Respirasjon hos frukt og grønnsaker gir mange utfordringer ved emballering

Respirasjonshastigheten for en frukt eller grønnsak er viktig å vite for å kunne velge en emballasjeløsning med mest mulig optimal gassgjennomgang.

Kontaktperson
Portrettbilde av Per Gustav Anders Leufven
Kontaktperson
Portrettbilde av Hanne Larsen
Hanne Larsen

Forsker
Tlf.: +47 450 39 908
hanne.larsen@nofima.no

En senkning av respirasjonshastigheten vil kunne øke holdbarhetstiden ved å forsinke modningshastigheten og forringelsesreaksjoner. Senking av lagringstemperaturen eller endring av gassammensetningen i pakningen er to virkemidler for å senke respirasjonshastigheten.

Holdbarhet og respirasjon
Respirasjon er en metabolsk prosess som gir plantene energi til biokjemiske prosesser. Generelt er det en kobling mellom respirasjonshastigheten og holdbarheten til et produkt. Et høytrespirerende produkt forringes raskere enn et produkt med lav respirasjonshastighet.

Ved aerobisk respirasjon (d.v.s. når det er tilgang på tilstrekkelig mengde oksygen) brytes lagrede organiske stoffer som karbohydrater, fett og organiske syrer ned til enklere forbindelser som vann og CO2, samtidig som energi frigjøres. Prosessen forbruker O2 i en lang rekke enzymatiske reaksjoner. Mengden CO2 produsert i forhold til mengde O2 forbrukt, betegnet som respirasjonskvotienten (RQ), ligger normalt på ca 1,0 når karbohydrater nedbrytes. Hvis fett nedbrytes, er RQ lavere enn 1, og hvis organiske syrer nedbrytes, er RQ høyere enn 1. RQ-verdier for aerob respirasjon ligger normalt mellom 0,7 til 1,3.

RQ-verdien er langt høyere enn 1 hvis det ikke er nok oksygen tilgjengelig og frukten eller grønnsaken har gått over til anaerob respirasjon (uten oksygen) for å skaffe energi til nødvendige livsprosesser. Ved anaerob respirasjon dannes det alkohol og andre stoffer som kan gi vond lukt og smak.

Metoder for å måle respirasjon
Måling av respirasjon brukes eksempelvis for å avdekke forskjeller i respirasjon mellom sorter, dyrkingsforhold, ulike behandlingsmåter etter høsting, effekt av temperatur og andre lagringsbetingelser. Et mål på respirasjonshastighet er også nødvendig for å kunne designe emballasjeløsninger til pakking av frukt og grønnsaker i modifisert atmosfære der målet er lengre holdbarhetstid.

Flere metoder kan benyttes for å måle respirasjon i luft eller en annen gassatmosfære, og alle metodene har ulike fordeler og ulemper. Hos Nofima har vi valgt å utvikle to varianter av lukkede system, kalt ”skål-metoden” og ”respirometer-metoden”. I skål-metoden legges det aktuelle produktet i en 1500 ml polyetylen-skål. Skålen forsegles med en barrierefilm på en skålpakkemaskin før skålene legges i klimaskap med ønsket lagringstemperatur. O2-og CO2-nivå i skålene måles deretter regelmessig 5-7 ganger i løpet av ett døgn ved hjelp av et CheckMate gassanalyse instrument. Et typisk forløp er vist i figur 1 for Opal plommer.

Figur 1 viser at O2 forbrukes raskere og CO2 dannes raskere for plommene lagret ved 6 °C sammenlignet mot 2 °C. Altså øker respirasjonen med økende temperatur.

Nofima har også et spesialbygd apparat (respirometer) for måling av respirasjon for frukt og grønnsaker. Det fungerer etter samme prinsipp som skål-metoden, men det benyttes lukkede 3 liters glassbeholdere i stedet for plastskåler, og en Varian Micro gasskromatograf analyserer automatisk endringene i atmosfæren over tid inne i glasset.

Interne påvirkningsfaktorer for respirasjonen
Type produkt og modenhetsnivå er interne faktorer som påvirker respirasjonen. Selv ulike sorter av samme produkt kan ha forskjellig respirasjon. Det finnes oversikter som viser respirasjon for de vanligste frukter og grønnsaker, der produktene er inndelt i grupper med svært lav, lav, moderat, høy, svært høy og ekstremt høy respirasjon.

Noen typer frukt, som epler og pærer, skiller ut store mengder etylen under modningen. Dette skjer samtidig med en økt respirasjon i en periode hvor frukten har mest appetittvekkende farge, lukt og konsistens. Stivelse og organiske syrer blir omdannet til sukker som gir god smak. Dette stadiet kalles fruktens klimakterium. Frukt som responderer på tilstedeværelse av etylen kalles klimakterisk frukt. Klimakteriske frukter kan høstes mer umodne og ettermodnes under kontrollerte forhold.

