησιμοποιείται συνήθως σε συσκευασίες MAP βόειου κρέατος κυμαίνεται από 70 έως 80% O2 και 20 έως 30% CO2. Η αύξηση της περιεκτικότητας σε οξυγόνο σε επίπεδα υψηλότερα από 55% ενδέχεται να μην παρέχει πρόσθετα οφέλη στη διατήρηση του χρώματος, καθώς μπορεί να αυξήσει την οξύτητα, η οποία θα είχε σαν αποτέλεσμα δυσάρεστη γεύση. Το CO2 έχει βακτηριοστατική δράση ανάλογα με τη φάση ανάπτυξης των μικροοργανισμών και το αρχικό φορτίο τους, τη θερμοκρασία αποθήκευσης και το είδος του προϊόντος που συσκευάζεται.
Άζωτο (Ε 941)
Τα τρία κύρια αέρια που χρησιμοποιούνται σε συσκευασίες MAP είναι το διοξείδιο του άνθρακα (για την αναστολή βακτηρίων και μούχλας), το οξυγόνο (για την πρόληψη της αναερόβιας ανάπτυξης) και το άζωτο ως αδρανές (για να αποφευχθεί η οξείδωση των λιπών και η καταστροφή της συσκευασίας). Η πρωταρχική αρχή της MAP είναι ο «αποκλεισμός» του οξυγόνου (που περιορίζει τη διάρκεια ζωής του κρέατος προκαλώντας οξείδωση και/ή ενισχύει την ανάπτυξη μικροοργανισμών αλλοίωσης) χρησιμοποιώντας φραγμό στη συσκευασία ή τροποποιώντας το αέριο περιβάλλον που περιβάλλει το κρέας. Το άζωτο είναι ένα αδρανές αέριο με χαμηλή διαλυτότητα τόσο στο νερό όσο και στο λίπος. Η χρήση του σε συσκευασίες MAP είναι κυρίως για τη «απομάκρυνση» του οξυγόνου καθυστερώντας την ανάπτυξη αερόβιων οργανισμών αλλοίωσης. Η καταστροφή της συσκευασίας (“Pack Collapse”), η οποία είναι συνηθισμένη σε συσκευασίες MAP λόγω απορρόφησης του CO2 στον ιστό του κρέατος, μπορεί να προληφθεί χρησιμοποιώντας άζωτο σε συνδυασμό με CO2 ως αδρανές υλικό. Το άζωτο δεν έχει αντιβακτηριακές ιδιότητες και δεν επηρεάζει το χρώμα του κρέατος. Η τροποποίηση της ατμόσφαιρας μέσα στη συσκευασία με μείωση της περιεκτικότητας σε οξυγόνο και αύξηση του επιπέδου CO2 και/ή Ν2 έχει αποδειχθεί ότι μπορεί να παρατείνει σημαντικά τη διάρκεια ζωής των ευαλλοίωτων τροφίμων σε θερμοκρασία ψύξης. Το βόειο κρέας συσκευασμένο σε CO2 και μίγμα CO2 – N2 βρέθηκε να διατηρεί εξαιρετικό χρώμα, χαμηλό μικροβιακό φορτίο, χημική σύνθεση και οργανοληπτικά χαρακτηριστικά.
Μονοξείδιο του άνθρακα
Η νομοθεσία για τα τρόφιμα στην Ευρωπαϊκή Ένωση δεν περιλαμβάνει το μονοξείδιο του άνθρακα στον κατάλογο των επιτρεπόμενων προσθέτων (εκτός Νορβηγίας). Το μονοξείδιο του άνθρακα (CO) ήταν πολύ αποτελεσματικό στη διατήρηση του κόκκινου χρώματος στο φρέσκο κρέας λόγω του σχηματισμού καρβοξυαιμοσφαιρίνης. Το CO δεν επηρεάζει την ανάπτυξη των βακτηρίων θετικά ή αρνητικά. Ωστόσο, λόγω της τοξικότητάς του δεν έχει εγκριθεί για χρήση. Στις ΗΠΑ, το FDA το 2020 ενέκρινε τη χρήση μονοξειδίου του άνθρακα για συσκευασία τροποποιημένης ατμόσφαιρας (MAP) για φρέσκο βοδινό και χοιρινό κρέας με όριο χρήσης.
