Technologie przechowywania

Dobrze dobrana technologia przechowywania pomaga utrzymać odpowiednią jakość owoców i warzyw, zapobiega również rozwojowi patogenów. Podstawowym celem przechowywania jest spowolnienie procesu starzenia spowodowanego przez oddychanie i utratę wilgoci przez jak najdłuższy czas po zbiorach. Dzięki opóźnieniu związanych z tym procesów fizjologicznych wydłużone zostają trwałość i atrakcyjność konsumpcyjna owoców i warzyw. Wydłużenie okresu przydatności do spożycia ma także bezpośredni wpływ na opłacalność produkcji ogrodniczej.

Obecnie najczęściej wykorzystywane są następujące technologie przechowywania owoców i warzyw:

• zwykłe komory chłodnicze (NA);
• komory z kontrolowaną atmosferą (KA);
• system ULO (z ang. Ultra low oxygen) – komory z kontrolowaną atmosferą i obniżoną zawartością tlenu.

ZWYKŁE KOMORY CHŁODNICZE

W technologii tej temperatura jest najważniejszym czynnikiem środowiskowym, ponieważ ma ona największy wpływ na szybkość procesów biochemicznych zachodzących w przechowywanych owocach i warzywach. Obniżenie temperatury o 10K może zmniejszyć intensywność oddychania nawet 2–3-krotnie. Skład powietrza w takiejkomorze chłodniczej wynosi: 21%
O₂, 78% N₂ i praktycznie 0% CO₂ (tabela).

SYSTEMATYKA

System ten zaczęto wykorzystywać ponad 80 lat temu w Wielkiej Brytanii i Stanach Zjednoczonych do przechowywania jabłek i gruszek. W latach 30. ub.w. przeprowadzono pierwsze badania nad wykorzystaniem tej metody w Polsce, głównie w przechowalnictwie warzyw. W początkowym okresie jej wdrażania skład gazowy atmosfery uzyskiwano przez wykorzystanie naturalnego procesu oddychania składowanych owoców lub czystego azotu, a w latach 60. ub.w. zastosowano absorbery tlenu pochłaniające szybko jego nadmiar znajdujący się w komorze gazoszczelnej po jej zamknięciu. Nowy etap w rozwoju KA rozpoczął się po wdrożeniu generatorów kontrolowanej atmosfery. Do szybkiego obniżenia stężenia tlenu w komorze gazoszczelnej zaczęto wykorzystywać separatory membranowe oraz działające na zasadzie separacji gazów na sitach molekularnych. W wypadku tego typu komór technologia przewiduje obniżenie temperatury, obniżenie zawartości O₂ i zwiększenie CO₂ w atmosferze. Stosowane są dwie metody wytwarzania atmosfery:  samoczynna, przez wietrzenie za pomocą powietrza atmosferycznego (długotrwała i rzadko stosowana) oraz z wykorzystaniem urządzeń do obniżania zawartości CO₂.

SYSTEM ULO

W latach późniejszych prowadzono intensywne badania nad wykorzystaniem ultraniskiej koncentracji tlenu (ULO) w przechowalnictwie różnych gatunków owoców i warzyw. Zastosowanie kontrolowanej atmosfery o koncentracji zarówno O₂, jak i CO₂ poniżej 2% pozwoliło na uzyskanie lepszych wyników przechowywania, w porównaniu do standardowego składu atmosfery gazowej. Główną korzyścią wynikającą z wdrożenia tego systemu, w stosunku do technologii polegających tylko na obniżaniu temperatury produktów, jest wydłużenie okresu przechowywania przy zachowaniu wysokiej jakości handlowej produktów. Efekt ten osiąga się przez zmniejszenie tempa procesów biochemicznych i fizjologicznych prowadzących do dojrzewania i przejrzewania produktów oraz obniżenie poziomu czułości na działanie etylenu. Warunki systemu ULO nie sprzyjają rozwojowi patogenów. Należy bezwzględnie przestrzegać zasad dotyczących użytkowania tego typu obiektów, ponieważ bardzo niska zawartość O₂ oraz CO₂ stwarza niebezpieczeństwo dla życia obsługujących je ludzi (fot. 1).

WYMAGANIA TECHNICZNE

Technologie KA wymagają zastosowania gazoszczelnych komór chłodniczych, w których niekontrolowana wymiana gazów między wnętrzem komory a atmosferą zewnętrzną jest niemożliwa. Wszystkie elementy komory muszą przejść pozytywnie test gazoszczelności; oprócz ścian, sufitu i podłogi (fot. 2a) dotyczy to również framug drzwi i okien inspekcyjnych (fot. 2b) oraz przejść przez przegrody wszelkich elementów konstrukcyjnych komory, w tym rur, kabli, kształtowników, wieszaków, wymienników ciepła itp.

