מהי הריכוז האופטימלי לסרט ההגנה שנוצר על ידי PVP בשימור פירות וירקות?

עובי יצירת סרט PVP ואפקט השימור של פירות וירקות אינם "ככל שסם יותר, כך טוב יותר", אלא קיים "טווח עובי מתאים" - העובי צריך לאזן בין "תכונות מחסום פיזיות" ל"חדירות הסרט". סרטים שסם מדי או דקיקים מדי יחלישו את אפקט השימור ואף עלולים לגרום לבעיות שליליות. היחס הספציפי ניתן לנתח משלושה ממדים: "דק מדי, מתאים וסם מדי", והלוגיקה הליבתית ניתנת להסבר בשילוב עם תכונות הפירות והירקות ותרחישי השימוש:

I. עיקרון ליבה: העובי צריך לאזן בין "תכונת מחסום" ל"נשימה"

היתרון של שימור באמצעות סרט PVP הוא "הגנה מתונה": יש צורך למנוע איבוד מים והפרשה של חמצן חיצוני דרך מבנה צפוף (הממה את האידוי, הנשימה והחמצון), ובמקביל לשמור על רמת חדירות מסוימת לאוויר (מאפשר לירקות ופירות לשחרר פחמן דו-חמצני באופן נורמלי ולמנוע נשימה חסר-אווירית). לכן, "עובי מתאים" הוא המפתח להשגת שיווי משקל זה, וערכו נע בדרך כלל בטווח המיקרומטר (μm) (הערך הספציפי משתנה בהתאם לסוג הירק או הפירות, בדרך כלל בין 1 ל-5μm).

ב. השפעת עוביים שונים על יעילות השימור

1. סרט דק מדי (לרוב < 1μm, או שכבה לא רציפה): יעילות השימור חסרה בצורה משמעותית

כאשר עובי הסרט של PVP אינו מגיע לערכה הקריטי של "סרט צפוף רציף", המבנה עלול להכיל חורים, סדקים או פגמים מקומיים, מה שמוביל לכישלון בתפקידה הליבה של השימור. במיוחד, תופיע תצורה זו באופן הבא:

· תכונות מחסום לקויות, מים וחמצן יכולים לחדור בקלות:

לחורים ב-film גורמים להידבקות המים הפנימיים של הפירות והירקות במהירות (למשל, מלפפונים וחרתיות מתרככים תוך 1-2 ימים), בעוד כמות גדולה של חמצן חיצוני חודרת, מאיצה את הנשימה (צריכת סוכר וכתוצאה מכך טעם שטוח) ואת תגובות החמצון (איבוד ויטמין C ושינון העור, כמו שינוי צבע מהיר של תפוחים לאחר חיתוך), מקצר משמעותית את משך הת shelf life.

ל-film יש דבקות חלשה והוא נוטה להתנתק ולהיכשל.

כאשר הסרט דק מדי, שטח האיחוד עם העור של הפירות והירקות קטן, ותאוצת הקשר ההידרוגני חלשה. במהלך הובלה, שטיפה או התפשטות וחסימה קלה של הפירות והירקות עצמם (כגון עיוות עור הנגרם עקב תנודות טמפרטורה במהלך אחסון), הסרט ייחלש וינתק, וייאבד את תפקוד ההגנה המתמשך.

עבור ירקות עלים (כגון חסה), אם עובי הסרט פחות מ-0.8μm, שיעור איבוד המשקל לאחר 3 ימים של אחסון יכול להגיע ליותר מ-15% (בערך 20% בקבוצה שאינה מעובדת ו-8% בלבד בקבוצה בעלת העובי המתאים), והיתרון בשימור אינו ברור.

2. עובי סרט מתאים (בדרך כלל 1-5μm, מתמשך, צפוף ונשימתיות ניתנת לשליטה): מקסם את אפקט השימור

קרם ה-PVP בטווח עובי זה יכול לעמוד בדרישות של "מחסום יעיל" ו"נשימה בטוחה" בו זמנית, מה שמייצג את המצב האופטימלי של אפקט השמירה. היתרונות הספציפיים כוללים:

· שמירה יעילה על רטיבות, תוך שימור הקראנס והעושר של הפירות והירקות:

קרם צפוף ורציף יכול לצמצם משמעותית את קצב איבוד המים באיבוד אדים. למשל, תפוזים שטופלו בקרם PVP בעובי 2 מיקרומטר מאבדים רק 5%–8% ממשקלם לאחר 20 ימים של אחסון (לעומת 15%–20% בקבוצה שאינה מעובדת), ושומרים על קליפה מתוקה ובשר עשיר לאורך זמן.

· בידוד חמצן במידה מתונה כדי לעכב את הנשימה והתהליך של חמצון:

שכבת הסרט יכולה להפחית את ריכוז החמצן סביב האפידרמיס (מ-21% באוויר ל-5%-10%), מה שמאט לא רק את היצור של סוכר וחומצות אורגניות על ידי נשימה (לדוגמה, עגבניות שומרות על טעם חמוץ-מתוק גם לאחר אחסון), אלא גם מפחית את אובדן הויטמין C והקרוטנואידים עקב חמצון (למשל, שיעור השימור של ויטמין C בפלפלים ירוקים גבוה ב-15%-25% מאלו שלא טופלו).

