Bioka Ltd

فنلاند

Bioka

بر پایه آنزیم

Sachets

Alcoa CSI Europe

انگلیس

O2-Displacer

ناشناخته

درب بطری

جاذب اکسیژن برای بسته­هایی که در فضای سطحی آن اکسیژن دارد مناسب است، خواه این مقدار اکسیژن در مواد غذایی در ابتدا به دام افتاده باشد و خواه از محیط اطراف بسته­بندی در طول ذخیره سازی و حمل و نقل وارد شده باشد. این جاذب­ها اکسیژن را به کمترین حد خود کاهش می­دهند. از عوامل مهم موثر بر انتخاب یک جاذب اکسیژن مناسب، طبیعت مواد غذایی مانند اندازه، شکل، وزن، فعالیت آبی و زمان ماندگاری است.
برای انتخاب جاذب اکسیژن چندین ضررورت مورد نیاز است مانند بی­ضرر بودن برای بدن انسان، میزان مناسب جذب اکسیژن، آلوده نبودن به مواد سمی و یا گاز نامطلوب، اجتناب از تولید بوی نامطبوع و نهایتا اینکه در اندازه مورد انتظار باشد. برای نشان دادن کیفیت و عملکرد آن باید به میزان ثابتی برآورد شود و به لحاظ اقتصادی قیمت مناسبی داشته باشد.
عکس مرتبط با اقتصاد
از لحاظ ساختاری، مولفه مهار اکسیژن در یک بسته می ­تواند به شکل­های مختلف بسته­های کیسه­ای کوچک، برچسب، فیلم (اختلاط عامل مهار با بسته بندی فیلم)، کارت، آستر بسته­بندی شده باشد (شکل۲-۲). شناخته شده­ترین جاذب اکسیژن به شکل بسته­های کیسه­ای کوچک حاوی پودر­های مختلف آهن و مجموعه ­ای از کاتالیزورها است.

شکل۲-۲٫ برخی از جاذب­های متداول در صنعت بسته بندی
جهت موثر بودن بسته­های کیسه­ای کوچک جاذب اکسیژن، وجود برخی شرایط لازم است که شامل موارد ذیل می­باشد:
الف- ظروف بسته­بندی و یا فیلم­هایی با نفوذ ناپذیری بالا باید مورد استفاده قرار گیرد، در غیر این صورت جاذب به سرعت اشباع شده و توانایی خود را برای به دام انداختن اکسیژن از دست خواهد داد. برای بسته بندی که در آن یک جاذب اکسیژن استفاده می­ شود فیلمی با قابلیت نفوذ اکسیژن بیش از ۲۰ میلی­لیتر بر متر مربع توصیه نمی­ شود.
ب- برای انعطاف پذیری بسته­بندی حرارتی، آب­بندی باید کامل انجام شود به طوری که هیچ هوایی در بسته بندی باقی نماند.
ج- جاذب اکسیژن از نوع و اندازه مناسب باید انتخاب شود(سوزا کروز و همکاران، ۲۰۱۲).
نگرانی در مورد مصرف مواد جاذب درون بالشتک که ممکن است پاره و اشتباهی مصرف شود، باعث شد محققان به دنبال راه کارهای جدید (به خصوص برای مواد غذایی مایع) باشند. بنابراین بسته­بندی­هایی مبتنی بر اختلاط جاذب در پلیمر به عنوان راه کار مناسب معرفی شد (رونی، ۲۰۰۵). اختلاط جاذب در فیلم­های بسته­بندی راه بهتری برای حل و فصل مشکلات مربوط به بالشتک است. جاذب­ها ممکن است در یک لایه جامد تعبیه شده باشد و یا در پلاستیک پراکنده شود (اوزدمیر و فلوروس، ۲۰۰۴). به طور کلی، سرعت و ظرفیت سیستم­های مهار اکسیژن گنجانیده شده در مواد بسته­ بندی، بطور قابل توجهی کمتر از بسته های جاذب اکسیژن (مبتنی بر آهن) و برچسب جاذب می­باشد.
۲-۳٫ سیستم­های جاذب اکسیژن
هرچند اولین سیستم­های جاذب اکسیژن بر اساس استفاده از فلزاتی نظیر آهن استوار بود، امروزه، بسیاری از سیستم­های جاذب اکسیژن بر اساس جاذب غیرفلزی مطرح شده ­اند. در ذیل انواع مختلف سیستم­های جاذب اکسیژن به تفصیل بیان شده است:
۲-۳-۱٫ اکسیداسیون پودر آهن
این جاذب اکسیژن در قالب بالشتک[۵] کوچک تجاری حاوی عوامل فلزی، مانند اکسید پودر آهن، کربنات آهن و پلاتین فلزی در دسترس است. اساس همه این جاذب­ها این جاذب­ها، اکسیداسیون آهن در حضور آب است.
عملکرد جاذب پودر آهن بر دو عامل رطوبت و اکسیژن استوار است که یک نوع از این واکنش­ها خود به خودی بوده که شامل حضور رطوبت در بالشتک است و به محض آن که بالشتک در معرض هوا قرار می­گیرد واکنش شروع می­ شود. در نوع جاذب وابسته به رطوبت، مهار اکسیژن تنها با حضور رطوبت انجام می­ شود که این رطوبت از خود مواد غذایی تامین می­ شود.
این گروه­های جاذب قبل از استفاده در هوای آزاد باثبات هستند، چرا که آنها بلافاصله پس از قرار گرفتن در معرض هوا، واکنش نشان می­دهند. بنابراین تنها مراقبت قبل از استفاده در بسته­بندی، نگهداری در مکان خشک است.
مکانیسم عمل جاذب اکسیژن بر اساس اکسیداسیون آهن بسیار پیچیده است و به وسیله واکنش­های زیر توصیف شده است (معادلات ۲-۱).

