Sylabus přednášky
Volba obalového materiálu – nástroj pro zajištění bezpečnosti a kvality potravin
1) úvod 2) princip ochranné funkce obalu 3) ochrana obalem před konkrétními typy chemických či fyzikálních změn 4) význam přesné specifikace obalu
Jaroslav Dobiáš VŠCHT Praha
Úvod
Interakce mezi obalem a potravinou
Význam a funkce balení ochrana výrobku před znehodnocením ¾ obal jedním z prostředků prodloužení údržnosti potravin ¾ ochrana před vnějšími vlivy mechanickými, chemickými, fyzikálními a biologickými ¾ pasivní x aktivní funkce obalu
vytvoření racionální manipulační jednotky prostředek komunikace obal = pomocný konzervační prostředek
široký komplex vztahů mezi potravinou, obalem a okolím základ všech principů ochrany potravin obalem interakce obal-potravina probíhá vždy možná klasifikace ⇒ pět základních skupin:
transfer složek obalu do baleného produktu přenos složek potraviny do obalu pronikání složek potraviny obalem do okolí pronikání složek z prostředí do potraviny interakce nehmotné povahy
nežádoucí x příznivé interakce obal-potravina vždy ve vzájemné jednotě 4 ochranná funkce obalu pasivní i aktivní
Jaké změny potravin lze obalem ovlivnit ?
Principy aktivního balení záměrná, příznivá interakce obal x balený produkt schopnost samovolně reagovat na změny vnějšího nebo vnitřního prostředí
mechanické poškození oxido-redukčnízměny změny vlhkosti změny chuti a vůně vliv záření změny teploty kontaminace cizorodými látkami mikrobiální znehodnocení působení hmyzu a hlodavců atd.
5
1
Mechanické poškození
Změny vlhkosti
Typy mechanického poškození
vliv vlhkosti na rychlost procesů snižujících kvalitu potravin změny potravin vlivem vlhnutí, resp. výdeje vody od
konstantní vnitřní přetlak stálý vnější tlak vibrace a rázy
Důležité vlastnosti
mechanická pevnost (v tahu, tlaku, průrazu, ohybu) residuální pevnost – při tvarování obalů účinnost fixací (g-faktor) kvalita povrchu (koeficient tření, úhel skuzu, atd.) 7
Změny vlhkosti
Klíčové vlastnosti obalu propustnost pro vlhkost (WVTR) bariéry sklo kovové obaly z plastů polyolefíny, PVdC a jejich kopolymery
aw = RRV/100
integrita obalu (těsnost spojů, svařovatelnost fólií, pevnost svarů atd.)
podle vlhkosti ve skladu potraviny v rovnováze s okolím aw ∼ RV
8
Změny vlhkosti
význam vodní aktivity při posuzování stability potravin
potraviny vysychající aw > RV
hmotnostní ztráty morfologické změny koloidně chemické změny (změny konzistence) fyzikálně chemické změny (krystalizace cukrů, tvorba hydrátů atd.) chemické změny mikrobiologické změny
potraviny vlhnoucí aw > RV
Aktivní balení - viz další přednáška
9
10
Balení potravin v modifikované atmosféře (MA)
Oxido-redukční změny oxidoredukční změny ⇒ nejvýznamnější chemické změny potravin způsob p balení ⇒ důležitý ýp prostředek jjejich j regulace
Modifikovaná atmosféra ⇒ složení atmosféry odlišné od vzduchu
využití dvou základních opatření regulace kontaktu s atmosférickým kyslíkem úprava atmosféry uvnitř obalu pasivním i aktivním způsobem 11
Význam MA - doplněk hlavních metod konzervace potravin chlazené potraviny tepelně sterilované potraviny výrobky konzervované nízkým obsahem vody 12
2
Příklady složení MA
13
Potravina
% O2
% CO2
% N2
Teplota oC
Čerstvé ovoce a zelenina
2-5
3-5
90
0 - 10
Červené maso
70 - 80
20 - 30
0
0-2
Masné výrobky
0
20-30
70-80
0-3
Sýry
0
60
40
1-3
Hotové pokrmy
0
40 - 50
50 - 60
1-3
Pečivo
0
60 - 75
15 - 40
místnost
Sušené pokrmy
0
20 - 30
70 - 80
místnost 14
Technické plyny pro potravinářské použití
Technické plyny pro potravinářské použití
Směsné plyny MAPAX :
Směsné plyny DINAX :
MAPAX 20 – 80 % O2 + 20 % CO2 MAPAX 30 – 70 % O2 + 30 % CO2
DINAX 20 – 80 % N2 + 20 % CO2 DINAX 30 – 70 % N2 + 30 % CO2
Použití :
DINAX 30 – 50 % N2 + 50 % CO2
hovězí maso vepřové maso drůbeží maso
Použití: masné výrobky - párky,salámy sýry hotová jídla 15
16
Označení technických plynů jako přídatných látek (54/2002 Sb.)