· נושם וניתן לשליטה, ומונע את הסיכון לנשימה אנאירובית:

למרות שהממברנה בגודל מיקרון צפופה, עדיין יש בה נקבוביות זעירות (או מיקרו-פערים בשרשרת המולקולרית של PVP), המאפשרות לפחמן דו-חמצני המיוצר על ידי נשימה של פירות וירקות להיפלט באיטיות, תוך הימנעות מנשימה אנאירובית הנגרמת על ידי "אטימה מוחלטת" (היוצרת אלכוהול ואצטאלדהיד, הגורמים לריחות לא נעימים בפירות וירקות ולריקבון של בשר הפרי. לדוגמה, נשימה אנאירובית בתותים יכולה לגרום לריח "דמוי יין" ולהאיץ את צמיחת העובש).

לאחר שפלפלים טופלו בשכבת סרט PVP בעובי 3 מיקרומטר, שיעור שמירת הקשיחות שלהם לאחר 30 ימים של אחסון הגיע ל-80% (בעוד בקבוצה שאינה מעובדת היה רק 60%), ולא היה להם טעם כוהלי, והטקסטורה שלהם הייתה קרובה מאוד לזו של תפוחים טריים מתלוש.

3. עובי סרט מוגזם (בדרך כלל > 5μm, או הצטברות שכבות סרט): יעילות השמירה יורדת, ואף עלולה להוביל לשיפול באיכות

כאשר עובי סרט ה-PVP עולה על הטווח המתאים, הפגם של חדירת האוויר דרך הסרט יהפוך לסתירה העיקרית ויפגין באיכות הפירות והירקות. בעיות ספציפיות כוללות:

· ירידה חדה בחדירת האוויר, שמובילה לנשימה חסר-אווירנית:

עובי מוגזם של הסרט יחסום בצורה משמעותית את ערוצי הזרמת האוויר, ויאפשר בקושי אוקסיגן להיכנס או פחמן דו-חמצני לצאת. כתוצאה מכך נוצרת סביבה של "פחיתות חמצן וריכוז גבוה של פחמן דו-חמצני" בתוך הפירות והירקות, מה שמעורר נשימה חסר-אווירנית. למשל, אם עובי הסרט על התותים גדול מ-6 מיקרומטר, ריכוז תוצרי הנשימה החסר-אווירנית (אלכוהול) יכול להגיע לכמות של יותר מ-0.3% לאחר 5 ימים של אחסון (פחות מ-0.1% בקבוצה בעלת העובי המתאים), עם ריח דמוי יין מובהק, מבנה רך של הבשר וגידול בשיעור הריקבון.

המרקם הפיזי של שכבת הסרט מורגש מאוד, מה שמשפיע על חוויית האכילה:

עובי מוגזם של סרט PVP (במיוחד כאשר הוא עולה על 8μm) יכול ליצור מרקם קל של "דביקות" או "חומר שומן" על פני הפירות והירקות (למרות ש-PVP עצמו חסר ריח, ניתן להרגיש אותו במגע כאשר העובי מצטבר), מה שמשחית את מרקם העור המקורי של הפירות והירקות (כגון התחושה החלקה של קליפת הцитrus והחוויה הקשה של קליפת התפוח).

· עלות מוגדלת + יעילות יבוש נמוכה, מחסור ביעילות מעשית:

סרטים עבים דורשים יותר חומר גלם של PVP (כאשר עובי הסרט מוכפל, השימוש ב-PVP גדל בכ-1.8 עד 2.2 פעמים), וזמן היבוש מוארך בצורה משמעותית (לדוגמה, סרטים בגודל 5μm שהוכנו בשיטת השריה צריכים להיבש במשך 2 עד 3 שעות, וסרטים בגודל 10μm צריכים 5 עד 6 שעות), מה שמגדיל את זמן הייצור והעלויות. באותו זמן, יבוש ממושך עלול לגרום לפירות והירקות לאבד את הלחות שלהם (מה שבסופו של דבר מקשה על אפקט החיזוק של הסרט).

אחרי שמעובדים טופלו בסרט PVP בעובי 8 מיקרומטר ואוחסנו למשך 10 ימים, הגיע שיעור הריקבון ל-20% (רק 5% בקבוצת העובי המתאים), והעור היה עם תחושה דביקה בולטת, מה שהוביל להפחתת קבלת הצרכן.

