مقاله کاربردهای سیستم‌های بسته‌بندی فعال و هوشمند برای گوشت و محصولات ماهیچه‌ای

بخشی از مقاله

چکیده

در سال های اخیر علاقه به استفاده از سیستم های بسته بندی فعال و هوشمند برای گوشت و محصولات گوشتی افزایش یافته است. بسته بندی فعال، به اختلاط مواد افزودنی در سیستم بسته بندی با هدف حفظ و افزایش کیفیت و ماندگاری محصول گوشتی اشاره دارد. سیستم های بسته بندی هوشمند انواعی هستند که وضعیت غذاهای بسته بندی شده را با دادن اطلاعاتی در مورد کیفیت موادغذایی بسته بندی شده در طول حمل و نقل و ذخیره سازی نشان می دهند در صورتی که بسته بندی فعال با اعمال عملکردی بر روی محصول بسته بندی شده از تغییر ویژگی های آن جلوگیری میکند.

سیستم های بسته بندی فعال مورد بحث عبارتند از جاذب های اکسیژن، جذب و ساطع کننده های دیاکسیدکربن، عوامل کنترل رطوبت و تکنولوژی بسته بندی ضدمیکروبی می باشد. در این تحقیق تکنیک های حسگرها، شناساگرها - شامل شاخص های یکپارچگی، تازگی و زمان- دما - - TTI - برای استفاده بالقوه در گوشت و محصولات گوشت ارزیابی شده است. همچنین آلودگی میکروبی ماندگاری مواد غذایی را کاهش و خطر ابتلا به بیماری های ناشی از موادغذایی را افزایش میدهد.

مقدمه

با توجه به افزایش سختگیری درباره مسائل بهداشتی و ایمنی مربوط به محصولات گوشتی تازه و فرآوری شده همراه با تقاضای روزافزون فروشندگان برای افزایش ماندگاری محصول و نیاز به برآورده شدن انتظارات مصرف کننده در رابطه با راحتی و کیفیت در کنار مقرون به صرفه بودن آن - افزایش محصول، استفاده آسان و حداقل آماده سازی محصول، ارائه اطلاعات مربوط به محصول و تأثیر بسته بندی بر محیط زیست - ، صنعت بسته بندی مواد غذایی به سرعت برای برآورده کردن انتظارات بهداشتی توسعه یافته است.

در واقع، این توسعه به قدری سریع بوده که شرکت های غذایی و به ویژه فرآوری کنندههای گوشت، برای رسیدن به این هدف در تلاش هستند. با این حال، علیرغم پیشرفتهای عمده در مواد و سیستمهای بستهبندی، هنوز هم اصول اساسی بستهبندی محصولات گوشتی بدون تغییر باقی مانده است. بستهبندی گوشت تازه برای جلوگیری از آلودگی، به تأخیر انداختن فساد، فراهم کردن شرایط لازم برای برخی از فعالیت های آنزیمی برای بهبود تردی، کاهش افت وزنی و در صورت لزوم تأمین رنگ اکسی میوگلوبین یا رنگ قرمز گیلاسی در گوشت های قرمز رنگ انجام می شود.

در محصولات گوشتی فرآوری شده، عواملی مانند دهیدراسیون، اکسیداسیون لیپیدها، تغییر رنگ و از دست دادن عطر باید در نظر گرفته شود. در حال حاضر دو روش بستهبندی برای محصولات گوشتی وجود دارد که میتواند به دو دسته تقسیم شود: تکنولوژی بستهبندی فعال و تکنولوژی بستهبندی هوشمند. بسته بندی فعال اشاره به ادغام برخی از مواد افزودنی در سیستمهای بستهبندی با هدف حفظ و یا افزایش کیفیت و عمر محصول دارد.

بستهبندی هوشمند نیز بعنوان سیستمهای بستهبندی که اطلاعاتی در مورد کیفیت غذای بستهبندی شده در طول حمل و نقل و ذخیره سازی را ارائه میدهد، تعریف شده است. هدف از این مقاله بررسی سیستمهای بستهبندی فعال و هوشمندی است که برای گوشت و محصول گوشتی استفاده شده یا میشود و ارزیابی سیستمهای جدید و در حال توسعه ای که ممکن است برای استفاده تجاری با سیستمهای بستهبندی گوشت در آینده مناسب باشد Ahvenainen - ، 2003؛ Hutton، . - 2003

بستهبندی فعال غذاهای ماهیچهای

بسته بندی که برای غذاهای ماهیچهای استفاده می شود، باید مقبولیت ظاهری، بو و عطر و طعم را حفظ کرده و فساد میکروبی به تأخیر بیاندازد. انواع سیستم ها و تکنیکهای بستهبندی موجود برای غذاهای ماهیچهای، به طور خاص گوشت و محصولات گوشتی تازه و پخته شده، در دسترس است. به عنوان مثال، گوشت قرمز تازه به سادگی می تواند در سینی قرار گرفته و با فیلم نفوذپذیر به اکسیژن پیچیده شده و یا در یک محیط حاوی سطح بالایی از گاز اکسیژن و دیاکسیدکربن قرار داده شود.

