DE69825584T2

DE69825584T2 - Sauerstoffabsorber beschleuniger

Info

Publication number: DE69825584T2
Application number: DE69825584T
Authority: DE
Inventors: Gary Delduca; E. Alan DEYO; K. Vindod LUTHRA; P. Wen WU
Original assignee: Pactiv LLC
Current assignee: Pactiv LLC
Priority date: 1997-05-14
Filing date: 1998-02-06
Publication date: 2004-12-09
Anticipated expiration: 2018-02-07
Also published as: ES2226098T3; EP0981284A1; CA2289636A1; WO1998051168A1; US6315921B1; EP0981284B1; CA2289636C; US6508955B1; US20030058809A1; DE69825584D1; ATE272950T1; JP2001524834A; AU738919B2; BR9809834A; AU6153898A; US6666988B2; US5928560A; NZ500968A

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Maximieren der Sauerstoffaufnahmerate eines Sauerstoffabsorbers. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Sauerstoffabsorberpaket auf Eisenbasis mit einer verbesserten Zusammensetzung zum Beschleunigen der Geschwindigkeit der Sauerstoffabsorption, worin das Packet speziell konstruiert ist, um in einem zur Aufbewahrung von frischem Fleisch konstruiertem Verpackungssystem verwendet zu werden.
Hintergrund der Erfindung
Verderbliche Nahrungsmittel, wie Fleisch, Früchte und Gemüse, werden typischerweise nach der Ernte in Verpackungssysteme verbracht, um diese Nahrungsmittel so lange wie möglich zu konservieren. Das Maximieren der Zeit, in welcher das Lebensmittel konserviert bleibt, insbesondere die Zeit zwischen der ursprünglichen Verpackung in dem Herstellungsbetrieb und der Auslieferung zum Einzelhandelsgeschäft, erhöht die Rentabilität von sämtlichen Mitgliedern in der Verteilungskette durch Minimieren der Menge des Verderbs.
Die Umgebung, in welcher das Nahrungsmittel konserviert wird, ist ein kritischer Faktor in dem Konservierungsverfahren. Es ist nicht nur das Aufrechterhalten einer passenden Temperatur wichtig, sondern es ist auch der molekulare und chemische Inhalt der Gase wichtig, welche das Lebensmittel umgeben. Indem ein geeigneter Gasgehalt für die Umgebung des Lebensmittels bereitgestellt wird, kann das Lebensmittel besser konserviert werden, wenn es bei der geeigneten Temperatur gehalten wird, oder selbst wenn es Temperaturschwankungen ausgesetzt ist. Dies gibt dem Lebensmittelhersteller eine gewisse Sicherheit, dass, nachdem das Lebensmittel seine oder ihre Kontrolle verlässt, das Lebensmittel in einem annehmbaren Zustand sein wird, wenn es das Einzelhandelsgeschäft und schließlich den Verbraucher erreicht.
Bei der Verpackung von Fleisch sind insbesondere Verpackungssysteme erwünscht, die extrem niedrige Sauerstoffkonzentrationen ergeben, da es bekannt ist, dass die frische Qualität von Fleisch unter anaeroben Bedingungen länger als unter aeroben Bedingungen konserviert werden kann. Das Aufrechterhalten von niedrigen Sauerstoffwerten minimiert das Wachstum und die Vermehrung von aeroben Bakterien.
Ein Weg, um eine minimale Sauerstoffkonzentration in einer Fleischverpackung sicherzustellen, ist, die Packung oder starre Gassperrmaterialien einem verminderten Druck zu unterwerfen, um soviel wie möglich des Gases in der Packung vor dem Verschließen der Packung zu entfernen. Die Packung kann dann verschlossen und das Fleisch in einer "Null"-Atmosphärenumgebung (gewöhnlich als Vakuumverpackung bezeichnet) gehalten werden. Unter Vakuumverpackungsbedingungen wird rotes Fleisch purpurrot. Verbraucher bevorzugen jedoch zu sehen, dass ihr Fleisch hellrot ist. Als Ergebnis ist die Vakuumverpackung für Fleischstücke für den Verbraucher nicht gut angenommen worden.