ΧΡΗΣΗ ΤΡΟΠΟΠΟΙΗΜΕΝΗΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑΣ ΣΕ ΛΑΧΑΝΙΚΑ
Η βιολογική δραστηριότητα στα λαχανικά συνεχίζεται ακόμα και μετά τη συγκομιδή. Τα συγκομιζόμενα προϊόντα υποβαθμίζονται αντλώντας θρεπτικά συστατικά από τις «αποθήκες» τους. Το ποσοστό υποβάθμισης επηρεάζεται από την αναπνοή, την ευαισθησία και την έκθεση στο αιθυλένιο, τη γενετική, τους τραυματισμούς, τη μικροβιολογική δραστηριότητα και τυχόν φυσιολογικές διαταραχές. Γενικά, η μείωση του ρυθμού αναπνοής είναι πρωταρχικός στόχος για τη συσκευασία MAP λαχανικών. Η αναπνοή καταναλώνει αποθέματα υδατανθράκων, λιπιδίων και πρωτεϊνών. Η εξάντληση των θρεπτικών συστατικών και η παραγωγή υποπροϊόντων της αντίδρασης εμφανίζεται ως μείωση της φρεσκάδας. Η δραστηριότητα των πηκτολυτικών ενζύμων προκαλεί αλλαγές στην υφή και το άρωμα. Οι μεταβολικοί ρυθμοί που προκαλούνται από τα ένζυμα επηρεάζονται από την ποικιλία, τον χρόνο συγκομιδής και τις συνθήκες επεξεργασίας. Η επιβράδυνση της μεταβολικής δραστηριότητας με μειωμένο οξυγόνο και αυξημένο διοξείδιο του άνθρακα στην ατμόσφαιρα του λαχανικού, διατηρεί τη φρεσκάδα. Ωστόσο, τα οφέλη εξαρτώνται από το είδος του λαχανικού και από πολύ συγκεκριμένες συγκεντρώσεις Ο2 και CO2. Διαφορετικά η υφή και το άρωμα των λαχανικών υποβαθμίζεται.
Οι συγκεντρώσεις αερίου σε συσκευασίες ΜΑ εξαρτώνται από την διαπερατότητα των υλικών συσκευασίας, τον ρυθμό αναπνοής του προϊόντος, το πηλίκο της παραγωγής CO2 προς την κατανάλωση O2 και τις συνθήκες περιβάλλοντος. Όταν η μερική πίεση του οξυγόνου μειώνεται μέσα σε μια συσκευασία λόγω αναπνοής ή οξειδωτικών αντιδράσεων, η διείσδυση του οξυγόνου στη συσκευασία, από το περιβάλλον αυξάνεται. Ο τυπικός στόχος της MAP είναι να μειώσει το οξυγόνο στο χαμηλότερο δυνατό επίπεδο που υποστηρίζει την αερόβια αναπνοή. Όταν τα επίπεδα οξυγόνου πέσουν κάτω από αυτό το όριο, προκύπτει αναερόβια αναπνοή, η οποία μειώνει γρήγορα την ποιότητα.
Οι διαφοροποιήσεις στο ρυθμό αναπνοής είναι αναπόφευκτες και οφείλονται τόσο σε εξωγενείς όσο και σε εγγενείς παράγοντες. Οι εγγενείς παράγοντες περιλαμβάνουν την ποικιλία, την ωριμότητα, τη σύνθεση και το μέγεθος. Τέτοιες διαφοροποιήσεις καθιστούν τον σχεδιασμό της MAP δύσκολο.
Η κοπή, ο σχηματισμός πληγών και ο μηχανικός τραυματισμός τείνουν να αυξάνουν τα ποσοστά αναπνοής, οδηγώντας σε επιταχυνόμενη παραγωγή αιθυλενίου, απώλεια νερού, αλλαγές υφής και χρώματος και αύξηση μικροβιολογικής δραστηριότητας. Οι θερμικές επεξεργασίες προκαλούν επίσης διαφορές ρυθμού αναπνοής ανάλογα με την κατάσταση πριν τη συγκομιδή και τη διάρκεια επεξεργασίας. Οι θερμικές επεξεργασίες μετά τη συγκομιδή μειώνουν την αναπνευστική και μικροβιακή δραστηριότητα και προλαμβάνουν τραυματισμούς. Δεδομένου ότι διαφορετικές ποικιλίες παρουσιάζουν διαφορετικούς ρυθμούς αναπνοής και συνήθως απαιτούν διαφορετικές ατμόσφαιρες για βέλτιστη διατήρηση της φρεσκάδας, πρέπει να γίνουν συμβιβασμοί στο σχεδιασμό συσκευασίας για διάφορες ποικιλίες λαχανικών. Συνήθως, οι συσκευασίες σχεδιάζονται βάσει του συστατικού με τον υψηλότερο ρυθμό αναπνοής.
