المعرفة حول تغليف الأغذية

1. نظرة عامة على تغليف المواد الغذائية

نظراً لتنوع الأغذية، وتعقيد مكوناتها، وتفاوت جودتها نتيجةً لبيئة التداول، أصبح تطبيق مواد وتقنيات تغليف الأغذية معقداً للغاية. ومن الصعب للغاية تحقيق الوظائف الثلاث: "حماية المنتجات، والتخزين والنقل المريح، وتعزيز المبيعات". وفي ظل التنوع الكبير في الأغذية وتعدد قنوات الاستهلاك، ازدادت أهمية تغليف الأغذية لمساعدة المستهلكين على الشراء بسرعة. ويُمثل صنع تغليف مناسب للأغذية تحدياً متزايداً. لذلك، يُعد فهم مبادئ وخصائص تغليف الأغذية أمراً بالغ الأهمية لإتقان تغليف الأغذية.

بفضل مزايا الفيلم المركب، أصبح مادة التغليف الرئيسية للأغذية. ووفقًا لخصائص الأغذية المعبأة، وظروف الإنتاج ومعدات التغليف، والبيئة، وطريقة التداول، يمكن تحسين الفيلم المركب بمزايا كل طبقة، وتحويله إلى فيلم مركب متنوع من خلال الطباعة والتصفيح وغيرها من عمليات إنتاج التغليف المرن، مما يُسهم في حل المشكلات الشخصية التي تواجه إنتاج وتوزيع مختلف أنواع الأغذية. ويتميز الفيلم بإمكانية تطبيق جيدة. ولهذا السبب، تُعد كمية الفيلم المركب أكبر بكثير من كمية الورق والزجاج والمعادن وغيرها من المواد المستخدمة في تغليف الأغذية.

  2. متطلبات الغذاء لأغشية التغليف

تأثير البيئة على جودة الغذاء

جودة الطعام مؤشر مهم لتقييم مدى صحة تصميم غشاء التغليف المركب. أثناء عملية التوزيع، يتأثر الطعام بعوامل بيئية مثل الأكسجين والرطوبة ودرجة الحرارة وغيرها. لتصميم هيكل مناسب لغشاء التغليف، من الضروري توضيح ما يلي:

• ما هو تأثير هذه العوامل البيئية، وخاصة الأكسجين والضوء والرطوبة، على الغذاء؟

• ما هو هيكل الفيلم المركب الذي يمكنه التحكم في هذه العوامل البيئية، وذلك لتجنب التأثيرات السيئة على الغذاء؟

ولذلك، فمن المهم جدًا فهم تأثير هذه العوامل البيئية على جودة الغذاء.

(1) تأثير الأكسجين على جودة الغذاء

يُعدّ الأكسجين في الهواء عاملاً مهماً يُؤثّر على جودة الطعام أثناء عملية الدوران. من أهمّ العوامل التي تُؤثّر على جودة الطعام:

1) أكسدة الزيت

تحتوي العديد من المواد الخام الغذائية على زيت، وقد يُضاف الزيت أيضًا أثناء عملية معالجة الطعام. في عملية دورة التخزين، تُسرّع هذه الزيوت عملية الأكسدة بعد ملامستها للأكسجين، مما يُنتج طعمًا حامضًا وبعض المركبات السامة، وهو ما يُسمى بتزنخ الزيت. يتأثر معدل أكسدة الزيت بتركيز الأكسجين. عندما يكون الأكسجين كافيًا جدًا، لا يؤثر على سرعة تفاعل الأكسدة. ومع ذلك، عندما تكون نسبة الأكسجين منخفضة، تتناسب نسبة الأكسجين طرديًا مع تفاعل الأكسدة. لذا، يُمكن للفيلم المُركّب ذو الحاجز العالي أن يُبطئ معدل أكسدة الزيت. بالإضافة إلى ذلك، مع ارتفاع درجة الحرارة ومساحة سطح الطعام الأكبر، ستكون أكسدة الزيت أسرع، مما يتطلب متطلبات حاجز أعلى لفيلم التغليف.