Technické plyny pro potravinářské použití
Dusík Oxid uhličitý Kyslík Oxid siřičitý Ethylen
BIOMAP 3 2 % O2 13 % CO2 85 % N2
17
E 941 E 290 E 948 E 220 zatím není, o přiřazení kód se jedná kódu Vodík E 949 Argon E 938 Helium E 939 Oxid dusný E 942 Butan E 943a Propan E 944 Oxid uhelnatý přiřazení kódu zatím není vyjasněno
18
3
Požadavky na obalové materiály pro MAP
Požadavky na obalové materiály pro MAP Opracované potraviny
obecné požadavky + další kriteria
cíl ⇒ eliminace oxidačních a omezení mikrobiálních ik biál í h změn ě základní požadavek na obalový materiál ⇒ dobré bariérové vlastnosti praktické provedení balení
propustnost pro permanentní plyny propustnost pro vodní páru
typy potravin uchovávaných v MA opracované potraviny - umrtvená pletiva a tkáně čerstvé plodiny - nutno zajistit metabolické přeměny
¾ vakuové balení ¾ balení v ochranné atmosféře 19
20
Limitní koncentrace O2 a CO2
Požadavky na obalové materiály pro MAP
CO2 (%)
O2 (%)
ovoce
CO2 (%)
O2 (%)
mrkev
4
3
jjablka
3
2
zelí
5
2
hrušky
1
2
brambory
10
10
třešně
2
2
rajčata
2
3
broskve
5
2
žampiony
7
10
jahody
20
2
zelenina
Čerstvé, zejména rostlinné produkty velká propustnost pro permanentní plyny velký poměr propustností pro CO2 a O2 velmi malá propustnost pro vodu a vodní páru 21
22
ZELENINA
OVOCE
20
20 komerční balení hlávkového salátu
15 nejpopustnější nejpropustnější souvislé fólie (LDPE) perforované fólie
ananas mango, papaya citrusy mučenka
5
běžné klimakterické ovoce hrozny
švestky, brusinky
0
5
15
kyslík (kPa)
15
20
pórek
špenát
chřest
okra čekanka celer
dosažitelné MA
rajčata
0
artyčok 23
petržel
10
květák
dosažitelné MA
houby
brokolice
ředkev
10
růžičková kapusta
fazole 5 zelí
olivy
0
oxid uhličitý (kPa)
oxid uhličitý (kPa)
jahody, ostružiny, borůvky, višně, fíky
10
nejpropustnější souvislé fólie (LDPE) perforované fólie
0
hlávkový salát
5
pepř
10 kyslík (kPa)
15
20 24
4
Problémy
Úprava atmosféry v obalu
vakuové balení
Opracované potraviny
nutno zohlednit strukturu balené potraviny, která může být poškozena vyšším vakuem (měkké rybí filety, měkké sýry atd.)