Τα νωπά λαχανικά έχουν προκαλέσει και προκαλούν συχνά τροφικές δηλητηριάσεις. Οι συσκευασίες MA επηρεάζουν το μικροβιακό φορτίο με βάση τις πολύπλοκες αλληλεπιδράσεις με τα προϊόντα και τις περιβαλλοντικές συνθήκες στην αλυσίδα εφοδιασμού. Το CO2 προσφέρει αντιμικροβιακή δράση αλλά μπορεί να προκαλέσει βλάβη στον ιστό του λαχανικού σε υψηλές συγκεντρώσεις. Αν και ο συγκεκριμένος μηχανισμός λειτουργίας δεν είναι γνωστός, οι επικρατούσες θεωρίες επικεντρώνονται στην αντικατάσταση του O2 (επομένως μείωσης μικροβιακής δραστηριότητας), στη μείωση του pH, την άμεση διείσδυση στο κύτταρο και την άμεση / έμμεση συμπερίληψη του CO2 στις μεταβολικές αντιδράσεις. Από την άλλη μεριά, το CO2 ενδέχεται να μην αναστέλλει ορισμένα ισχυρά παθογόνα. Για παράδειγμα αυξημένες συγκεντρώσεις διοξειδίου του άνθρακα (5% με 12%) δεν έχουν ανασταλτική δράση έναντι της Listeria monocytogenes. Τα λαχανικά είναι ευαίσθητα στην ανάπτυξη παθογόνων μικροοργανισμών και αλλοιώσεων, τα οποία μπορεί να καταστέλλονται με τις συσκευασίες MAP. Λόγω ανταγωνισμού, οι μικροοργανισμοί αλλοίωσης τείνουν να περιορίζουν τους παθογόνους μικροοργανισμούς. Οι ανησυχίες που σχετίζονται με συσκευασία MAP λαχανικών οφείλονται σε μικροοργανισμούς που επιβιώνουν σε θερμοκρασίες ψυχρής αποθήκευσης (π.χ. Listeria monocytogenes, Yersinia enterocolitica and Aeromonas hydrophila) και υπό αναερόβιες ή χαμηλού οξυγόνου συνθήκες όπως Salmonella, E. coli O157: H7 και Listeria monocytogenes. Το Clostridium botulinum είναι πάντοτε κίνδυνος σε τρόφιμα με χαμηλή οξύτητα λόγω πιθανής απελευθέρωσης τοξίνης υπό αναερόβιες συνθήκες. Η Salmonella προκαλεί πιο συχνά ασθένειες μεταξύ όλων των παθογόνων στα λαχανικά. Η Salmonella και τα προαιρετικά αναερόβια είναι ικανά να αναπτυχθούν και χωρίς οξυγόνο. Οι συνθήκες χαμηλού οξυγόνου μπορεί και να προάγουν την ανάπτυξη παθογόνων που αρχικά υπάρχουν στα προϊόντα. Οι υψηλές θερμοκρασίες επίσης προάγουν την ανάπτυξη παθογόνων σε λαχανικά.
ΧΡΗΣΗ ΤΡΟΠΟΠΟΙΗΜΕΝΗΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑΣ ΣΕ ΠΡΟΪΟΝΤΑ ΚΡΕΑΤΟΣ
Η τεχνολογία MAP είναι μία από τις πιο ιδανικές τεχνολογίες για τη συντήρηση και παράταση της διάρκειας ζωής των προϊόντων ζωικής προέλευσης χωρίς πρόσθετα τροφίμων. Η παράταση της διάρκειας ζωής των προϊόντων ζωικής προέλευσης με τροποποίηση της ατμόσφαιρας εξαρτάται από τη σύσταση του προϊόντος, τη περιεκτικότητα σε λίπος, τη μικροβιακή χλωρίδα και το φορτίο, καθώς επίσης και από εξωτερικούς παράγοντες, όπως η θερμοκρασία, η σύσταση του αερίου και το είδος της συσκευασίας.
