Wstęp
We współczesnym piekarnictwie konfekcjonowanie pieczywa jest ważnym etapem procesu produkcyjnego. W rozwiniętych krajach prawie wszystkie wyprodukowane wyroby pakuje się [2].
Zadaniem opakowania jest utrzymanie dobrej jakości produktu przez jak najdłuższy czas [9], zapobieganie skażeniu mikrobiologicznemu oraz utrzymanie pożądanych cech organoleptycznych [3].
Do pakowania pieczywa stosuje się papiery woskowane, celofan, folie polietylenową i polipropylenową, w tym także termokurczliwą oraz laminowaną. Wykorzystuje się też różne kombinowane połączenia tych materiałów, które różnią się właściwościami fizycznymi i mają różną przepuszczalność gazów i pary wodnej [2, 3].
Pieczywo o żądanej kilkudniowej trwałości najczęściej pakuje się w opakowania polietylenowe (PE). Do produkcji pieczywa o przedłużonej trwałości poleca się folie polipropylenowe (PP) orientowane, termokurczliwe i rozciągliwe. Charakteryzują się one dobrą barierowością w stosunku do pary wodnej i gazów oraz wysoką odpornością na temperaturę, dzięki czemu możliwe jest zastosowanie ich do pakowania gorącego pieczywa, a także pieczywa utrwalonego termicznie. Pieczywo o długim okresie przydatności do spożycia, pakowane w atmosferze modyfikowanej lub z użyciem pochłaniaczy tlenu, powinno być wprowadzane do opakowania z materiałów wielowarstwowych, wysokobarierowych. W Polsce najpopularniejszy jest PA/PE (poliamid/polietylen) [6].
Celem pracy była analiza zmian trwałości chleba przechowywanego w specjalnie zaprojektowanym opakowaniu aktywnym, a zarazem sprawdzenie, czy specjalnie zaprojektowana saszetka zawierająca trójskładnikową kompozycję aktywną będzie mogła być wykorzystywana do pakowania w warunkach biologicznie modyfikowanej atmosfery.
Materiał i metody
Do przeprowadzenia doświadczeń wykorzystano:
1. Chleb powszedni mieszany (pszenno-żytni) (Asprod Sp. z o.o.) o następującym składzie: mąka pszenna, mąka żytnia, woda, drożdże, sól; trwałość pieczywa deklarowana przez producenta wynosiła 4 dni.
2. Chleb razowy żytni (Asprod Sp. z o.o.) o następującym składzie: mąka żytnia, mąka pszenna, woda, sól, drożdże; trwałość pieczywa deklarowana przez producenta wynosiła 6 dni.
3. Saszetka wykonana z papieru z naniesioną warstwą skrobi (ZetPeZet Piła) i gliceryny (POCH SA), zawierająca: 3 g drożdży instant (Dr Oetker Polska Sp. z o.o.), 1,2 g preparatu probiotycznego Lacium (Zdrovit, NP Pharma Sp. z o.o.), 0,225 g cukru (Pfeifer & Langen Polska SA).
4. Worki foliowe wielowarstwowe z poliamidu i polietylenu (PA/PE) (PPH Gąsior Sp. z o.o.).
Opakowanie wykorzystywane do badań składało się z dwóch części: saszetki papierowej – wielowarstwowej oraz worka z folii PA/PE.
Wykonano papierową saszetkę wielowarstwową przez naniesienie na papier o gramaturze 53 g/m2 warstwy kleiku skrobiowego z gliceryną. Kleik sporządzono w stosunku 4% skrobi do wody i 20% gliceryny do skrobi. Schłodzony kleik nanoszono na papier za pomocą powlekarki (Unicoater 409 Erichsen, Niemcy) i poddawano suszeniu w suszarce laboratoryjnej firmy Binder w temperaturze 100°C. Z przygotowanych arkuszy papieru wielowarstwowego i z gotowej folii PA/PE wycinano kształt saszetek i worków. Saszetki i worki poddawano zgrzewaniu na zgrzewarce laboratoryjnej RDM test equipment HSE-3 (Niemcy).
W celu dobrania optymalnych parametrów zgrzewu na maszynie Lippke 4500 (Niemcy) wykonywano testy szczelności i rozerwania. Ustalono, że optymalny czas zgrzewania dla saszetki papierowej wielowarstwowej wynosił 4 s, a dla worków z folii PA/PE 3 s. Pozostałe parametry zgrzewu to temperatura 125°C i siła nacisku 3 kN.
