Download - Biotech , Map for Food
Innovative Plastics Technology
ฟลมควบคุมการผานของกาซสําหรับบรรจุภัณฑผลิตผลสด
โดย ดร . อศิรา เฟองฟูชาติNational Metal and Materials Technology Center
(MTEC)
งาน InterPlas Thailand 2005 ณ ไบเทค บางนา
3 มิถุนายน 2548เวลา 11.15-12.00 น .
OUTLINE• ความสําคัญ• ความตองการของผลิตผลสด: สรีรวิทยา• เทคโนโลยีบรรจุภัณฑในการเก็บรักษาผลิตผลสด• บรรจุภัณฑแบบบรรยากาศดัดแปลงแบบสมดุล
(EMA package)• ฟลมที่ควบคุมการผานของกาซสําหรับบรรจุภัณฑผลิตผลสด• งานวิจัยของกลุม ACTIVE PACKAGING: การใชงานกับ
ผลิตผลของไทย “Fresh Film”: Fresh Preserving Film for Tropical Produces
ความสําคัญ
Thailand มูลคาการผลิตโดยรวม มูลคาการสงออกผักสด 27,527 2,378ผลไมสด 40,669 5,288ดอกไมสด - 774
----------- -------168,196 8,440 (5%)
มูลคามูลคาการผลิตโดยรวมและการผลิตโดยรวมและการสงออกการสงออก (ลานบาท)
Australia 171,000 25,965 (15%)
Source: กรมเศรษฐกิจการพาณิชยและสํานักงานเศรษฐกิจการเกษตร
40%ความเสียหาย
11,000 MBWHY ??WHY ??
สาเหตุของการสูญเสียของผลติผลสด
ขาดวทิยาการการจัดการหลังการเก็บเกี่ยวที่เหมาะสมขาดความรูดานเทคนคิการยืดอายุและรักษาคุณภาพ
(บรรจุภัณฑ+การขนสง)
Distribution- Cool chain
Packaging- EMA generation- Ethylene scavenging
ACTIVE PACKAGING:Innovative
Preservation Active PackagingActive Packaging
Scavenging concepts Releasing concepts Others
• EMA• Temperature Control• Microwave susceptor
• Oxygen• Ethylene• CO2• Moisture
• Anti-microbials• Moisture• CO2• Anti-Oxidants
ความตองการของผลติผลสดสรีรวิทยา
O2H2O
CO2
C2H4
Heat
C6H12O6 + 6O2 ----> 6CO2 + 6H2O + energy (heat)
ผักผลไมหลงัการเก็บเกีย่วยังคงหายใจและมีการเปลี่ยนแปลงทางชีววิทยา/สรีรวิทยาอยู
บรรจุภัณฑแอกทีฟ/ฉลาดตอบสนองการเปลี่ยนแปลงที่เกดิขึ้นจากผลติภัณฑและสภาวะแวดลอม
การเปลี่ยนแปลงทางชีวภาพของผลติผลหลังการเก็บเกี่ยว
การหายใจ:
น้ําตาล + ออกซิเจน ----> คาร�บอนไดออกไซด� + น้ํา + พลงังาน (ความร�อน)ส�งผลให�
•ความหวาน/คณุค�าทางโภชนาการของผักผลไม�ลดลง•เสยีน้าํจากการหายใจ•ความร�อนสงูขึ้น: เร�งการหายใจและการคายน้าํ•ผักผลไม�สกุหรอืแก�
6O26H2O
6CO2
HeatH2O (transpiration)
C6H12O6
ขอมูลเพิ่มเติม: “การจดัการหลังการเก็บเกี่ยวผักและผลไม”, โครงการเกษตรกูชาติ, มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร
การเปลี่ยนแปลงทางชีวภาพของผลติผลหลังการเก็บเกี่ยว
การคายน้าํ:
ระบายความร�อนจากการหายใจ และรกัษาสมดลุของความชืน้สมัพทัธ�ส�งผลให�
•ผักผลไม�เสยีน้าํและเหีย่ว
6O26H2O
6CO2
HeatH2O (transpiration)
C6H12O6
ขอมูลเพิ่มเติม: “การจดัการหลังการเก็บเกี่ยวผักและผลไม”, โครงการเกษตรกูชาติ, มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร
การเปลี่ยนแปลงทางชีวภาพของผลติผลหลังการเก็บเกี่ยว