معادلات۲-۱٫ اکسیداسیون آهن
اگر نرخ اکسیداسیون مواد غذایی و قابلیت نفوذ اکسیژن به بسته­بندی کاملا شناخته شده بود، این امکان وجود داشت که برای حفظ سطح اکسیژن مطلوب در طول زمان ذخیره سازی، میزان آهن مورد نیاز به صورت دقیق محاسبه شود. یک قاعده کلی این است که ۱ گرم آهن با ۳۰۰ میلی لیتر اکسیژن واکنش نشان می­دهند.
LD50 دوز کشنده­ای است که ۵۰ درصد از جمعیت را می­کشد این مقدار برای آهن ۱۶گرم بر کیلوگرم وزن بدن هر شخص است. بزرگترین جاذب اکسیژن تجاری در دسترس حاوی ۷ گرم آهن است که این دوز را به مقدار ۱/۰ گرم بر کیلوگرم برای یک فرد ۷۰ کیلوگرمی افزایش می­دهد، و این مقدار۱۶۰ بار کمتر از دوز کشنده است.
۲-۳-۲٫ اکسیداسیون اسید اسکوربیک
اسید اسکوربیک جزء یکی دیگر از جاذب اکسیژن است که در واکنش اکسیداسیون اسکوربات به دهیدروآسکوربیک اسید تبدیل می­ شود. بسیاری از این واکنش­ها آهسته است و می ­تواند با نور و یا یک فلز واسطه به عنوان کاتالیزور، نظیر مس، شتاب بگیرد. اسید اسکوربیک، مس دو بار مثبت را به یکبار مثبت کاهش می­دهد و به شکل دهیدروآسکوربیکاسید در­می ­آید (معادلات ۲-۲، ۱).
یون مس یکبار مثبت، حساس به اکسیژن است. در واکنش با اکسیژن محیط، به یون مس دو بار مثبت تبدیل می­ شود و رادیکال آزاد اکسیژن تولید می­ کند (معادلات ۲-۲، ۲).
یون اکسیژن در واکنش با هیدروژن آزاد شده از واکنش اول و مس دوبار مثبت واکنش نشان داده، اکسیژن، ۲o2 Hو یون مس دوبار مثبت آزاد می­ کند (معادلات۲-۲، ۳).