Wydajność zainstalowanych urządzeń chłodniczych powinna zapewnić osiągnięcie wymaganej temperatury we wnętrzu komory w ciągu 24 godzin. Komory powinny być wyposażone w zawory bezpieczeństwa pod- i nadciśnieniowe oraz worki kompensacyjne do kompensacji niewielkich zmian ciśnienia (fot. 3). Układ wentylacyjny musi być zaprojektowany w sposób uniemożliwiający dopływ świeżego powietrza z otoczenia (jest on dopuszczalny tylko w okresie początkowego chłodzenia). Względy energetyczne wymagają zastosowania wysokiej klasy izolacji cieplnej i parochronnej.

APARATURA POMIAROWA

Parametry przechowywania wymagają ciągłej kontroli i regulacji składu atmosfery, temperatury i wilgotności w komorach. Konieczne jest rygorystyczne przestrzeganie terminu kalibracji czujników i przyrządów pomiarowych. Ważna jest także poprawna lokalizacja czujników pomiarowych w komorach. Zaleca się następujące wyposażenie w tym zakresie:

• zawartość CO₂ mierzona za pomocą metody objętościowej lub pomiar stopnia absorpcji promieniowania podczerwonego przez CO₂, dokładność pomiaru ok. 5% wartości
  mierzonej;
• zawartość O₂ mierzona metodą paramagnetyczną lub elektrochemiczną, dokładność pomiaru 0,1%;
• temperatura mierzona przy pomocy rezystancyjnych czujników temperatury (np. Pt1000), wymagane są co najmniej  trzy czujniki temperatury: za oziębiaczem (powietrze nawiewane), przed oziębiaczem (powietrze zasysane), między przechowywanymi produktami (w środku komory ok. 1 m nad podłogą),dokładność pomiaru 0,1K;
• wilgotność względna mierzona przy pomocy metody higroskopowej bądź kondensacyjnej za pomocą czujników wilgotności, dokładność pomiaru ok. 3%.

Zaleca się również pomiar ilości wykroplonej wody na chłodnicach. Dokonuje się go przy pomocy automatycznych liczników ilości kondensatu lub zbiorników z poziomowskazami oraz stosowanie nawilżaczy powietrza.

REGULACJA ATMOSFERY

Urządzenia wykorzystywane do regulacji:

•  CO₂: płuczki węglowe (fot. 4),płuczki z sitem molekularnym, pochłaniacze mieszalnikowe, urządzenia membranowe;
• O₂: gazowy lub ciekły azot, konwertory katalityczne, generatory atmosfery,
• generatory azotu (fot. 5), absorbery tlenu; l etylenu: katalityczne dopalacze etylenu, absorbery etylenu.

Nowoczesne płuczki I stopniowe charakteryzują się krótkim czasem osiągania zadanych parametrów w zakresie do 1% stężenia CO₂ i O₂, dużą trwałością złoża węgla aktywnego, są sterowane mikroprocesorami i posiadają zdolność do autodiagnostyki. Nowa generacja II stopniowych płuczek CO₂, oparta na technologii ILOS-Plus, umożliwia pracę w ekstremalnie niskich wartościach CO₂ i O₂ (osiągane są stężenia w zakresie 0,4% CO₂ i O₂). Współczesne generatory azotu przeznaczone są do produkcji azotu o dużej czystości (98%).Charakteryzują się one wysoką sprawnością generacji azotu przy niewielkim poborze energii elektrycznej. Katalityczne dopalacze etylenu (pracujące w temperaturze ok. 240 °C), oprócz podstawowej funkcji polegającej na destrukcji etylenu, pomagają usuwać zagrożenia mikrobiologiczne. W powietrzu, które przez nie przepływa, niszczone są zarodniki grzybów chorobotwórczych i inne nieodporne na tak wysoką temperaturę patogeny.

