TID-TEMPERATUR-INDIKATORER

Transkript

1 Intelligent emballering: TID-TEMPERATUR-INDIKATORER av Forsker Thomas Eie MATFORSK 2002

2 TTI: EMBALLASJE SOM SLADRER Tid- temperatur-indikatorer (TTI) fungerer som fleksible siste forbruksdag der den indikator-angitte holdbarheten avhenger av tid/temperatur-historien til forpakningen gjennom hele distribusjonskjeden TTI en tar altså hensyn til, og justerer holdbarhetstiden etter den reelle distribusjons-temperaturen og ikke den fiktive/idealistiske/legale Emballasje som "snakker" Emballasje med innebygde temperaturfølere "sladrer" når kjølekjeden brytes. Indikatoren skifter farge dersom matvaren utsettes for høyere temperaturer enn det den er programert for å tåle. Såkalt intelligent emballasje med tid-temperatur-indikatorer (TTI) fungerer som en fleksibel holdbarhetsmerking. Her er det den reelle distribusjonstemperaturen som er avgjørende for matvaretrygghet og -kvalitet, og ikke som nå: best-før-datoen. Dersom matvarer lagres ved temperaturer som er langt høyere enn det produsentene og myndighetene anbefaler, kan produktet både være bedervet og helseskadelig lenge før "siste forbruksdag". Dette gir forbrukerne en falsk trygghet. Indikatorene er basert på en temperaturavhengig fysisk, kjemisk eller enzymatisk reaksjon som er kun kan gå en vei (irreversibel. Omslaget kan for eksempel inntreffe som en fargeforandring. Dersom temperaturen forandres, endres reaksjonshastigheten, noe som igjen utsetter/framskynder tid før omslaget inntreffer. Indikatorene kan forhåndsprogrammeres alt etter hvor lett bedervelige matvarer det er snakk om. Det er også fullt mulig å utstyre emballasjen med flere indikatorer. Dersom to av tre indikatorer har slått ut og varene ennå befinner seg på pall, haster det for kjøpmannen å få varene ut i butikken! Nyvinningen kan være en aktiv pådriver og stimulans for både produsenter og distributører til å holde en så stabil kjølekjede som mulig. TTI ene er nå tilgjengelige på markedet fra flere leverandører og overkommelige i pris.

3 MarinePack - FOUprogram HOLDBARHET - TIMEGLASSANALOGIEN Tenk på et lettbedervelig produkt som et timeglass: holdbarheten er lik mengden sand temperaturen er lik størrelsen på åpningen i midten Når temperaturen øker renner sanden fortere ut og holdbarheten reduseres Selv om temperaturen senkes igjen, vil en del av holdbarheten være oppbrukt TTI enes virkningsmåte kan også sammenlignes med et slikt timeglass Timeglassanalogien Tenk på et lettbedervelig produkt som et timeglass, holdbarheten er lik mengden sand og temperaturen er lik størrelsen på åpningen i midten. Når temperaturen øker renner sanden fortere ut og holdbarheten reduseres. Selv om temperaturen senkes igjen, vil en del av holdbarheten være oppbrukt. TTI enes virkningsmåte kan også sammenlignes med et slikt timeglass. TTI enes reaksjonsmekanismer (polymerisering, enzym/substrat reaksjon og polymerisering) vil til enhver tid være avhengig av temperaturen, akkurat som bakterieveksten.

