Slik kan atmosfærepakking forlenge holdbarheten til de emballerte matvarene

Matsvinnet utgjør om lag en fjerdedel av produsert mat, basert på kalorier, i den globale matforsyningskjeden (Kummu et. al., 2012).

Gass brukes til mat og drikke for å forlenge holdbarheten, minimere avfallet, opprettholde god kvalitet, øke distribusjonsmulighetene og redusere behovet for kunstige tilsetningsstoffer. Det er allment akseptert at optimal gasspakking bevarer matkvaliteten. Dette inkluderer fysiske, kjemiske, mikrobiologiske og sensoriske egenskaper (Devlieghere et. al., 2000). Mikrobiell mattrygghet sikres gjennom riktig behandling og lagring av matvarer pakket i gass. Siden den modifiserte atmosfære-teknologien forbedrer matvaresikkerheten og kvaliteten, bidrar gasspakking til en lavere miljøpåvirkning.

For å oppnå et vellykket resultat med gasspakking er det viktig å ha kunnskap om blant annet gasser, rest-oksygen, hygiene, temperatur og emballasje.

1. Gasser

Gasser som brukes i mat og drikke, er tilsetningsstoffer godkjent av EU i henhold til Kommisjonens forordning (EF) nr. 1333/2008, vedlegg II, del E om tilsetningsstoffer i næringsmidler (Lovdata: Forskrift om tilsetningsstoffer til næringsmidler). Gasser av denne kvaliteten er trygge for helsen vår. Teknisk gass er ikke av slik kvalitet, og skal derfor ikke brukes til mat og drikke. De mest brukte gassene til modifisert atmosfære pakking er karbondioksid (CO2), oksygen (O2) og nitrogen (N2) hvor hver gass har forskjellige egenskaper.

CO₂ er den viktigste gassen som brukes til å forhindre mikrobiell ødeleggelse i gasspakket mat, se figur 1. Den hemmer et bredt spekter av ødeleggende og patogene mikroorganismer, spesielt Gram-negative bakterier og mugg, men også noen Gram-positive bakterier og gjær. Dette registreres ved økt forlenget nølefase og redusert veksthastighet og dermed lengre mikrobiologisk holdbarhet. CO2-konsentrasjon over 20 % er nødvendig for å oppnå betydelig hemming og undertrykkelse av mikrobiell vekst. Gasspakking med høy CO2-konsentrasjon i pakken favoriserer Gram-positive bakterier (som melkesyrebakterier) framfor Gram-negative bakterier (som Pseudomonas spp. og Koliforme bakterier). Dette øker matvaresikkerheten. 

CO₂ har høy løselighet i vann og oljer. Dette gir en betydelig reduksjon av trykket i stive matpakker eller en betydelig volumreduksjon i fleksibele pakker fra pakketidspunktet. Høy løselighet betyr at gassmolekyler forsvinner fra frivolumet og inn i maten. Dette fører både til at veksten av mikroorganismer hemmes, at CO2-konsentrasjonen i frivolumet fortynnes og at pakningen kan kollapse. Et høyt forhold mellom gassfase og produkt (G/P-forhold) minimere fortynningseffekten og vakuum-utseende. Om nødvendig erstattes noe av CO2-konsentrasjonen med N2-gass for å hindre pakkekollaps.

Høy CO2-konsentrasjon ved gasspakking kan også forårsake høyt drypptap og bismak i enkelte matvarer. Som med mange andre kvalitetsendringer, varierer matens respons på den høye CO₂ andelen i pakken med råvare/resept og lagringsforhold. Det er derfor viktig at det balanseres mellom den kommersielt ønskelige holdbarheten til et produkt, og i hvilken grad eventuelle negative effekter kan tolereres.

