Vejledning i pakning af frugt og grønt - Friskpak

Spørgsmål og rådgivning:
Teknologisk Institut
Emballage og Transport
et@teknologisk.dk
7220 3150
© Teknologisk Institut 2009. Der tages forbehold for trykfejl og ændringer.
VEJLEDNING
Pakning af frisk frugt og grønt
Teknologisk Institut
Emballage og Transport
2008

Litteraturliste
1. Fisherman S, Rodov and S. Ben-yhoshua. J. Food Science, vol
61, No. 5, 1996
2. Dong Sun Lee, Jun Soo Kang, Pierre Renault, International
Food Science & Technology 2000, 35, 455-464.
3. Donghwan Chung, Spyridon E. Papadakis and Kit L. Yam, Packaging
Technology and Science, 2003, 16, 77-86.
4. Bird, Stewart, Lightfood, 1960, Transport Phenomena, John
Wiley & Sons Ny.
5. Kader, Adel A., Postharvest Technology of Horticultural Crops,
2002.
Side 27

Pakkeforsøg
Ved hjælp af respirationsforsøg og den matematiske model udregner
man det optimale antal perforerede huller for et bestemt produkt,
opbevaret ved en specifik temperatur. Når emballagen er fremstllet, kan
man kontrollere, om emballagen fungerer optimalt ved pakkeforsøg. Der
fremstilles fx 5 - 10 emballager, som pakkes med produktet og opbevares
ved den relevante temperatur. Man kan eventuelt opbevare det sammen
med produktet pakket i eksisterende poser eller uperforerede poser, for
bedre at kunne se forbedringerne.
Side 26
Indholdsfortegnelse
Indledning ................................................................................... 4
Brug af emballage ...........................................................................4
Optimal opbevaring af frugt og grønt .............................................5
Respirationsprocessen ....................................................................6
Emballagesystemet.........................................................................7
Måling af respirationshastighed ...................................................10
Temperaturens betydning for respirationshastigheden ...............12
Udstyr til måling af iltkoncentration i emballage .........................14
Distributionstemperaturen ...........................................................15
Perforeringsteknologi ................................................................... 19
Konstruktion af emballage ...........................................................22
Matematisk modellering ..............................................................25
Pakkeforsøg ................................................................................. 26
Litteraturliste ................................................................................ 27
Side 3

Indledning
Denne vejledning er et produkt af projektet: Perforering af emballager - udvikling
af nye emballager og metoder til at styre transmission af ilt, kuldioxid
og vanddamp gennem emballager. Projektet er finansieret af Direktoratet for
FødevareErhverv under Innovationsloven og gennemført i perioden 2006-
2008.
Brug af emballage
Vejledningen har til formål at hjælpe producenter og packers/fillers af frugt
og grønt til at vælge den optimale emballage til deres produkter, så holdbarheden
og kvaliteten af produkterne forbedres, og tabet i forsyningskæden
reduceres.
Grundlæggende kan den rigtige emballage sammen med den rigtige opbevaringstemperatur
være med til at skabe forhold i emballagen, der forsinker
modningen og ældningen af frugt og grønt. Det er altså muligt at øge holdbarheden
og/eller at høste produktet senere, således at produktet sælges med
en højere kvalitet.
Emballage kan virkelig gøre en forskel. Hvis både temperatur og emballage er
optimal, kan ældningen af frugt og grønt bremses med op til mere end 800 %.
Kølekæden i det danske distributionssystem – især i detailbutikkerne – er
langt fra perfekt. Derfor må man i praksis optimere emballagen til den varmeste
del af kølekæden.
Ingen (køle-)kæde er stærkere end det svageste led.
Matematisk modellering
Teknologisk Institut har fremstillet en matematisk model, der kan simulere
konsekvenserne af at ændre på de forskellige parametre, der har indflydelse
på emballagens egenskaber. Ring 72 20 31 50 for at få flere oplysninger.
Side 4 Side 25