4 AKTIVERINGSENERGI Aktiveringsenergien (Ea) er et mål på temperaturfølsomheten til en reaksjon Ea er den energien ( tid/temperatur-belastningen) som skal til for å frambringe en gitt reaksjon, f.eks.: antall bakterier når et bestemt (uakseptabelt) nivå sensoriske egenskaper blir uakseptable fargeomslag (TTI) Produkter som ikke reagerer raskt på en økning i lagringstemperaturen, har en lav aktiveringsenergi En riktig TTI har omtrent den samme aktiveringsenergien og samsvarende fargeomslag med oppnådd kvalitetsgrense som den aktuelle matvaren Aktiveringsenergien kan beregnes ved lagringsforsøk (f.eks.ved 3 temperaturer) og et Arrheniusplott. Aktiveringsenergien Aktiveringsenergien (Ea) er den energien ( tid/temperaturbelastningen) som skal til for å frambringe en gitt reaksjon, f.eks.:antall bakterier når et bestemt (uakseptabelt) nivå, sensoriske egenskaper blir uakseptable eller fargeomslag for en TTI. Produkter som ikke reagerer raskt på en økning i lagringstemperaturen, har en lav aktiveringsenergi. En riktig TTI har omtrent den samme aktiveringsenergien som den aktuelle matvaren og hvert produkt må derfor ha en TTI med en aktiveringsenergi som er omtrent sammenfallende med produktet. Aktiveringsenergien kan beregnes ved lagringsforsøk (f.eks.ved 3 temperaturer) hvor temperaturene og reaksjonstidene settes inn i et Arrheniusplott.

5 BEREGNING AV AKTIVERINGSENERGIEN, Ea Eks: Lagringsforsøk med kjøttdeig Temp. C Temp. K 1/T Responstid 1/h ln(k) 1/T*1000 1,7 274,8 0, ,0032-5,74 3,64 7,2 280,4 0, ,2 0,0041-5,50 3,57 12,8 285,9 0, ,3 0,0057-5,17 3,50 ln(k) -5,10 3,48-5,20 3,50 3,52 3,54 3,56 3,58 3,60 3,62 3,64 3,66-5,30-5,40-5,50-5,60-5,70-5,80 1/T x 1000 k=a x e-(ea/r x T) ln(k)=ln(a)-(ea/r x T) y=4076x + 9 Ea=(4076 x -8.3)/1000 Ea=33,8 kj/mol Ea=8,1 kcal/mol Beregning av aktiveringsenergien, Ea Arrhenius-ligningen fastslår reaksjonshastigheten som en funksjon av temperaturen slik: k=a x e-(ea/r x T), der k=reaksjonsraten, A er en konstant, R=den universelle gasskonstant, T den absolutte temperatur i K og Ea er aktiveringsenergien. Denne ligningen kan omformes til: ln(k)=ln(a)-(ea/r x T) Dersom reaksjonsraten (k) bestemmes for en rekke isoterme forhold, kan Ea bli bestemt grafisk ved å plotte ln(k) som en funksjon av 1/T. I de eksperimentelle data fra tabellen over, er k=1/lagringstid er satt inn i Arrhenius-ligningen. Ln(k) er så plottet mot 1/T. Stigningstallet for den rette linjen som bestemmes ved lineær regresjon blir så brukt til å beregne aktiveringsenergien Ea. Poenget med dette er at når aktiveringsenergien til et gitt lett bedervelig næringsmiddel er kjent, kan den riktige TTI en lettere finnes.

6 Vitsab TTI Prinsipp: Enzymatisk reaksjon MarinePack - FOUprogram HVILKE TYPER TTI er FINNES? 3M Monitor Mark Prinsipp: Diffusjon Lifeline Fresh-Check Prinsipp: Polymerisering Hvilke typer TTI er finnes? De forskjellige TTI ene baserer seg på ulike fysisk-kjemiske egenskaper: smeltepunkt, enzymatisk reaktion, polymerisering, korrosion, flytende krystaller. Det eksisterer et stort antall patenter, men relativt få kommersielle aktører. De viktigste på markedet er: 3M MonitorMark: som baserer seg på polymerdiffusion. Vitsab: TTI ene fra VITSAB (Sverige) er basert på en enzymatisk reaksjon som forårsaker en ph-endring i reaksjonsblandingen. VITSAB TTI ene aktiveres ved å bryte en forsegling mellom en løsning med et lipolytisk enzym og et lipid-substrat. Reaksjonen visualiseres med en phfargestoff som også er tilstede, og fargestoffet endres fra grønt til gult ettersom ph en endres gjennom enzymreaksjonen. (Oversatt fra: Smolander, M., Intelligent Packaging for Fish Products The Application of Commercial Time-Temperature Indicators. IAPRI, 12 th World Conference on Packaging, June 2001, Warsaw, Poland). Lifelines Technology: Baserer seg på en polymerisationsreaksjon. TTI ene skal tilpasses aktiveringsenergien for kvalitetsforringende prosesser. En ubrutt kjølekjede gjennom hele distribusjonskjeden spiller en betydelig rolle når det gjelder å opprettholde sikkerheten og kvaliteten på lett bedervelige matvarer. Dersom disse produktene lagres ved en høyere temperatur en det som er anbefalt, vil en rask mikrobiell vekst finne sted, og produktet vil bli bedervet før den estimerte siste forbruksdag. Tid- temperatur-indikatorer (TTI) fungerer som fleksible siste forbruksdag der den indikator-angitte holdbarheten avhenger av tid/temperaturhistorien til forpakningen gjennom hele distribusjonskjeden. (Oversatt fra: Smolander, M., Intelligent Packaging for Fish Products The Application of Commercial Time-Temperature Indicators. IAPRI, 12 th World Conference on Packaging, June 2001, Warsaw, Poland).

