Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav technologie potravin
Bakalářská práce
BRNO 2010
Martin Šmídek
Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav technologie potravin
Vliv způsobu balení na změnu vodní aktivity masných výrobků Bakalářská práce
Vedoucí práce:
Vypracoval:
Ing. Hana Šulcerová Ph.D.
Martin Šmídek
Brno 2010
ZADÁNÍ
PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma Vliv způsobu balení na změnu vodní aktivity masných výrobků, vypracoval samostatně a použil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Bakalářská práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího diplomové práce a děkana AF MZLU v Brně.
Dne: Podpis diplomanta
PODĚKOVÁNÍ Děkuji své vedoucí bakalářské práce Ing. Haně Šulcerové Ph.D. za cenné rady a podněty, poskytnuté odborné materiály, návrhy a připomínky při zpracování této práce. Dále také chci poděkovat celé své rodině jak za podporu psychickou tak materiální.
Abstrakt Cílem bakalářské práce bylo vypracovat literární přehled o vlivu způsobu balení na vodní aktivitu potravin, zejména pak masných výrobků. Základním úkolem bylo charakterizovat jednotlivé masné výrobky, definovat aktuální legislativní požadavky na jejich výrobu a operace spojené s prodloužením jejich údržnosti. Byl popsán vliv vodní aktivity na údržnost masných výrobků v souvislosti s možnou mikrobiální aktivitou a také určité limity vodní aktivity, při kterých není možná mikrobiální činnost. Byly popsány typy balení masných výrobků zejména balení vakuové a v ochranné atmosféře a vhodnost balení pro jednotlivé druhy masných výrobků. Tato práce sleduje vztah mezi způsobem balení masných výrobků a s tím spojenými změnami vodní aktivity, které mají zásadní vliv pro přežití a další množení mikroorganismů, a tedy možná zdravotní rizika při konzumaci masných výrobků. Klíčová slova: masné výrobky, vodní aktivita, vakuové balení, balení v ochranné atmosféře Summary The aim of the bachelor thesis was to
produce a literary overview about
the influence of packaging, especially of meat products, on water activity. The main aim was to characterize the individual meat products, to define the up-to-date legislative demands on their production and operation connected with prolonging their durability. The work described the influence of water activity on the durability of meat products in connection with the possible microbial activity. The work also follows the limits of water activity during which the microbial activity does not occur. The work describes types of packaging of meat products especially vacuum packaging
and modified
atmosphere packaging and the suitability of different packaging for individual types of meat products. The work follows the the relation between the way of packaging of meat products and the changes in water activity which go hand in hand with it and have an essential influence on survival and further microbial reproduction and consequently the potential health risks during the meat consumption. Key words: meat products, water activity, vacuum packaging, modified atmosphere packaging
OBSAH 1 ÚVOD……………………………………………………………………………9 2 LITERÁRNÍ PŘEHLED……………………………...……………………….10 2.1 Charakteristika masných výrobků………………………………………..10 2.2 Struktura masných výrobků………………………………………………10 2.3 Druhy masných výrobků………………………………………...……...11 2.3.1 Legislativní požadavky…………………….………………………11 2.3.2 Údržnost masných výrobků…………….………………………….13 2.4 Vodní aktivita………………………………………………………….. 13 2.4.1 Metody měření vodní aktivity……………….…………………….15 2.4.2 Vodní aktivita a růst mikroorganismů……….……………………..18 2.4.3 Závislost dynamiky růstu na vodní aktivitě…….………………….19 2.5 Obal a potravina…………………………………………………………21 2.5.1 Ochrana potravin obalem před změnami vlhkosti…………………21 2.5.2 Obalové vlastnosti výrobků………………………………………..21 2.5.3 Vliv obalu na potravinu a potraviny na obal……………………….22 2.5.4 Žádoucí účinky interakce obal – potravina………………………...23 2.5.5 Obal a jeho vliv na organoleptické vlastnosti……………………...24 2.6 Systémy balení masných výrobků………………………………………24 2.6.1 Prosté balení………………………………………………………..24 2.6.2 Vakuové balení……………………………………………………..25 2.6.3 Balení v ochranné atmosféře……………………………………….25 2.6.4 Inteligentní obaly…………………………………………………...28 2.6.5 Balení jednotlivých druhů masných výrobků………………………30 2.6.6 Skladování balených masných výrobků……………………………33 2.6.7 Vady balených masných výrobků………………………………….33 3 ZÁVĚR…………………………………………………………………………34 4 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY……….………………………………..35 5 SEZNAM TABULEK A OBRÁZKŮ…………………………………………38
1 ÚVOD Potraviny jsou nezbytné pro existenci člověka, jelikož poskytují lidskému organismu potřebné živiny a energii. Odhaduje se, že maso je součástí výživy člověka nejméně dva miliony let. Člověk lovec konzumoval maso syrové a významné pro něj bylo získání ohně. O zpracování masa na výrobky blížící se dnešnímu pojetí lze hovořit až u starověkého Říma. Od té doby se výrobní sortiment rozšiřoval, zejména díky rostoucímu zájmu trhu o masné výrobky. V dnešní době běžný spotřebitel zohledňuje při nákupu potravin mnoho aspektů, které lze shrnout do tří hlavních skupin jejich tržní úspěšnosti:
zdravotní
nezávadnost
(bezpečnost)
potravin,
kvalita
potravin
a spotřebitelská cena potravin. Zdravotní nezávadnost potravin je nejvýznamnějším faktorem a ručí za ni výrobce a prodejce potravin ve smyslu zákona o potravinách a tabákových výrobcích č. 110/1997 Sb. Hlavním požadavkem na kvalitu masných výrobků je zamezení změn jakosti, a zajištění údržnosti masných výrobků, a to nejenom prodloužením trvanlivosti, ale také usnadněním manipulace s nimi a zabránění kontaminace mikroorganismy. K nejčastěji využívaným protimikrobiálním opatřením, při výrobě masných výrobků, patří tepelné opracování na úrovni pasterace nebo sterilace, použití nízkých teplot při manipulaci se surovinami a při skladování hotových výrobků, snižování vodní aktivity solením masa a sušením výrobků. K protimikrobním opatřením po vyrobení masných výrobků patří balení potravin ve vakuu nebo ochranné atmosféře s využitím inteligentních obalů. Dále se používají antimikrobiální balení zamezující růstu mikroorganismů. Všechna protimikrobní opatření v potravinářském průmyslu mají mít co nejmenší negativní dopad na senzorické vlastnosti a výživovou hodnotu ošetřených potravin.
9
2 LITERÁRNÍ PŘEHLED 2.1 Charakteristika masných výrobků Výroba či příprava masných výrobků se odvíjí od dávnověku a souvisí s lidskou snahou prodloužit údržnost masa. Prodloužení přirozené uchovatelnosti masa se nejdříve dosahovalo sušením, dále uzením, pečením a solením. Nejdříve u celých kusů masa, později se maso mělnilo, smíchávalo se solí, kořením a dalšími ochucujícími přísadami. Vzniklá směs masa s dalšími látkami se tvarovala a později i plnila do různých obalů z přírodních materiálů. Tak se asi odvíjela výroba salámů. Nejstarší údaje o nich pocházejí z poloviny tisíciletí před naším letopočtem. Sám název "salám" je údajně odvozen od názvu kyperského města. Do Evropy se rozšířili přes Itálii ( italské Salami je označením pro fermentované salámy). Označení klobása pochází z hebrejštiny, vuřt z německého Wurst, výraz "botulus" je latinské označení pro drobné masné výrobky (Ingr, 2006). Stále se ukazuje, že masné výrobky neztratily přitažlivost u dnešních moderních strávníků. Zemí s bohatou tradicí výroby masných výrobků je Německo, kde průměrný zákazník koupí okolo 30 kilogramů masných výrobků ročně. Tvoří to polovinu roční spotřeby masa. Toto množství zahrnuje výběr z více než 1500 různých druhů těchto potravin, vyráběných většinou v jednotlivých oblastech s regionálními obměnami složení, způsobu uzení a za použití různých kořenících způsobů (Sieg, 2006).
