Vejledning: Pakning af frisk frugt og grønt (967 KB) - Friskpak

VEJLEDNING
Pakning af frisk frugt og grønt
Teknologisk Institut
Emballage og Transport
2008

Indholdsfortegnelse
Indledning ..................................................................................... 3
Brug af emballage ........................................................................ 3
Optimal opbevaring af frugt og grønt ........................................ 4
Respiration og modningsproces .................................................. 5
Emballagesystemet ....................................................................... 6
Måling af respirationshastighed ................................................. 9
Temperaturens betydning for respirationshastigheden .......... 11
Udstyr til måling af iltkoncentration i emballage .................... 13
Distributionstemperaturen ........................................................ 14
Perforeringsteknologi ................................................................ 18
Konstruktion af emballage ........................................................ 21
Matematisk modellering ............................................................ 24
Pakkeforsøg ................................................................................ 25
Litteraturliste ............................................................................. 26
2

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.
3

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
i o C
% relativ fugt
4
%
O2
%
CO2
Udskiller
Ethylen
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
Følsomt

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
5
O2 CO2
Ethylen

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.
20%
O2
CO2
O2
Figuren vise ilt- og kuldioxidkoncentrationerne i en emballage pakket med
frugt eller grønt
6
CO2
CO2
O2
Tid

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.
O2
CO2
O2
CO2
O2
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.
7
CO2

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 carbondioxid komme ud af emballagen.
Størrelsen af hullerne skal tilpasses produktet, emballagefilmen og ikke
mindst distributionstemperaturen.
8

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.
O2
CO2
O2
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
9
CO2
O2

Billedet viser en opstilling med respirationskar og måleinstrument, der kan
måle ilt- og kuldioxidindhold i beholderen.
O2
21 %
Måles iltkoncentrationen løbende indtil alt ilt er opbrugt, kan en kurve som
ovenstående skitseres.
10
tid

Temperaturens betydning for respirationshastigheden
Iltkoncentration (%)
25
20
15
10
5
0
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
Tid (dage)
Ovenstående kurve viser 120 g rucolasalats iltforbrug ved respiration i et 5
L kar. Målingerne er foretaget ved henholdsvis 4 °C, 12 °C og 23 °C.
Kurverne viser, hvor stor en betydning temperaturen har for respirationen.
11
23°C
12°C
4°C

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.
ml/time
Som det også ses her, er det vigtigt at tage hensyn til temperaturer, når
man skal designe sin emballage. Derfor skal forsøgsglas/respirationsglas
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.
12
23 0 C
12 0 C
4 0 C
21 %
O2

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 sikre at hullet lukkes efter prøveudtgningen. Prisen
ligger mellem 10.000 og 100.000 kr.
13

Distributionstemperaturen
Teknologisk Institut har foretaget målinger af temperaturforløb for frugt
og grønt, der distribueres via almindelige grossister. Meget frugt og grønt
bliver distribueret over ferskvareterminaler og da målingerne blev
foretaget var transporten ofte med almindelige lastbiler med presenning.
Almindelig lastbil fra avler over grossist til butik
20
15
10
5
0
16-03-
1999
09:36
20
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
26-05-
1999
09:36
16-03-
1999
14:24
26-05-
1999
14:24
16-03-
1999
19:12
Det ses af ovenstående grafer, at der under transporten er kortvarige
temperaturstigninger, som der skal tages højde for. Der skal dog 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
17-03-
1999
00:00
Målt temp Ude temp
26-05-
1999
19:12
27-05-
1999
00:00
27-05-
1999
04:48
Målt temp Ude temp
17-03-
1999
04:48
27-05-
1999
09:36
17-03-
1999
09:36
27-05-
1999
14:24
Her er temperaturkæden altid i området 2-4 °C.
14
25
20
15
10
25
20
15
10
5
5
0
11-05-
1999
04:48
11-05-
1999
09:36
11-05-
1999
14:24
11-05-
1999
19:12
12-05-
1999
00:00
Målt temp Ude temp
0
0 5 10 15 20 25 30
Måling nr.
12-05-
1999
04:48
16.3.99+ 11.5.99+ 26.3.99+
12-05-
1999
09:36
12-05-
1999
14:24

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 butiks præsentation
15

Befugtningsanlæg
Teknologisk Institut har på en varm sommerdag, hvor temperaturen
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.
Køleroler
16

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
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 %
På grund af det tørre klima og ventilationen vil
produkterne hurtigt udtørre. Udstyret bør
derfor ikke anvendes til varer, der ikke er
emballerede.
Selvom indblæsningstemperaturen er lav, er
varernes temperatur relativ høj.
17

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.
18

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, etablere
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.
19

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. 10µm 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 af perforerede film om skriftlige specifikationer,
for mange film er solgt for noget andet end det, de faktisk er.
20

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
RRO2 = (CO2,start - CO2,slut)/(Δtid * V) [ml/kg*time]
Sammenhæng mellem iltpermeabilitet og respiration:
PO2 = (RRO2 *V)/(O * (0,21 - GO2)) [ml/m2*time]
21

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 optimale antal huller ved en kendt respirationshastighed:
Ønsket ilttransmission emballage = permeabilitet film + ilttransmission hul
Ønsket ilttransmission emballage = (RRO2 *V)/(O * (0,21 - GO2))
Ilttransmission hul = (di * Ahul/(к * d + t ) * 3600 * 24 * Antal huller)
Permeabilitet film = PO2,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.
22

Konstruktionsforudsætninger
Distributionstemperatur, max T °C
Optimalt iltniveau, middelværdi GO2 % divideret med 100
Respirationshastighed (ved T og GO2) RRO2 ml/kg*time
Produktvægt V kg
Iltpermeabilitet (ved aktuel temperatur) PO2 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 ltkoncentrationsmålinger 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)
23

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.
24

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 fremstillet, 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.
25

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.
26

Spørgsmål og rådgivning
Teknologisk Institut
Emballage og Transport
et@teknologisk.dk
72 20 31 50
27