Figuren viser at veksten av totalantall bakterier var signifikant høyere i vakuumpakket enn i gasspakket laks gjennom hele lagringsperioden. Det var ingen signifikant forskjell i veksten mellom tradisjonell gasspakking og gasspakking med tilsatte emitter. Antall totalantall bakterier steg raskt etter 4 dager i vakuum , men først etter 11 – 15 dager i modifisert atmosfære. Vakuumpakking av laksefileter gav høyere drypptap, surere lukt, mindre delikat farge og større bakterievekst enn gasspakking. Modifisert atmosfære pakking gav omlag syv dager lengre holdbarhet enn vakummet pakket laks ved denne gassblandingen (Hansen et. al., 2009).

1. Rest-oksygen

Mengde O2 i pakningen (frivolumet) er en kombinasjon av emballasjens O2-gjennomgang, rest- O2 etter gasstilsetning, G/P-forholdet og O2-forbruket på grunn av mikrobiell vekst og enzymaktivitet i næringsmiddelet (Vold et. al., 2005). Mikrobiell vekst og oksidasjoner hemmes ved gasspakking uten oksygen i frivolumet.

Under lagring av matvarer som er følsomme for oksidasjoner dannes blant annet forbindelser med vond lukt og smak. Frivolumet i pakken får da en redusert O2-konsentrasjon samtidig som flyktige oksidasjonsprodukter hopes opp. Opptaket av O2 i mat ved oksidasjoner varierer sterkt med egenskapene til maten som vannaktivitet, oksidasjonsgrad, tilstedeværelse av katalysatorer som for eksempel enzymer eller antioksidanter. Eksterne faktorer som temperatur, lysforhold, O2-konsentrasjon og røring/risting påvirker også sterkt hastigheten av O2-opptaket. Mange oksidative reaksjoner bestemmer holdbarheten til mat som en primær kvalitetsfaktor i stedet for vekst av mikroorganismer. Dette er produkter med lav vannaktivitet som for eksempel nøtter. En tommelfinger regel sier at O2-konsentrasjonen i gasspakket mat med lav vannaktivitet må være under 1 % for å oppnå effektiv beskyttelse mot oksidasjoner (Lee, 2021).

Frisk frukt og grønnsaker samt levende produkter som for eksempel levende blåskjell må ha O2 i pakningen ellers råtner eller dør produktet.

2. Hygiene

Effektive og strenge hygienestandarder er viktig for å sikre trygge, sunne og velsmakende måltider. Svært god hygienisk forberedelses- og produksjonspraksis er det grunnleggende premisset før gasspakking benyttes til matvarer. 

Holdbarheten til gasspakket kjøtt for eksempel, er svært avhengig av kjøttets mikrobiologiske utgangspunkt i pakketidspunktet. Tilstedeværelsen av et stort antall bakterier allerede på pakketidspunktet betyr at holdbarheten er kort. Men holdbarheten er absolutt lengre enn den ville vært i luft på grunn av lengre nølefase og langsommere vekst, men den totale tidsgevinsten er fortsatt relativt beskjeden. Gasspakking av matvarer med et lite antall bakterier i pakketidspunktet gir betydelig lengre holdbarhet og dermed stor tidsgevinst (Molin, 1993). 

3. Temperatur

Temperaturen på produktet i hele forsyningskjeden er en kritisk faktor for lettbedervelige matvarer. Allerede ved 4 - 5OC blir holdbarheten for disse næringsmidlene betydelig redusert (Johnsen, 2000). Økt CO2-konsentrasjon undertrykker mikrobiell vekst sterkere når det kombineres med kjøle-temperaturer. Grunnen er at mer CO₂ gass løses i maten som gassbobler jo lavere temperaturen er, det vil si inntil produktets frysepunkt nås.

Temperatur sammen med O2-konsentrasjon påvirker oksidasjonen i matvarepakken. Oksidativ kvalitetsforringelse reduseres med lav temperatur og lav O2 -konsentrasjon. Oksidasjoner i matvarer skjer også ved frysetemperatur dersom det er O2 til stedet i pakken, men med en langsommere hastighet.

