Prof. Dr Midhat Jašić, Tehnološki fakultet, Tuzla
kontakt: +387/61-721-060; jasic_midhat@yahoo.com
.
Kontrolirana i modificirana atmosfera koristi se u posljednjih sedamdeset do osamdeset godina za skladištenje, transport i pakovanje hrane. Čuvanje jabuka u CA razvijalo se od 1930. godine pa sve do danas su se ovi sistemi usavršavali i poboljšavane su njihove mogućnosti. Prva kontrolirana atmosfera napravljena je u Engleskoj 1929. godine, a danas se više od 10 miliona tona voća godišnje skladišti u CA u mnogim razvijenim i nerazvijenim zemljama. Vremenom se usavršavala tehnologija, pa je nastalo pakovanje u modificiranoj atmosferi (MAP), transport svježeg voća i povrća u CA i korištenje CA tehnologija za suzbijanje djelovanja insekata (karantin sistem). Komercijalni razvoj i primjena modificirane i kontrolirane atmosfere nastao je kao posljedica istraživačkog rada. Komercijalna primjena CA skladištenja koristi se za: jabuke, kruške, kivi, luk i kupus, a može biti korištena za banane, kao i brojno drugo voće i povrće. Komercijalna primjena CA za brodski transport na dužim relacijama koristi se za: jabuke, avokado, banane, borovnice, višnje, smokve, kivi, mango, nektarine, breskve, kruške, šljive, lubenice, grejpfrut i jagode, ali i za neke vrste cvijeća. Komercijalna primjena CA za kontrolu insekata kod biljnih svježih proizvoda je odobrena od strane USDA.
Tabela 01. – Povijest kontrolirane atmosfere
| R.br. | Godina | Događaji |
| 1. | 1929. | Kidd i West u Engleskoj počeli industrijsku primjenu; |
| 2. | 1929. | napravljena prva hladnjača, kasnije usavršavana od 1932, 1950 godine; |
| 3. | 1934. | počelo CA skladištenje voća i povrća u Kanadi; |
| 4. | 1935. | počelo CA skladištenje voća i povrća u Južnoj Africi; |
| 5. | 1938. | počela primjena CA u Holandiji; |
| 6. | 1940. | počelo CA skladištenje voća i povrća u Njujorku; |
| 7. | 1948. | počela primjena CA u Danskoj; |
| 8. | 1950. | počinje ozbiljnija primjena CA načina skladištenja; |
| 9. | 1965. | uspostavljena prva LO hladnjača za jabuke sa CA od 2 % O2; |
| 10. | 1970. | kupus, banana i luk počeli se čuvati u CA; |
| 11. | 1978. | uspostavljena prva ULO hladnjača sa 1,2 % O2 ; |
| 12. | 1990. | dolazi do razvoja informacionih tehnologija, senzora, skrubera, generatora azota i etilena; |
Tokom proteklih 50 godina upotreba kontrolirane i modificirane atmosfere imala je neprekidan porast zbog omogućavanja produženju roka trajanja i kvaliteta voća i povrća nakon berbe. Ovaj trend nastavio se i do danas jer kontrolirana atmosfera pruža bolji tretman proizvodu tokom skladištenja i transporta, kao i distribucije u svježem stanju.
Tehnologija skladištenja u kontroliranoj atmosferi može se podjeliti na: kontroliranu ventilaciju, konvencionalna kontrolirana atmosfera, kontrolirana atmosfera sa niskim LO i ultraniskim ULO sadržajem kisika, dinamička atmosfera, mikro kontrolirana atmosfera, modificirana atmosfera, hipobarična atmosfera i umjetno dozrijevanje.
Sve vrste tehnoloških postupaka čuvanja voća i povrća u kontroliranoj atmosferi polaze od činjenice da je potrebno upravljati procesima promjena, odnosno smanjiti degradaciju voća i povrća na minimalno moguću mjeru. Kao što je pokazano u prethodnim poglavljima, postoji nekoliko osnovnih procesa koji se odvijaju poslije berbe voća i povrća. To su procesi transpiracije, respiracije i zrenja, odnosno biohemijske transformacije sastojaka plodova. Priroda procesa koji se odvijaju u tkivima i ćelijama takvih plodova nakon branja, te brzina biohemijskih transformacija, može biti različitim tehnološkim postupcima stimulirana i destimulirana. Te stimulacije i destimulacije podrazumijevaju promjene režima uslova čuvanja. Tako se promjenama temperature, relativne vlažnosti i pritiska zraka, kao i upotrebom bioloških aktivnih gasova kao što su: etilen, CO2, O2; može utjecati na brzinu biohemijskih promjena u voću i povrću tokom skladištenja.