Konstruktionsforudsætninger:
Distributionstemperatur, maks. T °C
Optimalt iltniveau, middelværdi GO2 % divideret med 100
Respirationshastighed (ved T og GO2) RRO2 ml/kg*time
Produktvægt V kg
Iltpermeabilitet film (ved aktuel temperatur) PO2,film ml/m²/døgn
Tykkelse af emballagefilm t cm
Bredde af emballage b m
Længde af emballage l m
Højde på emballage h m
Overfladeareal O (= (b*l)+(b*h)+(l*h)) m²
Diffusionskoefficient di cm²/s
Iltkoncentration ved første måling CO2,start (=%/100* Vh ) ml
Iltkoncentration ved sidste måling CO2,slut (=%/100* Vh ) ml
Headspacevolumen Vh
Tid mellem de to iltkoncentrationsmålinger Δtid timer
Proportionalitetsfaktor к
Hul-diameter d cm
Hul-areal Ahul ( = 3,14 * d * d/ 4) cm²
Diffusionskoefficient og proportionalitetsfaktor к
Diffusionskoefficienten er en variabel, der afhænger af iltkoncentrationen og
temperaturen. Den har ikke stor indflydelse på resultatet og sættes til konstant
at være 0,2 cm 2 /s.
Kappa er bestemt af lufthastigheden uden om emballagen og inde i emballagen.
Hastigheden inde i emballagen er altid lav. Oftest vil det være к = 1, der
bliver brugt.
к = 1 (lav lufthastighed på begge sider af filmen)
к = 0,5 (høj lufthastighed på den ene side af filmen)
к = 0 (høj lufthastighed på begge sider af filmen)
Side 24
Optimal opbevaring af frugt og grønt
De helt rigtige opbevaringsforhold kan øge holdbarhedstiden for frugt og
grønt med 300-800 %. De vigtige parametre for denne holdbarhedsforlængelse
er temperatur, fugtighed og en modificeret atmosfære (ilt, kuldioxid
og ethylen). De optimale opbevaringsforhold varierer efter produktets sort,
forarbejdnings- og modningsgrad, høsttidspunkt og meget mere. Derfor er
nedenstående oversigt vejledende værdier.
Produkt Temp % relativ % % Ethylen
i oC fugt O2 CO2
Udskiller Følsomt
Banan 12-15 85-100 2-5 3-5 + +
Bønnespirer 0 90-98 5 15 +
Champignon 0-5 90-98 5 10 +
Tomat (mod./grøn) 12-20 90-98 3-5 5-10 + +
Tomat (moden) 8-12 85-98 3-5 5-10 + +
Blomkål/broccoli 0-5 90-95 2 5 + ++
Agurk 8-12 90-95 3-5 0 ++
Salathoved 0-5 95 2-5 0 ++
peberfrugter 8-12 90-95 3-5 2 + +
Grapefrugt 10-15 85-90 3-10 5-10
Fersken 0-5 90 1-2 5 +++ +
Æble 0-5 90 2-3 1-2 +++ +
Pære 0-5 90-95 2-3 0-1 +++ +
Blomme 0-5 90-95 3 8 +
Jordbær 0-5 90-95 10 15-20
Side 5

Respirations- og modningsproces
Frugt og grønt er levende produkter, der gennemgår en modning og til sidst
en ældningsproces, hvor plantevævet nedbrydes. Produkterne gennemgår
altså forskellige biologiske processer, der også fortsætter, når produktet er
høstet. Processerne medfører gradvise ændringer i kvaliteten.
En vigtig del af processen er produktets respiration, hvor produktet forbruger
ilt og udskiller kuldioxid, vand og varme. Herved nedbrydes kulhydrater
og andre stoffer, der har betydning for produktets friskhed, smag og sundhedsmæssige
kvalitet.
Frugt og grønt udskiller ethylen. Ethylen er en gas, der fremskynder modningsprocessen
i frugt og grønt, selv i små mængder. Ethylenudskillelsen og
følsomheden overfor ethylen varierer for forskellige produkter.
Både respirationen og udskillelsen af ethylen afhænger af temperaturen. Lave
temperaturer giver en langsom respiration og lav ethylenudskillelse.
Side 6
Mikro-perforerede emballager
Til hurtigt respirerende produkter er det nødvendigt at mikro-perforere
emballagefilmen. Nedenstående formler gælder kun for runde perforeringer
uden flap.
Beregning af det optimale antal huller ved en kendt respirationshastighed:
Ønsket ilttransmission emballage = permeabilitet film + ilttransmission hul
Ønsket ilttransmission = (RRO 2 *V)/(O * (0,21 - GO 2 ))
Ilttransmission hul = (di * A hul /(к * d + t ) * 3600 * 24 * Antal huller)
Permeabilitet film = PO 2,film [opgives af leverandør]
Når nedenstående værdier kendes kan man ved hjælp af regnearket side 25
beregne det optimale antal huller for en emballage til et bestemt produkt.
Side 23

