Vejledning i pakning af frugt og grønt - Friskpak

friskpak.dk

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