این نوع بسته بندی اتمسفر اصلاح شده1 نامیده میشوند، که با بسته بندی با اتمسفر کنترل شده2 متفاوت است، که در آن، اتمسفر ثابت در طول زمان ذخیرهسازی حفظ میشود. اتمسفر در یک بسته MAP در طول ذخیرهسازی به دلیل واکنش بین اجزای اتمسفر و محصول و یا به دلیل انتقال گازهای داخل یا خارج بسته از طریق فیلم بسته بندی ممکن است تغییر یابد.

به طور معمول گوشت قرمز تازه در اتمسفر اصلاح شده ذخیره می شود که حاوی 80 درصد اکسیژن : 20 درصد دیاکسید کربن است و گوشت پخته شده در 70 درصد 30 : N2 درصد CO2 ذخیره می شود. وظیفه دیاکسیدکربن در MAP مهار رشد باکتریهای عامل فساد است. نیتروژن در MAP هم به عنوان یک گاز بی اثر پرکننده و یا به منظور کاهش نسبت گازهای دیگر و یا حفظ شکل بسته استفاده می شود.

وظیفه اصلی اکسیژن حفظ رنگدانه ماهیچه میوگلوبین در شکل اکسیژنه آن یعنی اکسی میوگلوبین می باشد. غلظت بالای اکسیژن در داخل MAP اکسیداسیون چربیهای ماهیچهای را طول زمان با تأثیر سوء بر روی رنگ گوشت تازه افزایش می دهد. اکسیداسیون لیپید یک فرآیند مهم با تخریب کیفیت غذاهای ماهیچهای است که باعث تولید انواع محصولات تجزیه ای ایجادکننده بو و طعم نامطلوب میشود.

در محصولات گوشتی پخته شده، برای مثال ژامبون پخته شده، درصد باقی مانده اکسیژن، نسبت محصول به حجم سرفضا3، نرخ انتقال اکسیژن از مواد بسته بندی، دمای نگهداری، شدت نور و ترکیب محصول عوامل مهم مؤثر در ثبات رنگ و در نهایت مقبولیت مصرفکننده می باشند. نیتروزیل میوگلوبین تشکیل شده از واکنش بین میوگلوبین و نیتریت، پس از پخت به نیتروزیل میوکروم4 دناتوره میشود که رنگ صورتی مشخصی به ژامبون پخته شده می بخشد.

قرار گرفتن در معرض نور در ترکیب با اکسیژن اهمیت حیاتی برای ثبات رنگ ژامبون پخته شده حتی در سطوح پایین اکسیژن دارد که میتواند باعث اکسیداسیون نیتروزیل میوکروم به متمیوگلوبین دناتوره شود که کبودی نامطلوب در سطح گوشت ایجاد می کند Smiddy - و همکاران،. - 2002 جاذبهای اکسیژن مورد استفاده در ترکیب با مخلوط گاز دیاکسیدکربن-نیتروژن ماندگاری رنگ گوشت تازه را افزایش می دهد. جاذبهای اکسیژن نمونههایی از ترکیبات بسته بندی فعال هستند که استفاده از جاذب اکسیژن باقی مانده اکسیژن را پس از بسته بندی کردن جذب میکند که تغییرات کیفی مواد غذایی حساس به اکسیژن را به حداقل میرساند.

تکنولوژیهای جاذب اکسیژن موجود از یک یا چند مفهوم زیر استفاده میکند: اکسیداسیون پودر آهن، اکسیداسیون اسید آسکوربیک، اکسیداسیون رنگ حساس به نور، اکسیداسیون آنزیمی - مانند گلوکز اکسیداز و الکل اکسیداز - ، اسیدهای چرب غیر اشباع - مانند اسید اولئیک و یا لینولنیک - عصاره برنج و یا مخمربی حرکت در بستر جامد - Ozdemir و Floros ، 2004؛ Tewari و همکاران، . - 2001 جاذب و ساطعکنندههای دیاکسیدکربن نوع دیگری از بسته بندی فعال هستند.