7 AKTIVERINGSENERGI, noen eksempler MATVARE Fiskefileter Salatblanding (luft) 29 Salatblanding (MAP) 21 Rå kylling (luft) Rå kylling (MAP) 16 Råmelk, patogenvekst HUSK: Produkter med lav aktiveringsenergi, er ikke så temperaturfølsomme Ea kcal/mol) TTI type Vitsab, type C* 12,0 Vitsab, type M* 26,8 Lifeline A7 37 Lifeline B M (alle typer) 9,8 Ea kcal/mol) * Gjelder standard type. Hvilken som helst mellom-verdi kan oppnås ved å lage blandinger Aktiveringsenergi, noen eksempler De forskjellige prosessene (f.eks. toksinproduksjon, patogenvekst, bedervelse, fargereaksjoner) i forskjellige matvarer har forskjellig aktiveringsenergi. En skalogså legge merke til at ulike emballeringsmetoder, f.eks. MAP kontra luftpakking, har innvirkning på aktiveringsenergien, d.v.s. hvor temperaturfølsom produktet er. Produkter med lav aktiveringsenergi er ikke så temperaturfølsomme som produkter med høyere aktiveringsenergi. I følge hjemmesidene til Vitsab ( har konkurrenten 3M sine TTI er kun en aktiveringsenergi mens de selv kan produsere TTI er med hvilken som helst verdi mellom to standard-typer.

8 Tre konsepter: Singel-indikatorer VITSAB TTI er MarinePack - FOUprogram Duo/Trippel-indikatorer Integrerte TTI er (Check-Point ) Produkt-typer Vitsab TTI er er klistremerker som er egnet for anvendelse på lang rekke matvarer, medisiner og andre temperaturfølsomme produkter. De eksisterer i to grunnversjoner: singel-indikator og trippel-indikator, samt Vitsab Check Point Trippel-indikator Trippel-indikatorene har tre graderte respons-punkter på en eneste merkelapp, og er vanligvis brukt for en komplett styring/overvåking av kjølekjedes tid og temperatur for distribusjon av matvarer helt fram til. Hvert responspunkt representerer et varselskilt for det overvåkede produktets holdbarhet. Vanligvis er punktene ordnet slik at de leses fra bunn mot topp. Den sekvensielle utviklingen av farge fungerer som trafikklys for styringen av produktets hoildbarhet. Dimensjonene på merkelappen tillater plassering på nesten enhver type av distribusjons-forpakning for lett bedervelig produkter.

9 VITSAB TTI: Singel-indikator Sentralt, opphøyd punkt (beholder) Størrelse: 22 x 38 mm Høyde før aktivering: 2 mm Høyde etter aktivering: 1,5 mm Tykkelse på merkelapp (inkl. adhesjonslag): 2 mm Beskrivelse Singel-indikator TTI en kan anvendes på to forskjellige måter: (1) Overvåking av temperaturen under transport av esker eller paller med produkter, eller (2) På butikk- eller forbruker-forpakning (Overvåking av matvaretrygghet (HACCP) eller matkvalitet) Singel-indikatoren er liten nok til å kunne plasseres på nesten enhver forbrukereller butikk-forpakning. De er også fleksible nok til å settes på fleksible forpakninger uten å ødelegge de bevegelige områdene. Bruken av singel-indikatoren er vanligvis på et aksept/forkast nivå.