vakuové balení potravin rovnoměrné odstranění všech plynů zbytkový y ý O2 < 0,1-1 , %
balení v ochranné atmosféře
balení v ochranné atmosféře zaplynění po evakuaci ⇒ poměry podobné vakuovému balení vypláchnutí atmosféry směsí plynů ⇒ méně účinné změny během technologického opracování
aplikace MA výplachem vzduchu nevhodná pro porézní produkty nebo při použití obalových prostředků z napěněných polymerů CO2 značně rozpustný v potravinách smršťování obalu ⇒ tzv. pseudovakuový efekt
řešením použití směsí s dusíkem patentováno bylo i použití pevného CO2 do obalu (kompenzace ztrát plynu způsobené rozpouštěním)
pokles pH potravin
absorbéry plynů možnost aplikace indikátorů složení MA
balení masa (vepřového) ⇒ negativní vliv na vaznost ⇒ uvolňování šťávy ⇒ hmotnostní ztráty
25
26
28
27
29
30
5
Obalové materiály pro balení opracovaných potravin v MA
Úprava atmosféry v obalu
Vakuové balení, resp. balení v ochranné atmosféře
Potraviny se zachovaným systémem metabolických přeměn
plechovky a sklenice měkké bariérové materiály (Px < 5 ml/d.m2.0,1MPa)
rovnovážná modifikovaná atmosféra princip
složení MA důsledkem současné spotřeby , resp. produkce, plynů balenou potravinou pronikání plynů obalem podle propustnosti obalové fólie
tvorba MA závisí na: respiračních a difusních poměrech dané plodiny bariérových vlastnostech obalové fólie 31 vnějších faktorech
Hrubá kritéria vhodnosti obalových materiálů pro potraviny v MA SkladovatelPropustnost nost ml.m-2.d-1.0,1MPa-1
lamináty a Al fólií (tlouštka 7 -10 µm) metalizované polymerní fólie fólie s vrstvou PVdC materiály s bariérovou vrstvou EVOH PET fólie s vrstvou oxidu křemičitého
fólie se sníženou propustností ⇒ (P ∼ 20-100 ml/d.m2.0,1MPa) kombinace PA/PE, PET/PE atd. 32
Obalové materiály pro balení čerstvých potravin v MA
Typ potraviny
> 1 rok
<1
sterilované produkty, sušené výrobky - polévky, atd.
1-6 měsíců
5-10
pražené ořechy, chipsy, balená káva, trvanlivé masné výrobky atd.
2 týdny - 1 měsíc
30-150
chlazené masné výrobky, hotové pokrmy, balené sýry, lahůdky atd.
pod 5 dnů
1000 – 5000
chlazené nestabilizované 33 potraviny
Balení v podmínkách rovnovážné MA v současnosti využívány obalové materiály na bázi:
polyethylenu (zejména metalocenového PE) kopolymerů PE (zejména EVA) mikroperforované fólií (PE) mikroporesní fólie
34
Kontrola obalů s MA
Obalové materiály pro MAP Důležité parametry propustnost pro O2 a další plyny složení atmosféry v obalu a průběh změn během skladování integrita obalu (kvalita svaru) svařovatelnost obalových fólií
RANDOM TEST
ON-LINE ANALYSIS
LEAK DETECTION
CheckMate
Dansensor Module
LeakPointer
Dansensor TGC CheckPoint
GAS MIXING MAP Mix 9001 MAP Check Combi
35
36
6
On-line kontrola složení MA (balený strouhaný sýr)
Kontrola složení MA
37
38
Kontrola atmosféry v sušeném mléku
Využití MA v baleních jogurtů
Použitá MA : 30% CO2, 70 % N2
Výplach kelímků směsí plynů 30% CO2, 70 % N2 39
40
Kontrola MA při horizontálním balení
N2
MAP - stav v ČR Albert Norma Plus Tesco Delvita Hypernova Interspar Globus Lidl Penny market
CO2
Gas supply 41
7
Testované výrobky - sýry Číslo Název vzorku 1 Madeland
Výrobce Madeta a.s.
2
Emmentaler plátky
Lactalis KS s.r.o.
3
Ementál strouhaný
Delvita
4
Eidam p plátkyy
Jaroměřická mlékárna a.s.