W pierwszym etapie doświadczeń do saszetek wprowadzono cukier, drożdże oraz liofilizowane komórki L. plantarum (według opisanych wyżej stosunków wagowych). Saszetki wprowadzano do worków, w których znajdowało się pieczywo. Ponadto do worków wkładano substancję adsorbującą – węgiel aktywowany lub żel krzemionkowy, w ilości odpowiadającej wadze całej kompozycji składników, co miało zapobiegać powstawaniu negatywnych zmian sensorycznych. Do badań użyto 12 kromek chleba pszenno-żytniego i 12 kromek chleba razowego. Z każdego rodzaju chleba 6 kromek zainfekowano drobnoustrojami pochodzącymi z powierzchni stanowiska pracy (poprzez niesterylne pakowanie pieczywa). Kromki pakowano do worków z folii PA/PE według następującego planu:
n 3 kromki niezainfekowane (pakowane w warunkach sterylnych) bez saszetki papierowej z kompozycją aktywną;
n 3 kromki niezainfekowane (pakowane w warunkach sterylnych) z papierową saszetką zawierającą kompozycję aktywną;
n 3 kromki zainfekowane bez saszetki papierowej z kompozycją aktywną;
n 3 kromki zainfekowane z papierową saszetką z kompozycją aktywną.
Zapakowane pieczywo przechowywano w komorze klimatycznej przez okres czterech tygodni dokonując obserwacji zachodzących zmian. Następnie analizowano:
n skład mieszaniny gazów wewnątrz opakowania za pomocą urządzenia kontrolującego PackCheck firmy Mocon;
n objętość wytworzonej mieszaniny gazów. Doświadczenie polegało na zanurzeniu cylindra miarowego z umieszczonym w nim lejkiem w pojemniku z wodą. Do lejka wkładano worek z chlebem i saszetką, którego przebicie igłą spowodowało uwolnienie gazów. Mieszanina gazów wypierała wodę zawartą w cylindrze. Po ustaleniu nowego poziomu wody na podziałce cylindra odczytano objętość wytworzonych gazów.
Wyniki
Obserwacja kromek pieczywa przechowywanego w komorze klimatycznej przez okres 30 dni wykazała, że tylko w próbkach bez saszetek z kompozycją aktywną odnotowano ogniska pleśni. Po 10 dniach obserwacji obecność ich stwierdzono na chlebie pszenno-żytnim zarówno pakowanym sterylnie, jak i w warunkach jałowych. Po 10 dniach obserwacji ogniska pleśni zauważono także na chlebie razowym zainfekowanym drobnoustrojami, a po 20 dniach na pieczywie niezainfekowanym.
Analiza składu atmosfery w opakowaniach wykazała, że w woreczkach zawierających saszetki stwierdzono spadek zawartości tlenu o 2,5-3,0%. Jedynie w przypadku niezainfekowanej próby chleba razowego zauważono nieznaczny wzrost zawartości tlenu (tab. 1).
Analiza statystyczna przeprowadzona za pomocą testu Duncana wykazała, że zarówno dla niezainfekowanego, jak i zainfekowanego chleba razowego zastosowanie saszetki wpłynęło na zmniejszenie udziału tlenu w atmosferze opakowania. Stopień zanieczyszczenia prób z saszetkami nie wpłynął natomiast na zawartość tlenu w opakowaniu, próby 3 i 4 w obu testach nie różniły się znacząco (tab. 2, 3).
Na podstawie przeprowadzonych testów stwierdzono, że zastosowanie opakowania aktywnego pozwoliło na wzrost CO2 do poziomu 66-68% dla prób chleba pszenno-żytniego i 74-76% dla prób chleba razowego (tab. 4).
Przeprowadzona analiza statystyczna dla obu rodzajów chleba wykazała, że porównywane próby bez saszetek i z saszetkami, tj. 1 i 3, 2 i 4 różniły się między sobą, co oznacza, że zastosowanie opakowania aktywnego wpływało na wzrost zawartości CO2. Zauważono również, że podobnie jak w przypadku zawartości tlenu, stopień zanieczyszczenia prób nie miał wpływu na zawartość dwutlenku węgla w opakowaniu, bowiem próby 3 i 4 w obu testach nie różniły się znacząco (tab. 5, 6).
Badania wykazały również zwiększenie objętości mieszaniny gazowej po zastosowaniu opakowania z aktywną saszetką. W przypadku chleba pszenno-żytniego zaobserwowano jej 2-3-krotny wzrost. Dla chleba żytniego niezainfekowanego drobnoustrojami wzrost ten był wyższy – ok. 4,5-krotny, natomiast dla chleba żytniego zainfekowanego wzrost ten był niewielki i wynosił kilka procent (tab. 7).