INNOWACYJNIE

W wyniku dużego zapotrzebowania rynku na wydłużanie okresu przechowywania produktów z zachowaniem ich wysokiej jakości, w ostatnich latach pojawiło się szereg nowoczesnych technologii przechowalniczych. Do najbardziej rozpowszechnionych należy technologia Dynamicznie Kontrolowanej Atmosfery (DKA, z ang. Dynamic Controlled Atmosphere). Jest to technologia niskotlenowa polegająca na wytworzeniu w obiekcie warunków atmosfery o stężeniu tlenu poniżej 1%. Na podstawie wyniku pomiaru fluorescencji chlorofilu określane jest dynamicznie minimalne bezpieczne stężenie tlenu, czyli takie, które podczas przechowywania pozwala na zachowanie i utrzymanie jakości na wysokim poziomie oraz na ograniczenie występowania uszkodzeń zewnętrznych i wewnętrznych produktów . Do niskotlenowych systemów przechowywania należy także system ILOS-Plus. Głównym parametrem wskazującym na jakość przechowywanych produktów jest stężenie etanolu w miąższu przechowywanych owoców. Dynamic Control System (DCS) jest kolejnym przykładem innowacji w przechowalnictwie. W systemie tym stężenie etanolu jest badane na podstawie próbki atmosfery przechowalniczej, pobranej ze specjalnego pojemnika (fot. 6). Kolejnymi innowacyjnymi technologiami są systemy Advanced Control of Respiration (ACR) oraz Dynamic Fruit Respiration (DFR). Umożliwiają one kontrolowanie warunków, w jakich przechowywane są owoce, na podstawie współczynnika oddechowego – RQ. Współczynnik ten jest stosunkiem tempa produkcji CO₂ do tempa zużytego w procesie oddychania O₂.

CHEMIA W PRZECHOWALNICTWIE

Oprócz niskotlenowych metod przechowywania warzyw i owoców, w przechowalnictwie wykorzystuje się preparaty chemiczne bazujące na 1-metylocyklopropenie (MCP). Cząsteczki tego związku przyłączają się do receptorów etylenu w membranach komórkowych, hamując w ten sposób jego syntezę. Metoda przechowywania polega na wstępnym schłodzeniu owoców i zrealizowaniu odpowiedniej procedury zastosowania preparatu w szczelnej komorze przechowalniczej. Preparat umieszczony jest przez generator w komorze. Po zakończonym cyklu generator usuwany jest z pomieszczenia, a produkty mogą być przechowywane zarówno w normalnej, jak i kontrolowanej atmosferze. Metoda ta zapewnia maksymalne efekty tylko w wypadku przestrzegania zaleceń dotyczących terminu zbioru, schładzania i pozostałych operacji pozbiorczych.

OPAKOWANIA

Od wielu lat prowadzone są prace badawcze nad wykorzystaniem opakowań modyfikujących skład gazowy atmosfery i pozwalających na przedłużenie okresu przechowywania owoców i warzyw z zachowaniem ich jakości. Pakowanie w atmosferze modyfikowanej, czyli technologa MAP, zyskuje na popularności i jest coraz powszechniej stosowana w praktyce. W technologii tej wyróżnić można pasywną i aktywną modyfikację atmosfery. Z pasywną mamy do czynienia wtedy, gdy pożądany skład atmosfery uzyskuje się na skutek oddychania produktu i dyfuzji gazów przez folie o odpowiednio dobranej selektywnej przepuszczalności. Folie wykonywane są m.in. z polietylenu o niskiej lub ultraniskiej gęstości, polichlorku winylu (fot. 7), octanu etylenowinylu, orientowanego polipropylenu lub poliuretanu. Aktywna forma modyfikacji natomiast polega na zastąpieniu normalnej atmosfery w opakowaniu odpowiednią mieszaniną gazów już w trakcie pakowania. Poza terminem MAP w technologii opakowań ze zmodyfikowaną atmosferą używa się określeń precyzujących właściwości danego opakowania.

Można tu wymienić następujące typy opakowań:

• EMA (Equilibrium Modified Atmosphere) – opakowanie z atmosferą zrównoważoną, ustalającą się w czasie przechowywania produktu, wykonane z folii o selektywnej przepuszczalności dla gazów;
• MIP (Modified Interactive Packaging) – opakowanie interaktywne, wykonane z folii poliuretanowej, o optymalnej przepuszczalności dla O₂ i CO₂ oraz umożliwiającej migrację pary wodnej na zewnątrz i nie dopuszczającej do jej kondensacji wewnątrz opakowania;
• APS (Active Packaging System) – opakowanie aktywne, w którym pożądany skład gazowy atmosfery uzyskuje i utrzymuje się dzięki różnym dodatkom do opakowania. Stosuje się w tym celu następujące dodatki do opakowań lub materiału opakowaniowego: substancje pochłaniające O₂, substancje wytwarzające lub pochłaniające CO₂, substancje absorbujące etylen, regulatory wilgotności, absorbenty zapachów, inhibitory rozwoju mikroorganizmów patogenicznych.
• IPA (Intelligent Packaging Application) – opakowanie „inteligentne”, zawierające wskaźniki przydatności produktu do spożycia. Wskaźniki te mogą reagować na obecność w atmosferze opakowania par etanolu powstającego w wyniku psucia się produktu lub na obecność mikroorganizmów chorobotwórczych.

Autorzy:
Mgr inż. Leszek Bednarczyk
Mgr inż. Dorota Niedojadło
Mgr inż. Bogdan Szczepański