2.2 Struktura masných výrobků Základní složení masných výrobků je velmi různorodé. Obsah vody kolísá v rozmezí od 25 do 70 %, obsah bílkovin od 13 do 23 % a obsah tuku od 9 do 48 %. Uvedené rozsahy obsahu hlavních složek masných výrobků jsou uvedeny obecně. V zájmu ochrany spotřebitele kontroluje dodržování určených hodnot orgán státního dozoru (Ingr, 1996). Z heldiska strukturního dělíme masné výrobky na kusové výrobky (uzená masa, šunky) a mělněné masné výrobky (salámy, párky, klobásy, aj.). U kusových masných výrobků základní struktura zůstává a jejich výroba je provázena pouze změnou rozpustnosti a bobtnání svalových bílkovin. U mělněných masných výrobků se mělněním uvolní myofybrilární bílkoviny, působením soli se převedou na rozpustnou formu a podílí se na vytvoření struktury. Struktura masných výrobků je spojena s několika pojmy: 10
dílo - směs rozmělněného masa s vodou, solí, kořením a dalšími přísadami. Obvykle sestává ze dvou složek: spojky a vložky; po naražení do obalu tvoří základ masných výrobků, spojka – jemně mělněná část díla, má rozhodující význam pro tvorbu struktury a soudržnost masných výrobků. Připravuje se z vazného (nejčastěji hovězího) masa, do něhož se vmíchává určitý podíl méně vazného masa, vložka – různě velké kousky masa nebo syrového sádla, které se ve formě kostek vmíchávají do spojky a tvoří mozaiku salámu, prát – připravuje se z vazného hovězího masa, které se předsolí solicí směsí a nechá se zrát. Běžnější je teplý prát, připravovaný z teplého masa, existuje i studený prát z masa odvěšeného. Po dozrání je základem pro přípravu spojky (Pipek, 1998).
2.3 Druhy masných výrobků V jednotlivých státech nebo oblastech tvořených několika státy se sortiment masných výrobků vytvářel celá staletí v závislosti na surovinových zdrojích, na zdokonalovaných výrobních postupech a na oblibě u spotřebitelů. Také u nás se tímto způsobem vytvořil sortiment masných výrobků, jejich sortimentálních skupin a podskupin. Po druhé světové válce, se vznikem průmyslového oboru, byly vytvořeny státní technické a jakostní normy pro potraviny včetně masných výrobků, které jsou s určitými změnami využívány dodnes. Tyto normy mají za cíl zejména standardizovat použití surovin, technologický postup a jakost výsledných výrobků a to z důvodů kontroly ekonomiky produkce, ale i z důvodů ochrany spotřebitele (Ingr, 2003). 2.3.1 Legislativní požadavky Dle vyhlášky č. 264/2003 Sb. kterou se mění vyhláška č. 326/2001 Sb., kterou se provádí § 18 písm. a), d), g), h), i) a j) zákona č. 110/1997 Sb., o potravinách a tabákových výrobcích a o změně a doplnění některých souvisejících zákonů, ve znění pozdějších předpisů, pro maso, masné výrobky, ryby, ostatní vodní živočichy a výrobky z nich, vejce a výrobky z nich se masnými výrobky a surovinami pro jejich výrobu rozumí: masným výrobkem - technologicky opracovaný výrobek obsahující jako převažující základní surovinu maso, o jehož použitelnosti bylo rozhodnuto podle zvláštního právního předpisu, 11
masem pro výrobu masných výrobků - kosterní svalovina jednotlivých živočišných druhů savců a ptáků určených k výživě lidí, o jejichž použitelnosti bylo rozhodnuto podle zvláštních právních předpisů, s přirozeně obsaženou nebo přilehlou tkání, přičemž celkový obsah tuku a pojivové tkáně nepřekračuje hodnoty stanovené v zákoně, přičemž za součást kosterní svaloviny se považují rovněž bránice a žvýkací svaly; použití této definice se vztahuje pouze na označování masa jako složky obsažené v masném výrobku, a nevztahuje se na označování výsekového masa a tělesných částí zvířat prodávaných bez dalšího zpracování a definovaných jako maso podle § 1 písm. a), masem strojně odděleným - maso strojně oddělené určené k lidské výživě a splňující požadavky zvláštních právních předpisů, tepelně opracovaným masným výrobkem - výrobek, u kterého bylo ve všech částech dosaženo minimálně tepelného účinku odpovídajícího působení teploty plus 70 °C po dobu 10 minut, tepelně neopracovaným masným výrobkem - výrobek určený k přímé spotřebě bez další úpravy, u něhož neproběhlo tepelné opracování surovin ani výrobku, trvanlivým tepelně opracovaným masným výrobkem - výrobek, u kterého ve všech částech dosaženo minimálně tepelného účinku odpovídajícího působení teploty plus 70 °C po dobu 10 minut a navazujícím technologickým opracováním (zráním, uzením nebo sušením za definovaných podmínek) došlo k poklesu aktivity vody s hodnotou aw (max.) = 0,93 a k prodloužení minimální doby trvanlivosti na 21 dní při teplotě skladování plus 20 °C, fermentovaným trvanlivým masným výrobkem - výrobek tepelně neopracovaný určený k přímé spotřebě, u kterého v průběhu fermentace, zrání, sušení, popřípadě uzení za definovaných podmínek došlo ke snížení aktivity vody s hodnotou aw (max.) = 0,93, s minimální dobou trvanlivosti 21 dní při teplotě plus 20 °C, masným polotovarem - maso podle § 1 písm. a) tepelně neopracované, u kterého zůstala zachována vnitřní buněčná struktura masa a vlastnosti čerstvého masa, a ke kterému byly přidány potraviny, kořenící přípravky nebo přídatné látky, které jsou určeny k tepelné kuchyňské úpravě před spotřebou, a splňují požadavky zvláštních právních předpisů; za masný polotovar se považuje i výrobek z mletého masa s přídavkem jedlé soli vyšším než 1 % hmotnostní, kuchyňským masným polotovarem - částečně tepelně opracované upravené maso nebo směsi mas, přídatných a pomocných látek, popřípadě dalších surovin a látek určených k aromatizaci, určené k tepelné kuchyňské úpravě, 12
technologickým obalem - obal, ve kterém probíhá technologické opracování výrobku a který obvykle zůstává jeho součástí, vložkou - krájená nebo zrněná část díla, technologickým opracováním - jakákoliv úprava masa mimo použití chladu, konzervou - výrobek neprodyšně uzavřený v obalu, sterilovaný za podmínek stanovených zvláštním právním předpisem tak, aby byla zaručena obchodní sterilita, polokonzervou - výrobek neprodyšně uzavřený v obalu, pasterovaný za podmínek stanovených zvláštním právním předpisem, čistou svalovou bílkovinou - bílkovina bez bílkoviny pojivové tkáně a bílkovin rostlinného původu (www.vfu.cz). 2.3.2 Údržnost masných výrobků Maso jatečných zvířat je výrazně neúdržnou surovinou, poněvadž svým složením je velmi dobrou půdou pro rozvoj mikroorganismů. Čím jsou životní podmínky vhodnější, tím intenzivnější je vývoj mikroorganismů. Jakákoliv změna prostředí
vyvolává
i
změnu
morfologických
a
fyziologických
vlastností
mikroorganizmu. Mikroorganismy mají schopnost rychle se přizpůsobovat novým podmínkám prostředí, a proto jsou schopny odolávat značným změnám (Hampl, 1968). K nejčastěji využívaným protimikrobiálním opatřením při výrobě masných výrobků patří tepelné opracování na úrovni pasterace nebo sterilace, použití nízkých teplot (psychroanabióza) při manipulaci se surovinami a při skladování hotových výrobků, snižování aktivity vody v prostředí přičemž se používá zvýšení koncentrace chloridu sodného na konečnou koncentraci 10-15 % ( solené maso, ryby), a nebo odstranění vody sušením nebo odpařením (Šilhánková, 2002).
2.4 Vodní aktivita Vodní aktivita (aw) udává stav vody v biologickém materiálu, a to hlavně z pohledu jejího vlivu na potenciální biologické, fyzikální a chemické změny. Její praktický význam spočívá především v možné predikci úchovnosti potravin, neboť je to hygienicky významný vnitřní faktor určující stupeň a typ jejich mikrobiologického osídlení (Beuchat, 1981). Mikroorganismy obdobně jako lidé potřebují vodu pro svůj růst a rozmnožování. Mikrobiální buňka obsahuje 80 - 90 % vody, v níž probíhají všechny chemické reakce. Aby nedošlo ke ztrátě vnitrobuněčné 13
vody, musí být dostatečné množství vody obsaženo také ve vnějším prostředí. Pro mikroorganismy
je určující, zda voda v potravině je pro ně dosažitelná,
zda ji mohou nasát do svých buněk a využít pro svůj růst. Pro takto dosažitelnou „volnou“ vodu, která je k dispozici v potravinovém substrátu a není chemicky vázána, byl zaveden termín vodní aktivita, resp. aktivita vody se zkratkou aw. Zkratka vznikla z anglického termínu „available water“, tj. česky „dosažitelná voda“. Aktivita vody není totožná s obsahem vody v potravinách, který určuje obsah celkové, tj. volné i vázané vody v potravině. Aktivita vody je z technologického hlediska definována jako poměr tlaku vodních par potraviny k tlaku par destilované vody při určité teplotě. Hodnoty aktivity vody se pohybují v rozmezí od 0,00 pro naprosto suchou látku do1,0 pro destilovanou vodu (Štencl, 2006). Potraviny se podle aw dělí na tři velké skupiny: •
Potraviny velmi vlhké (HMF– high moisture foods) s aw 1,00-0,90
•
Potraviny středně vlhké (IMF – intermediate moisture foods) s aw 0,90-0,60
•
Potraviny suché (LMF – low moisture foods) s aw <0,60
Vodní aktivitu potravin definujeme poměrem parciálních tlaků vodní páry nad vzorkem pp a syté vodní páry p''p . 1) aw = pp / p''p [-] Na stejné bázi je však definována také relativní vlhkost vzduchu: 2) φ = pp 100 / p''p [%] Z rovnice 1 a 2 je zřejmé, že lze vodní aktivita potom vyjádřit jako: 3) aw = φe / 100 [-], což je pro praxi nejjednodušší a také nejběžnější. Nutnou podmínkou je ale dodržení základního požadavku pro platnost definice: vlhký testovaný vzorek musí být v rovnováze s okolním prostředím, to znamená, že musí být dosaženo nulového sdílení tepla a vlhkosti s okolím (Štencl, 2006)
14
2.4.1 Metody měření vodní aktivity Metody měření vodní aktivity jsou založeny na principu dosažení rovnovážného stavu mezi vzorkem a okolním vzduchem o známé teplotě a relativní vlhkosti. Dnes nejpoužívanější metody jsou: • • •
gravimetrická metoda, manometrická metoda, hygrometrická přímá metoda.