การสกุ:
ก�าซเอทลินีซึง่เป�นฮอร�โมนพืช: ผลิตจากพืชเองหรอืจากภายนอก เช�น จากการเผาไหม� จากท�อไอเสยีรถยนต�หรอืโรงงานต�าง ๆส�งผลให�
•ผักผลไม�สกุหรอืแก�
C2H4
C2H4
ขอมูลเพิ่มเติม: “การจดัการหลังการเก็บเกี่ยวผักและผลไม”, โครงการเกษตรกูชาติ, มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร
ปจจัยภายนอกที่สงผลใหเกดิการเปลี่ยนแปลงเชิงสรีรวิทยา
•อณุหภูมิ•ความชื้นสมัพัทธ•องคประกอบกาซในบรรยากาศ•แสงและแรงโนมถวง•โรค เชื้อรา แมลง•สิ่งกระทบทางกายภาพ เชน การตัดแตง การทําความสะอาด การกระแทก
การชะลอการเปลี่ยนแปลงเชิงสรีรวิทยาของผลติผลสด
ลูกทอ
การจดัการหลังการเกบ็เกีย่วไม�เหมาะสม
ไม�มกีารควบคมุความชืน้ อุณหภมูแิละก�าซเอทลิีน
ไม�มกีารควบคมุก�าซเอทลินีและอณุหภมูิ
เกบ็ที่ 6 oC(เหมาะสมที่ 0 oC)
การจดัการหลังการเกบ็เกี่ยวทีเ่หมาะสม
ขอแนะนําในการจัดเก็บ/ขนสงผักผลไมเมืองรอน: http://www.ams.usda.gov/tmd/Tropical/text.html
เทคโนโลยีบรรจุภัณฑในการชวยยืดอายุผลิตผลสด
•บรรจุภัณฑแอกทีฟ•Modified Atmosphere Packaging/Equilibrium Modified Atmosphere Packaging
•Ethylene Scavenger•Anti-microbial•CO2emitter/O2 scavenger
•บรรจุภัณฑฉลาด•Temperature responsive Film (Landec/Australian company)•TTI และ indicator อื่น ๆ•RFID•IntellipacTM Ice Eliminating Case Liner (Apio)
HIGH GAS TRANSMISSION PACKAGECommercial microporous/ micro-perforated films:P-Plus รูพรุนระดับไมโครเมตร
เวลาการเก็บรักษา
CO2
O2
http://www.sumibe.co.jp/p-plus/
HIGH GAS PERMEATION PACKAGE
High permeable film: CryovacPE-based laminated film with m-PE (C6)OTR: 60 - 1,065 cc/100 in2.24 hrs.atm
สําหรับผักผลไมตัดแตง
FRESHNESS PRESERVING PACKAGE
• หนาที่: กําจัดกาซเอทิลีนซึ่งเปน plant hormone เพื่อยับยั้ง/ชะลอการสุก/แก
• ประเภท:- 1-MCP/cyclodextrin- ดางทับทิม (KMnO4)- Activated Carbon- Pd catalyst/Zeolite- Zeolite ??
Commercial concept:SmartFresh (1-MCP), Green Pack (KMnO4), Peakfresh (Zeolite)
บรรจุภัณฑบรรยากาศดดัแปลงแบบสมดลุ (EMA package)
EMA Packaging:องคประกอบของกาซภายในบรรจภุัณฑ ตางจากบรรยากาศปกติเนื่องจากสมดุล ระหวาง permeation ของบรรจุภณัฑและการหายใจของผกัผลไม จัดอยูระหวาง passive และ activepackaging
MAP:องคประกอบของกาซภายในบรรจภุัณฑตางจากบรรยากาศปกติโดยการฉีดกาซหรือใชสารดูดหรือปลอยกาซ
สําหรับผักผลไมอาจเรียก EMA Packaging
•เตมิก�าซเพือ่ให�เกดิ MA•ผกัผลไม�สร�าง MA เอง
การสรางบรรยากาศดดัแปลงแบบสมดุล
O2 = 21%CO2 = 0.03%
[CO2]i,s
[O2]i,s
Unsteady state
Steady state
CO2O2
O2 = 2 - 5%CO2 = 5 - 10%
CO2O2
Gas concentration = Gas concentration – Gas concentration inside package transmitted in/out uptake/release
package by respiration
Equilibrium Modified Atmosphere
!?!