Modningen hos ikke klimakteriske frukter påvirkes ikke av etylen og høstes modne. Generelt har ikke-klimakteriske produkter høyest respirasjonsrate tidlig i modningsprosessen, og respirasjonsraten synker deretter jevnt videre utover i modnings- og lagringsforløpet. Kutting, skrelling og annen mekanisk håndtering som kan påføre produktene skader under og/eller etter høsting vil også gi økt respirasjon.

Eksterne påvirkningsfaktorer for respirasjon
Temperatur er den eksterne faktoren som i størst grad påvirker respirasjons¬hastigheten.

I figur 2 vises respirasjonen ved forskjellige temperaturer for gulrotterninger og hel gulrot. Det fremgår at både kutting av gulrøttene og temperaturen øker respirasjonen.

Respirasjonen påvirkes også av O2- og CO2-konsentrasjonen i omgivelsene, enten i lagerrommet eller inne i pakningen. Dette er utgangspunktet for å benytte lagring i kontrollert atmosfære (CA-lagring) og pakking i modifisert atmosfære (MAP-pakking). Respirasjonen går ned når O2-nivået er lavt og/eller CO2-nivået er relativt høyt, men ulike typer frukt og grønnsaker har forskjellig følsomhet for lavt O2-nivå/høyt CO2-nivå før respirasjonen påvirkes.

Et eksempel på effekt av gassammensetning ved starttidspunkt på respirasjonen til gulrotterninger er vist i tabell 1. Respirasjonen er målt ved Nofima ved bruk av respirometeret. Glassene med gulrotterningene ble spylt med ulike gasser over natten før glassene ble lukket og endringene i gasskonsentrasjonene i glassene ble målt over tid.

Gassatmosfære
ved start i %
Produksjon CO2 (RCO2)
ml CO2/kg x time
Forbruk O2 (RO2)
ml O2/kg x time
RQ                          
10 O2/2 CO2 17,5 +/- 0,2 16,7 +/- 2,0 1,0
10 O2/5 CO2 17,0 +/- 0,4 20,6 +/- 3,3 0,8
5 O2/2 CO2 17,3 +/- 0,4 11,1 +/- 0,8 1,6
5 O2/5 CO2 17,1 +/- 0,8 8,9 +/- 0,6 1,9
Luft (21/0) 20,8 +/- 0,7 26,5 +/- 1,0 0,8

Tabell 1 viser at produsert mengde CO2 var relativt upåvirket av gassatmosfæren i glassene. Forbruket av O2 var derimot tydelig påvirket av gassatmosfæren, og var bare en tredjedel i gassblandingen med lavest O2-nivå sammenlignet mot luftatmosfære. Respirasjonskvotienten var imidlertid 1,9 i denne gassblandingen, noe som indikerte at gulrotterningene delvis hadde gått over til anaerob respirasjon.

Emballering av frukt og grønnsaker
Modifisert atmosfære pakking (MAP) kan øke holdbarheten hos frukt, bær og grønnsaker i detaljhandelen ved at respirasjonshastigheten senkes. For de fleste grønnsaker må O2-nivået senkes til under 8 % for at effekt skal oppnås. Det er imidlertid grenser for hvor lavt en bør gå for å unngå et skifte fra aerob til anaerob respirasjon, avhengig av type frukt og grønnsak. For å oppnå den ønskede holdbarhetsforlengede atmosfæren i emballasjen, må det benyttes gassåpne emballasjematerialer som er tilpasset produktenes respirasjon. Hvis emballasjematerialene er for tette kan produktene gå over til anaerob respirasjon.

Det benyttes i dag plastfilmer der gassutvekslingen går gjennom selve plast¬materialet (kontinuerlige, uperforerte materialer) og perforerte plastfilmer der hoveddelen av gassutvekslingen foregår gjennom perforeringene. Hullene kan lages på forskjellige måter, og gassgjennomgangen styres av både antall hull og størrelsen på hullene, helt avhengig av type frukt og grønnsakprodukt.

En utfordring ved bruk av MAP til frukt og grønnsaker er ujevn temperatur i distribusjonskjeden. Når en pakning er designet til et gitt produkt for å gi en bestemt atmosfære i pakningen, vil produktet kunne gå over til anaerob respirasjon hvis det lagres ved for høy temperatur og respirasjonen blir høyere enn forventet samtidig som at gassgjennomgangen i emballasjematerialet ikke øker i samme omfang.

Litteratur for de som ønsker å vite mer:
Fonseca et al, 2002. Modelling respiration rate of fresh fruit and vegetables for modified atmosphere packages: a review. Journal of Food Engineering; (52), s 99-119.

Postharvest Technology of Horticultural Crops. Third Edition. Ed. Kader. A.A. University of California, USA. Publication 3311. 535 sider.

 Trygg og holdbar mat  

Relatert innhold