Gravimetrická metoda Při měření vodní aktivity gravimetrickou metodou se sledují změny hmotnosti analyzovaného vzorku a určuje se jeho stav rovnováhy s prostředím za předem zvolené teploty a relativní vlhkosti. Testy mohou probíhat ve statickém nebo dynamickém, to znamená proudícím, prostředí. Dynamické prostředí zkracuje dobu měření, neboť urychluje sdílení tepla a vlhkosti. Vlastní provedení může být komorové nebo tubusové, a to uzavřené nebo otevřené. Obr. 1 Aparatura pro testy vodní aktivity vzorků, komorové provedení 1 - teplotní čidlo, 2 – vlhkostní čidlo, 3 – elektronické váhy, 4 – držák vzorků, 5 – generátor vlhkosti,
6–
jednotka
ohřevu/chlazení,7 – ventilátor, 8 – osvětlení, 9 – průzor, 10 – tepelná izolace
Manometrická metoda Při měření vodní aktivity manometrickou metodou se sledují změny parciálního tlaku vodní páry v limitovaném objemu vzduchu těsně nad vzorkem citlivým měřícím zařízením. Vyhodnocuje se stav rovnováhy při předem zvolené teplotě.
15
Obr. 2 Schéma měřící komůrky pro stanovení vodní aktivity manometrickou metodou
1 – potravina, 2 - vodní pára v ovzduší, 3 - teplotové a vlhkostní čidlo, 4 - izolace Hygrometrická přímá metoda Hygrometrická metoda principálně vychází z daného a přímo měřeného obsahu vlhkosti vzorku, pro který se určuje rovnovážná relativní vlhkost vzduchu. Na základě známé teploty a relativní vlhkosti vzduchu při dosažené rovnováze se poté stanovuje vodní aktivita. Vlhkost analyzovaného vzorku se sleduje přímo, obvykle měřením některé elektrické veličiny závislé na obsahu vody v materiálu. V praxi je to obvykle elektrická vodivost. Protože se u této metody měří vlhkost vzorku přímo, nazývá se tato metoda často také jako přímá hygrometrická metoda, na rozdíl od metody gravimetrické a manometrické (Štencl, 2006). Kompaktní měřič vodní aktivity Protože výše uvedené metody nejsou pro běžný chod podniku dosti efektivní bylo nutné pro rychlé stanovení aw použít speciální, jednoúčelové přístroje. Existuje několik typů přístrojů, například jsou to přístroje stanovující aw na základě stanovení rosného bodu. Tyto přístroje mají výhodu ve své rychlosti, výsledek je získán během několika málo minut. Mají tu nevýhodu, že stanoví aw jedné složky, nikoliv hodnotu průměrnou, celkovou. Tak např. při stanovení aw látek obsahujících alkohol, a to i ve velmi malé koncentraci, stanoví aw alkoholu, a nikoliv průměrnou aw celého vzorku. Stejně tak zachytí tento typ přístroje aw aromatických nebo podobných látek, takže výsledek stanovení je nepřesný (www.laboratore.cz).
16
Obr. 3 Profesionální laboratorní přístroj Labmaster - aw
Dále je popsán stolní bateriový měřič vodní aktivity PAWKIT. Přístroj je v kompaktní schránce o délce přibližně 10 cm a hmotnosti cca 115 g. Měření probíhá s přesností ± 0,02 aw. Až dosud na trhu podobný přístroj pro kontrolu potravin neexistoval. Přístroj je lehce přenosný, snadno kalibrovatelný, šetří čas i peníze (www.bezpecnostpotravin.cz).
Obr. 4 Příruční měřič vodní aktivity PAWKIT – čelní a zadní pohled
Všechny přístroje musí být nakalibrovány a v pravidelných intervalech musí být kalibrace kontrolována. Je žádoucí, aby přístroj byl vybaven možností kalibrace ve více 17
bodech. Přístroje, které mají pět a více kalibračních bodů, jsou považovány za přesné. Pokud je počet kalibračních bodů tři a méně, má to již vliv na přesnost přístroje (www.laboratore.cz). 2.4.2 Vodní aktivita a růst mikroorganismů Koncept ,, vodní aktivity byl zaveden jako charakteristika stavu vody v biologických materiálech ve vztahu k rozvoji mikroorganismů, asi před čtvrt stoletím. Během tohoto krátkého období byla aw zahrnuta do legislativních norem, především pro potraviny, v řadě zemí Evropy, Ameriky i Asie. V rámci EU platí rozhodnutí 92/447/EWG o limitní hodnotě aw 0,93 pro vybrané masné výrobky, ISO 21807 z roku 2004 Microbiology of food and animal feeding stuffs – Determination of water activity. A nejnovější Nařízení komise Evropského společenství 2073/2005 ze dne 15. listopadu 2005, o mikrobiologických kritériích pro potraviny. Používání aw, jako jednoho z mikrobiologických kritérií, je rovněž doporučeno při provádění postupů založených na zásadách HACCP. Růst mikroorganismů v biologických materiálech je určován vnitřními a vnějšími faktory. Vnitřní faktory jsou pro určitý materiál dány a tvoří jeho neměnnou součást, mají svoje pevné, jen málo variabilní hodnoty. Je to především složení biologické hmoty, pH a vodní aktivita. Pod pojmem vnější faktory označujeme prostředí, v němž se biologický materiál nalézá. Je to hlavně teplota a relativní vlhkost okolního vzduchu. Tyto faktory určují, zda dojde k růstu nebo úhynu mikroorganismů, mají své optimum a také své minimum. Přehled o hodnotách aw , které jsou limitující pro pomnožení a nárůst vybraných mikroorganismů významných pro lidské zdraví, podává tabulka č. 1. Tyto limity jsou absolutní (pod uvedenou limitující hodnotou aw není příslušný mikroorganismus schopen růstu, a to i když ostatní faktory jsou optimální. Současně je třeba ale uvést, že limity platí pro pomnožování nebo nárůst. Mikroorganismy jsou schopny v menší nebo větší míře latentně přežívat uvedené limity, i když postupně v nepříznivých podmínkách hynou (Štencl, 2006). Princip využití vodní aktivity spočívá v tom, že každý mikroorganismus je schopen růst jen tehdy, jestliže hodnota vodní aktivity je vyšší než určitý limit. Tento limit je pro různé mikroorganizmy různý. Pokud je hodnota vodní aktivity nižší, pak mikroorganismus neroste ani se nepomnožuje ani nemá možnost tvořit jakýkoliv toxin nebo nežádoucí metabolický produkt např. Clostridium botulinum netvoří toxin pokud je aw nižší než 0,94. Aktivita enzymů je, podobně jako je tomu u mikroorganismů, odvislá od vodní aktivity prostředí. Tak např. enzymy rozkládající 18
tuk jsou nejaktivnější při hodnotách aw 0,99 - 0,98. Při hodnotách aw 0,60 je aktivita enzymů poloviční a při hodnotách aw 0,40 je téměř nulová (www.laboratore.cz). Tab. 1 Minimální limity aw pro růst mikroorganismů významných pro lidské zdraví (Beuchat L., 1981) Mikroorganismus Aspergillus clavatus A. echinulatus A. ochraceus A. parasiticus Clostridium botulinum Monascus bisporus Penicillium cyclopium P. expansum P. islandicum P. martensii P. patulum P. viridicatum Salmonella spp. Stachybotrys atra Staphylococcus aureus
Minimální aw pro růst 0,85 0,6 – 0,65 0,77 – 0,83 0,82 0,93 – 0,97 0,6 – 0,65 0,82 – 0,87 0,83 – 0,85 0,83 0,79 – 0,83 0,81 – 0,85 0,83 0,92 – 0,95 0,94 0,86
Minimální aw pro produkci 0,99 (patulin) 0,83 – 0,87 (ochratoxin) 0,87 (aflatoxin) 0,94 – 0,97 0,97 (penicillic acid) 0,99 (patulin) 0,99 (penicillic acid) 0,85 – 0,95 (patulin) 0,83 – 0,86 (ochratoxin) 0,94 (stachybotryn) 0,87 – 0,97 (enterotoxin A,B)
2.4.3 Závislost dynamiky růstu na vodní aktivitě Vodní aktivita významně ovlivňuje dynamiku růstu a odolnost mikroorganismů. Např. při aw 0,97 se snižuje rychlost množení salmonel na polovinu, při aw 0,96 na čtvrtinu a při aw 0,94 se množení zcela zastavuje. Podle aktivity vody bývají potraviny členěny do pěti skupin a to: a) s aktivitou vyšší než 0,98, které vyhovuje prakticky všem mikroorganismům, b) s aktivitou 0,93 – 0,98. V tomto rozmezí dochází už k určité redukci mikrobiálních druhů, především Gram negativních a vytvářejí se lepší podmínky pro činnost laktobacilů, streptokoků a sporulátů, c) s aktivitou 0,85 - 0,93. Ve výrobcích dominují Gram pozitivní bakterie, mohou růst i kvasinky a plísně. Z patogenních mikroorganismů roste pouze Staphylococcus aureus, který však není schopen v těchto podmínkách tvořit toxin, d) s aktivitou 0,60 – 0,85. V tomto rozmezí rostou některé halofilní bakterie, osmofilní kvasinky a xerofilní plísně, nerostou však žádné patogenní bakterie a plísně netvoří 19
mykotoxiny, e) s aktivitou nižší než 0,60. Za této aktivity se již žádné mikroorganismy nemnoží, mohou však zůstat životaschopné po dlouhou dobu. Orientační hodnoty aktivity vody a pH v mase a některých masných výrobků uvádí tabulka č. 2 (Steinhhauser, 1995). Tab. 2 Orientační hodnoty aktivity vody (aw) a pH ve vybraných masných výrobcích (Steinhauser,1995).