Biorąc pod uwagę zmienną objętość wydzielonych gazów, analiza statystyczna za pomocą testu Duncana potwierdziła, że zastosowanie opakowania aktywnego wpłynęło na wzrost tej objętości w próbach dla niezainfekowanego i zainfekowanego chleba pszenno-żytniego oraz dla niezainfekowa
nego chleba razowego. Próby na chlebie razowym zainfekowane drobnoustrojami, tj. próby 2 i 4, nie różniły się istotnie między sobą (tab. 8, 9).
Dyskusja
Przeprowadzone doświadczenia miały na celu sprawdzenie, czy zaproponowane „opakowanie aktywne”, a w tym biologicznie czynna kompozycja trzech składników zmieni skład atmosfery gazowej w opakowaniu z chlebem. Zastanawiano się jednocześnie, czy opakowanie przedłuży trwałość pieczywa. Dobór składników w saszetce nie był przypadkowy. Drożdże wykorzystując cukier jako pożywkę prowadziły fermentację alkoholową wytwarzając dwutlenek węgla i alkohol etylowy – czyli substancje o działaniu konserwującym, a dowiedziono, że CO2 wykazuje właściwości antymikrobiologiczne [4]. Dodatkowo, jak donosi Popis [11], etanol działa korzystnie na właściwości reologiczne pieczywa przeciwdziałając jego czerstwieniu, a według Diowksz [5] bakterie kwasu mlekowego powodują zahamowanie wzrostu wielu patogennych drobnoustrojów.
Po miesiącu przechowywania prób w zaproponowanym opakowaniu aktywnym objętość wydzielonych gazów była wyższa niż dla prób bez saszetek z trójskładnikową kompozycją. Szczegółowa analiza składu atmosfery wewnątrz opakowania dała zadowalające rezultaty. Wykazała bowiem, że wraz z ogólnym wzrostem obojętności gazów zwiększyła się procentowa zawartość dwutlenku węgla, a spadła procentowa zawartość tlenu. Wiadomo, że im wyższy udział CO2 i niższy udział O2, tym lepszy efekt przedłużenia trwałości chleba. Wielu autorów [1,3,4,6,7,8,10,12] dowiodło, że stosowanie mieszanin gazowych o wysokim udziale CO2, zwykle powyżej 70%, wpływa konserwująco na pakowane pieczywo. Z przeprowadzonych w niniejszej pracy badań wynika, że zalecany poziom uzyskano dla prób chleba razowego – 74-76%, a dla chleba pszenno-żytniego był on bliski 70% i wynosił 66-68%.
Zwiększona zawartość dwutlenku węgla jest wynikiem fermentacji alkoholowej, a potwierdzeniem tego procesu jest alkoholowy zapach po otwarciu opakowania. Zawartość wytworzonego alkoholu etylowego nie została określona. Należy się jednak zastanowić, czy alkoholowy zapach nie będzie wpływał na negatywny odbiór tego rodzaju opakowania. Podjęte próby zniwelowania zmian organoleptycznych za pomocą substancji adsorbujących wykazały, że węgiel aktywny pochłaniał nieprzyjemny zapach etanolu, a zastosowanie żelu krzemionkowego nie wpływało na poprawę wrażeń organoleptycznych. W technologii „Ethicap” opisywanej przez Trzcińską [13] i Popis [11] niedogodność tę niweluje się niekiedy przez dodatek niewielkiej ilości aromatu waniliowego, który maskuje zapach etanolu.
Słowik [12] dowiodła, że gdy w opakowaniach aktywnych do pieczywa stosuje się substancje pochłaniające tlen z opakowania, obniżenie jego poziomu do niskich wartości pozwala na wydłużenie trwałości np. dla chleba białego pakowanego w folię polipropylenową z 5 do 45 dni, a w przypadku całkowitej eliminacji tlenu i zastosowania mieszanin jedynie CO2 i N2 w różnych proporcjach okres trwałości pieczywa wynosi 21-28 dni. Wyniki przeprowadzonych w niniejszej pracy badań dowodzą, że obniżenie zawartości tlenu do 2,5-3,0% pozwalało na miesięczne przechowywanie pieczywa bez zaobserwowanych ognisk pleśni.