U početku, kada su otkriveni fenomeni utjecaja bioloških aktivnih gasova na procese respiracije i transpiracije što omogućava produženje čuvanja voća i povrća u svježem stanju, koristio se termin „gasno skladištenje“ ili „gasna atmosfera“. Ovaj termin je kasnije dobio primjereniji naziv: tehnologija skladištenja u kontoliranoj atmosferi (CA). Tehnički progres u konstrukciji CA komora, kao i inovativna rješenja, rezultirali su boljim upravljanjem zrakom i drugim gasovima koji ulaze ili izlaze iz CA komore tokom skladištenja. Raspoloživost više efikasnije opreme za kontrolu nivoa O2 i CO2 u skladišnoj atmosferi omogućila je implementacija automatskih sistema za upravljanje i kontrolu procesnih stanja. Tada je postalo evidentno da je niži nivo kisika u prednosti, te je počeo napredak fokusiran na održavanju niskog nivoa O2 tolerantnog za svježe voće i povrće. Tako se mijenjala i terminologija CA skladištenja pa su se počeli koristiti različiti nazivi za različite režime, kao što je LO (nizak O2) ili ULO (ultra niski O2), a kasnije dinamička CA (DCA) ili dinamička kontrola sistema (DCS).
Tabela 02. – Prikaz granične vrijednosti pritiska kiseonika, ugljen-dioksida i azota unutar komore za različite tehnologije skladištenja voća i povrća
| R.br. | Metoda/ vrsta tehnologije | O2 (kPa) | CO2 (kPa) | N2 (kPa) |
| 1. | Klasično hlađenje (normalna atmosfera) | 21 | 0,03 | 79 |
| 2. | Kontrolirana ventilacija | 6-18 | 3-15 | 79 |
| 3. | Konvencionalna kontrolirana atmofera (CA) | 2-5 | 2-5 | 90-92 |
| 4. | LO | 1,5-2 | 1-3 | 95-97 |
| 5. | ULO | 0-1,2 | 0,5-2 | 96,8-98,7 |
| 6. | DCA ili DCS | Manje od 0,8 | Manje od 1,5 | Manje od 98 |
Tokom skladištenja u CA gasovi se dodaju ili oduzimaju da bi se stvorila atmosfera drugačija od okolne atmosfere, što u velikoj mjeri zavisi od samog proizvoda koji se skladišti. Obično ovo uključuje redukciju kisika i podizanje koncentracije ugljen-dioksida ili obrnuto. Paralelno se razvijao i koncept modificirane atmosfere, a razlika između kontrolirane i modificirane atmosfere je u stepenu kontrole. Kontrolirana atmosfera je tačnija.
Voće se često čuvalo, a i danas se čuva u običnim prostorijama, gdje uslovi nisu baš najbolji za skladištenje. U takvim uslovima povišena temperatura i kisik iz zraka ubrzavaju procese promjena i u uslovima prirodnog ambijenta, pa je rok trajanja takvih proizvoda znatno kraći nego kad se čuvaju na sniženoj temperaturi.
Rok upotrebe voća i povrća nakon branja može varirati. U pogledu roka trajanja pri dnevnim uvjetima čuvanja i skladištenja naročito je osjetljivo: jagodasto, koštuničavo i bobičasto voće. Kod jabuka, krušaka i dunja vrijeme čuvanja znatno ovisi o sorti. Orah, lješnjak, badem i kesten bolje podnose vanjske faktore kvarenja. Što se tiče povrća, postoje vrste sa slabom trajnošću (manje od dvije sedmice), a to su: salata, šparoga, špinat, paradajz, grašak, mahuna i paprika. Neke vrste traju duže, kao npr.: cvjetača, kelj pupčar, keleraba i drugi. Dobru trajnost upotrebe imaju: krompir, kupus, mrkva, celer, luk itd. Intenzitet respiracije opredjeljuje trajnost, a u korelaciji je sa mogućnošću čuvanja povrća i voća.
Slika 01. – Čuvanje jabuka u prirodnom ambijentu je kraće nego kad se čuvaju na sniženoj temperaturi
Poboljšanje roka trajanja uz održavanje kvaliteta kod čuvanja voća i povrća postiže se u konvencionalnim hladnjačama, gdje se smanjuje temperatura skladištenja. Na taj način se smanjuje brzina respiracije i usporavaju biohemijski procesi.
Slika 02. – Hlađenjem se smanjuje brzina respiracije, usporavaju biohemijski procesi i tako produžuje rok trajanja
.