การสรางบรรยากาศดดัแปลงแบบสมดุล
O2 = 2 - 5%CO2 = 5 - 10%
ผักผลไมสราง MA เอง =PASSIVE
เติมกาซเพื่อใหเกิด MA = ACTIVE
การสรางบรรยากาศดดัแปลงแบบสมดุลO2O2 O2CO2 O2 = 21%
CO2 = 0.03%O2 O2
CO2O2
O2
O2
O2
O2
O2O2
O2
O2
O2
O2
O2 O2
O2
O2
O2
O2O2
O2O2
O2
O2
O2
O2
O2
O2
O2
O2
[CO2]i,s
[O2]i,s
Unsteady state
O2
O2
O2O2
O2
O2
O2
O2
O2
CO2
CO2
CO2CO2
CO2CO2
CO2
CO2CO2
การสรางบรรยากาศดดัแปลงแบบสมดุลO2O2 O2CO2 O2 = 21%
CO2 = 0.03%O2 O2
CO2O2
O2
O2
O2
O2
O2O2
O2
O2
O2
O2O2
O2
O2
O2
O2
O2
O2
O2
[CO2]i,s
[O2]i,s
Steady state
O2
O2
O2O2
O2
O2
O2
O2
O2
CO2CO2
CO2
CO2CO2 CO2
CO2
CO2CO2
O2 = 2 - 5%CO2 = 5 - 10%
ปจจัยในการสรางบรรยากาศดดัแปลง
http://www.airliquide.com/en/business/industry/food/applications/map_packaging.asp
and film permeability
Balance of concentration of gas transmitted through film
and concentration of gas uptake/release by respiration
Steady-state level
PERMEATION vs RESPIRATION and HEADSPACE
อัตราการหายใจสูงหรือ อัตราการหายใจต่ําหรือheadspace นอย headspace มาก
ระบบปด
ฟลม
การเจาะ
Beta = 2.5
Beta = 1
บรรยากาศดดัแปลงในบรรจุภัณฑ
Respiration Initial gas concentration+ น้ําหนักของผลิตผล + ลกัษณะและขนาดของบรรจุภณัฑและheadspace
+ สมบัติของฟลม {permeation [fn of T, C(gas),...]}
การยืดอายุการเก็บรักษาโดยบรรยากาศดดัแปลง
Modified Atmosphere can preserve the freshness
and prolong the shelf life
(2-5 เทา)
R. M. Beaudry, Postharvest Biol. Tech.,15 (1999) 293.
http://www.convex.co.nz/prod_refresh_technical.html.