Zmieniający się skład atmosfery gazowej był wynikiem działania drożdży i cukru. Trzeci składnik kompozycji aktywnej, czyli bakterie kwasu mlekowego L. plantarum miały dodatkowo przedłużyć trwałość pieczywa, ponieważ – jak wykazał Diowksz [5] – bakterie z rodzaju Lactobacillus posiadają duże powinowactwo do substratów węglowodanowych i aminokwasów wnoszonych z mąką, a także antagonistyczne oddziaływanie w stosunku do innych drobnoustrojów, współzawodnicząc o te same źródła pokarmowe. Antydrobnoustrojowe właściwości bakterii mlekowych są związane z syntezą związków hamujących lub ograniczających wzrost innych mikroorganizmów, do których zalicza się kwasy organiczne, nadtlenek wodoru oraz bakteriocyny. Ten efekt zwykle jest wspomagany wypieraniem tlenu, co dodatkowo zapobiega rozwojowi pleśni i innych drobnoustrojów aerobowych. Wyniki przeprowadzonych w niniejszej pracy badań wykazały, że zastosowanie saszetki aktywnej w opakowaniu wydłużyło okres przechowywania chleba bez widocznych zmian mikrobiologicznych. Przechowywanie pojedynczych kromek pozwoliło na uzyskanie długiego okresu trwałości pieczywa, tj. 30 dni.
Wnioski
1. Odpowiedni udział drożdży, pałeczek kwasu mlekowego i cukru wpływa na wzrost objętości mieszaniny gazowej w opakowaniu aktywnym.
2. Skład mieszaniny gazowej opakowania aktywnego ulega zmianom po zastosowaniu zaproponowanych saszetek, powodując wzrost procentowej zawartości CO2 i spadek procentowej zawartości O2.
3. W badaniach modelowych dla obu rodzajów chleba zawartość CO2 wzrosła do ok. 70%, czyli wartości uznawanej za typową dla pakowania pieczywa w systemie MAP.
4. Rodzaj materiału opakowaniowego, jego barierowość, a także typ zamknięcia wpływają na przedłużenie trwałości pieczywa; możliwe jest nawet 30-dniowe przechowywanie pieczywa w hermetycznym opakowaniu aktywnym z folii PA/PE. n
Literatura
1. Aday M. S., Caner C. (2013) The shelf life extension of fresh strawberries using an oxygen absorber in the biobased package. Food Science and Technology 52: 102-109
2. Ambroziak Z. (2007) Produkcja piekarsko-produkcyjna, 3. wydanie, część 2., WSiP, Warszawa, ISBN 978-83-02-07155-3
3. Ceglińska A., Haber T., Leszczyński K., Witulski P. (2004) Wpływ opakowania na jakość i trwałość pieczywa. Przegląd Piekarski i Cukierniczy 4: 2-5
4. Ćwiertniewski K. (2003) Pieczywo pakowane w atmosferze modyfikowanej (MAP). Przegląd Piekarski i Cukierniczy 6: (2-6)
5. Diowksz A. (2004) Biokonserwacja pieczywa dzięki zastosowaniu zakwasu. Przegląd Piekarski i Cukierniczy 4: 6-8
6. Dominik P. (2009) Wpływ opakowań na jakość i trwałość pieczywa. Cukiernictwo i Piekarstwo 7-8: 44-46
7. Fik M. (2004) Żywność. Nauka. Technologia. Jakość. 39 (2): 5-22
8. Guynot M. E., Marin S., Sanchis V., Ramos A. J. (2003) Modified Atmosphere Packaging for Prevention of Mold Spoilage of Bakery Products with Different pH and Water Activity Levels. Journal of Food Protection 66 (10): 1864-1872
9. Michniewicz J. (2000) Opakowania, a jakość produktów żywnościowych. Przegląd Piekarski i Cukierniczy 3: 6-8
10. Moussa S., Ibrahim A., Okba A., Hamza H., Opwis K., Schollmeyer E. (2011) Antibacterial action of acetic acid soluble material isolated from Mucor rouxii and its application onto textile. International Journal of Biological Macromolecules 48: 736-741
11. Popis M. (2009) Znaczenie opakowań w kształtowaniu jakości żywności. Opakowanie 9: 17-19
12. Słowik E. (2002) Przedłużanie świeżości i trwałości pieczywa – dodatki i sposoby. Przegląd Piekarski i Cukierniczy 6: 14-17
13. Trzcińska M. (2007) Opakowania aktywne i inteligentne – w badaniach i praktyce przemysłu spożywczego. Przegląd Piekarski i Cukierniczy 7: 4-7