10 VITSAB Trippel-indikator: Tolkning Produktet er helt ferskt maksimal holdbarhet Produktets kvalitet er noe forringet, men har fremdeles akseptabel kvalitet, salgbar innen y dager Produktets kvalitet er noe forringet, men har fremdeles akseptabel kvalitet, salgbar innen z dager Produktet må kastes FARGEUTVIKLING: Tolkning av VITSAB TTI med trippel-indikator 3 grønne punkter Produktet er helt ferskt maksimal holdbarhet Produktsikkerhetsrisiko er langt under etablerte retningslinjer for akseptable nivåer av patogener basert på vekstforhold. 2 grønne, 1 gul punkt Produktet er fremdeles ferskt og godt, men må selges innen "x" dager. (Alternativt: produktet er uakseptabelt ved ankomst distributør) Produktets sikkerhetsrisiko har nådd et definert punkt der forholdsregler må tas for å minimere risikoen under produktets gjenværende holdbarhetstid: Fortsatt sikker holdbarhet kan defineres som "x" dager under betryggende lagringsforhold, eller visse HACCP-definerte kontrolltrinn må iverksettes. 1 grønn, 2 gule punkter Produktets kvalitet er noe forringet, men har fremdeles akseptabel kvalitet, salgbar innen "y" dager. Produktets sikkerhetsrisiko har nådd et bestemt punkt der umiddelbare forholdsregler må iverksettes for å minimere risiki i produktets gjenværende holdbarhet. Fortsatt "sikker holdbarhet" kan defineres som "y" dager under betryggende lagringsforhold, eller visse HACCP-definerte kontroll-trinn må iverksettes 3 gule punkter Produktet må kastes. Produktet må kastes på grunn av uakseptabel risiko for overskredet konsentrasjon av patogene mikroorganismer.

11 VITSAB Check Point (under uttesting) Vitsab Check Point Mer enn noen gang før er konsumentene villige til å bidra til forsvarlig håndtering av matvarer. Direktiver fra Myndighetene har nylig etterlyst en "...utvikling av sensorer inni og utenpå forpakninger for å advare forbrukerne om matvarer som ikke er lagret betryggende". VITSAB Check Point konsument- TTI er (under uttesting) kan tilpasses en lang rekke næringsmidler og pakkematerialer. På en av illustrasjonene ovenfor er Check Point indikatoren innkorporert i øvre venstre hjørne av en fleksibel forpakning. Bruken av Vitsab TTI er med konsumentforpakninger forutsetter inkorporering av de funksjonelle kjemikaliene inni selve forpakningsmateriale. En enkelt ampulle bestående av en Vitsab TTI farmeforseglet inni en polypropylene film pose, dette er hva Check Point systemet dreier seg om. Dette systemet kan støpes inn i, eller festes på fleksible forpakninger. Innstøping fordrer spesiell kontroll over varmepåvirkningen slik at innholdet i ampullene ikke varme-inaktiveres. Forsøk har vist at varmeforsegling typisk for høykapasitets produksjon av varmeforseglede, fleksible forpakninger ikke vil skade Vitsab ampullene. Forpakninger som Vitsab enhetene forseglet inni forseglingskantene kan ha mekanismer som presser på kantene for å aktivere TTI ene, eller produktet kan bli konfigurert for aktivering før ankomst til produksjonslokalene. En vellykket implementering avhenger fullt og helt på riktig bruk av automatisering for påsetting og aktivering av indikatoren. (Fra: oktober 2001)