Η ποιότητα του κρέατος εξαρτάται από το χρώμα, την ικανότητα συγκράτησης νερού, τη μικροβιακή δραστηριότητα και τη σύνθεση λιπιδίων. Οι καταναλωτές επηρεάζονται κυρίως από το χρώμα. Αλλαγές στο κόκκινο χρώμα του κρέατος λόγω οξείδωσης οφείλονται στη μυοσφαιρίνη. Η οξείδωση της μυοσφαιρίνης εξαρτάται από διάφορους παράγοντες, συμπεριλαμβανομένης της αύξησης της θερμοκρασίας και της έκθεσης στο φως. Η μη οξείδωσή της επιτυγχάνεται με τη χρήση συσκευασίας MA, συσκευασίας κενού, συσκευασίας Vacuum Skin (VSP) και ενεργής συσκευασίας (AP).
Η προστασία της μυοσφαιρίνης από το οξυγόνο επιτυγχάνεται συνδυάζοντας συσκευασίες υψηλού και χαμηλού φραγμού με κενό και/ή αέριο χωρίς οξυγόνο. Δίσκοι, μεμβράνες, κατασκευασμένοι από υλικά με υψηλό φράγμα έναντι του οξυγόνου όπως PVDC ή EVOH χρησιμοποιούνται στη ΜΑΡ του κρέατος. Τα προϊόντα κόκκινου κρέατος που δεν είναι για άμεση πώληση, αποθηκεύονται σε ατμόσφαιρες με λιγότερο από 0,1% οξυγόνο.
Η παράταση της διάρκειας ζωής επιτυγχάνεται περιορίζοντας τους αερόβιους, Gram-αρνητικούς μικροοργανισμούς για την προώθηση των Gram-θετικών και αργά αναπτυσσόμενων μικροοργανισμών, όπως βακτηρίδια γαλακτικού οξέος. Οι συνήθεις συγκεντρώσεις για MAP συσκευασμένου κρέατος είναι 10-40% και 60-90% διοξείδιο του άνθρακα και οξυγόνο αντίστοιχα. Σε μια πρόσφατη μελέτη, ένα μίγμα αερίου που περιείχε την υψηλότερη αναλογία διοξειδίου του άνθρακα που δοκιμάστηκε (O2: 20%, CO2: 50%, N2: 30%) έδειξε τις πιο ανασταλτικές επιδράσεις στα Enterobacteriaceae σε κιμά με χοιρινό και βόειο κρέας.
ΧΡΗΣΗ ΤΡΟΠΟΠΟΙΗΜΕΝΗΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑΣ ΣΕ ΠΡΟΪΟΝΤΑ ΨΑΡΙΩΝ
Η υποβάθμιση της ποιότητας στα ψάρια και τα προϊόντα ψαριών μπορεί να προέλθει από μικροβιακή αλλοίωση, δραστηριότητα ενζύμων και οξείδωση λιπιδίων. Παράγοντες όπως η σύσταση του αερίου, η θερμοκρασία, η υψηλή περιεκτικότητα σε νερό και πρόσθετα όπως το νάτριο (NaCl), επηρεάζουν τη μικροβιακή δράση. Η MAP έχει την ικανότητα να αυξάνει τη διάρκεια ζωής, αναστέλλοντας την ανάπτυξη μικροοργανισμών καθώς και περιορίζοντας την οξείδωση των λιπιδίων.
Υπάρχουν πολλά κριτήρια κατά την επιλογή βέλτιστων συγκεντρώσεων αερίου στη MAP για ψάρια και προϊόντα ψαριών. Μια τυπική προσέγγιση είναι η ελαχιστοποίηση του οξυγόνου και η αύξηση του διοξειδίου του άνθρακα στο 60-100%, αξιοποιώντας τις αντιμικροβιακές ιδιότητες του διοξειδίου του άνθρακα. Δυστυχώς, λόγω της μεγάλης διαλυτότητας του διοξειδίου του άνθρακα σε οργανικά υλικά, οι αρχικοί όγκοι και συγκεντρώσεις δεν μπορούν να διατηρηθούν καθόλη τη διάρκεια ζωής στο ράφι.