2) تأثير الأكسجين على اللون

يتميز اللحم الطازج المذبوح بلونه الأحمر الأرجواني لاحتوائه على كمية كبيرة من الميوغلوبين. بعد تخزينه في الهواء لمدة 30 دقيقة، يتحد الميوغلوبين مع الأكسجين لتكوين الميوغلوبين المؤكسج، فيتحول لون اللحم إلى الأحمر الفاتح، وهي سمة مميزة للحوم الطازجة. يمكن أن يتأكسد الميوغلوبين والأوكسي ميوغلوبين إلى ميثيموغلوبين، مما يتسبب في تحول لون اللحم إلى البني الداكن، مما يعيق بيعه. قد تكون عملية تغير لون اللحم سريعة لبضع ساعات، وبطيئة لبضعة أيام، لذا من الضروري منع دخول الأكسجين لإبطاء عملية التحول من الأحمر الفاتح إلى البني.

3) تأثير الأكسجين على الكائنات الحية الدقيقة

تُعدّ الكائنات الدقيقة من العوامل المهمة المُسببة لفساد الطعام. ووفقًا للعلاقة بين الكائنات الدقيقة والأكسجين، يُمكن تقسيمها إلى بكتيريا هوائية، وبكتيريا لاهوائية اختيارية، وبكتيريا لاهوائية. تحتاج البكتيريا الهوائية إلى الأكسجين للنمو والتكاثر؛ بينما تنمو اللاهوائية الاختيارية في ظروف هوائية أو لاهوائية، ولكن الظروف الهوائية أفضل؛ كما يُمكن للبكتيريا الهوائية أن تنمو وتتكاثر في غياب الأكسجين. تختلف أنواع الميكروبات الغذائية باختلاف المواد الخام، وظروف الإنتاج الصحية، وطرق التعقيم. يجب على شركات التعبئة والتغليف معرفة أنواع الميكروبات وحساسيتها للأكسجين أثناء دوران الطعام، وذلك لتصميم غشاء مُركّب مقاوم للأكسجين بشكل صحيح. يُمكن للغشاء المُركّب ذو المقاومة العالية للأكسجين أن يُثبّط نمو وتكاثر البكتيريا الهوائية والبكتيريا اللاهوائية الاختيارية، ولكن تأثيره على الكائنات الدقيقة اللاهوائية ضئيل.

4) تأثير الأكسجين على الفيتامين

الفيتامينات موادٌ ضرورية للحياة. نقص فيتامين أ قد يُسبب تأخر النمو، وجفاف العين، والعمى الليلي، ومشاكل أخرى لدى الأطفال. تحتوي العديد من الأطعمة على فيتامين أ أو الكاروتينات التي يُمكن للحيوانات تحويلها إلى فيتامين أ، مثل زيت كبد سمك القد، ومنتجات الألبان، والبيض، وكبد الحيوانات، والجزر، والبطاطا الحلوة، وشتلات البازلاء، والسبانخ المطبوخة، والبروكلي المطبوخ، والفلفل الأخضر، وغيرها. لكن الطبيعة الكيميائية لفيتامين أ حيوية، ويسهل تأكسدها في الهواء. فيتامين ج الموجود في الفواكه والخضراوات الطازجة أو المقطعة حديثًا سهل التأكسد في الهواء أيضًا. فيتامين هـ حساس للأكسجين، وسهل التأكسد ويفقد فعاليته، كما يُمكن لأكسدة الزيت أن تُسرّع من تدمير فيتامين هـ؛ بالإضافة إلى ذلك، فيتامين هـ الموجود في الطعام الجاف أسهل تأكسدًا.