معادلات۲-۲٫ اکسیداسیون اسید آسکوربیک
ترکیب مس و آسکوربات به سرعت ترکیب ۲o2 Hرا احیا کرده و آب آزاد می­ کند و دی هیدرو آسکوربیک­اسید تولید می­ کند (معادلات۲-۲، ۴).
می­توان معادلات فوق را در معادل ۲-۲-۵ خلاصه کرد: (معادله۲-۳)

معادله۲-۳٫ خلاصه معادلات اکسیداسیون اسید اسکوربیک
که در آن AA اسید اسکوربیک و DHAA دی هیدروآسکوربیکاسید است.
مجموع ظرفیت جذب اکسیژن با میزان اسید اسکوربیک تعیین می­ شود. برای انجام کامل واکنش کاهش یک مول اکسیژن نیاز به دو مول اسید اسکوربیک است. نمک اسید اسکوربیک و آسکوربات در طراحی جاذب­ها در هر دو فن­آوری جاذب و فیلم استفاده می­ شود. این فیلم فعال ممکن است همراه با یک کاتالیزور، معمولا یک فلز واسطه (مس، کبالت) باشد، و آن را با آب فعال می­ کنند. بنابراین، این تکنولوژی به خصوص برای محصولات غذایی آبی و یا محصول بسته­بندی و سترون شده­ای به کار می­رود که با آب و یا بخار آب داخل اتوکلاو قادر به راه اندازی روند مهار اکسیژن است.
۲-۳-۳٫ اکسیداسیون آنزیمی (به عنوان مثال، گلوکز اکسیداز و الکل اکسیداز)
در برخی جاذب­های اکسیژن ترکیبی از دو آنزیم گلوکز اکسیداز و کاتالاز استفاده می­ شود که با برخی از سوبسترا­های دریافتی برای جذب اکسیژن واکنش می­دهند. انتقال دو اتم هیدروژن از گلوکز اکسیداز (CHOH گروه گلوکز)، که می ­تواند در خود بسته وجود داشته و یا به محصول اضافه شده باشد، به اکسیژن سبب تشکیل گلوکونو دلتا لاکتون و ۲O2 H می­ شود. سپس لاکتون خود به خود با آب واکنش داده و اسید گلوکونیک تولید می­ کند. یک عامل منفی در روند واکنش فوق وجود کاتالاز است که یک آلاینده طبیعی موجود در آماده سازی گلوکز اکسیداز محسوب می­ شود، چرا که کاتالاز با ۲O2 H تشکیل O2H و ۲ Oمی­دهد و در نتیجه باعث کاهش کارایی سیستم واکنش­دهنده می­ شود. با این حال، تولید گلوکز اکسیداز بدون آنزیم کاتالاز بسیار گران است. واکنش به شرح زیر بیان شده است که در آن قند، سوبسترا است (معادله۲-۴)
(۱)
معادله۲-۴٫ اکسیداسیون آنزیمی
همچنین از آنجا که ۲O2 Hمحصول نهایی ناخواسته است، کاتالاز موجود به شکستن پراکسید می ­پردازد. (معادله۲-۵)
(۲)
معادله۲-۵. تجزیه پراکسید
با توجه به واکنش، یک مول از گلوکز اکسیده شده با یک مول اکسیژن واکنش می­دهد. بنابراین، در بسته­بندی غیرقابل نفوذ با ۵۰۰ میلی­لیتر فضای خالی سر محصول، فقط ۰۰۴۳/۰ مول گلوکز (۷۸/۰ گرم) برای رسیدن به صفر درصد از اکسیژن لازم است. بهره­وری آنزیمی بستگی به سرعت واکنش، مقدار سوبسترا و قابلیت نفوذ اکسیژن به بسته­بندی دارد.
سیستم­های آنزیمی به تغییرات PH، aw، مقدار نمک، درجه حرارت و عوامل مختلف دیگر بسیار حساس هستند. علاوه بر این، آنها نیاز به افزودن آب دارند و در نتیجه، نمی­توان به طور موثر در مواد غذایی کم آب استفاده کرد. یکی از کاربردهای گلوکز اکسیداز از بین بردن اکسیژن از آب جو و بطری­های شراب است. آنزیم­ها می­توانند بخشی از ساختار بسته­بندی باشند و یا در یک جاذب مستقل قرار گیرند. تثبیت جاذب توسط فرایندهای مختلف، از جمله استفاده از پلی­پروپیلن و پلی­اتیلن که بسترهای خوبی برای تثبیت آنزیم­ها هستند، انجام می­ شود.