Παρόλο που τα πλεονεκτήματα της MAP συχνά υπερβαίνουν τα μειονεκτήματα, ένας κίνδυνος που σχετίζεται με τη MAP στα ψάρια είναι η ανάπτυξη τοξινών που παράγουν αναερόβια παθογόνα σε συγκεντρώσεις οξυγόνου χαμηλότερες από 4-8%. Το κύριο παθογόνο που μας ανησυχεί είναι το Clostridium botulinum. Η προσθήκη οξυγόνου στο μίγμα αερίου θα πρέπει να μπορεί να αποτρέπει την παραγωγή τοξινών. Από μόνη της όμως η προσθήκη οξυγόνου δεν εγγυάται την εξάλειψη του κινδύνου. Η διατήρηση χαμηλών θερμοκρασιών (<3,5°C) από την αλίευση έως τη λιανική εμποδίζει την ανάπτυξη του C. Botulinum. Καθώς υπάρχει πάντα ο κίνδυνος παραγωγής τοξινών πριν από την αλλοίωση, ο έλεγχος και η διατήρηση χαμηλής θερμοκρασίας, είναι πιο ουσιαστικός παράγοντας για τη διασφάλιση της ασφάλειας των τροφίμων με και χωρίς MAP.
ΧΡΗΣΗ ΤΡΟΠΟΠΟΙΗΜΕΝΗΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑΣ ΣΕ ΠΡΟΪΟΝΤΑ ΠΟΥΛΕΡΙΚΩΝ
Η MAP έχει αποδειχθεί ότι μπορεί να διπλασιάσει τη διάρκεια ζωής των προϊόντων πουλερικών. Ωστόσο, η βιβλιογραφία που σχετίζεται με τη MAP πουλερικών είναι περιορισμένη. Δεδομένου ότι η μικροβιακή αλλοίωση είναι το κύριο μέλημα, έχουν εφαρμοστεί αυξημένες συγκεντρώσεις διοξειδίου του άνθρακα. Οι τυπικές συγκεντρώσεις διοξειδίου του άνθρακα κυμαίνονται μεταξύ 40-100% ισορροπημένου με άζωτο. Υπό αναερόβιες συνθήκες, η Pseudomonas spp. μπορεί να κατασταλεί, ωστόσο, αναερόβιοι και προαιρετικά αναερόβιοι μικροοργανισμοί όπως τα Enterobacteriaceae προκαλούν αλλοίωση. Μελέτες έχουν αποδείξει παράταση της διάρκειας ζωής χρησιμοποιώντας 40% CO2 – 30% O2 – 30% N2. Η υψηλή συγκέντρωση οξυγόνου σε MAP για στήθος γαλοπούλας έχει δείξει ελαφρώς καλύτερη διατήρηση του χρώματος και των οργανοληπτικών χαρακτηριστικών από χαμηλές συγκεντρώσεις οξυγόνου.
Συνοψίζοντας τα ανωτέρω και βάσει γενικότερα της βιβλιογραφίας σχετικά με τη χρήση τροποποιημένης ατμόσφαιρας, τυπικά αέρια και μίγματα αερίων ανά κατηγορία προϊόντων παρουσιάζονται στον ακόλουθο πίνακα:
| Προϊόν | Μίγμα αερίων | Διάρκεια ζωής |
| Προϊόντα κρέατος | 70% O2 + 30% CO2 | 2 – 5 ημέρες |
| Φρέσκα ψάρια | 40% CO2 + 30% O2 + 30% N2 | 3 – 10 ημέρες |
| Σκληρά τυριά | 100% CO2 | 3 – 10 εβδομάδες |
| Μαλακά τυριά | 70% CO2 + 30% N2 | 8 – 21 ημέρες |
| Φρούτα & Λαχανικά | 80% N2 + 5% O2 + 15% CO2 | 3 – 8 ημέρες |
| Προψημένα αρτοσκευάσματα | 100% CO2 | 5 – 20 ημέρες |
| Σάντουιτς | 70% CO2 + 30% N2 | 2 – 10 ημέρες |
| Καφές | 100% N2 | +12 μήνες |
ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΠΟΥ ΕΠΗΡΕΑΖΟΥΝ ΤΗ ΜΑΡ
ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΟΙ ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ
Η μείωση της θερμοκρασίας και των επιπέδων οξυγόνου μειώνει την αερόβια αναπνοή σε φρέσκα προϊόντα. Μεταξύ αυτών, η θερμοκρασία είναι ο σημαντικότερος εξωτερικός παράγοντας. Η θερμοκρασία δεν επηρεάζει μόνο τον ρυθμό αναπνοής, αλλά ουσιαστικά όλες τις αντιδράσεις που επηρεάζουν την ασφάλεια και την ποιότητα. Οι ρυθμοί μετάδοσης αερίου των υλικών συσκευασίας και η διαλυτότητα των αερίων στα συσκευασμένα προϊόντα επηρεάζονται επίσης από τη θερμοκρασία. Στην ιδανική περίπτωση, η θερμοκρασία αποθήκευσης πρέπει να διατηρείται στο χαμηλότερο επίπεδο με σκοπό να επιβραδύνει όσο το δυνατόν περισσότερο τις αντιδράσεις.