Kontrolirana ventilacija
Kontrolirana ventilacija je prvo poboljšanje u odnosu na konvencionalno hlađenje. Ovaj metod je osnovni tip kontrolirane atmosfere i korišten je u početku, kada su otkriveni fenomeni utjecaja respiracije na dužinu čuvanja voća i povrća, i još uvijek se koristi. Kod kontrolirane ventilacije atmosfera CO2 se stvara prirodnim putem, tokom procesa respiracije. Udio CO2 u ukupnoj kompoziciji gasova može biti 5 do 10%. Suma parcijalne zastupljenosti gasova CO2 i O2 u tom slučaju iznosi 21%, a ostatak je azot. Uslijed disanja se vremenom narušava prvobitni sastav kontrolirane atmosfere, a povećava se udio CO2 i smanjuje udio O2. Kontrolirana ventilacija, u odnosu na konvencionalne hladnjače, uvodi ventilaciju i komora se drži zatvorenom. Tada dolazi do smanjenja nivoa kisika u prostoru, a povećava se nivo CO2 respiracijom. Ova metoda ima brojne nedostatke. Mnoge vrste jabuka i krušaka su osjetljive na CO2, pri čemu se stvaraju ožegotine i tamnjenja unutar plodova. Održavanje potrebnog nivoa CO2 i niskog nivoa kisika je nemoguće postići samo ventilacijom. Međutim, višnje, trešnje i jagodasto voće su vrste manje osjetljive na CO2 , pa se ova metoda može koristiti za produženje njihovog čuvanja u svježem stanju, uz ventilaciju i monitoring CO2.
Slika 03. – Kontrolirana ventilacija omogućava duži rok trajanja u odnosu na konvencionalno hlađenje
Kod kontrolirane ventilacije komora treba biti zatvorena i izolirana. Komora se hladi rashladnim postrojenjem, a mjere se i procesna stanja, kao što su sadžaj O2 i CO2.
.
Konvencionalna kontrolirana atmosfera
Ako bi se voće i povrće skladištili u izoliranim i hermetički zatvorenim komorama bez ventilacije, onda se u njima kao produkt respiracije vremenom akumulira CO2. U tom slučaju, količina CO2 se podiže na nivo koji šteti plodovima, pa ga je potrebno eliminisati. To se vrši pomoću različitih metoda za uklanjanje CO2. Danas su najčešće u upotrebi skruberi koji hemijskim ili fizičkim postupkom eliminiraju CO2 iz skladišne atmosfere. Također se u kontroliranoj atmosferi smanjuje sadržaj O2, a to se može postići uduvavanjem azota (gasa koji je inertan). U usporedbi sa komorama sa kontroliranom ventilacijom, komore CA su bolje hermetički zatvorene i opremljene pouzdanijim uređajima za kontrolu temperature sa minimalnom tolerancijom i regulacijskim odstupanjem od zadanog stanja od ± 0,5°C. Takođe nivo CO2 i O2 se regulira sa minimalnim kolebanjem od ± 0,5 %.
Kapacitet rashladnih komora za skladištenje u CA je najčešće od 100 do 200 tona, uz visinu pri primjeni paletizacije 8,5 m. Površina isparivača mora biti najmanje 15 m2 za 10 tona voća, dok razlika između temperature isparavanja rashladnog sredstva i temperature prostorije ne bi smjela prelaziti 3°C.
Kod kontrolirane atmosfere postavljaju se ključni zahtjevi koje treba zadovoljiti, a to su:
- izolirana i izuzetno dobro brtvljena komora;
- hlađenje;
- snabdijevanje gasovima za održavanje atmosfere;
- mjerenje i kontrola procesnih stanja gasova O2, CO2, vodene pare, a u nekim slučajevima i etilena.
Slika 04. – Kao produkt respiracije vremenom se u hermetički zatvorenoj komori (CA) akumulira CO2, a njegov višak se najčešće eliminira upotrebom skrubera; smanjenje koncentracije O2 se postiže uduvavanjem azota
Kod kontrolirane atmosfere uklanja se kisik i podiže koncentracija CO2 do preporučenog nivoa karakterističnog za čuvanje određene vrste ili sorte voća i povrća. U pripremi skladištenja definira se i odgovarajuća skladišna ambalaža, što zavisi od vrste voća i povrća koje se skladišti. Također, funkcije pojedinih uređaja za održavanje atmosfere se razlikuju u zavisnosti od proizvoda koji se skladišti. Ako se skladište jabuke, sistem bi se sastojao od generatora azota, skrubera za CO2 i uređaja za dodavanje zraka. Uklanjanje etilena značajno je kod čuvanja kivija, a dodavanje CO2 kod skladištenja jagoda i višanja.
Danas kontrolirana atmosfera podrazumijeva skladištenje pri niskim koncentracijama kisika O2 (1,0-1,5%), niskim koncentracijama etilena (utemeljene na optimalnom nivou O2 i CO2), ili programiran princip (gdje se voće čuva od 2-6 sedmica pri koncentracijama O2 od 1%, a poslije pri koncentracijama od 2-3% za ostatak perioda skladištenja).
Način skladištenja u CA uključuje i upravljanje parametrima kao što su sastav gasova, temperatura, relativna vlažnost i pritisak. Potencijalne prednosti, kao i rizici skladištenja, zavise od fiziološke starosti proizvoda, sastava atmosfere, temperature i trajanja uskladištenja. Pravilnim skladištenjem i poznavanjem karakteristika u kontroliranoj atmosferi mogu se izbjeći kvantitativni i kvalitativni gubici kod voća i povrća.