Druhy masných výrobků Měkké salámy Trvanlivé tepelně oprac. výrobky Trvanlivé tepelně neoprac. výrobky Italské mortadelo Krevní výrobky Dušená šunka Uzené maso
pH
aw
6,0 - 6,4 6,0 - 6,4 5,1 - 4,6 6,2 - 4,9 7,2 - 7,0 6,5 - 6,1 5,8 - 4,9
0,97 - 0,98 0,91 - 0,95 0,94 – 0,72 0,96 – 0,94 0,96 – 0,98 0,98 – 0,96 0,92 – 0,84
Bakterie Většina
bakterií
je
schopna
se
rozmnožovat
v
živných
prostředích
o aw v rozmezí 0,99 - 093. Některé bakterie se však rozmnožují za nízkých vodních aktivit (0,65 - 0,63), které panují např. při vysokých koncentracích chloridu sodného. Proto se tyto bakterie nazývají halofilní. Obvykle se jako halofilní označuje taková bakterie, která se rozmnožuje při 15 % a vyšší koncentraci chloridu sodného v prostředí. Rozmnožování většiny bakterií se však zastavuje, je-li v prostředí obsaženo 6-10 % chloridu sodného. Vyjímkou jsou některé koky, označované jako halotolerantní (např. příslušníci rodu Micrococcus a Staphylococcus), které jsou schopny se rozmnožovat i při 10 % koncentraci chloridu sodného. Kvasinky Minimální aw kvasinek se pohybuje v rozmezí 0,91 - 0,88 , a je tedy nižší než u většiny bakterií. Osmotolerantní kvasinkové druhy Zygosaccharomyces rouxii a Zygosaccharomyces bailii jsou schopny rozmnožování i při vodní aktivitě 0,73, která panuje např. v medu nebo v 60 % roztoku sacharosy. Tyto kvasinky mohou proto způsobovat nežádoucí kvašení medu.
20
Plísně Většinou se rozmnožují za nižší vodní aktivity než většina bakterií a kvasinek. Vyjímkou jsou pouze tzv. vodní plísně, vyžadující poměrně vysokou vodní aktivitu. Rozmnožují se pouze ve velmi zředěných roztocích (ve vodních tocích a vodních nádržích). Na druhé straně jsou také známy osmofilní plísně (např. Aspergillus glaucus), jejichž dolní limit aw je 0,60 (Šilhánková, 2002).
2.5 Obal a potravina Většina výrobků, které ztrácí během času svoji kvalitu a znehodnocují se stykem s okolním prostředím, je možné chránit volbou vhodného obalového materiálu. Jestliže se máme vyhnout chybnému rozhodnutí při volbě obalového materiálu, je třeba analyzovat vlastnosti potraviny, které mají přímý vztah k ochranným schopnostem obalů a zachování kvality balené potraviny. Z hlediska chemického a fyzikálně chemického je to zejména charakteristika výrobků a jejich vztah k působení vody, vodní páry, teploty, plynů, aromatických látek, organických par a světla (Kačeňák, 2001). 2.5.1 Ochrana potravin obalem před změnami vlhkosti Změny vlhkosti patří k nejdůležitějším faktorům, ovlivňujícím kvalitu potravin. Vyplývá to z prvořadé úlohy vody v potravinách, z její účasti na koloidně chemické stavbě potravin i z její úlohy při biochemických a mikrobiologických procesech probíhajících v potravinách. Tato problematika se týká všech druhů potravin kromě takových, které jsou sterilovány v hermetických obalech. Výdej a příjem vodních par potravinami je možno obalem podstatně ovlivnit (Čurda, 1982). 2.5.2 Obalové vlastnosti výrobků Balení výrobků proti těmto vlivům je zapotřebí odvozovat z jejich potřeb a citlivosti. Odhad těchto obalových vlastností je předpokladem pro účinné řešení obalového problému. Stanovení citlivosti výrobku potravinářské výroby na uvedené vlivy a jejich číselné vyjádření je obtížné zejména proto, že jde o kombinovaný účinek více činitelů. Ničivé procesy v potravinách, které pocházejí z chemických reakcí, probíhají většinou v několika fázích ještě před tím, než jsou senzoricky rozpoznatelné. Proto je vhodné tyto předstupně nebo produkty ničivých reakcí, které se senzoricky ještě neprojevili, nebo zůstávají ještě pod senzorickými prahovými hodnotami, využít
21
jako indikátory začínajících kvalitativních změn potravin. Informace o předpokládané trvanlivosti a hygienickém stavu potravin živočišného původu poskytuje také stanovení obsahu určitých enzymů, které mohou být produkty látkové přeměny mikroorganismů. Proto i tyto indikátory a jejich studium je pro budoucnost v oblasti technologie spojené s balením potravin hlavní úlohou. Nároky potravin na ochranu před znehodnocením od výroby po spotřebu jsou ve většině případů vyšší než u ostatních průmyslových výrob, u kterých jde většinou o ochranu před mechanickým poškozením, případně před chemickými změnami. Složitý biochemický charakter potravin dává možnost takovému počtu změn, že je někdy těžko analyticky nebo senzoricky zachytit. Změny potravin jsou v zásadě dvojího typu. První jsou změny probíhající bez účasti mikrobiologické kontaminace. Jde především o mechanické poškození fyzikálními vlivy a vlivy fyzikálně chemickými, jako jsou např. vyprchání aromatických látek a změna původní konzistence zvlhnutím anebo vysušením. Dále jsou to chemické změny následkem oxidace barviv, chuťových anebo jiných nutričně cenných složek potraviny. Mezi nemikrobiální změny potravin patří také kontaminace potravin některými cizorodými nebo toxickými látkami. Druhým typem jsou změny mikrobiologické, které jsou také velmi různorodé. V této souvislosti přichází do úvahy nežádoucí změny vyvolané růstem plísní, kvasinek a bakterií na hlavních složkách potravin – tucích, cukrech a bílkovinách. Intenzita těchto mikrobiálních změn může být velice různorodá, od makroskopických nepostřehnutelných, ale nežádoucích pomnožení mikroflóry, až po hluboký rozklad potraviny (Kačeňák, 2001).
2.5.3 Vliv obalu na potravinu a potraviny na obal Zcela obecně lze interakce obal-potravina rozdělit do pěti základních skupin: Přenos složek obalu do baleného produktu V důsledku koroze obalových materiálů působením potraviny nebo migrací, se do potraviny uvolňují jen složky obalového materiálu, zatímco vizuálně se obalový materiál nemění. Tyto děje většinou negativně ovlivňují kvalitu baleného zboží a je proto základní snahou při volbě způsobu balení je omezit. Přenos složek potraviny do obalu Do této skupiny patří celá řada dějů. Z hlediska poškození kvality potravin je významná zejména možnost absorpce aromatických složek obalem.
