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


การคายน้าํ:

ระบายความร�อนจากการหายใจ และรกัษาสมดลุของความชืน้สมัพทัธ�ส�งผลให�

•ผักผลไม�เสยีน้าํและเหีย่ว

6O26H2O

6CO2

HeatH2O (transpiration)

C6H12O6



การสกุ:

ก�าซเอทลินีซึง่เป�นฮอร�โมนพืช: ผลิตจากพืชเองหรอืจากภายนอก เช�น จากการเผาไหม� จากท�อไอเสยีรถยนต�หรอืโรงงานต�าง ๆส�งผลให�

•ผักผลไม�สกุหรอืแก�

C2H4

C2H4


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)

ทางเลือกใหม: Biopolymer/Bio-based polymer

Cargil-Dow’s PLA

β =P(CO2)/P(O2) = 3 - 6

การพัฒนาฟลมรักษาความสดของผลิตผลเขตรอน

ผลิตผลเขตรอนมอีตัราการหายใจสูง และมกัจะไวตออณุหภมูติ่ํา (chilling injury)ดังนั้นการชะลอการหายใจดวยการลดอุณหภมูิจะทาํไดยาก

การพัฒนาฟลมควบคมุการผานของกาซสําหรับผลติผลในเขตรอน

การควบคุมอณุหภมูใินการขนสงในประเทศมีจาํกัดและยุงยาก

บรรจุภัณฑทีใ่ชในปจจุบนัไมเหมาะกับผลติผลเขตรอน (การยอมใหกาซผานเขาออกไมสงูพอ)

อัตราการหายใจของผลิตผลสด

ผลิตผลเขตรอนมีอัตราการหายใจสูง

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)(%


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


Quality Preserving and Shelf-life Extending of Fresh Produces



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).

Biotech , Map for Food

Documents