Kod kontrolirane atmosfere usporavanje zrenja dešava se skupa sa biohemijskim i fiziološkim promjenama, kao što su usporeno disanje i sinteza etilena. Smanjenje osjetljivosti voća na djelovanje etilena dešava se kada je koncentracija O2 ispod 8% ili kada je nivo CO2 iznad 1%. Tokom skladištenja u CA umanjuju se fiziološke promjene na voću i povrću izazvane hlađenjem. Također, CA može zaustaviti razvoj određenih patogena koji izazivaju truljenje i oporost voća i povrća poslije berbe. Tako se npr. povećanjem koncentracije CO2 od 10-15% inhibira razvoj truleži koji izaziva Botrytis na jagodama, višnjama i drugom voću.
Slika 05. – CA za skladištenje jabuke
Modificirana atmosfera, gdje su koncentracije O2 manje od 1% ili koncentracije CO2 od 40-60 %, može biti korisna za kontrolu insekata.
Tabela 03. – Primarne prednosti pri kratkotrajnom transportu i skladištenju svježeg voća i povrća u CA
| R.br. | Primarne prednosti | Vrsta voća i povrća |
| 1. | odgoda zrenja i izbjegavanje povreda izazvanih hladnoćom |
avokado, banana, mango, dinja, nektarina, papaja, breskva, šljiva, paradajz |
| 2. | kontrola truljenja voća i povrća |
kupina, ribizla, višnja, grejp, jagoda |
| 3. | odgoda starenja i nepoželjne promjene kao što je diskoloracija tkiva |
asparagus, brokule, kukuruz šećerac, svježi začini, minimalno procesirano voće i povrće |
Svježe voće i povrće mijenja svoju rezistentnost pri niskim koncentracijama kisika i visokom sadržaju ugljen-dioksida i za očekivati je da će doći do fizioloških promjena ako se granice pomjere.
Tabela 04. – Moguća dužina skladištenja za pojedino svježe voće i povrće u CA
| R.br. | Dužina skladištenja (mjeseci) | Vrsta voća i povrća |
| 1. | > od 12 mjeseci | badem, brazilski orah, lješnjak, pistacije, orah, suho voće i povrće |
| 2. | od 6 – 12 | neke kultivirane vrste jabuka i europske kruške |
| 3. | od 3 – 6 | kupus, kineski kupus, kivi, neke kultivirane vrste azijske kruške |
| 4. | od 1 – 3 | avokado, banana, višnja, grejp, mango, maslina, breskve, nektarine, šljive, šipak |
.
Osjetljivost na koncentraciju O2
Pri skladištenju u CA različit je nivo osjetljivosti koncentracija O2 za različite vrste (pa i sorte) voća i povrća. Po svojoj prirodi – kisik je reaktivan gas, a u zraku se nalazi u količini od 20,9%. Najčešće je u formi molekule O2 ali se može naći u formi ozona O3. Kiseonik u atomskom stanju prisutan je u svim organskim molekulama, posebno u ugljičnim hidratima. Može formirati spojeve s većinom hemijskih elemenata. Rastvorljiv je u vodi (4,89 cm3 na 100ml, a na 0°C). Njegova rastvorljivost u vodi raste s porastom temperature. U većini reakcija s hranom (pa i u voću i povrću) učestvuje u degradacionim reakcijama, odnosno oksidacionim procesima. Zbog toga se u mnogim metodama pakovanja kisik isključuje iz dodira s hranom (vakum i MAP). Mnogi mikroorganizmi koji kvare hranu trebaju kisik za svoj rast i razvoj, pa često uz njegovo djelovanje nastaju različiti mirisi koje stvaraju mikroorganizmi zbog viška kisika. Potreban je za normalan respiratorni metabolizam kod svježeg voća i povrća, a nakon procesa zrenja i dozrijevanja izaziva serecenciju i degradaciju kvaliteta plodova. Brzina mnogih metaboličkih procesa je ovisna o osjetljivosti na koncetraciju kisika. Smanjenje koncentracije kisika ispod 10 % u okolini, kod većine vrsta ubranog svježeg voća i povrća usporava intenzitet respiracije, a indirektno smanjuje brzinu dozrijevanja, starenja i truljenja. Smanjenje koncetracije kisika u nekim slučajevima redukuje reakcije oksidativnog tamnjenja, koje su često važne kod lisnatog povrća. Smanjenje kisika odlaže hemijske promjene kao što su omekšavanje, gubitak boje, kao i razvoj arome. Pravilna kombinacija kisika, temperature i vremena može biti vrlo efikasna kod nekih problema vezanih za kontrolu insekata. Isto tako, kisik je potreban za normalan metabolizam živih bića. Njegova koncentracija ispod 1-2 % može voditi ka anaerobnoj oksidaciji (fermentaciji). Ovi procesi su vezani za stvaranje etanola i acetal aldehida, gubitak arome, nastajanje nepoželjnih mirisa i ukupno smanjenje kvaliteta. Pravilna koncetracija kisika zavisi od vrste voća i povrća i njegove tolerancije na kisik na određenoj temperaturi.