22
Pronikání složek potraviny obalem do okolního prostředí V tomto případě může být kvalita potravin ovlivňována zejména vysycháním, snižováním obsahu oxidu uhličitého (například u sycených nápojů), ztrátami aromatických látek apod. Pronikání složek z prostředí do potravin Významný je zejména přístup kyslíku, vlhkosti, světla, aromatických látek, toxinů nebo mikrobů. Funkce obalu v tomto případě spočívá v zamezení kontaktu potraviny
s
okolím.
Balení
je
charakterizováno
bariérovými
vlastnostmi,
např. propustností pro kyslík, vlhkost apod. Správně volený obal může v tomto případě významně ovlivnit kvalitu, dobu spotřeby i bezpečnost potraviny. Nehmotné interakce Podstatou těchto interakcí není sdílení hmoty. Významný je zejména vliv záření, mechanických vlivů, ovlivnění tepelných procesů obalem atd. (Kačeňák, 2001).
2.5.4 Žádoucí účinky interakce obal-potravina V poslední době se stále častěji objevují návrhy systémů balení potravin, v nichž je interakce obalu s potravinou úmyslná a cílená za účelem udržet popřípadě zlepšit kvalitu potravin. Takové záměrné působení obalu, kdy obal aktivně ovlivňuje podmínky skladování potravin, je principem tzv. aktivního balení (Sosnovcová,2008). 2.5.5 Obal a jeho vliv na organoleptické vlastnosti Ovlivnění organoleptických vlastností, kterými jsou chuť a vůně, patří k velmi závažným změnám potravin, především vzhledem k vysoké citlivosti smyslových orgánů. Poměrně nepatrné, analyticky těžko zjistitelné látkové změny se výrazně projeví ve změně chuti a vůně. I když se chuťové a čichové vjemy při senzorickém hodnocení potravin navzájem často prolínají a ovlivňují, je třeba rozlišovat vůni jako pocit vyvolaný chemickými účinky těkavých látek na čichový orgán a chuť jako pocit vyvolaný drážděním chuťových buněk rozpustnými látkami. Nebezpečí příjmu cizích pachů, ať už od spoluuskladněných potravin, nebo z čistících a desinfekčních prostředků, je mimořádně výrazné u potravin s vyšším obsahem tuku. Většina těkavých látek je v tucích rozpustná. Neobyčejně intenzivně na tuky působí vůně koření, parfémů, kávy, ryb, ale i pachy petroleje, mýdla, barev a dalších látek. Chuť na tuk bohatých potravin je často ovlivňována oxidací tukové
23
složky, takže nepropustnost aromatických látek, přes obal, musí byt doplněna o nepropustnost pro kyslík.
2.6 Systémy balení masných výrobků Sortiment masných výrobků je velmi široký jak do velikosti, tak tvarů a složení jednotlivých druhů masných výrobků. Z tohoto vyplívají značně rozdílné nároky na vlastní balení. Principů a speciálních požadavků na jednotlivé balení je široký sortiment – od porcovaného masa až po spotřebitelská balení krájených salámů. Je možné zde uplatnit princip balení do hotových obalů, do obalů tvarovaných přímo v balícím stroji, různý stupeň mechanizace a automatizace, různé nároky na ochranu před mechanickým a klimatickým poškozením atd. (Kačeňák, 2001).
2.6.1 Prosté balení Jedná se o balení masných výrobků do fólie, sáčku případně do tvarovky bez evakuace vzduchu nebo modifikace složení atmosféry uzavřené v obalu. Tato technologie balení je považována za krátkodobou, transportní. Pro údržnost baleného masného výrobku je velmi důležitá stabilita skladovací teploty. Při jejím kolísání dochází po ohřátí vzduchu a masného výrobku v balíčku k uvolnění vodní páry a k nasycení vzduchu v balíčku vodní párou. Jelikož v praxi je velmi obtížné udržet celý chladírenský řetězec bez teplotních výkyvů, počítá se s malým kolísáním teplot. V podstatě jde o vytvoření polárnějšího povrchu folie pomocí antifogů – tenzidů tak, aby nedocházelo ke kapénkové, ale plošné kondenzaci. Kondenzovaná voda vytvoří na fólii film, který výrazně nezhoršuje průhlednost obalu. Voda je ve filmu lépe fixována než v kapénkách a při menších objemech nestéká na masný výrobek. Rozhodujícím faktorem ovlivňující pozitivně údržnost prostě baleného masného výrobku je jakost masného výrobvku, jeho minimální kontaminace mikroorganismy a stabilní teplota skladování (Steinhauser, 1995). Dnes zejména z energetického hlediska, se tento způsob balení považuje za výhodnější při balení do napínací fólie, kde není potřebný smršťovací tunel (úspora energie). Na balení smršťovacím způsobem se většinou používá fólie PE (polyethylen). Tyto fólie jsou zdravotně nezávadné materiály, které se používají především k ochraně výrobků. Vyrábí se v přírodním provedení (mléčný vzhled) s možností probarvení. Lze je upravit i pro potisk (Kačeňák, 2001).
24
2.6.2 Vakuového balení Vakuové balení je používáno v masném průmyslu po relativně dlouhou dobu, a za tuto dobu bylo již kladně přijato ze strany spotřebitelů (Borch, 1996). Toto balení má oproti prostému balení hlavní výhodu v delší údržnosti, která není dána pouze jakostí a mikrobiální kontaminací výrobku, ale i hloubkou evakuace vzduchu a stabilitou vytvořeného podtlaku (Steinhauser, 1995). Vakuové balení snižuje absolutní tlak vzduchu v obalu tím, že odstraňuje vzduch z daného balení. Kyslík obsažený ve vzduchu způsobuje kažení potravin, neboť jeho účinkem dochází k procesu oxidace, která zapříčiňuje ztrátu nutričních hodnot, chuti a dalších vlastností potravin. Vzduch také podporuje růst mikroorganismů a způsobuje poškození mražených potravin mrazem. Vakuové balení prodlužuje životnost mnoha potravin tím, že snižuje oxidaci a zamezuje bujení mikroorganismů - bakterií a plísní (Kačeňák, 2001). Například
Clostridium
Botulinum
je
velmi
nebezpečným
druhem
bakterie,
která se může vyvíjet v prostředích, jež neobsahuje kyslík a zarovenˇ je vystaven teplotám dlouhodobě přesahujícím 4°C. Mezi potraviny, které jsou tímto druhem bakterie ohroženy, patří ty s nízkou kyselostí (jako je červené maso, drůbež, ryby, mořské plody aj.) a potraviny se střední úrovní kyselosti. Aby se zabránilo kontaminaci touto bakterií, je nezbytné dodržovat základní hygienická pravidla a předcházet jejímu škodlivému množení v uchovávaných potravinách tím, že jsou uchovávány chlazené pouze na krátkou dobu nebo jsou zamraženy, pokud je požadováno jejich dlouhodobé uchovávání. Takovéto potraviny je však třeba konzumovat okamžitě po tepelném zpracování (www.vakuovabalicka.cz). Uzené výrobky jako jsou párky, vuřty, klobásy apod. se balí převážně po malých spotřebitelských porcích. Takto zabalené porce jsou velmi estetické a praktické. Obsah balíčku je vhodný pro celou rodinu nebo i pro jednoho strávníka, podle toho kolik kusů je zabaleno (www.vbs.cz). Náklady na vakuové balení jsou vyšší než u balení prostého. V průmyslově rozvinutých zemích se vakuové balení stává nejrozšířenějším způsobem balení potravin (Steinhauser, 1995).