Eine andere Maßnahme zur Sicherstellung einer minimalen Sauerstoffkonzentration in einer Fleischpackung ist es, das Fleisch in einem Wiederbefüllungsverpackungssystem mit modifizierter Atmosphäre zu verschließen. Diese Art der Verpackungstechnologie mit modifizierter Atmosphäre (MAP) ist so erfolgreich, dass Fleisch einige Wochen vor dem Kauf geschnitten und verpackt werden kann, und noch frisch bleibt. Solche Systeme verwenden typischerweise mehrere Verpackungsschichten. Die äußere Verpackungsschicht ist gewöhnlich ein starrer Behälter mit guten Sperreigenschaften. Die innere Verpackungsschicht ist ein sauerstoffdurchlässiger Film. Um eine Umgebung mit modifizierter Atmosphäre bereitzustellen, wird die luftevakuierte Verpackung typischerweise mit einer Mischung von Gasen befällt, die aus etwa 30% Kohlendioxid (CO₂) und 70% Stickstoff (N₂) besteht. Es wird angenommen, dass das Wiederbefüllen der luftevakuierten Packung mit einer solchen Mischung von Gasen das Wachstum von anaeroben Bakterien unterdrückt. Die äußere Schicht wird unmittelbar vor dem Anbieten des für den Verbraucher bestimmten Stücks zum Verkauf im Supermarkt abgezogen. Dies erlaubt dem Fleisch, wieder zu einer hellroten Farbe zu erblühen. Ein ausgezeichnetes Beispiel eines solchen Evakuierungs- und Wiederbefüllungs-MAP-Verfahrens ist in der US-Patentschrift Nr. 5,115,624 (Garwood) beschrieben. Das Vakuumverpacken und die Wiederbefüllungs-MAP sind aus drei Gründen sehr teuer. Erstens ist der starre Teil der Packung teuer. Zweitens sind die Verarbeitungsgeschwindigkeiten aufgrund der Vakuum- und Wiederbefüllungsschritte langsam. Drittens ist die Ausrüstung zur Durchführung dieser Verfahren sehr kompliziert und teuer.
Eine andere, weniger teure Maßnahme zur Sicherstellung einer minimalen Sauerstoffkonzentration in einer Fleischpackung ist, ein Gasspülungs-MAP-Verfahren zu verwenden. Die komplizierten Schritte des Evakuierens der Packung und des Wiederbefüllens mit der erwünschten Gasmischung sind eliminiert. Die äußere Tasche (eine Sperrschicht) wird einfach mit der geeigneten Gasmischung gespült, wenn sie um den inneren Behälter herum geformt ist. Das Spülungsverfahren verringert den Sauerstoffgehalt der Packung auf etwa 2%. Ein Sauerstoffabsorber wird in die Packung eingebracht, um zusätzlichen Sauerstoff unmittelbar vor oder gleichzeitig mit der Bildung und Spülung der äußeren Tasche zu absorbieren. Ein ausgezeichnetes Beispiel eines solchen MAP-Systems ist in einer Patentanmeldung beschrieben mit dem Titel "Modified Atmosphere Package", eingereicht am 3. April 1996, welche die Serial Nr. 08/627,137 erhalten hat.
Ein kritisches Merkmal eines Gasspülungs-MAP-Verpackungssystems ist die Fähigkeit, Fleisch frisch und schmackhaft aussehen zu lassen. Oxidiertes Fleisch nimmt eine unerwünschte braune Farbe an. Demgemäß wird, wie besprochen, ein Sauerstoffabsorber typischerweise im Inneren der Fleischpackung angebracht, um jeden restlichen Sauerstoff in der Packung nach der Gasspülung und dem Verschließen der Packung zu absorbieren. Es ist in kritischer Weise wichtig, den Sauerstoff von dem Fleisch rasch zu entfernen, um zu verhindern, dass es braun wird. Bei der Verhinderung der irreversiblen Änderung von rot zu braun ist insbesondere die Geschwindigkeit wichtig, mit welcher Stickstoff absorbiert wird. Wenn Stickstoff rasch entfernt wird, nimmt das verpackte Fleisch eine purpurrote Farbe an. Diese purpurrote Farbe "blüht" rasch zu einer hellroten Farbe nach der Entfernung der äußeren Verpackungsschicht auf.