5
Eidam uzený
Moravia Lacto a.s.
6
Eidam salámový
Miltra B s.r.o.
7
Eidam strouhaný
Hedmark
8
Eidam plátky ARO
Prom s.r.o.
9
Eidam strouhaný
Laktos a.s.
10
Goldenburg
Lactalis KS s.r.o.
11
Madeland plátky
Madeta a.s.
Masné výrobky 1
Selská šunka
LE a Co-Ing. Jíří Lencs.r.o.
2
Kuřecí šunka
Delvita
3
Chorizo
Delvita
4
Šunkovýý salám
LE a Co-Ing. g Jíří Lenc s.r.o.
5
Lahůdková šunka
Kalmas
6
Lázeňský kuřecí salám
Xaverov a.s.
7
Kuřecí šunka
Tolini SV
8
Kuřecí šunka Fitness
Masokombinát Plzeň s.r.o.
9
Šunka dušená
B-Unipack s.r.o.
10
Vepřová šunka výběrová
Xaverov a.s.
Pekařské výrobky 1
Sladké palačinky
AS Vichinai
2
Bageta dopékací
Delvita
3
Pita arabský chléb Anděla Jesenská
4
Bageta bylinková
Meggle
5
Tortelini
Alibert S.p.a.
6
Delta frozen products Bagety k dopékání a.s.
Složení atmosféry % O2 Sýry ýy
% CO2
%N2
0,01 , – 6,3 , 2,1 , – 63
37 – 92
Masné výrobky
0,1 – 0,9
2,4 – 46
54 – 97
Pekárenské výrobky
0,4 – 8,2
6,8 – 36
64 – 88
8
Typy používaných obalových materiálů
Bariérové parametry obalu Propustnost pro kyslík
PA/PE
(ml.m-2.d-1.0,1MPa-1)
Sýry Masné výrobky Pekárenské výrobky
PE/PA/PE
PE/EVOH/PE
13 - 153 3 - 71 1,4 - 66
Stav aplikace MA v ČR značné rozdíly v parametrech balení v MA u různých výrobců podmínky balení v MA nelze úplně zobecnit ⇒ MA jen dílčí bariérou výsledky naznačují absence vývoje výrobků přeceňování možností MA
je zřejmá možnost optimalizace systémů MA
Transport pachově aktivních látek přes obalový materiál
Změny chuti a vůně
Zábrana
Tři základní příčiny změn chuti a vůně potravin těkání pachově aktivních látek z potraviny do okolní atmosféry nebo naopak sorpce cizorodých přípachů z okolí chemické změny složek potravin uvolňování senzoricky aktivních složek obalu do potraviny, resp. jejich sorpce obalovým materiálem 53
obal s minimální propustností pro aromatické látky závisí na charakteru obalového materiálu a dané aromatické složky y z polymerů dobrou bariérou PET, PA, PVdC, velmi špatnou polyolefíny
Citlivé potraviny
ovocné šťávy zelenina , koření potraviny bohaté tuky maso, ryby pražená káva
54
9
Chemické změny Oxidace tuky citrusové šťávy - nositeli vůně a chuti i méně těkavé složky charakteru terpenů, nenasycené alifatické alkoholy terpenového typu (linalol, geraniol, citronellol, atd.)) a aldehydy y y ((citral)) potraviny s velkým povrchem (pražená káva, sušené produkty atd.) ochrana obalem ⇒ zábrana oxidačních změn zábrana přístupu kyslíku pronikání záření atd. ⇒ viz další kapitoly
Hydrolytické změny žluknutí tuků ochrana obalem obtížná
55
Kontaminace potraviny složkami obalů⇒ viz dále senzorické testování součástí schvalování obalového materiálu možný princip aktivního balení
Sorpce aromových složek obalovým materiálem sorpce nepolárních složek a jejich urychlená destrukce v obalovém materiálu (PE a tuky atd.) aktivní balení - cílená sorpce (limonen z citrusových 56 šťáv v PE), absorbéry přípachů
Obaly ozařovaných potravin
Záření a potraviny