وظیفه دی اکسید کربن در محیطهای بستهبندی سرکوب رشد میکروبی است. بنابراین، سیستم تولید دیاکسیدکربن را میتوان به عنوان یک روش مکمل برای اکسیژن به حساب آورد. از آنجا که در بسیاری از فیلمهای پلاستیکی نفوذپذیری دی اکسید کربن 5-3 برابر بیشتر از اکسیژن است، باید به طور مداوم برای حفظ غلظت مورد نظر در درون بسته تولید شود. میزان دی اکسید کربن بالا - 80-10 - برای غذاهایی مانند گوشت و مرغ به منظور مهار رشد میکروبی در سطح و افزایش ماندگاری مطلوب است. حذف اکسیژن از بستهبندی، یک خلاء جزئی ایجاد میکند که ممکن است باعث متلاشی شدن بستههای انعطافپذیر شود.

همچنین، هنگامی که یک بسته با مخلوطی از گازها از جمله دیاکسیدکربن پر میشود، دی اکسید کربن حل شده در محصول خلاء نسبی ایجاد می کند. در چنین مواردی، به طور همزمان انتشار دی اکسید کربن از کیسه های قرار داده شده که اکسیژن را مصرف می کند، مطلوب است. این گونه سیستمها بر پایه کربنات آهن و یا مخلوطی از اسید آسکوربیک و بیکربنات سدیم می باشد.

جاذبهای دی اکسید کربن - ساچت ها - ، شامل هیدروکسید کلسیم و هیدروکسید سدیم و یا هیدروکسید پتاسیم، اکسید کلسیم و ژل سیلیکا هستند، که ممکن است برای حذف دی اکسید کربن در طول انبارداری به منظور جلوگیری از ترکیدن بسته مورد استفاده قرار گیرد Lo¨venklev - و همکاران، . - 2004 از جمله انواع بستهبندی فعال میتوان به بستهبندی ضدمیکروبی اشاره کرد. آلودگی میکروبی و رشد پس از آن، از عمر مفید مواد غذایی کاسته و باعث افزایش خطر بیماریهای انتقالی از طریق غذا می شود.

روشهای سنتی حفظ مواد غذایی از اثر رشد میکروبی عبارتند از: فرآوری حرارتی، خشک کردن، انجماد، سردخانه گذاری، تابش، MAP و افزودن عوامل ضد میکروبی و یا نمک. با این حال، تنها برخی از این تکنیکها میتواند برای محصولات غذایی مانند گوشت تازه استفاده شود. بسته بندی ضدمیکروبی شکل امیدوارکننده از بسته بندیهای فعال به خصوص برای محصولات گوشتی میباشد.

از آنجا که آلودگی میکروبی محصولات گوشت در درجه اول به علت تماس با دست پس از فرآوری در سطح رخ میدهد، تلاش برای بهبود ایمنی و به تأخیر انداختن فساد با استفاده از اسپری و یا غوطه وری مواد ضد باکتری صورت گرفته است. مواد بستهبندی ضد میکروبی مواد غذایی باید فاز تأخیر رشد میکروارگانیسمها را به منظور افزایش ماندگاری و حفظ کیفیت و ایمنی محصول گسترش دهند.

برای ارائه فعالیت ضدمیکروبی، عوامل ضدمیکروبی ممکن است بر روی بسته بندی پوشش داده شده، گنجانیده شده ، ثابت شده و یا سطح مواد با آنها اصلاح شود . اختلاط مستقیم افزودنیهای ضدمیکروبی در فیلمهای بسته بندی، یک وسیله مناسب برای دستیابی به فعالیت ضدمیکروبی است. برخی از دانشمندان به دنبال مهار باکتریهای عامل فساد سطح در گوشت فرآوری شده به دنبال استفاده از فیلمهای ضدمیکروبی آماده شده با مواد دارای پتانسیل ضدمیکروبی از جمله کیتوزان، عصاره گریپ فروت و مواد طبیعی دیگر بودهاند - Quintavalla و Vicini ، . - 2002

بستهبندی هوشمند

شاید رایجترین تعریف موجود برای بسته بندی هوشمند در اروپا ارائه شده است، "بررسی ایمنی، اثربخشی، تأثیر اقتصادی، زیست محیطی و پذیرش مصرف کننده از بسته بندی فعال و هوشمند بعنوان سیستم هایی که بر وضعیت غذاهای بسته بندی شده برای دادن اطلاعات در مورد کیفیت غذای بسته بندی شده در طول حمل و نقل و نگهداری نظارت می کند".