ชะลอการหายใจ
ลดการสราง/การตอบสนองตอกาซเอทิลีน
ลดการคายน้ําจากกระบวนการหายใจ
ลดการเจริญเติบโตของเชื้อจุลินทรีย
การยืดอายุการเก็บรักษาโดยบรรยากาศดดัแปลง
การใช Micro-perforated/Microporous Film
General Characteristics
• Very high gas transmission rate•Gas selectivity ratio = 1•High CO2 accumulation possible•Partial pressure balance•Non-homogeneous•Low activation E
Dia= 300 µm
จุดเดน:•เหมาะกับผลิตผลที่ทน high CO2 เชน berries•high CO2 >10% ชะลอการเติบโตของจลุนิทรีย•high CO2 (15 – 20%) ชะลอการสราง ethylene
ขอควรระวัง:•อาจกอใหเกิด CO2 injury•ความชื้นสูงมาก น้ําอาจจะปดรูพรุน•ผนังเปน non-homogenous •อุณหภูมิการเก็บรักษาตองคงที่
(เกี่ยวกับ activation E)
การพัฒนาฟลมรักษาความสดของผลิตผลเขตรอน
ผลิตผลเขตรอนมอีตัราการหายใจสูง และมกัจะไวตออณุหภมูติ่ํา (chilling injury)ดังนั้นการชะลอการหายใจดวยการลดอุณหภมูิจะทาํไดยาก
การพัฒนาฟลมควบคมุการผานของกาซสําหรับผลติผลในเขตรอน
การควบคุมอณุหภมูใินการขนสงในประเทศมีจาํกัดและยุงยาก
บรรจุภัณฑทีใ่ชในปจจุบนัไมเหมาะกับผลติผลเขตรอน (การยอมใหกาซผานเขาออกไมสงูพอ)
PERMEABILITY ของฟลมที่ใชโดยทั่วไป
β =P(CO2)/P(O2) = 3 - 6
ฟลมที่ใชโดยทั่วไปมี permeability ต่ํากวาความตองการของผลิตผลสด
ฟลมที่เหมาะสมในการบรรจุผลิตผลสดโดยทัว่ไปมี gas transmission rate > 10,000 cc/m2.day.atm
“FRESH FILM”: FRESHNESS PRESERVING FILM
Mixing/Blending --- structure-controlled processing
Polyolefin-based Films:
Properties Test Method Typical Values of Developed Films
Local Thai Commercial Films
Thickness (µm) 25-30
6,000 – 18,000
12,000 – 50,000
MD/LD
130-220
25-40
150-300
OTR (cc/m2.day) ASTM D-3985
35 - 50
2,000 – 5,000
4,000 – 10,000
TD MD/LD TD
130-320
25-40
100-250
300-600
18-40
100-250
18-40
150-600
CO2TR (cc/m2.day) MOCONPermatranC
Modulus of Elasticity (MPa)
D-882
Tensile Strength (MPa) D-882
Elongation at Break (%) D-882 150-600
Gas Equilibrium inside Package
[ ] ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−∆= gas
gas
gas
WRgasLPS
PVMRT
dtgasd %
~100)(%
“FRESH FILM”: FRESHNESS PRESERVING FILM
Active Packaging Film Development
Mathematical Modeling: *permeable film *micro-porous/micro-perforated film*distribution system simulation
Packing Test and Physiological Study (Laboratory and Field Tests)
• Low temperature
•Modified atmosphere, and absent/low ethylene gas
•High relative humidity (85 – 95 %RH)
•Careful control of microorganism/ insect in pre- and post-harvest
Required Condition
•Temperature
•Gas composition in package
•Humidity
•Pathogen and insect
Crucial Factor
I. EQUILIBRIUM MODIFIED ATMOSPHERE FILM•High gas transmission•Equilibrium modified atmosphere•Humidity control
II. SMART FILM•Temperature compensation•Humidity buffering•Anti-microbial control
ACTIVE PACKAGING FILM
“FRESH FILM”: FRESHNESS PRESERVING FILM
Quality Preserving and Shelf-life Extending of Fresh Produces
“FRESH FILM”: FRESHNESS PRESERVING FILM
Silver Medal (Package and Storage): 53rd World Exhibition of Innovation, Research and New Technology-BRUSSELS EUREKA 2004
“Freshness Preserving Film for Tropical Fresh Produce”
REFERENCES
• Rooney, M.L., in “Active Food Packaging”, Chapman & Hall, 1995.
•Kader, A.A., and Watkins, C.B., “Modified Atmosphere Packaging-Toward 2000 and beyond”, HortTech., 10 (2000):483.
•Fonseca, S.C., and Malcata, F.X., “Application of Controlled and Modified Atmospheres for the Preservation of Postharvest Quality in Fresh Fruits and Vegetables”, Food, Agri.&Environ., 1 (2003):82.
• Mir, N, and Beaudry, R.M., “Modified Atmosphere Packaging”, in Agricultural Handbook No. 66: The Commercial Storage of Fruits, Vegetables, and Florist and Nursery Stocks, Gross, K. C., Wang, C. Y., and Saltveit, M., eds., USDA (2002).