5) تأثير الأكسجين على الحفاظ على نضارة الفواكه والخضروات

على عكس الأطعمة المصنعة التي يجب أن تتجنب التعرض للأكسجين، تحتاج الفواكه والخضراوات الطازجة إلى الخضوع للتنفس للحفاظ على أنشطتها الفسيولوجية الطبيعية والحفاظ عليها طازجة. ويحتاج التنفس إلى أخذ الأكسجين وزفير ثاني أكسيد الكربون، لذلك يتطلب الأكسجين داخل العبوة. ومع ذلك، يجب ألا تكون نسبة الأكسجين في عبوات الفواكه والخضراوات عالية جدًا أو منخفضة جدًا، لأنه إذا كانت عالية جدًا، فسيكون التنفس قويًا جدًا، مما يؤدي إلى نضج وشيخوخة أسرع، وسهولة التعفن؛ الأكسجين المنخفض جدًا عرضة للتنفس اللاهوائي، والذي سيولد الإيثانول، ويسرع التحلل. لذلك، يجب أن تكون نسبة الأكسجين في العبوة هي الأفضل للحفاظ على أدنى معدل تنفس للفواكه والخضراوات دون تنفس لاهوائي. بالنسبة لمعظم الفواكه والخضراوات، يجب الحفاظ على نسبة الأكسجين في العبوة عند 3٪ -5٪.

يؤثر محتوى الأكسجين في العبوة بشكل كبير على تغير لون الفواكه والخضراوات. فانخفاض الأكسجين يُحافظ على لون الفطر والفراولة والتفاح الطازج المقطوع، والعديد من الفواكه والخضراوات الأخرى. كما أن ارتفاع مستويات الأكسجين يُعزز درجات اللون الأحمر في القرطم والبرتقالي الداكن، ويمنع تحول لون الخضراوات الطازجة إلى البني.

  بالإضافة إلى ذلك، تؤثر كمية ثاني أكسيد الكربون في العبوة بشكل مختلف على التنفس وتغير اللون. بعض الفواكه والخضراوات لا تتأثر بثاني أكسيد الكربون، ولكن بعضها الآخر، مثل الحمضيات، يتحول لونه إلى البني وينتج نكهات غير طبيعية عند تركيزات منخفضة جدًا من ثاني أكسيد الكربون. لذلك، بالنسبة للفواكه والخضراوات، بما في ذلك الفواكه والخضراوات الطازجة والمعلبة في عبوات معدلة الجو (MAP)، فإن اختيار غلاف التغليف المناسب ذي مقاومة الغازات المناسبة (بما في ذلك مقاومة الأكسجين وثاني أكسيد الكربون) له تأثير مهم على حماية الفواكه والخضراوات.

(2) تأثير الرطوبة على جودة الغذاء

تؤثر رطوبة البيئة على محتوى الماء في الطعام، فمع انخفاض الرطوبة، قد يفقد الطعام الماء، ومع ارتفاع الرطوبة، قد يصبح رطبًا. ومع ذلك، لا ترتبط جودة الطعام ارتباطًا مباشرًا بمحتوى الماء، بل بـ "الماء المتاح" فيه، لذا طُرح مفهوم يُسمى النشاط المائي (Aw). النشاط المائي (Aw) هو نسبة بخار الماء في حالة التوازن في وعاء مغلق إلى ضغط بخار الماء المشبع في الماء النقي عند نفس درجة الحرارة. يُعد النشاط المائي مؤشرًا أفضل من محتوى الماء في تقييم فساد الطعام. في الظروف العادية، يمكن لمنتجي الطعام تحديد قيمة النشاط المائي للطعام، كما يمكن لشركات التعبئة والتغليف استخدام أجهزة قياس النشاط المائي وغيرها من المعدات للاختبار.

1) تأثير الرطوبة على أكسدة الزيت

في الأطعمة ذات النشاط المائي المنخفض جدًا (Aw < 0.1)، تكون أكسدة الدهون سريعة. مع زيادة النشاط المائي، ينخفض معدل الأكسدة، وعندما يصل إلى حوالي 0.25، يصبح معدل الأكسدة في أدنى مستوياته. ومع استمرار زيادة النشاط المائي (Aw بين 0.25 و0.8)، يتسارع تفاعل الأكسدة. ومع ذلك، عندما يكون النشاط المائي مرتفعًا جدًا (Aw بين 0.8 و0.99)، يُبطئ الماء المضاف أكسدة الدهون.

2) تأثير الرطوبة على الكائنات الحية الدقيقة

يحتاج نمو وتكاثر الكائنات الدقيقة في الغذاء إلى الماء، وهناك حد أدنى من النشاط المائي. بشكل عام، تكون قيمة Aw للبكتيريا أكبر من 0.94، وللعفن أكبر من 0.80، وللخميرة أكبر من 0.87، ولكن عندما تكون قيمة Aw أقل من 0.6، فإن الغالبية العظمى من الكائنات الدقيقة تفشل في النمو.