ג'. גורמים מרכזיים המשפיעים על "עובי מתאים" (נדרש התאמה דינמית)

עובי ה"מתאים" של סרט PVP אינו ערך קבוע, ויש להתאים אותו בהתאם לתכונות הפירות והירקות ולתהליך היישום. הגורמים המרכזיים המהווים השפעה כוללים:

1. תכונות עורי הפירות והירקות:

פירות וירקות בעלי עור עבה וסטומטים קטנים (כגון תפוחים ופרי הדר): יכולים לסבול סרטים מעט עבים יותר (3-5 מיקרומטר). בשל חדירות האוויר הנמוכה של העור עצמו, סרטים עבים לא ישפיעו בצורה יתרה על החדירות הכוללת לאוויר.

לפירות וירקות עם קליפות דקיקות, נקבוביות גדולות או שיער (כגון תותים וברוקולי): נדרשת פילם דק יותר (1-2 מיקרומטר) כדי למנוע מהפילם לחסום את הנקבוביות או ללחוץ על השיער, מה שעלול לגרום נזק לקож ולגרום לריקבון.

2. תהליך יישום:

o שיטה של שטיפה: קשה לשלוט בדיוק על עובי הפילם. הפילם עלול להפוך לדק מדי עקב זמן שטיפה ארוך מדי (למשל > 10 דקות) או ריכוז גבוה מדי של PVP (למשל > 0.5%). יש לבצע התאמות על ידי קיצור זמן השטיפה (5-8 דקות) או הפחתת הריכוז (0.1-0.3%).

שיטת ריסוס (כגון ריסוס אולטרסוני): עובי הסרט יכול לה контролל באופן מדויק על ידי התאמת לחץ הריסוס (0.2-0.4MPa) ומרחק הפקק (15-20 ס"מ), מה שמאפשר להגיע ביתר קלות לטווח המתאים של 1-3μm.

3. סביבת אחסון:

בסביבות חמות ולחות (כגון אחסון בטמפרטורת סביבה בקיץ): יש צורך בשכבה דקה יותר מעט (1-2 מיקרומטר) כדי לשפר את חדירת האוויר ולמנוע הצטברות של פחמן דו-חמצני.

בסביבות טריות ויבשות (כגון אחסון ברשת קרה ב-0-4℃): ניתן להפוך אותה למקצת עבה יותר (3-4 מיקרומטר), כיוון שבטמפרטורות נמוכות התשישנית замקדה, ושכבה עבה יותר תשמור טוב יותר על המים (איבוד מים מהיר יותר בסביבות יבשות).

ד. כיצד לשלוט ב"עובי המתאים" ביישומים מעשיים

1. התאמה דרך קישור בין ריכוז PVP לבין פרמטרי תהליך:

הריכוז של o הוא הבסיס: תמיסת PVP בריכוז 0.1%-0.4% (שנמצא בתחום הריכוז האופטימלי שהוזכר קודם), בשילוב עם שטיפה מסורתית (5-8 דקות) או ריסוס (לחץ 0.3MPa), יוצרת בדרך כלל שכבת סרט בעובי 1-3μm. אם נדרשת שכבה עבה יותר (למשל ל citrus), ניתן להגביר את הריכוז ל-0.3%-0.5%, אך יש לקצר במקביל את זמן השטיפה.

2. אימות העובי באמצעות שיטות מדידה

בתעשייה, משתמשים לרוב ב"מדדי עובי סרט" (כגון מדידת עובי באמצעות לייזר) כדי למדוד ישירות את עובי הסרט, או לקבוע אותו באופן עקיף באמצעות "ניסויי קצב הפסד במשקל" - אם קצב איבוד המשקל ההתחלתי במהלך אחסון נמוך מ-1% ביום ולא ניחוח של נשימה חסר-אוויר (ללא ריח כהל), אז העובי נחשב מתאים.

3. ביצוע מבחני שיפוע עבור פירות וירקות ספציפיים:

לסוגים חדשים של פירות וירקות (כגון תותי שדה ושאלוט), יש לבדוק תחילה שלושה ריכוזי עובי של 1 מיקרומטר, 2 מיקרומטר ו-3 מיקרומטר. יש לניטור את קצב איבוד המשקל, עוצמת הנשימה ומعدل הריקבון במהלך 7 עד 10 ימים, ולבחור בעובי עם המדדים הכוללים הטובים ביותר.

סיכום

היחס המרכזי בין עובי יצירת סרט ה-PVP לבין אפקט השמירה על הפירות והירקות הוא "איזון בין מחסום לפרמיאביליות לאוויר":

· דק מדי → כשל במחסום, חיי מדף קצרים;

· עובי מתאים (1-5 מיקרומטר) → משיג שילוב של שמירה על לחות, חסימת חמצן וזרימה מתאימה של אויר, ומקסם את אפקט השמירה;

· עובי מוגזם → פרמיאביליות אוויר לא מספקת, גורם לנשימה אנאירובית ושחיקה באיכות.

בישומים מעשיים, יש לשלב את סוג הפירות והירקות, התהליך וסביבת האחסון, ולשנות את העובי באמצעות "ריכוז + תהליך", ולאמת זאת באמצעות ניסויי דגימה, כדי להשיג את אפקט השימור האופטימלי.