Konstruktion af emballage
Første trin er en sammenlignende vurdering af tre grundlæggende forskellige
emballagetyper:
1. Åbne eller makro-perforerede emballager, hvor åbningerne er så
store, at luften inden i emballagen altid er som atmosfæren.
2. Helt lukkede emballager uden fysiske huller.
3. Mikro-perforerede emballager med et antal huller på 10-200 µm.
Åbne eller makro-perforerede emballager er ikke relevant i denne vejledning.
Helt lukkede emballager uden fysiske huller.
Mange tror, at denne emballagetype er helt tæt, men luftarter kan bevæge
sig langsomt gennem filmen ved en opløsningsproces. Denne transmission/
diffusion er så langsom, at emballagen vil være alt for tæt for hurtigt respirerende
produkter, men kan være en god løsning for de langsomt respirerende
produkter, hvis filmen altså er tynd.
Udregning af respirationshastighed
RR O2 = (C O2,start - C O2,slut )/(Δtid * V) [ml/kg*time]
Sammenhæng mellem iltpermeabilitet og respiration:
P O2 = (RR O2 *V)/(O * (0,21 - G O2 )) [ml/m 2 *time]
Side 22
Emballagesystemet
Opretholdelse af den rigtige temperatur, gassammensætning og fugtighed
inde i emballagen er vigtige elementer for at skabe en effektiv holdbarhedsforlængelse
for frugt og grønt.
Opbevares frugt og grønt i en tæt emballage eller en anden lukket beholder
med atmosfærisk luft (20,9 % ilt, 78,1 % nitrogen og 0,04 % kuldioxid m.m.),
vil ilten på grund af respiration blive omdannet til kuldioxid.
Kurve:
Figuren viser ilt- og kuldioxidkoncentrationerne i en emballage pakket med
frugt og grønt.
Side 7

Respirationshastigheden, eller den hastighed hvormed ilten bliver omdannet
til kuldioxid, afhænger af iltkoncentrationen. Ved lave iltkoncentrationer forløber
respirationen som regel langsommere end ved høje iltkoncentrationer.
Det betyder, at ved lave iltkoncentrationer forløber ældningsprocessen langsommere,
og at holdbarheden dermed forlænges. Bliver iltindholdet meget
lavt, vil produktet ikke kunne respirere, hvilket medfører, at produktet dør og
bliver værdiløst.
Emballagefilm til frugt og grønt er aldrig helt tætte for gennemtrængning af ilt,
kuldioxid og vanddamp. Selvom emballagefilmen er svejset helt tæt sammen,
vil disse luftarter blive transporteret gennem filmen (opløst på den ene side
og udskilt på den anden side). Hastigheden afhænger af plasttype, filmens tykkelse
og areal, temperatur og trykforskellen af de enkelte luftarter på hver side
af filmen.
For at opnå en tilstrækkelig mekanisk styrke af emballagen, er det nødvendigt
med en vis emballagetykkelse. For hurtigt respirerende produkter er det umuligt
at lave film så tynde, at permeabiliteten (transporten af gas) bliver høj nok
til at forhindre iltmangel inde i emballagen. Forbruger produktet ilten i emballagen
hurtigere, end der kan tilføres nyt, vil iltkoncentrationen i emballagen
blive så lav, at produktet dør.
Laserperforering
Den ultimative løsning til perforering af plastfilm er med en laser, men det
er også den dyreste af de løsninger, der findes, da det kræver dyrt specialudstyr.
Det er muligt at lave huller ned til ca. 10 µm tykkelse og helt op til 200
µm. Laserperforering giver typisk nogle lidt ovale huller. Fordelen ved laserperforering
er, at det er forholdsvis nemt at styre hulstørrelsen.
Bed altid leverandøren om skriftlige specifikationer, fordi mange film
er solgt for noget andet end det, de faktisk er.
Side 8 Side 21