3) تأثير الرطوبة على خصائص الطعام ونكهته

الأطعمة الجافة حساسة للرطوبة، ويسهل امتصاصها عند ارتفاعها. على سبيل المثال، يبلغ محتوى الماء في الشاي المُعالَج حديثًا حوالي 3% في بيئة رطوبة نسبية تبلغ 20%. ومع ذلك، عند 50%، يمتص الشاي الرطوبة ويرتفع محتوى الماء إلى 5.5%. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يصل محتوى الماء إلى 13% عند 80%. عندما يتجاوز محتوى الماء في الشاي 5.5%، تنخفض حالته التنظيمية ونكهته ولونه وقيمته الغذائية بشكل حاد، مما يؤثر بشكل خطير على جودة الشاي. بالنسبة للأطعمة ذات المحتوى المائي العالي، عند انخفاض الرطوبة، من السهل فقدان الماء أو التصلب أو التشوه، مما يتسبب في تغيرات في الصلابة والمضغ والمرونة.

4) تأثير الرطوبة على الفواكه والخضروات

تحتوي الفواكه والخضراوات على كميات كبيرة من الماء، ومع ذلك، حتى في بيئة عالية الرطوبة، فإنها تفقد الماء أيضًا، مما يؤدي إلى انكماش سطحها، وسوء مذاقها، وتليف الخشب. إذا كان هناك فقدان كبير للماء، يسهل ظهور الماء المكثف في العبوة، مما يؤدي إلى نمو الكائنات الدقيقة وتلف الفواكه والخضراوات.

(3) تأثير الضوء على جودة الطعام

1) تأثير الضوء على أكسدة الزيت

إلى جانب الأكسجين، يُسرّع الضوء أيضًا أكسدة الزيت. تحتوي بعض الأطعمة، خاصةً تلك التي تحتوي على أصباغ طبيعية، مثل الكلوروفيل والهيموغلوبين، وهو مُحسّس للضوء، ويُسبب أكسدة مُحسّسة للضوء. يكون معدل الأكسدة في حالة التعرض للضوء أسرع بأكثر من 1000 إلى 1500 مرة من معدل الأكسدة بدون ضوء. الكلوروفيل هو نوع من عائلة الأصباغ الدهنية. في بعض الأطعمة التي تحتوي على مواد خام نباتية خضراء، يتأثر الكلوروفيل الموجود فيها بالضوء والأكسجين، ويتحلل ضوئيًا إلى سلسلة من الجزيئات الصغيرة، ويتلاشى أثناء عملية المعالجة والتخزين. في اللحوم والدواجن، نظرًا لعدم تنظيف الدم عند الذبح، لا يزال اللحم يحتوي على الهيموغلوبين، مما يُسهّل حدوث الأكسدة الضوئية.

2) تأثير الضوء على الفيتامين

يُسبب الضوء فقدان بعض الفيتامينات الحساسة للضوء. فيتامين ب، وهو مُحسِّس للضوء، يتحلل بالضوء لإنتاج الفوتوفلافين؛ والفوتوفلافين مؤكسد قوي، يُسبب انخفاضًا في القيمة الغذائية ورائحة كريهة في منتجات الألبان، لذا يجب حفظ منتجات الألبان بعيدًا عن الضوء.

فيتامين د، الموجود بكثرة في الأغذية الحيوانية، لا يتأكسد بسهولة، ولكنه قد يُسبب تفاعل أكسدة للدهون بسبب الأشعة فوق البنفسجية. على سبيل المثال، ينخفض محتوى فيتامين د في زيت السمك المُعبأ بشكل مستمر أثناء التخزين، ويكاد يُفقد بعد 4 أسابيع. فيتامين هـ حساس للأكسجين والأشعة فوق البنفسجية، ويسهل تسريع تأكسدها بعد التعرض للأشعة فوق البنفسجية. أما فيتامينات أ، ب6، ب12، وك، فتتلف عند التعرض للأشعة فوق البنفسجية.