25
2.6.3 Balení v ochranné atmosféře V posledním desetiletí bylo balení v ochranné atmosféře úspěšně aplikováno jako rozvoj techniky. Tento úspěch je do značné míry zapříčiněn schopností prodloužit životnost při zachování přírodní kvality potravinářských výrobků a uspokojit stále rostoucí poptávku spotřebitelů po potravinách bez chemických reziduí (Jayas and Jeyamkondan, 2002 ). Balení potravin v ochranné atmosféře se používá pro masné výrobky (75 % celkové produkce uzenin) a sýry (66 %), v menším měřítku pro lahůdky, pekařské výrobky, pražené suché plody, chipsy, kávu, sušené mléko apod. Ochranná atmosféra se používá pro dva druhy výrobků: především pro produkty s inaktivovanými tkáněmi kde se nepředpokládá obměna plynů, a v daleko menší míře i pro výrobky obsahující čerstvé rostlinné tkáně, kde se obměna plynů očekává. (Steinhauser, 1995). Při balení do ochranné atmosféry je výrobek uváděn do přístroje, kde je odstraněn vzduch který je nahrazen směsí plynů. Pak je balíček hermeticky uzavřen. Nejčastěji používané plyny jsou kyslík, oxid uhličitý a dusík (Farber, 1991). Dusík však nemá tak silný inhibiční účinek na mikroorganismy, a proto se obecně používá jako výplňový plyn (Sorheim et kol., 2004). Důležitým kritériem je doba požadované údržnost u oxilabilních potravin, což ovlivňuje i následná volba typu obalu. Klíčové pro volbu typu obalu je znalost typu mikrobiologického rizika, z toho odvozené složení modifikované atmosféry a složení obalového materiálu, pro každý výrobek tedy specifické parametry. Proto balení v ochranné atmosféře není možno aplikovat automaticky bez ověření účinnosti jednotlivých faktorů ( www.apic-kraj.cz). Balení v ochranné atmosféře je v zásadě založeno na principu inhibičního účinku oxidu uhličitého na růst mikroorganismů a oxidační procesy masa a masných výrobků. Inhibiční efekt oxidu uhličitého se projevuje od 5 % a zvyšuje se lineárně do 25 až 30 % v závislosti na druhu potraviny, přítomné mikroflóře a teplotě. U vyšších koncentrací oxidu uhličitého se však inhibiční efekt zvyšuje již jen velmi málo. V přítomnosti oxidu uhličitého se prodlužuje lag-fáze a tím i generační doba růstu mikroorganismů. Na zvýšený podíl oxidu uhličitého jsou citlivé hlavně gramnegativní mikroorganismy např. Pseudomonas sp. nebo Enterobacteriaceae, méně potom grampozitivní mikroorganismy např. Bacillus, Streptococcus. Rod lactobacilů je zvýšenou koncentrací oxidu uhličitého stimulován. Laktobacily svojí metabolickou činností snižují pH prostředí a konkurují růstu ostatní mikroflóry. Růst plísní v prostředí vyššího obsahu 26
oxidu uhličitého je snížen spolu s produkcí mykotoxinů. Všeobecně se uvádí jako dostatečná hladina pro antimikrobiální působení obsah 20 % oxidu uhličitého ve směsi plynů. U masných výrobků je tato koncentrace však vyšší, jelikož změny barvy myoglobinu nejsou téměř patrné. Mechanismus působení oxidu uhličitého na mikroorganismy je objasňován jednak poklesem pH prostředí, dále poškozením hydrofilních a hydrofobních vrstev membrán mikroorganismů a inhibicí jejich enzymů. Účinek oxidu uhličitého se uplatňuje zejména při nižších teplotách tj. 0 – 4 °C. U většiny masných výrobků se obsah dusíku v balení pohybuje okolo 55 – 60 % (Steinhauser, 1995). Důvodem rozvoje tohoto způsobu balení byl jednak tlak zákazníků na delší uchování čerstvosti potravin, jednak řada výhod při obchodování v souvislosti s dopravou, prezentací výrobků a objemem skladovaných produktů atd. Účelem balení v ochranné atmosféře je získat potravinu, která by se mohla dlouho vystavovat (skladovat). Tento způsob balení vyhovuje právě tomuto požadavku. Na druhé straně jsou popsány i špatné zkušenosti. Především musí být zajištěno, aby byl výrobek zabalen do moderního obalového materiálu, který splňuje požadavek atraktivního vzhledu a má dobrou charakteristiku propustnosti. Druhým požadavkem je privátní značka obalu, jakou zákazník požaduje. Kromě toho musí být použit způsob balení, který je co nejjednodušší (nejlevnější), ale dosáhne se jím prodloužení doby skladování. Balení musí splňovat nové potravinářské a právní předpisy Evropské unie, týkající se dokumentace ohledně zacházení s potravinami. Z mnoha možných postupů je třeba vybrat způsob balení, určit způsob a četnost kontrol kvality a označit šarži na každém balení ( www.apic-kraj.cz). Důležitým tématem těchto dní je sledování těsnosti obalu. Má-li obal mikroskopické otvory, pak nemůže zaručit dlouhou trvanlivost v supermarketu a může dojít k plesnivění potraviny. Proto většina supermarketů požaduje 100 % kontrolu kvality obalu. Jak se dá vytvořit dobrá kontrolní procedura? Ve skutečnosti existují dvě základní metody: jedná se buď o namátkovou kontrolu a nebo o on-line monitorování. Nástroji jsou plynové analyzátory, které měří hladinu kyslíku nebo oxidu uhličitého v závislosti na tom, jaká směs plynů je použita jako nejvhodnější pro balenou potravinu. Namátková kontrola ve spojitosti s modifikovanou atmosférou je považována za základní testovací metodu. Během určitého intervalu (zhruba 20 nebo 30 minut) zaměstnanci laboratoře odeberou předem určený počet balení z baličky. Pět až deset balení se považuje za dobrý reprezentativní vzorek. Pracuje-li více než jeden stroj, musí 27
se další vzorky oddělit a náležitě označit. Test se musí provádět neprodleně po odebrání, než potraviny začnou reagovat s prostředím v obalu (Lundgreen, 2005). Kontrola kvality plynové složky on-line ve spojení s modifikovanou atmosférou znamená, že je prováděna průběžná analýza na zařízení, umístěném těsně vedle balicího zařízení. Když je plynná složka v nepořádku, jsou aktivovány alarmy a balicí stroj se neprodleně zastaví. Kontrola plnění plynu on-line je nutná pro úplnou automatizaci procesu. Přiměřený tok plynu je zajišťován tak, aby bylo docíleno požadované hladiny kyslíku. V balicím zařízení dojde nejprve ve vakuové fázi k odsátí vzduchu a poté k vstřikování plynu. Po krátký zbývající čas mezi vstříknutím a uzavřením obalu, během kterého se plyn rozptýlí v celém obalu, analyzátor zobrazuje aktuální stav. V závislosti na naměřených výsledcích se aktivují alarmy a ty pak zastaví balicí stroj. Přesnost měření je velmi dobrá ( www.apic-kraj.cz).
2.6.4 Inteligentní obaly Zatímco výše uvedené "aktivní" obaly doplňují či zvýrazňují bariérovou ochrannou funkci obalu s dopadem na zvýšenou skladovatelnost příslušného výrobku, rozvíjejí se v poslední době také obaly, označované často jako "inteligentní". Jejich uplatnění souvisí převážně s funkcí obalu jako prostředku vizuální komunikace mezi výrobcem a zákazníkem. Jde totiž o obaly, jejichž funkční prvky slouží jako indikátory teploty, celkového tepelného účinku, složení atmosféry v obalu nebo dokonce čerstvosti (www.vyzivaspol.cz). Aktivní a inteligentní obaly, často podobné ve své struktuře, existuje však mezi nimi podstatný rozdíl – každý nabízí spotřebiteli něco jiného. Aktivní obaly aktivně mění podmínky, za kterých je balená potravina uchovávána. Mohou tím prodlužovat její údržnost, bezpečnost, ale také senzorické (tedy chuť, vůni, vzhled, texturu) nebo nutriční vlastnosti. Inteligentní obaly přímo vlastnosti potravin neovlivňují, ale monitorují její stav a díky tomu mohou spotřebiteli podat informaci o jejich kvalitě. Pravděpodobně není daleko doba, kdy se dočkáme syntézy obou principů, která se přímo nabízí, a setkáme se s aktivním a zároveň inteligentním obalem. Aktivní obaly lze rozdělit do několika skupin podle způsobu, kterým ovlivňují vlastnosti uchovávané potraviny.
28
Tab. 3 Druhy aktivních obalů dle způsobu ovlivňování potravin Typ
Příklad využití
Aktivní látky
Absorbéry vlhkosti
Sýry, pečivo, masné výrobky Pečivo, maso, ryby, drůbež, ..