Tabela 05. – Voće i povrće klasificirano prema minimalno podnošljivoj koncentraciji O2
| R.br. | Minimalno podnošljiva koncentracija O2 (%) |
Vrsta voća i povrća |
| 1. | 0,5 | lješnjaci, suho voće i povrće |
| 2. | 1,0 | određene sorte jabuka i krušaka, brokula, gljive, luk, minimalno procesuirano voće i povrće |
| 3. | 2,0 | većina sorti jabuka i krušaka, kivi, kajsija, višnja, nektarina, breskva, šljiva, jagoda, papaja, ananas, maslina, dinja, kukuruz šećerac, grašak, celer, zelena salata, kupus, karfiol, brokulice |
| 4. | 3,0 | avokado, paradajz, artičoke, krastavac, peršun |
| 5. | 5,0 | limun, zeleni grašak, asparagus, krompir, slatki krompir |
Osjetljivost na kisik varira u ovisnosti od vrste i sorte, kao i od stupnja zrelosti. Prilikom dostizanja zrelosti nekog sezonskog voća ono može biti izloženo kisiku u koncentracijama od 30-80%, ali njihovo zrenje može se usporiti ako koncentracije kisika pređu 80%, te pri takvim uslovima može doći do fizioloških poremećaja. Podizanjem koncentracije kisika u atmosferi povećava se i količina etilena koji izaziva različite efekte, kao što su crveno-smeđe tačke na salati, gorčina u mrkvi i sl. Limit tolerancije za visoku koncentraciju O2 zavisi od temperature skladištenja i vremena, jer se aerobna respiracija tkiva povećava sa povećanjem temperature.
.
Osjetvijlost na CO2
Pri skladištenju u CA različit je nivo osjetljivosti koncentracija CO2 kod različitih vrsta voća. Pri koncentraciji od 1 do 2 % CO2 smanjuje osjetljivost biljnog tkiva na hormon zrenja – etilen. U koncentraciji većoj od 10% spriječava razvoj mnogih gljiva i bakterija. Kod koncentracije 15 do 20% rutinske primjene u transportu jagoda spriječava razvoj plijesni Botrytis cinerea. Ova koncentracija ipak ne uništava neke humane patogene kao što su Cllostridium botulinum i Listeria monocitogenes.
Ugljikov dioksid je nezapaljiv bezbojni plin. To je plin bez mirisa i okusa, teži od zraka te se u zatvorenim prostorima nalazi na dnu prostorije.
Maksimalno podnošljiva koncentracija CO2 može biti različita na različitoj temperaturi iznad ili ispod preporučene temperature za svaki proizvod. Također, određeni proizvod može tolerisati kratkotrajnu izloženost visokoj koncentraciji ugljen-dioksida ili niskom sadržaju kisika. Ugljen-dioksid u tkivima može rasti ili opadati sa porastom temperature. Dakle, fiziološki efekat koji bi mogao izazvati CO2 zavisi od temperature. Limit tolerancije za podizanje ugljen-dioksida smanjuje se sa redukcijom nivoa kisika i obratno – limit tolerancije za redukciju kisika raste sa rastom koncentracije ugljen-dioksida. Što je nivo kisika manji, to je i granična vijednost CO2 manja i obratno.
Tabela 06. – Voće i povrće klasificirano prema maksimalno podnošljivoj koncentraciji CO2
| R.br. | Maksimalno podnošljiva koncentracija CO2 (%) |
Vrsta voća i povrća |
| 1. | 2 | jabuka (zlatni delišes), azijska kruška, europska kruška, kajsija, grejpfrut, kajsija, maslina, paradajz, kupus, celer, artičoka, krompir |
| 2. | 5 | većina sorti jabuka, breskvi, nektarina, dinja, narandži, avokado, banana, mango, papaja, kivi, brusnica, grašak, patlidžan, karfiol, kupus, brokulice, radić, mrkva |
| 3. | 10 | grejpfrut, limun, limeta, peršun, ananas, krastavac, šparoge, brokule, poriluk, luk, krompir |
| 4. | 15 | jagoda, kupina, ribizle, borovnice, višnja, smokva, dinja, kukuruz šećerac, gljive, špinat, kelj |
.