بسیاری از مفاهیم بسته بندی هوشمند شامل استفاده از سنسورها و شاخص ها است. سنسور به عنوان یک وسیله مورد استفاده برای شناسایی، مکان سنجی یا کمیت انرژی یا ماده تعریف می شود، که سیگنالی برای تشخیص یا اندازهگیری یک خاصیت فیزیکی یا شیمیایی میفرستد که دستگاه به آنها پاسخ می دهد. برای واجد شرایط بودن به عنوان یک سنسور، یک دستگاه باید قادر به ارائه خروجی مداوم از یک سیگنال باشد.

اغلب سنسورها شامل دو واحد عملکردی پایه: گیرنده و مبدل هستند. در گیرنده، اطلاعات فیزیکی یا شیمیایی به شکلی از انرژی تغییر می یابد، که ممکن است توسط مبدل اندازه گیری شود. مبدل دستگاهی است که قادر به تبدیل انرژی حامل اطلاعات فیزیکی یا شیمیایی به یک سیگنال تحلیلی مفید در مورد نمونه می باشد. جایگزینی چنین اندازهگیریهای کیفی وقتگیر و گرانقیمت با انواع سریع، قابل اعتماد و ارزان باعث تلاشهای بیشتری برای شناسایی و اندازهگیری شاخصهای شیمیایی یا فیزیکی کیفیت غذا شده است. یکی از راههای انجام این کار تولید بسته بندی هوشمند در ترکیب با فنآوری حسگر گازی است.

پیشرفتهای اخیر در تکنولوژی سنسور فاصله بین پایداری تجاری نظری و عملی را تنگتر کرده و اگر چه استفاده عملی از سنسورها در صنعت گوشت بسیار محدود باقی مانده است، گامهای عملی قابل توجهی به سمت استفاده گستردهتر برداشته شده است. هزینههای بالای توسعه و تولید، مشخصات دقیق صنعت، ملاحظات ایمنی و تقاضاینسبتاً محدود - در مقایسه با بخش پزشکی - صنعت و مصرفکنندگان، موانع اصلی برای استفاده تجاری این تکنولوژی هستند.

سنسورهای گاز، دستگاههایی هستند که به صورت برگشتپذیر وکمّی به حضور آنالیت گازی با تغییر پارامترهای فیزیکی سنسور پاسخ داده و توسط دستگاههای خارجی نشان داده میشوند. در حال حاضر سیستم در دسترس برای تشخیص گاز عبارتند از: حسگرهای آمپرومتری اکسیژن، سنسورهای پتانسیومتری دی اکسید کربن، ترانزیستورهای اثر میدانی اکسید فلزی نیمه هادی، پلیمرهای هادی آلی و سنسورهای پیزو الکتریک کریستالی. سیستمهای مرسوم برای سنسورهای اکسیژن بر اساس روش الکتروشیمیایی دارای محدودیت هایی هستند.

این فاکتورها شامل عواملی مانند مصرف آنالیت - اکسیژن - ، حساسیت متقابل به دیاکسیدکربن و سولفید هیدروژن و رسوب غشای سنسور است. چنین سیستمهایی نیز باعث تجزیه مخرب بسته ها می شوند. در سالهای اخیر، تعدادی از ابزار و مواد برای سنجش اکسیژن نوری معرفی شدهاند. چنین سنسورهاییمعمولاً از مواد جامد تشکیل شدهاند که بر اساس خاموش کردن لومینسانس یا تغییرات جذب ناشی از تماس مستقیم با آنالیت عمل میکنند.

این سیستمها یک روش غیر تهاجمی برای تجزیه گاز از طریق مواد شفاف ایجاد میکنند و به این دلیل، به طور بالقوه برای کاربردهای بسته بندی هوشمند مناسب هستند. سنسور جامد بی اثر است و آنالیت را تجزیه نکرده یا تحت تأثیر دیگر واکنشهای شیمیایی قرار نمی گیرد. سنسورهای نوری - شیمیایی1 پتانسیل افزایش کیفیت سیستمهای کنترل را از طریق تشخیص تخریب محصول و یا آلودگی میکروبی توسط سنجش آنالیتهای گازی مانند سولفید هیدروژن، دیاکسیدکربن و آمین دارند.