Αν και ελεγχόμενη, η θερμοκρασία είναι σπάνια σταθερή σε όλη τη ψυκτική αλυσίδα. Ενενήντα τοις εκατό των προϊόντων που ωφελούνται από χαμηλές θερμοκρασίες (<4°C) εκτίθενται σε θερμοκρασίες στα σημεία λιανικής πώλησης, υψηλότερες από τις συνιστώμενες. Επιπλέον, οι αποκλίσεις από τις βέλτιστες θερμοκρασίες αποθήκευσης ποικίλλουν βάσει εποχής. Τα κέντρα διανομής και τα καταστήματα λιανικής προκαλούν τις περισσότερες διακυμάνσεις στη θερμοκρασία. Ως εκ τούτου, πολλές εργαστηριακές δοκιμές ΜΑΡ που βασίζονται σε βέλτιστες συνθήκες θερμοκρασίας, δεν ανταποκρίνονται στη πραγματικότητα του εμπορίου. Η κατανόηση των πραγματικών συνθηκών είναι χρήσιμη για τον επιτυχημένο σχεδιασμό της MAP. Μια κοινή προσέγγιση που υιοθετείται για την επιλογή της κατάλληλης θερμοκρασίας στις δοκιμές, είναι η χρήση του μέσου όρου της βέλτιστης και της χείριστης αναμενόμενης θερμοκρασίας. Για παράδειγμα, εάν το προϊόν έχει τη βέλτιστη θερμοκρασία αποθήκευσης 0°C και την υψηλότερη αναμενόμενη θερμοκρασία κατά το χειρισμό και την προβολή στο σημείο λιανικής πώλησης των 15°C, ο κατά προσέγγιση μέσος όρος αυτών των θερμοκρασιών (7°C) επιλέγεται στις δοκιμές. Αυτή η προσέγγιση όμως μπορεί να μην επιτύχει ισορροπία στις επιθυμητές συγκεντρώσεις στη συσκευασία, αν η θερμοκρασία αποκλίνει σημαντικά από το μέσο όρο.
Η μικροβιακή αλλοίωση εξαρτάται από τη θερμοκρασία, επομένως η θερμοκρασία είναι ο πιο σημαντικός παράγοντας για τον έλεγχο των τροφίμων ζωικής προέλευσης. Ακόμη και τα ψυχρόφιλα βακτήρια έχουν μειωμένο ρυθμό ανάπτυξης σε θερμοκρασίες κάτω των 10°C. Η διαλυτότητα του διοξειδίου του άνθρακα αυξάνεται σε χαμηλές θερμοκρασίες, οι οποίες μπορεί να είναι πλεονεκτικές λόγω των βακτηριοστατικών επιδράσεων από τη μείωση του pH αλλά να μειονεκτούν λόγω πρόκλησης «κατάρρευσης» της συσκευασίας.