Osjetljivost na etilen
Jasno je da je etilen hormon zrenja – hemijska supstanca proizvedena u tkivima voća sa specifičnim biološkim fenomenom ubrzanja normalnog procesa sazrijevanja voća i njihove senescencije. Etilen djeluje na veću aktivnost oksido-redukcijskih enzima, što se odražava bržim dozrijevanjem plodova. Dragocjen zbog svoje sposobnosti da pokrene proces dozrijevanja voća, s druge strane, može biti vrlo štetan za mnoge vrste voća, povrća, cvijeća; ali i biljaka kod kojih ubrzava proces starenja i time smanjuje tržišnu kvalitetu proizvoda kao i trajnosti. Stupanj štetnosti ovisi o koncentraciji etilena, duljini kontakta i temperaturi proizvoda. Proizvode kao što su: jabuke, avokado, banane, dinje, breskve, kruške i paradajz treba skladištiti odvojeno od etilen osjetljivih proizvoda kao što su brokula, kupus, cvjetača, lisnato zeleno povrće, salata itd. Etilen emitiraju motori na propan-butan, dizel i benzinski pogon, pa i ovaj utjecaj može biti dovoljno velik da uzrokuje štetu na etilen-osjetljive proizvode.
Uklanjanje etilena iz CA komore za skladištenje nije uvijek neophodno, iz razloga što etilen utječe na zrenje svježeg voća i povrća na nižoj temperaturi od 0-5 °C. Međutim, prisustvo etilena u određenoj koncentraciji u CA komori može izazvati omekšavanje voća i povrća kod dugotrajnog skladištenja. Zbog toga je uklanjanje etilena preporučeno prilikom dugotrajnog skladištenja jabuka i krušaka u CA. Na etilen su ekstremno još osjetljivi i avokado, kivi i još neko voće i povrće.
Etilen promovira zrenje i dozrijevanje: paradajza, banana, limuna, ananasa, datule, kruške, jabuke, dinje, manga, avokada, papaje i jojobe, što je jasan znak da je djelovanje etilena opće rašireno i među brojnim plodovima.
Tabela 07. – Brzina biosinteze etilena kod različitih vrsta voća
| R.br. | Brzina biosinteze etilena | Voće |
| 1. | Vrlo mala | Trešnje, citrusi, grožđe, jagode, šipak |
| 2. | Mala | Borovnica, brusnica, maslina, oskoruša, kupina, ananas, malina |
| 3. | Umjerena | Banana, smokva, mango, |
| 4. | Visoka | Jabuka, kajsija, avokado (zreli), nektarina, papaja, breskva, kruška, šljiva |
Etilen uzrokuje starenje zelenih listova, gubitak hlorofila, proteina, mogućnost sušenja i izumiranja. Uzrokuje pojavljivanje žute boje na listovima lisnatih biljaka (špinat), svježih biljaka i ostalog zelenog povrća. Cvjetanje cvijeća je stimulisano veoma malim koncentracijama etilena. Ovakvi efekti se javljaju kod nekih vrsta cvijeća gdje se povećanje aktivnosti etilena javlja kao prirodna pojava (npr. kod karanfila i kod slatkog graška), a negdje ne (npr. kod ruža).
Etilen je koristan za dozrijevanje, ali može biti nepoželjan kao npr. preranog pojavljivanja žute boje na krastavcu. Većina klimakterijskog voća odgovara etilenu u atmosferi, čak i temperatura u skladištu, pa etilen i u tom prostoru reducira život. Naprimjer, čvrstoća kivija u hladnoj komori se drastično mijenja ako je koncentracija etilena veća od 20 ppb.
Kod mnogih biljaka, izloženost etilenu uzrokuje taman list ili odumiranje listova kod biljaka. To se obično vidi na lišću biljke salate gdje etilen uzrokuje poremećaj poznat kao „crvene mrlje“. U salati dolazi do kolapsa i smrti određenih ćelija zbog povećane sinteze fenolnih spojeva, kao posljedica utjecaja etilena.
Etilen u mrkvi uzrokuje biosintezu kumarina, što stvara gorčinu u mrkvi. To pokazuje da koncentracija etilena niža od 0,5 ppm uzrokuje gorčinu mrkve u roku od dvije sedmice, pa čak i kada je uskladištena na temperaturi od 2,5°C.
Etilen stimulira klijanje što je korisno za njegovo propagiranje, ali je neprihvatljivo za robu široke potrošnje. Naprimjer, klijanje krompira dovodi do povećanja gubitka vode i uzrokuje početak truhljenja.
Etilen uzrokuje opadanje listova i cvjetova, što je najveći problem ukrasnog bilja, gdje niska koncentracija etilena uzrokuje potpuno opadanje listova i cvjetova. Naprimjer, Schlumbergera, vrsta božićnog kaktusa koji se prodaje kada je prvi cvijet otvoren, a na tržište stiže sa svim cvjetovima zbog izloženosti etilenu tokom transporta.
Etilen ponekad uzrokuje pojavu fizioloških poremećaja uskladištenih proizvoda. Brzo zrenje jabuka sa niskim sadržajem kalcijuma uzrokuje visok nivo kiselosti uskladištene robe. Ukratko, visok nivo etilena u skladišnim prostorima reducira učinkovitost zraka na kvalitet jabuka.