Sloučeniny na bázi železa, askorbová kyselina, enzymy Glycerol, silicagel, polyakryláty
Absorbéry zápachu
Jídlo snadno podléhající oxidaci (např. potraviny obsahující rybí tuk)
Kyselina citrónová, estery celulózy
Absorbéry kyslíku
Pravděpodobně nejčastěji se můžeme setkat s materiály, které dokáží z okolí atmosféry eliminovat nežádoucí plyny – odtud také vychází jejich anglický název scavengers, který můžeme přeložit jako „zametači“ nebo „uklízeči“. Tyto materiály mohou z okolí potravin odstraňovat například kyslík, oxid uhličitý ale i vlhkost, a nebo zápachy, které jsou nejčastěji způsobeny těkavými aldehydy a aminy. Druhým typem aktivních obalových materiálů jsou obaly, které obsahují nebo produkují látky migrující do prostoru mezi potravinou a obalem, případně přímo do potraviny. Tyto látky pak mohou mít různý efekt. Tab. 4 Typy a funkce emitorů v technologii aktivních obalů Typ
Emitéry oxidu uhličitého
Efekt
Příklad použití
Inhibice růstu některých bakterií
Maso, drůbež
Prodloužení životnosti
Zelenina a ovoce
Emitéry ethanolu
Inhibice růstu bakterií
Pečivo, sušené rybí produkty
Emitéry organ. kyselin
Antimikrobní účinek
Různorodé
Odbarvující účinek Sušená zelenina a ovoce Antioxidační účinek Různé předvařené suroviny
Emitéry oxidů síry Antimikrobní účinek
29
Různorodý
Speciální skupinou emitérů jsou materiály uvolňující do potravin aditiva (známé jako „éčka“), chuťově aktivní látky a nebo dokonce potravinové ingredience (např. cukry, škrob, sůl a jiné). V současné době jsou aktivní obaly úspěšně aplikovány v USA, Austrálii a Japonsku. V Evropské unii je v důsledku přísných legislativních předpisů jejich použití omezeno na výzkumné projekty. Největší legislativní překážkou je limit migrace, který je dle Evropské unie stanoven na 60 mg migrujcí látky vztaženo na 1 kg materiálu. Ale právě aktivní obaly jsou často založeny na aktivní migraci látek z materiálu do potraviny a nemohou proto tuto normu splňovat (www.inovace.cz). Obr. 5 Porušení teplotního režimu se projeví změnou barvy, spotřebitel tak může přímo posoudit čerstvost potraviny a nemusí se spoléhat jen na datum spotřeby
2.6.5 Balení jednotlivých druhů masných výrobků Pro značnou rozmanitost sortimentu a rozdílné vlastnosti je nutné i pro účely balení masné výrobky rozdělit do skupin – drobné masné výrobky, vařené masné výrobky, trvanlivé masné výrobky, masné polotovary, hotová jídla a salámové nebo jiné nářezy. Z hlediska balících technologií je možné využít balení prosté, vakuové ale i do ochranné atmosféry. U balení masných výrobků je však oproti balení syrového masa možné následné tepelné opracování výrobků v obalu, nebo tepelně opracované výrobky balit do septických a sterilních obalů. Drobné masné výrobky Tyto výrobky jsou již při své výrobě tepelně opracovány – pasterovány. Jejich povrch je navíc konzervován kouřem a propustným obalem. Balením je prakticky možné omezit sekundární kontaminaci výrobku, jeho vysychání i oxidační změny. Obal a povrch balených výrobků však musí být po zabalení povrchově pasterován. V praxi se pasterace vakuově zabalených drobných masných výrobků provádí ponořením balíčku do horké vody – nad 80 °C. Poměrně výrazný efekt této pasterace je podpořen snížením aw a antimikrobiálním působením složek kouře na povrchu výrobku. 30
Podle pasteračního efekt a bariérových vlastností fólie jsou pasterované, vakuově balené masné výrobky údržné při chladírenských teplotách, podobně jako polokonzervy, až několik měsíců. Údržnost drobných masných výrobků je negativně ovlivňována obsahem kyslíku pod obalem. Po zajištění dlouhodobého hlubokého vakua jsou používány fólie, které se při pasteračních teplotách smršťují a zvyšují tak přítlačný efekt fólie na výrobek. Drobné masné výrobky se balí i do ochranné atmosféry s vysokým podílem CO2 – 30-75 % doplněné do 100% N2. Údržnost výrobků zabalených do atmosféry s 30 % CO2 a 70 % N2 je při 2 °C 6 – 10 týdnů. Drobné masné výrobky se však v praxi nejčastěji balí vakuově s následnou povrchovou pasterací (Steinhauser, 1995). Vařené masné výrobky Vařené masné výrobky jsou vyráběny z tepelně opracované suroviny a jsou v technologických oblastech ovářené ve vodě při teplotě 80 – 95 °C tak, aby v jádru byla dosažena teplota 70 °C po dobu 10 minut. U vařených masných výrobků je možné již při výrobě použít pro plyny nepropustný technologický obal, který současně slouží jako obal konzervační. Přímým plněním do nepropustných obalů s těsným uzavřením a následným tepelným opracováním je možné prodloužit údržnost těchto výrobků při chladírenských teplotách až několik měsíců. Přímé plnění je možné u všech prstovitých výrobků ( paštiky) a za tepla polotekutých výrobků (tlačenky). Velmi často se do těchto obalů plní měkké neuzené salámy nebo minisalámy. U technologicky náročných výrobků např. šunky nebo rolády, se maso tvaruje ovářením ve formách a po uvaření vakuově balí do konzervačního obalu. Obal a povrch výrobku se podobně jako u drobných masných výrobků pasteruje ponořením do vody o teplotě 85 °C. Obal se částečně smrští a těsně se přimkne k výrobku. Vakuově je možné balit i vymasírované syrové maso před ovářením – tvarováním ve formě. Odpadává potom přebalování a druhotná povrchová pasterace. Balení vařených masných výrobků do ochranné atmosféry je výjimečné a dosahovanou údržností okolo jednoho měsíce nepřináší žádný efekt. Trvanlivé masné výrobky Tyto výrobky již svoji podstatou nevyžadují ochranný obal pro prodloužení údržnosti, ale spíše pro omezení hmotnostních ztrát vysycháním a stabilizaci výrobku v optimální zralosti. Povrch trvanlivých masných výrobků je nevhodný pro růst mikroorganismů i plísní z důvodů nízké aw a penetrace obalů složkami kouře. Uzavřením výrobku v obalu dojde ke zvýšení aw jeho povrchu a vytvoření prostředí 31
vhodného pro růst plísní i proteolytických mikroorganismů. Trvanlivé masné výrobky je proto možné balit pouze vakuově nebo do ochranné atmosféry s vysokým obsahem CO2. Nejčastější vadou balených kusových trvanlivých masných výrobků je jejich zaplísnění. Pro snížení tohoto rizika je možné provést před balením ošetření povrchu organickými kyselinami např. mléčnou, octovou nebo sorbovou kyselinou. Ochranou proti vysychání zralých salámů je i vytvoření celistvého povrchu uzavřením pórů v klihovkovém obalu speciálními přípravky na bázi želatiny nebo přírodního latexu (Steinhauser, 1995). Masné polotovary Masné polotovary je nutné rozdělit na syrové s obdobnou problematikou jako u výsekových balených mas, tepelně opracované polotovary a hotová jídla podobná masným výrobkům. Údržnost syrových mletých mas je ovlivněna zejména jakostí suroviny a hygienou výroby. Obal nebo technologie balení může údržnost tohoto výrobku ovlivnit pouze minimálně. Syrová mletá masa se u nás obvykle balí na podložní misky potažené fólií. Vakuové balení mletých mas je vhodné provádět vakuovým narážením podchlazeného sekaného masa přímo do obalu. V ochranné atmosféře se balí mletá masa pouze výjimečně. Prodloužení údržnosti v atmosféře 30 % CO2 a 70 % N2 na tři dny není efektivní. Balení hotových jídel a tepelně opracovaných polotovarů je značně ovlivněno používáním mikrovlnných pecí v domácnostech a ve veřejném stravování. Proto se tyto výrobky balí především do plastových obalů bez použití kovových součástí nebo metalizovaných fólií. Plastové obaly jsou nejčastěji tvarovány do vaniček, mnohdy členěných i na jednotlivé součásti jídla. Misky jsou pro krátkodobé uchovávání pouze uzavírány včetně atmosférického vzduchu. Pro prodloužení údržnosti a snížení oxidace povrchu jídel je možné atmosféru v obalu modifikovat nástřikem CO2. Nejdůležitějším předpokladem pro vysokou údržnost polotovarů a hotových jídel, zvláště těch, které nejsou po zabalení tepelně opracovány, je vysoká hygiena práce. Významnou roli v této oblasti bude jistě brzy hrát technologie aseptického balení hotových jídel. Balení nářezů masných výrobků Salámové nářezy jsou velice žádanou formou, která efektivně zhodnocuje výrobky v malých spotřebitelských baleních. Nářezy se balí výhradně vakuově. Ostatní systémy balení nezajišťují dostatečnou fixaci úhledně složených plátků. U balení prostého je balením dokonce snižována údržnost. U vakuového balení je údržnost závislá na obsahu volné vody ve výrobku, na propustnosti fólie pro kyslík a oxid 32
uhličitý, hloubce a stabilitě vakua, skladovací teplotě a úrovni hygieny balení. Významným faktorem ovlivňující údržnost nářezů je světlo, které působí na velkou plochu výrobku a navíc v malé tloušťce. Světlo katalyzuje oxidační procesy způsobené zbytkovým kyslíkem, a tím ovlivňuje i změny barvy tj. blednutí nákroje, šednutí, zelenání aj., proto se při skládání nářezů vyžaduje 80 % překrytí jednotlivých plátků a nářezové balíčky musí být uloženy, mimo dobu vystavení zákazníkovi, v temnu. V praxi se toho dociluje sekundárním skupinovým přebalem balíčků do lepenkových kartonů. Balení nářezů vyžaduje velice jakostní fólie. Velká styčná plocha s výrobkem ve vlhkém prostředí a v přítomnosti tuku umožňují lehčí přestup složek plastů do výrobků a negativní ovlivnění jeho chuti a aromatu (Steinhauser, 1995).