propustnost pro daný typ záření ⇒ požadavek nízké hustoty obalového materiálu a malé tloušťky odolnost k záření vhodnost
obecně účinky příznivé i škodlivé významné typy záření:
kovy – dobrá použitelnost podle hustoty
elektromagnetické záření
Uvolňování senzoricky aktivních složek obalu do potraviny, resp. jejich sorpce obalovým materiálem
Al - 2,7 g.cm-3,ocel - 7,9 g.cm-3, Pb - 11,3 g.cm-3)
γ záření
sklo - nevhodné, silné vrstvy, účinkem záření tmavne a stává se neprůhledným plasty - nízká hustota
Roentgenovo záření UV záření viditelné záření infrařervené záření mikrovlny
PE - 0,92 g.cm-3, PS - 1,05 g.cm-3, celofán - 1,5 g.cm-3) větší dávky ⇒ změny zesítění polymerů degradace polymerů
korpuskulární záření (α a β záření)
vhodné PET, PE (pach odstraňován stabilizátory) 57
Ochrana před zářením
58
Ochrana před zářením Viditelné záření
UV záření prooxidační účinky nejúčinnější z přirozeně se vyskytujících záření možnosti obalu
význam zabarvení obalů barva komplementární ke světlu absorbovanému kratší vlnové délky ⇒ světlo fialové a modré komplementární obaly zelené, zelenožluté až oranžové
potraviny citlivé na viditelné světlo
¾ kovové obaly - absolutní bariéra ¾ sklo - nezabarvené propouští od 380 nm výše ¾ plasty
různá propustnost nezabarvených fólií v UV oblasti extrémy PE, PVdC aditiva absorbující v UV oblasti 59
máslo rostlinné oleje mléko pivo (vznik thiolů) víno
vliv IČ záření ⇒ viz vliv obalu na tepelné změny potravin
60
10
Kontaminace potravin
Obal a změny teploty
ochrana před exogenními kontaminanty
kontaminanty z prostředí ⇒ patřičné bariérové vlastnosti kontaminace z vlastního obalu
úloha obalu při tepelných procesech v technologii potra potravin in
obvykle bez problémů
produkty destrukce obalového materiálu residua monomerů residua aditiv atd. zkoušení obalových prostředků
kontaminace potraviny složkami obalů jeden z nejzávažnějších hygienických problémů balení potravin 61
Mechanismy narušení obalu potravinami
62
Koroze rozpouštění kovů (obalového materiálu) důsledek koroze ztráta funkčních parametrů obalu vyšší obsahy kovů v potravinách balených v kovových obalech
povolené é obsahy:
koroze
migrace
Sn ≤ 100-150 mg.kg-1 Al ≤ 100 mg.kg-1 Fe ≤ 10 mg.kg-1 Pb ≤ 2,0 mg.kg-1 (běžně nepřesahují 0,5 mg.kg-1)
důležitý parametr ⇒ korozní stabilita obalu 63
Migrace Podstata extrakce nížemolekulárních složek (viz tabulka) obalový materiál není destruován charakteristická pro polymerní obalové materiály, popř. papír vždy dvousměrný proces obecně proces nežádoucí, ale lze i jako princip aktivního balení důsledek – kontaminace baleného produktu stěžejní parametr – úroveň migrace 65
64
Typ aditivní látky
Příklad
Stabilizátory (antioxidanty)
¾ 2-etylhexyl-di-n-oktylcín-di-/2-etylhexyl-mono-noktylcín-tri-thioglykolát (Irgastab 17 MOK) ¾ 2,6-di-terc.-butyl-4-metylfenol (BHT) ¾ Stearyl 3-(3,5-ditercbutyl-4-hydroxyfenyl)-propionát (Irganox 1076)
Změkčovadla (plastifikátory