Οι διακυμάνσεις της θερμοκρασίας επηρεάζουν επίσης τη σχετική υγρασία (RH%). Οι μελέτες αποθήκευσης πραγματοποιούνται συχνά χωρίς έλεγχο RH%, ειδικά σε συνθήκες υψηλής υγρασίας όπου αποθηκεύεται το μεγαλύτερο μέρος φρέσκων προϊόντων. Ωστόσο, ακόμη και μικρές διαφορές θερμοκρασίας μπορούν να προκαλέσουν μεγάλες διακυμάνσεις στην υγρασία. Όταν οι θερμοκρασίες πέφτουν κάτω από το σημείο δρόσου, το νερό συμπυκνώνεται σε κρύες επιφάνειες. Η προκύπτουσα διαθεσιμότητα υγρασίας διευκολύνει τη μικροβιακή ανάπτυξη και την αλλοίωση. Αυτό μπορεί να μετριαστεί με επαρκή αερισμό κατά την αποθήκευση, αλλά αυτό είναι κυρίως αποτελεσματικό για μη συσκευασμένα προϊόντα. Οι μεμβράνες συσκευασίας τυπικά δεν έχουν επαρκή ταχύτητα μετάδοσης υδρατμών, με αποτέλεσμα συμπύκνωση και δημιουργία «ομίχλης» (fogging) στο εσωτερικό της συσκευασίας. Η τάση που έχουν να παγιδεύουν υδρατμούς, μπορεί να μετριαστεί με πρόσθετα πολυμερή υλικά και/ή διατρήσεις. Ωστόσο, τα διάτρητα φιλμ δεν έχουν τα ίδια χαρακτηριστικά μετάδοσης αερίου/υδρατμών με τα μη διάτρητα φιλμ. Η αντίσταση στη μεταφορά υδρατμών σε διάτρητη συσκευασία εξαρτάται από τον αριθμό και το μέγεθος των διατρήσεων. Ωστόσο, η αύξηση του αριθμού ή/και του μεγέθους των διατρήσεων οδηγεί σε απώλεια των πλεονεκτημάτων της MAP.
Τέλος, τα συσκευασμένα με διαφανή φιλμ προϊόντα εκτίθενται σε διαφορετικές συνθήκες φωτός στην αλυσίδα εφοδιασμού. Ο σωστός φωτισμός στα σημεία λιανικής είναι σημαντικός για την προσέλκυση καταναλωτών. Εκτός από άλλες μεταβολικές δραστηριότητες, η φωτοσύνθεση παίζει ρόλο στις αλλαγές της σύνθεσης των αερίων για τα πράσινα και φυλλώδη λαχανικά λόγω της παρουσίας χλωροφύλλης. Η ποιότητα στο σπανάκι βρέθηκε να αυξάνεται όταν φυλάσσεται υπό συνθήκες χαμηλού φωτισμού μαζί με αυξημένο διοξείδιο του άνθρακα. Η αυξανόμενη ένταση φωτός τείνει να μειώσει την ποιότητα. Για συνθήκες χαμηλού φωτισμού συνίστανται μεμβράνες υψηλότερης διαπερατότητας. Το βόειο κρέας και το ζαμπόν φάνηκε να επηρεάζονται αρνητικά από τη φωτοοξείδωση των λιπιδίων. Το φως είναι καταστροφικό για το χρώμα σε φέτες ζαμπόν, αλλά αυτό σταθεροποιείται σε συσκευασίες MA 30% CO2 και 70% N2.
ΥΛΙΚΑ ΣΥΣΚΕΥΑΣΙΑΣ
Στη συσκευασία τροποποιημένης ατμόσφαιρας (MAP), ο βασικός παράγοντας στην επιλογή του υλικού φραγμού είναι ο ρυθμός με τον οποίο μπορούν να περάσουν αέρια μέσα από αυτό, η διαπερατότητά του. Υπάρχει ένα ευρύ φάσμα υλικών φραγής, με διαφορετικές ιδιότητες διαπερατότητας. Οι μετρήσεις διαπερατότητας είναι καθοριστικές για τον καθορισμό της κατάλληλης συσκευασίας.
Σε πολλές συσκευασίες τροποποιημένης ατμόσφαιρας, το μεγαλύτερο μέρος του οξυγόνου απομακρύνεται από τη συσκευασία και αντικαθίσταται από αέρια όπως άζωτο ή διοξείδιο του άνθρακα. Σε τέτοιες περιπτώσεις είναι απαραίτητο να γνωρίζουμε τη διαπερατότητα του υλικού συσκευασίας τόσο στα αέρια που επιθυμούμε να παραμείνουν στη συσκευασία όσο και σε αυτά που επιθυμούμε να μην εισχωρήσουν. Για το λόγο αυτό, είναι σημαντικό να ληφθούν δεδομένα σχετικά με τη διαπερατότητα του φράγματος συσκευασίας στα αντίστοιχα αέρια.