12 Vitsab: LAGRINGSFORSØK MED LAKS 2 C Sensorisk evaluering Utseende Farge Lukt Lagringstid (dager) Vitsab 2M4 Vitsab 2M7 Vitsab 2M10 INTEGRATING TIME AND TEMPERATURE FOR SEAFOOD QUALITY AND SAFETY Dr. Steve Otwell, Aquatic Food Products Laboratory, Food Science Department, University of Florida, Gainesville, FL 32611, Otwell@gnv.ifas.ufl.edu (hentet fra oktober 2001) Dette forsøket sammenligner tre forskjelligevitsab singel-indikatorer plassert inni EPS kasser med chilensk oppdrettslaks som så ble kjøle-transportert til Florida for videre testing ved flere temperaturer. TTI indikatorene ble så sammenlignet med temperaturloggere, mikrobiologiske og ensoriske data. Det ble funnet god sammenheng mellom TTI-responsen og fiskens sensoriske og mikrobiologiske holdbarhet. Figuren over viser sammenligning av de tre forskjellige TTI ene med sensoriske data ved 2 C, og ved 7 C på neste side. Grensen for akseptabel sensorisk kvalitet går ved 6 poeng (6 poeng er akseptabelt, høyere verdier er ikke akseptable).

13 Vitsab: LAGRINGSFORSØK MED LAKS 7 C Sensorisk evaluering Utseende Farge Lukt Lagringstid (dager) Vitsab 2M4 Vitsab 2M7 Vitsab 2M10 Figuren over viser sammenligning av de tre forskjellige TTI ene med sensoriske data ved 7 C. Grensen for akseptabel sensorisk kvalitet går ved 6 poeng (6 poeng er akseptabelt, høyere verdier er ikke akseptable).

14 Vitsab TTI: Lagringsforsøk med oppkuttet salat: Korrelasjon mellom TTI og bakterietall TTI er plassert inni og utenfor kasser med kjølelagret oppkuttet salat An Evaluation of Time Temperature Indicator Tags Used to Track Cut Lettuce Quality in the Cold Chain. Dr. Paul Singh, U.C. Davis, Davis, California, (Fra: oktober 2001) Figuren overfor er hentet fra et forsøk der esker med 6 stk 5 lb. poser med oppkuttet salat ble utstyrt med Vitsab TTI er (trippel indikator) og lagret ved forskjellige temperaturer. Figuren viser de forskjellige punktene når totalantall bakterier nådde henholdsvis 10 6 og 10 7 kde/g. Som en ser er det god korrelasjon mellom indikator-punktenes utseende og totalantall bakterier, selv om lagringstemperaturen varierer. Det er også god korrelasjon mellom indikatorpunktene på TTI er plasert utenpå eskene, og de som ble plassert inni.

15 Fordeler Ulemper MarinePack - FOUprogram FORDELER OG ULEMPER MED TTI Redusert svinn og reduksjon av dårlige opplevelser hos forbrukerne Skal tilpasses de enkelte produkter utviklingsarbeid Forbrukerne har tillit til produktets kvalitet og holdbarhet Ekstra pris på øre (avhengig av produkt, mengder, etc) Kan brukes i markedsføringsøyemed (produktsikkerhet, differensiering) Nøyaktighet? Etikett på ytterside av emballasjen Kan brukes på transportemballasje eller direkte på detaljemballasjer Uoverensstemmelse mellom indikator og siste salgsdato? Konseptet for konsumentforpakning TTI Konsumentene forstår vanligvis at matvarer som tas ut av kjøleskapet og plasseres på kjøkkenbenken vil ikke holde seg så lenge som matvarer som oppbevares inni kjøleskapet. Dette er en grunnleggende, praktisk erfaring som skaper bevissthet om sammenhengen mellom tid og temperatur. Næringsmiddel-litteraturen inneholder titusenvis av eksempler på tid/temperaturrelaterte matavareforgiftninger. På tross av dette er bevisstheten om viktigheten av disse forholdene kun i de senere år begynt å tydeliggjøre seg. Sett fra forbrukerens synspunkt var datomerking den første teknologien for matvare-ferskhet som ble tatt i bruk i stor målestokk. I dag er dette et krav over halve U.S.A og i de fleste Europeiske land. Konsumentenes aksept av datomerking har vært meget tydelig, men kunnskapen mangler om hva dette faktisk innebærer. Konsumentenes tillit til datomerking er derfor malplassert. En nylig studie slo fast at "...selv den mest riktige datomerking på en matvareforpakning er ikke tilstrekkelig. Den er vanligvis basert på en antatt gjennomsnittlig distribusjonsbetingelse som ikke tar høyde for de virkelige variasjonene til de individuelle forpakningene." Studien konkluderer i fortsettelsen: "...en slags innretning plassert på selve forpakningen som viser temperaturhistorien til matvaren, og som dermed ville avsløre om misbruk hadde funnet sted, og hvor mye holdbarhet som er tilbake, ville forbedret kvaliteten på det konsumenten mottar"