Do danas su se razvile brojne tehnike kako bi se zaštitila osjetljivost proizvoda na utjecaje etilena. Odabir odgovarajuće metode zavisi prije svega od vrste samog proizvoda ali i od tehnike koja se primjenjuje prilikom njegovog plasiranja. Uklanjanje etilena iz atmosfere u blizini proizvoda je poželjna metoda za spriječavanje oštećenja proizvoda osjetljivih na utjecaj etilena. Od metoda koje su dostupne, najefikasnije su one metode koje su najjeftinije i najjednostavnije.
.
Kontrolirana atmosfera sa niskim i ultraniskim sadržajem kisika
Najniži sadržaj kisika za CA skladištenje na duži period ne treba biti manji od 2% (2 kPa). Međutim, istraživanja rađena u periodu od 1965. godine pokazala su da se jabuke bolje čuvaju u atmosferi koja sadrži od 1 do 1,25 % kisika. Tako se počeo koristiti termin LO (1,5-2 % kisika), a ako se koristi CA sa sadržajem 0,8 do 1,25 % onda se taj tip atmosfere naziva ULO . Ova dva tipa CA počela su se koristiti širom svijeta, za različito voće (jabuke, kruške, kivi, nektarine). Ovakve komore zahtijevaju ekstremne uslove dihtovanja. Dodatno postavljeni zahtjevi su sadržaji kisika, CO2 na 0,1 %. Takođe se nametnuo i zahtjev za mjerenje koncentracije gasova svakih 30 minuta, što je mnogo češće nego kod konvencionalne CA. Ovakav sistem je zahtijevao automatizaciju i kompjuterizaciju. Inicijalni stres (ILOS ) koji nastaje zbog ultra niskog sadržaja kisika (ULO) može se pojaviti kod nekih sorti jabuka.
Još 1960. godine istraživanja su potvrdila da ubrzanje smanjenja O2 u komorama odlaže dozrijevanje jabuka. Korist od bržeg smanjenja kisika CA je smanjenje proizvodnje etilena uz povećanje CO2. Kod klimakterijskog voća (kao što su jabuke) dozrijevanje može biti odloženo, posebno ako je ubrano u predklimakterijskom periodu.
.
Dinamička kontrolirana atmosfera
Dinamička atmosfera podrazumijeva kontinuelno prilagođavanje sastava atmosfere fiziološkom stanju plodova tokom skladištenja. Uspostavlja se i održava uz primjenu savremene mjerno-regulacijske tehnike i sistema automatskog upravljanja. Naziv dinamička je zbog toga što ce cijeli sistem brzo „odaziva“ na fiziološke promjene čuvanih plodova i prilagođava novonastalim uvjetima. Tako se postiže neprekidno uravnoteženje udjela O2 i CO2 u atmosferi, kao i temperature, vlažnosti zraka, sadržaja etilena itd. Osim toga, bitan faktor ove tehnologije mogu da čine senzori (mjerna osjetila) za detekciju niskih udjela etanola (0.01 ppm – 1 ppm) u atmosferi koji može nastati u anaerobnim uvjetima respiracije. Dinamička atmosfera uspješno spriječava fiziološka oštećenja plodova i uspješno omogućava ULO uvjete.
Komore za dinamičnu atmosferu trebaju zadovoljavati održavanje temperature, pritiska i relativne vlažnosti uz vrlo mala regulacijska odstupanja od zadanog stanja. Uspostavljanje i održavanje odgovarajuće koncentracije O2, CO2 i etilena radi na istim principima kao i kod konvencionalne CA. Za održavanje preporučene atmosfere (za tačno određene vrste i sorte) potrebni su: generator azota, skruber (praonik) CO2 i uređaj za katalitičko sagorijevanje etilena. U hermetičnim komorama mora se provoditi miješanje zraka u dva stupnja, s time da ventilatori miješaju zrak i kada nema hlađenja.
Slika 06. – Dinamičku atmosferu prati kompletno procesno stanje
Održavanje svih procesnih parametara provodi se pomoću mikroprocesorski baziranih sistema (PLC)-a. Stanje u komori preko regulacijskih krugova prati se na monitoru, a računar ima mogućnost pregleda povijesti događaja u CA komori tokom skladištenja.
U nekim slučajevima, gdje se trebaju ubrzati neki metabolitički procesi, kao što je kod kontroliranog, odnosno ubrzanog (ili umjetnog) dozrijevanja voća, u istim CA komorama primjenjuje se atmosfera obogaćena kisikom (50-55%) uz povišenje temperature (16 do 24°C) i relativne vlažnosti (95-98%), te održavanje niske koncentracije CO2. Za ubrzano dozrijevanje voća (npr. banana) i „razzelenjavanje“ agruma upotrebljava se etilen u smjesi sa azotom.
.