Τελικά, το σωστό φράγμα διαπερατότητας συσκευασίας μαζί με την κατάλληλη τροποποιημένη ατμόσφαιρα θα έχουν ως αποτέλεσμα τη πιο οικονομική και αποδοτική συσκευασία και θα πληρούν τις καθορισμένες απαιτήσεις διάρκειας ζωής. Συνολικά, οι ιδιότητες που πρέπει να λαμβάνονται υπ’ όψη στην επιλογή του είδους της συσκευασίας είναι:
- Διαπερατότητα στα αέρια της τροποποιημένης ατμόσφαιρας και στους υδρατμούς,
- Ικανότητα θερμοσυγκόλλησης,
- Ικανότητα θερμοδιαμόρφωσης,
- Μηχανικές ιδιότητες,
- Αντίσταση στη διάτρηση,
- Διαύγεια,
- Αντιθαμβωτικές (antifog) ιδιότητες,
- ∆υνατότητα εκτύπωσης καλής ποιότητας.
Τα αέρια πρέπει να έρχονται σε επαφή με όσο το δυνατόν μεγαλύτερη επιφάνεια προϊόντος, και για αυτό συχνά στις συσκευασίες ΜΑΡ ο πυθμένας τους έχει αυλακώσεις. Για τρόφιμα που δεν αναπνέουν και επομένως η σύσταση της ατμόσφαιρας μέσα στη συσκευασία μεταβάλλεται μόνον μέσω διαπέρασης από τα τοιχώματα της συσκευασίας, είναι απαραίτητο το υλικό συσκευασίας να διαθέτει υψηλή αδιαπερατότητα ώστε η σύσταση της ατμόσφαιρας να παραμένει αμετάβλητη. Στη περίπτωση αυτή συχνά ένα από τα στρώματα του laminate, από το οποίο κατασκευάζεται το μέσο συσκευασίας, είναι υλικό υψηλού φραγμού (EVOH ή PVdC).
Αντιθέτως για τρόφιμα που αναπνέουν το υλικό συσκευασίας πρέπει να είναι διαπερατό σε αέρια και υδρατμούς και μάλιστα ανάλογα με το ρυθμό αναπνοής (κατανάλωση O2 και παραγωγή CO2 και υδρατμών) να έχει τέτοια διαπερατότητα για να επιτρέπει την είσοδο του O2 και την έξοδο του CO2 και των υδρατμών ώστε η σύσταση της ατμόσφαιρας μέσα στη συσκευασία να παραμένει σταθερή στο επιθυμητό επίπεδο.
ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ
Σήμερα ο καταναλωτής δίνει μεγάλη σημασία στη θρεπτική και οργανοληπτική ποιότητα, την ελκυστική εμφάνιση και την ασφάλεια των τροφίμων. Στις σύγχρονες επιχειρηματικές συνθήκες, η βιομηχανία τροφίμων οδηγείται κυρίως από τις απαιτήσεις των καταναλωτών. Σύμφωνα με αυτό, η MAP χρησιμοποιείται ευρέως εμπορικά ως τρόπος αύξησης της διάρκειας ζωής και διατήρησης των οργανοληπτικών χαρακτηριστικών. Η πρόκληση για τους ερευνητές και τους παραγωγούς τροφίμων στο μέλλον θα είναι να ασχοληθούν με περαιτέρω έρευνα προσανατολισμένη προς τον καταναλωτή και βελτιώσεις που σχετίζονται με τη MAP, σε συνδυασμό με νέες μεθόδους σταθεροποίησης των οργανοληπτικών χαρακτηριστικών και επέκτασης της διάρκεια ζωής των τροφίμων.
*Ο Γιώργος Μορφονιός είναι Γεωπόνος – Επιστήμονας Τροφίμων, MSc Συστήματα διαχείρισης ποιότητας & διασφάλισης υγιεινής τροφίμων, senior consultant AG ADVENT AE
Πηγές
Παπαδάκης Σ. , Σημειώσεις Μαθήματος Συσκευασίας Τροφίμων, Τμήμα Τεχνολογίας Τροφίμων, ΤΕΙ Αθήνας.
Effects of Modified Atmosphere Packaging on Quality and Safety of Fresh Meat, Article in Quality of Life (Banja Luka)
Challenges and Advances in Development of Active Components to Modify Headspace Gases in Packaging of Fresh Produce and Muscle Foods, Journal of Applied Packaging Research
Ακολουθήστε το Cibum 