En udmærket manuel løsning er at anvende en billig medicinsk nål, som anvendes
til at tage blodprøver på sukkersygepatienter.
Ovennævnte gælder for kolde nåle, men det er også muligt at anvende opvarmede
nåle. Det er lidt vanskeligere at anvende opvarmede nåle, da nålen
skal opvarmes til en temperatur højere end smeltepunktet for filmen. Efterfølgende
gennembores filmen med nålen, og efterlader sig et rundt hul. Da
filmen bliver smeltet, efterlader nålen er cirkulært hul, når den bliver trukket
tilbage. Hullets størrelse vil både være afhængig af, hvilken nålediameter der
er anvendt, og nålens temperatur.
Perforering med elektrostatisk energi
Plastfilm kan også perforeres ved hjælp af en gnist. Man anbringer filmen
på en plade eller en anden genstand, der er ledende. Dernæst har man en
nålespids, der er i en afstand på 1 – 1,5 mm fra overfladen af filmen. Mellem
nålespidsen og den underliggende plade, eller genstand, etablerer man en
højfrekvent spænding. Gnisten, der springer fra nålespidsen og ned til filmen,
evaporerer filmen, og derved opstår hullet. Hullets størrelse kan varieres ved
at formindske eller forstørre den elektriske ladning.
Side 20
Perforering af emballagen er en løsning til kontrol med atmosfæren inde i
emballagen, da man gennem hullerne kan styre en vedvarende transport af ilt
ind i emballagen. Samtidig kan kuldioxid komme ud af emballagen. Størrelsen
af hullerne skal tilpasses produktet, emballagefilmen og ikke mindst distributionstemperaturen.
Side 9

Måling af respirationshastighed
For at kunne udregne respirationshastigheden skal man måle produktets
iltforbrug i en helt tæt beholder ved forskellige iltkoncentrationer. Når man
derudover kender volumen af beholderen og vægten af produktet inde i
beholderen, kan man udregne respirationshastighederne ved flere forskellige
iltkoncentrationer.
Respirationshastigheden af et produkt kan bestemmes ved at anbringe produktet,
der ønskes undersøgt, i en beholder med låg. Beholderen skal være af
rustfrit stål eller glas og have et volumen på ½-5 liter, afhængig af produktet og
mængden, der ønskes undersøgt. Almindelige konservesglas kan bruges. Låget
skal være nemt at montere, og skal slutte helt tæt. Låget skal være forsynet
med en anordning til udtagning af gasprøver. Det er vigtigt, at udtaget ikke
gør beholderen utæt. Iltkoncentrationen måles over en kendt tidsperiode, og
respirationshastigheden udregnes. Se afsnit om emballagekonstruktion.
Perforeringsteknologi
Nåleperforering
Perforering kan ske med nåle. Disse nåle kan købes billigt med diametre fra
0,3-1 mm. Beregninger viser, at et enkelt cylindrisk hul i denne diameter vil
tillade alt for store mængder ilt at passere hullet, men nåle laver ikke cylindriske
huller i en emballagefilm. Emballagefilm er seje, så udformningen af
hullet er efter filmmaterialet, nålens udformning og gennemstikningsteknik
som vist:
Det er vigtigt, at man er helt sikker på, at der sker gennembrud i filmen. Hvis
emballagefilmen er elastisk og sej, kan der opstå en ”blindtarm”, der øger
filmens permeabilitet, fordi arealet øges og filmen bliver tyndere, men filmen
er stadig alt for tæt. Sker der en fuldstændig gennemstikning, så opstår der
alt efter nål og materiale helt forskellige typer af huller. Fælles for disse huller
er, at filmen har trukket sig sammen, så hullet bliver væsentlig mindre end
forventet. Man har samtidig fremstillet en ”ventil”, der delvist lukker når trykket
går mod nålens prikkeretning.
Side 10 Side 19