Mikro-kontrolirana atmosfera
Mikro-kontrolirana atmosfera je dodatno i racionalno poboljšanje načina upravljanja procesima promjena kod svježeg voća i povrća. Posebna joj je prednost što se komora može koristiti za više vrsta voća i povrća unutar jedne komore. To je zbog toga što se ovaj jednostavan sistem mikro-kontrolira i održava unutar svake pojedine palete proizvoda koji se čuva. U principu, postavlja se aluminijska podloška na dnu palete, a paleta se hermetički pokriva. Ova metoda je vrlo isplativa i pogodna za uzgajivače različite veličine i šireg programa. Zatvorene palete čuvaju se u hladnjači i pod kontroliranom atmosferom dok proizvod ne bude spreman za tržište. Kontrola kisika i ugljičnog dioksida se može pratiti preko vanjskih cijevi spojenih na foliju kojom je paleta zaštićena. Za uzorkovanje koriste se fitinzi postavljeni na omotač. To omogućava da cijevi ostaju u mjestu. Kad se paleta ukloni iz hladnjače, ona zatvorena odlazi do dućana. Kontrola može biti ostvarena ručno ili se kompletno priključuje na kompjuterski-PLC sistem kojim se može pratiti do 100 paleta. Jedinstveni sistem se može programirati za svaku paletu.
Slika 07. – Mikrokontrolirana atmosfera a) Mikrokontrolirana atmosfera sa povećanim sadržajem CO2 u čuvanju trešanja, b) Kompjuterski-PLC sistem pomoću kojeg se može pratiti do 100 paleta
.
Modificirana atmosfera i pakovanje u modificiranoj atmosferi
Modificirana atmosfera (MA) je termin koji se više koristi kod pakovanja proizvoda u ambalažu gdje je modificirana kompozicija gasova. Modificirana atmosfera se može koristiti i kod čuvanja voća kao i za kontrolu insekata. Može biti namjerno ili slučajno izazvana, odnosno pasivna i aktivna. Zbog ograničene sposobnosti za regulisanje pasivne atmosfere, koristi se aktivna modificirana atmosfera pri pakovanju proizvoda (MAP). To se radi stvaranjem laganog vakuma i uspostavljanjem željene mješavine gasova koja može biti prilagođena upotrebom apsorbirajućih supstanci u paketu sa kisikom, ugljen-dioksidom i etilenom. Tako etilenski apsorbens može pomoći pri odgađanju klimakteričnih promjena. Apsorbens ugljen-dioksida može prevenirati njegovo povećanje, što je poželljno, jer ugljen-dioksid u određenoj koncentraciji može izazvati promjene na voću i povrću, što se inače dešava proizvodima ako se pakuju pasivnim načinom. Aktivna atmosfera uključuje i dodatne troškove.
Mnogi plastični filmovi su dostupni za pakovanje, ali se samo nekolicina koristi za pakvanje svježeg voća i povrća. Neki su propusni za gas, što ih čini pogodnim za pakovanje u modificiranoj atmosferi. Zbog sadržaja kisika koji je redukovan sa 21 do 2-5%, postoji opasnost da bi ugljen-dioksid mogao rasti sa 0,03 do 16-19% u paketu. Tako visoki nivo ugljen-dioksida može dovesti do povrede većine vrsta voća i povrća. Zbog toga bi idealni film morao puštati više ugljen-dioksida van nego što pušta kisika unutra. Propusnost ugljen-dioksida bi trebala biti oko 3-5 puta veća od propusnosti za kisik u zavisnosti od željene atmosfere.
Polietilen niske gustine i polivinil-hlorid su glavni filmovi korišteni u pakovanju voća i povrća. Polistiren se koristi, dok poliester ima nisku propustljivost za gas i koristi se za proizvode koji imaju nizak stepen respiracije.
Tabela 08. – Permeabilnost filmova dostupnih za pakovanje svježih proizvoda u modificiranoj atmosferi
| R.br. | Tip filma | Permeabilitet (cc/m2/ml/dan za 1 atm) |
CO2 : O2 | |
| CO2 | O2 | |||
| 1. | Poliester | 180-390 | 52-130 | 3.0 : 3.5 |
| 2. | Polietilen, niske gustoće | 7.700-77.000 | 3.900-13.000 | 2.0 : 5.9 |
| 3. | Polipropilen | 7.700-21.000 | 1.300-6.400 | 3.3 : 5.9 |
| 4. | Polistiren | 10.000-26.000 | 2.600-7.700 | 3.4 : 3.8 |
| 5. | Polivinil hlorid | 4.263-8.138 | 620-2.248 | 3.6 : 6.9 |
| 6. | Saran | 52-150 | 8-26 | 5.8 : 6.5 |
Neka od novih pakovanja imaju potrebe za promjenama u propusnosti vezano za temperaturu – rastućom difuzijom gasa, upotrebom mikroperforacije. Difuzija gasa u i van pakiranja, kontrolirana je prvenstveno putem membrana za produkciju specifičnog dijela gasne transmisije.
Bio-senzori za detekciju etenola ili etil-acetata, kao indikatora fermentativnog metabolizma, u budućnosti biće razvijani za potencijalnu upotrebu u produkciji pakovanja zajedno sa mehanizmom za otvaranje kako bi se pustio kisik u paket.