این جاذب، اکسیژن فضای بسته را در محصولات واقعی درمدت زمان ۴۸-۱۲ ساعت در دمای ۲۰ درجه سانتی ­گراد از بین می­برد که این مقدار در دمای ۲ تا ۶ درجه ۲۴ تا ۹۶ ساعت طول می­کشد. همچنین این جاذب می ­تواند در محصولات مختلف منجمد مورد استفاده قرار گیرد.
علاوه بر گلوکز اکسیداز، آنزیم­ هایی دیگر نیز دارای پتانسیل مهار اکسیژن هستند که می­توان به اتانول اکسیداز اشاره کرد. بر اثر فعالیت این آنزیم، اتانول به استالدهید تبدیل می­ شود. این آنزیم می ­تواند برای محصولات غذایی که محدوده گسترده­ای از فعالیت آبی دارند مورد استفاده قرارگیرد چرا که این آنزیم برای عمل به آب نیاز ندارد و می ­تواند راحت­تر مورد استفاده قرارگیرد. لازم به ذکر است در صورتی که قرار باشد اکسیژن بیشتری از بسته جذب شود، مقدار بیشتری از اتانول مورد نیاز خواهد بود، که می ­تواند باعث بوی نامطلوب در بسته شود (سوزا کروز و همکاران، ۲۰۱۲).
۲-۳-۴٫ اکسیداسیون هیدروکربن­های غیراشباع
اکسیداسیون اسیدهای چرب چند غیراشباع [۶](PUFA) روش دیگری برای جذب اکسیژن و یک جاذب بسیار عالی برای غذاهای خشک است. جاذب­های اکسیژنی که در قبل شناخته شده ­اند یک نقطه ضعف جدی دارند و آن اینکه زمانی که آب وجود ندارد، واکنش مهار اکسیژن به خودی خود پیشرفت نمی­ کند و در حضور یک سیستم مهار اکسیژن، ممکن است کیفیت محصولات غذایی خشک به دلیل مهاجرت آب از جاذب اکسیژن به داخل غذا، به سرعت کاهش یابد.
شرکت شیمیایی گاز میتسوبیشی ژاپن دارای حق ثبت اختراع PUFAs به عنوان یک عامل واکنش و جاذب اکسیژن است. PUFAs ترجیحا از روغن­های سویا، کنجد و یا پنبه دانه که حاوی اولئیک، لینولئیک و لینولنیک اند، بدست می­آید. روغن­ها و یاPUFA با یک کاتالیزور فلزی انتقالی و یا یک ماده حامل (به عنوان مثال کربنات کلسیم) که به حالت جامد باشد یک ترکیب جاذب اکسیژن را تشکیل می­دهد. در این روش جاذب را می­توان به گرانول یا پودر ساخته شده اضافه کرد و یا می­توان در گروه­های پلی اتیلن بسته­بندی ترکیب کرد. هیدروکربن­های غیراشباع را می­توان با مواد بسته­بندی سازگار ترکیب کرد که در طول فرایندهای مخلوط کردن معمولی به گرانول­هایی مانند پلی­استر، پلی­اتیلن، پلی­پروپیلن و یا پلی­استایرن اضافه می­ شود. این عمل با بهره گرفتن از روش­های متعارف پردازش­های پلاستیکی مانند تزریق و یا اکستروژن انجام می­ شود.
مشکل اصلی این فن­آوری آن است که در اثر واکنش بین مولکول­های اشباع نشده و اکسیژن، مواد زائدی از جمله اسیدهای آلی، آلدئیدها یا کتون­ها تولید می­ شود که کیفیت حسی مواد غذایی را تحت تاثیر قرار می­دهد. در واقع، برخی از این ترکیبات برای تعیین کیفیت و ماندگاری مواد غذایی چرب استفاده می­ شود، زیرا آنها ذاتا مربوط به ترشیدگی می­باشند.
این مشکل با بهره گرفتن از موانعی که مانع مهاجرت محصولات اکسیداسیون نامطلوب به مواد غذایی می­ شود، می ­تواند به حداقل برسد. این لایه کاربردی باید به عنوان سد ترکیبات آلی عمل کند، اما اجازه دهد اکسیژن مهاجرت کند تا بتواند از مواد غذایی به لایه جاذب وارد شود. راه حل دیگر استفاده از مواد جذب کننده است. برخی از پلیمرها داری خاصیت ذاتی مهار مواد آلی در ساختار پلیمر اند که از آن جمله می­توان به سیلیکا ژل، زئولیت اشاره کرد.