16 MarinePack - FOUprogram MARINEPACK TTI-AKTIVITETER: TO NLH HOVEDOPPGAVER -levering Marie Rognerud Camilla Øvregård Case i samarbeid med Gilde og Samarbeid med Marian Vitsab AB: Seafood og Vitsab AB: MAP kjøttdeig (14d/4 C) MAP seifilet (10d/2 C) MAP strimlet svinekjøtt (13d/4 ) MAP laksefilet (10d/2 C) Lagring ved 2, 4 og 8 C Lagring ved 1, 2 og 4 C Analyser: Analyser: lukt utseende & farge lukt og konsistens mikrobiologisk vekst mikrobiologisk vekst TTI utseende TTI utseende ph ph Marinepack TTI-aktiviteter NLH-student Marie Rognerud deltar i et case i samarbeid med Gilde og Vitsab AB for å studere sammenhengen mellom ulike kvalitetsparametre og omslaget på en Vitsab TTI for MAP kjøttdeig (påstemplet holdbarhet 14d/4 C) og MAP strimlet svinekjøtt (holdbarhet 13d/4 ). Produktene lagres ved 2, 4 og 8 C og de analysere med hensyn på lukt, utseende & farge, mikrobiologisk vekst, ph og TTI enes utseende. NLH-student Camilla Øvregård utfører en lignende hovedfagsoppgave i samarbeid med Marian Seafood og Vitsab AB. Produktene er MAP seifilet og MAP laksefilet (begge med en påstemplet holdbarhet 10d/2 C). Disse produktene lagres ved 1, 2 og 4 C og de analyseres med hensyn på lukt og konsistens, mikrobiologisk vekst, ph og TTI enes utseende. Leveringsdato for hovedfagsoppgavene er

17 KONKLUSJONER - FISK LAKS: Aktiveringsenergien til totalantall bakterier og melkesyrebakterier ligger innenfor akseptert grense for avvik sammenlignet med TTI ens teoretiske aktiveringsenergi Sammenhengen mellom tidspunkt for TTI-omslag og nådd bakteriegrense (10 7 cfu/ml) var dårlig SEI: ~20 % avvik (for stort) mellom aktiveringsenergiene for TTI og bakterievekst god sammenheng mellom teoretisk fargeomslag ved 2 C og nådd grense for totalantall bakterier

18 MarinePack - FOUprogram KONKLUSJONER - KJØTT Holdbarheten på produktene var langt bedre enn det som ble oppgitt til TTI-produsenten. Ved konstant temperatur slo TTIen om slik som forventet Kjøttdeig-produktet: Aktiveringsenergien til kvalitetsparameterne ligger innenfor akseptert grense for avvik Responstiden til TTIen er hele veien litt kortere enn responstiden til kvalitetsfaktorene Svinekjøtt-produkt: For totalt antall bakterier ligger aktiveringsenergien innenfor akseptabelt avvik, og responstidene viser at TTIen har omslag samtidig som, eller før, grensen for uakseptable nivåer av totalt antall bakterier.

19 KONKLUSJONER, GENERELT Den foretatte aktiveringen av TTI ene var ikke optimal Den foretatte fargeavlesningene av TTI ene var ikke optimal Det er viktig å bestemme aktiveringsenergi og holdbarheter ved flere temperaturer før TTI-type velges.