¾ di-(2-etyl-n-hexyl)ftalát (DOP) ¾T ri-(2-etyl-n-hexyl)trimelliát (TOTM)
Lubrikanty (kluzná činidla)
¾ Ca-/Mg- stearát ¾ silikonové oleje
Antistatická činidla
¾ dietanolamidy mastných kyselin ¾ N,N-bis-(2-hydroxyetyl)-N-4-oktyl-N-metylamonium-p-toluen sulfonát
Světelné stabilizátory (UV absorbéry)
¾ 2-(2´-hydroxy-5´-metyl-fenyl)-benzotriazol ¾ 2,4-dihydroxybenzofenon
Optická zjasňovadla
¾ 4,4´diamino-2,2´-stilbendisulfonová kyselina ¾ di-(2-etyl-n-hexyl)ftalát (DOP) ¾ 2,5-bis-(5´-terc.butyl-benzoxazolyl(2´-))-thiofen
Další aditiva
¾ plnidla ¾ antimikrobní činidla ¾ pěnotvorná činidla (propelenty) a další
66
11
Zdravotní požadavky
Migrační testy
kontaminace potravin složkami kontaktních materiálů ⇒ nezbytnost kontroly v ČR Č základními předpisy
doposud nelze v praxi nahradit matematickými modely pro provádění migračních testů významné: tuky a oleje jsou potravinami vykazujícími významně vyšší hodnoty migrace v porovnání s vodnými potravinami
zákon č. 258/2000 Sb., o ochraně veřejného zdraví a o změně některých souvisejících zákonů nařízení ER a P č. 1935/2004 vyhláška MZ ČR č. 38/2001 Sb.
67
Zdravotní požadavky na obaly potravin
68
Typické hodnoty globální migrace pro plasty užívané pro balení potravin (mg.dm-2) polymer
kompatibilita s předpisy EU prokazování hygienické nezávadnosti předmětů pro kontakt s potravinami: ¾výrobce nebo dovozce sám musí vydat prohlášení o shodě s požadavky zákona č. 258/2000 Sb. a nařízení EP a R 1935/2004 69
Obal a mikroorganismy
vodné simulanty
olivový olej
rozvětvěný polyethylen
0,1 - 1,5
4 - 20
lineární polyethylen
0,1 - 1,0
1,5 - 5,5
polypropylen l l
0 1 - 1,5 0,1 15
0 5 - 5,0 0,5 50
polyethylentereftalát
< 0,2
0,3 - 6,9
polystyren
0,2-5
1,2 - 26
polyamid
0-15
1,0 - 6,0
měkčený polyvinylchlorid
0,5-3
3,0 - 100 70
Jak prokazovat vhodnost použitého obalu?
obal nesmí být zdrojem kontaminace (zák. 258/2000 Sb.) kontrola kontaminace nových obalů odolnost obalů vůči p působení mikroorganismů funkce obalu při eliminaci mikrobů bariéra proti mikrobiální infekci nepřímý vliv na vegetaci mikrobů propustností pro kyslík, vodní páru, MA atd. aktivní antimikrobní funkce
důležité vlastnosti - viz výše 71
Testy běžně prováděnými, např. Kovové obaly: • korozní odolnost • hermetičnost • pevnost Polymerní obaly • propustnost • tepelná odolnost • kvalita tepelných spojů • mechanická odolnost • kluznost Skleněné obaly • těsnost uzávěru • geometrie obalu • hladkost Papírové obaly • mechanické parametry • kvalita povrchu
Každý systém balení ⇒ skladovací testy
Cílový stav : výrobce dokáže specifikovat hlavní funkční parametry obalu !!!!
12
Příklady z praxe Krivka pevnosti svaru: K052-08 30,00
25,00
p e v n o s t s v a ru ( N /1 5m mm)
20,00
15,00
10,00
5,00
0,00 0
20
40
60
80
100
120
140
-5,00 svarovaci teploty (°C) K052-08
Koroze kovových obalů
Nekvalitní lak
13
Přístrojové vybavení NOL
Přístrojové vybavení NOL
Přístrojové vybavení NOL
Přístrojové vybavení NOL
Děkuji za pozornost !OL
14