Vanndamp styrer luftfuktigheten i frivolumet og påvirker ulike reaksjoner i maten. Den kan hydrere flere forbindelser i næringsmiddelet som påvirker adsorpsjon av andre gasser i frivolumet. Vanndampen i frivolumet i pakken er i likevekt med væsken i matvaren og eventuelt fritt vann i pakken samt vandring gjennom emballasjen. Vanndamp har svært høy latent varme når den kondenserer. Da tilføres både mer vann og varme til matvaren som er negativt med hensyn på mikrobiell holdbarhet. Temperaturkontroll er ekstremt viktig for å oppnå vellykket modifisert atmosfærepakking.

4. Emballasje

På samme vis som gassene må emballasjen være godkjent for bruk til mat og drikke. Emballasje skal fremme salg av mat- og drikke-varer. Dessuten har emballasjen en avgjørende betydning for produktkvalitet og holdbarhet.

Pakkematerialene er utviklet for å beskytte maten mot mekaniske støt, O2, lys, fuktighet, mikroorganismer, fremmede lukter og smaker som kan forringe produktene underveis til forbrukeren. For at den modifisert atmosfæren skal kunne opprettholdes under matvarens holdbarhetstid, kombineres ofte mange forskjellige plastmaterialer til en struktur med flere lag, der hvert lag har sin egen funksjon. Forskjellige plastmaterialer kan derfor velges og kombineres for å oppnå mekanisk styrke, vanndampsperre, gass- og aroma-sperre, gassgjennomtrengelighet, antiduggegenskaper og forseglingsegenskaper.

Forskjellige gasser penetrerer forskjellige emballasjer i ulike hastigheter. En tommelfinger-regel sier at vandringen av gassene N2, O2 og CO₂ gjennom en polymer er henholdsvis 1, 4 og 20 (Lee, 2021). Enheten for gassgjennomgang er ml/(m²× døgn× 1 atm.), det vil si antall ml gass som strømmer gjennom et materiale pr. m² i løpet av ett døgn ved én atmosfæres partialtrykkforskjell. Gassgjennomgangen gjelder for en gitt tykkelse. Vandringen av O2 gjennom en emballasje betegnes med OTR (oxygen transmission rate). Vanndampvandringen (WVTR = water vapor transmission rate) av en gitt tykkelse på materialet er ofte angitt i g/(m²× døgn). Dessverre er det ulike metoder som brukes til å måle både vandringen av vanndamp og ulike gasser gjennom forskjellige materialer. Det er derfor viktige å vite at WVTR-verdier og OTR-verdier som referer til ulike metoder ikke kan sammenlignes direkte.

Gode barriereegenskaper med liten O2-andring gjennom emballasjen under lagringsperioden, gir mindre tilgang på O2 til mikroorganismer og til oksidasjonsprosesser. Dermed forlenges produktets holdbarhet. Jo lengre ønsket holdbarhet, desto viktigere er det med svært god barriere på emballasjen. Dessuten er barriere mot fuktighet meget viktig for emballasjen til tørre produkter som for eksempel melkepulver og potetgull.

For frisk frukt og grønnsaker brukes plastmaterialer med svært lav gassbarriere. Grunnen er at de ånder og dermed danner en modifisert atmosfære inni pakken som er i likevekt. Et annet alternativ, for å oppnå disse høye nivåene av gassvandring, er å pakke i filmer med mikroperforeringer (hull på omlag 50 µm). Disse filmene har høye, men rimelig kontrollerbare nivåer av permeabilitet. Ved å tilpasse størrelse og antall perforeringer i polymeren til respirasjonshastigheten til produktene, kan en passende emballasje produseres for frukt og grønnsaker.

Lovgivning for å minimere emballasjen er i gang over hele verden. I utviklingen av bærekraftig emballasje vektlegges en helhetlig tilnærming til både miljømessige, økonomiske og sosiale hensyn. Miljøpåvirkninger til emballasjen må derfor betraktes innenfor det totale systemet for matforsyning.