Forudsætning
Konstruer emballagen til den højeste temperatur i distributionskæden,
hvor produkterne opholder sig længere end 1-2 timer.
Nedenstående data er målt i en kølereol, som skitseret til venstre.
Målepunkt: Temperatur Fugtighed
På grund af det tørre klima og ventilationen
vil produkterne hurtigt udtørre. Udstyret
bør ikke anvendes til varer, der ikke er emballerede.
Selvom indblæsningstemperaturen er lav,
så er varernes temperatur relativ høj.
Side 18
1 40-50 °C -
2 5-8 °C 40-60 %
3 10-15 °C 50-70 %
4 12-17 °C 50-60 %
5 10-15 °C 50-60 %
6 10-15 °C 40-55 %
7 10-15 °C 50-65 %
8 10-15 °C 45-60 %
9 10-15 °C 30-50 %
Billedet viser en opstilling med respirationskar og måleinstrument, der kan
måle ilt- og kuldioxidindhold i beholderen.
Måles iltkoncentrationen løbende indtil alt ilt er opbrugt, kan en kurve som
ovenstående skitseres.
Side 11

Temperaturens betydning for respirationshastigheden
Ovenstående kurve viser 120 g rucolasalats iltforbrug ved respiration i et
5-liters kar. Målingerne er foretaget ved henholdsvis 4 °C, 12 °C og 23 °C.
Kurverne viser, hvor stor en betydning temperaturen har for respirationen.
Befugtningsanlæg
Teknologisk Institut har på en varm sommerdag, hvor der udendørs var
25 °C, foretaget målinger omkring et befugtningsanlæg i et frugt og grøntområde.
Der blev målt:
Ovenpå frugt og grønt: 23 °C og 67 % relativ fugtighed
Ca. 5 m fra grøntafdelingen: 23 °C og 66 % relativ fugtighed
Ca. 25 m fra grøntafdelingen: 25 °C og 57 % relativ fugtighed
Noget tyder derfor på, at befugtningsanlægget virker over et meget stort
område i butikken, hvor det sænker temperaturen 2 °C og øger fugtigheden
ca. 10 %.
På uemballeret frugt og grønt vil vanddråber gøre nærmiljøet tæt på produkterne
helt fugtigt, og fordampningsvarmen vil sænke temperaturen direkte
på produktet. Dette er ikke målt.
Sælges frugt og grønt i perforerede emballager i dette våde miljø, vil de perforerede
huller lukke, hvilket medfører iltmangel i emballagen.
Kølereoler
Side 12 Side 17

Detailbutikkerne
Detailbutikkerne har lagre i bagbutikken. Nogle af disse lagre er ved stuetemperatur,
mens andre har kølerum på 2-10 °C.
Det er dog inde i salgsarealet, hvor produktet ikke opbevares på køl, at situationen
bliver kritisk og mange varer bliver kasseret. Temperaturen i butikkerne
varierer mellem 15 og 25 °C.
Almindelig butikspræsentation
Side 16
Når iltkoncentrationen måles indtil alt ilt er opbrugt, kan man beregne sig til
produktets respirationshastighed og sætte den i relation til iltindholdet i luften
omkring produktet.
Som det også ses her, er det vigtigt at tage hensyn til temperaturer, når man
skal designe sin emballage. Derfor skal forsøgsglas og senere prøvepakningerne
opbevares ved den rigtige temperatur under forsøgene. Den rigtige
temperatur er den højeste temperatur, som produktet opbevares ved i længere
tid under distributionen.
Side 13

Udstyr til måling af iltkoncentration i emballage
På markedet findes forskellige måleinstrumenter, der kan bruges til at måle ilt-
og kuldioxidindholdet i emballager. Prøverne udtages med en lille nål gennem
et septum, der sikrer, at hullet lukkes efter prøveudtagningen. Prisen ligger
mellem 10.000 og 100.000 kr.
Distributionstemperaturen
Teknologisk Institut har foretaget målinger af temperaturforløb for frugt
og grønt, der distribueres via almindelige grossister. Meget frugt og grønt
distribueres over ferskvareterminaler og da målingerne blev foretaget var
transporten ofte med almindelige lastbiler med presenning.
Almindelig lastbil fra avler over grossist til butik
Det ses af ovenstående grafer, at der under transporten er kortvarige temperaturstigninger,
som der skal tages højde for. Der skal dog der ikke korrigeres
med fuld effekt, fordi det jo tager nogen tid, før produktet ændrer temperatur
og respirationen forøges så meget, at situationen bliver kritisk.
Ferskvareterminal
Her er temperaturkæden altid i området 2-4 °C.
Side 14 Side 15