2.6.6 Skladování balených masných výrobků Balené masné výrobky jsou ukládány při teplotách stanovených výrobci. Také doba jejich údržnosti, doba spotřeby případně záruční doba jsou stanoveny výrobcem a musí být uvedeny na obalech. Obvyklá teplota uložení je 1 – 5 °C a doba spotřeby do 10 – 21 dní (Steinhauser,1995). Pro skladování trvanlivých výrobků je vhodné temno, chlad, sucho a mírné proudění vzduchu (www.agronavigator.cz).
2.6.7 Vady balených masných výrobků V zásadě jsou vady balených masných výrobků stejného původu jako u balených výsekových mas. Ve výběru a přípravě suroviny jsou však vlivy výrazně potlačeny vlastní hygienou a technologií výroby masných výrobků, která je u jednotlivých druhů velmi specifická. Nejčastější vadou balených masných výrobků je porušení technologických a hygienických zásad výroby s dopadem na jakost a standardnost masných výrobků – záměny suroviny, snížená jakost surovin, odchylky v technologii výroby, neprovařenost, podlití výrobků, nevyzrálost aj. U výrobků které jsou loupané je možné nacházet zbytky obalů nebo naopak poodtržení obalu spolu s částí jádra výrobku. Většina masných výrobků je balena ve vychlazeném stavu. U výrobků které je možné balit v teplém stavu (párky) je důležité ihned po zabalení balíček pasterovat a ihned zchladit, aby nedošlo k zapaření. Výrazný vliv na vznik barevných změn nářezů – blednutí, šednutí, zelenání má světlo (Steinhauser, 1995).
33
3 ZÁVĚR Tato bakalářská práce popisuje vliv způsobu balení na vodní aktivitu potravin zejména pak masných výrobků. Jelikož balení potravin představuje nezbytnou technickou operaci pro ochranu a zachování kvality potravin, minimalizaci jejich poškození a snížení množství aditivních látek, je považováno, za velice důležitý technologický krok při výrobě a následné distribuci potravin. Balení chrání zabalené potraviny před vnějšími chemickými a fyzikálními vlivy, usnadňuje manipulaci a poskytuje spotřebitelům dostatek potřebných informací o vlastnostech balené potraviny. Kvalita a zdravotní nezávadnost potravin závisí na mnoha vlivech, jak chemických tak fyzikální. Tato práce byla zaměřena zejména na vodní aktivitu, což je důležitý parametr v návaznosti na možnou mikrobiální aktivitu a následná rizika spojená s konzumací zdravotně závadných potravin. Obalová technika disponuje v současné době širokou škálou obalových materiálů, které pokrývají požadavky na různý stupeň propustnosti až k úplné nepropustnosti pro různé plyny, vodní páru i světelné a UV záření. Klíčové pro volbu typu obalu je znalost typu mikrobiologického rizika, z toho odvozené složení obalového materiálu a technologie balení. Pro každý výrobek jsou tyto parametry specifické, a proto není možné balení aplikovat automaticky bez ověření účinnosti jednotlivých vlivů.
34
4 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY
BEUCHAT, L. Microbial stability as affected by water activity, Cereal Foods World 26, 1981, str. 345-351.
BORCH, E. Microbial stability of meat and meat products, International Journal of Food Microbiology 33, 1996, str. 103-120.
ČURDA, D. Baleni potravin, 1. vydaní, SNTL – Nakladatelství technické kultury,1982, 428 stran.
FARBER, J, Microbiology aspects of modified atmosphere packaging technology, Journal of Food Protein 54, 1991, str. 58-61.
HAMPL, B. Potravinářská mikrobiologie, SNTL, Praha, 1968. 276 stran, ISBN 06 – 806 - 68.
INGR, I. Produkce a zpracování masa, MZLU v Brně, 2003. 202 stran. ISBN 80 – 7157 – 719 - 7.
INGR, I. Technologie masa, MZLU v Brně, 1996. 290 stran. ISBN 80 – 7157 - 19 3 - 8.
INGR, I. Sortiment a kvalita masných výrobků v České republice. Výživa a potraviny. 2006. sv. 61, č. 1, s. 21- 23. ISSN 1211-846X.
JAYAS, D. S. and JEYAMKONDAN, S. Modified atmosphere storage of grains meats fruits and vegetables, Biosystems Engineering vyd. 82, 2002, s. 235-251
KAČEŇÁK, I. Základy balenia potravín. Bratislava: ARM, 2001. 198 s. ISBN 80967945-6-6.
35
LUNDGREEN, T.: Using high quality MAP to export to Western Europe, Meat international, 15, 2005, No. 8, s. 14–16.
PIPEK, P. Technologie masa II. 1. vyd. Kostelní Vydří: Karmelitánské nakl., 1998. 348 s. ISBN 80-7192-283-8.
SIEG, J. Sausages, a brief history from the Sumerians until today, Fleischwirtschaft International,2006, No. 1, s. 36 .
SORHEIM, O. Effect of carbon dioxide on yield, texture and microstructure of cooked ground beef, Meat Science 67, 2004, str. 231-236.
SOSNOVCOVÁ, J. Aktivní a inteligentní obalové systémy pro balení potravin. Státní zdravotní ústav, Palackého 3a, Brno, 2008, 15 stran.
STEINHAUSER, L. Balené masné výrobky. In Steinhauser, L. a kol.: Hygiena a technologie masa. LAST Brno,1995. 664 stran.
ŠILHÁNKOVÁ, L. Mikrobiologie pro potravináře a biotechnology. 3. vyd. Praha: Academia, 2002. 363 s. ISBN 80-200-1024-6.
ŠTENCL, J. Vodní aktivita, významný současný parametr kvality potravin. Potravinářská revue. 2006. č. 2, s. 48-50.
ŠTENCL, J. Rovnovážné vlhkosti a sorpční izotermy potravin. Potravinářská revue. 2006. č. 4, s. 49-51. Použitá legislativa VYHLÁŠKA č. 264/2003 Sb., ze dne 6. srpna 2003, kterou se mění vyhláška č. 326/2001 Sb., o potravinách a tabákových výrobcích a o změně a doplnění některých souvisejících zákonů, ve znění pozdějších předpisů, pro maso, masné výrobky, ryby, ostatní vodní živočichy a výrobky z nich, vajec a výrobky z vajec [online]. [cit 4.3.2010].
Dostupný
na
http://vfu-www.vfu.cz/vetleg/CD/predpisy/Potraviny/326-
2001.htm 36
Internetové zdroje Masné výrobky [online]. [cit 2007]. Bezpečnost potravin, A-Z slovník pro spotřebitele. Dostupný na http://www.agronavigator.cz/az/vis.aspx?id=76624 Nabídka přístrojů na přesné stanovení vodní aktivity aw – NOVASINA[online]. [cit 1.3.2010].
KONEKO
marketing,
spol.
s.r.o.
Dostupný
na
http://www.laboratore.cz/nabidka/novasina.asp Ultra-compact water activity meter[online]. [cit. 6.4.2001] Food Engineering, 2001, 73, č.1, s. 24. Zkrácený překlad Ctibor Perlín. Dostupný na Chyba! Odkaz není platný. Inteligentní
obaly
[online].
Inovace.cz.
Dostupný
na
http://www.inovace.cz/redakce/tema-mesice/vedci-vyvijeji-obalybudoucnosti/clanek/inteligentni-obaly/ Co dovedou obaly [online]. [cit 1.3.2007]. Společnost pro výživu. Dostupné na http://www.vyzivaspol.cz/clanky-casopis/co-dovedou-obaly.html Vakuová balící technika [online]. Dostupné na http://www.vbs.cz/#top Máme se bát masných výrobků? [online]. [cit 24.5.2008]. Český svaz zpracovatelů masa. Dostupný na http://www.cszm.cz/clanek.asp?typ=1&id=1074 Princip vakuového balení [online]. [cit 2010]. VakuováBalička.cz. Dostupný na http://www.vakuovabalicka.cz/index/stranka/princip-vakuovani Balení opracovaných potravin v modifikované atmosféře [online]. [cit 8.10.2007]. Agrární Poradenské a Informační centrum (APIC). Dostupný na http://www.apickraj.cz/zpravy/zprava.asp?topid=1&catid=312&newsid=4931
37
5. SEZNAM TABULEK A OBRÁZKŮ Tabulky Tab. 1 Minimální limity aw pro růst mikroorganismů významných pro lidské zdraví…19 Tab. 2 Orientační hodnoty aw a pH ve vybraných masných výrobcích………………...20 Tab. 3 Druhy aktivních obalů dle způsobu ovlivňování potravin…………………..….29 Tab. 4 Typy a funkce emitorů v technologii aktivních obalů…………………………..29
Obrázky Obr. 1 Aparatura pro testy vodní aktivity vzorků, komorové provedení……………....15 Obr. 2 Schéma měřící komůrky pro stanovení aw manometrickou metodou…….….....16 Obr. 3 Profesionální laboratorní přístroj Labmaster - aw……...…………………..……17 Obr. 4 Příruční měřič vodní aktivity PAWKIT – čelní a zadní pohled………………...17 Obr. 5 Ukázka inteligentního obalu ……………………………………………………30
38