Sauerstoffabsorber werden in steigendem Maße in Verpackungssystemen verwendet, um verschiedene Produkte von den schädlichen Wirkungen der Sauerstoffaussetzung zu schützen. Einige Sauerstoffabsorber verwenden die Oxidation von teilchenförmigem Eisen als Verfahren zur Absorption von Sauerstoff (z. B. GB-A-1556853). Eine geringe Wassermenge ist für diese Reaktion wesentlich. In einigen Fällen kann ein wasseranziehendes Mittel, wie Silicagel, verwendet werden, um Wasser anzuziehen und um zu Zeiten Wasser in der Packung anfänglich zuzuführen. Ein Hauptnachteil dieser Technologie ist jedoch die begrenzte Wassermenge, die zugeführt werden kann. Typischerweise wird ein Hauptteil des für die Oxidation von teilchenförmigem Eisen benötigten Wassers durch das Produkt und/oder durch die zu schützende Verpackungsumgebung bereitgestellt. Dies ist häufig eine unpassende Menge, um die wirksame und zweckmäßige Oxidation von Eisen zu fördern. Wie erwähnt wurde, je langsamer die Geschwindigkeit der Sauerstoffverringerung ist, desto wahrscheinlicher wird das Fleisch irreversibel braun werden.
Es besteht somit ein Bedürfnis, die Geschwindigkeit von Sauerstoffabsorbern zu beschleunigen, insbesondere in den Grenzen eines Verpackungssystems mit modifizierter Atmosphäre. Optimalerweise wäre es erwünscht, die Sauerstoffkonzentration auf etwa 0,04% (400 ppm) innerhalb von 90 Minuten und auf etwa Null innerhalb von 24 Stunden zu erniedrigen. Dieses Bedürfnis wird durch die vorliegende Erfindung angesprochen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung ist wie in den Patentansprüchen definiert.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Sauerstoffabsorberpaket auf Eisenbasis bereit, welches eine erhöhte Geschwindigkeit der Sauerstoffabsorption, insbesondere in den Grenzen eines gleichzeitigen Fleischverpackungssystems aufweist. Die Erfindung stellt speziell ein Sauerstoffabsorberpaket bereit, welches einen Sauerstoffabsorber auf Eisenbasis und einen wasserenthaltenden Sauerstoffaufnahmebeschleuniger umfasst. Der Sauerstoffaufnahmebeschleuniger beschleunigt die Geschwindigkeit der Sauerstoffaufnahme des Absorbers auf Eisenbasis. In einer bevorzugten Ausführungsform stellt die Erfindung ein Sauerstoffabsorberpaket bereit, worin ein Verhältnis zwischen 0,2 ml und 0,8 ml des Sauerstoffaufnahmebeschleunigers zu etwa 2,5 Gramm Eisen in dem Paket vorliegt. Normales Wasser bildet einen ausgezeichneten Beschleuniger, aber vorzugsweise ist Essigsäure der Beschleuniger der Wahl. Optimalerweise sind 0,6 ml des Sauerstoffaufnahmebeschleunigers pro 2,5 Gramm Eisen in dem Paket vorhanden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Andere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden beim Lesen der folgenden ausführlichen Beschreibung und beim Bezug auf die Zeichnungen ersichtlich, in welchen:
1 ein Sauerstoffabsorberpaket erläutert, in welchem der Sauerstoffaufnahmebeschleuniger in das Paket durch eine Spritze eingeführt wird.
2a bzw. 2b ein Sauerstoffabsorberpaket, das eine Kapsel enthält, die zu einem geeigneten Zeitpunkt aufgebrochen werden kann, um den Sauerstoffaufnahmebeschleuniger freizusetzen, und ein Paket erläutern, welches eine aufgebrochene Kapsel enthält.
3a bzw. 3b ein Sauerstoffabsorberpaket, das einen vorstehenden Docht zur Absorption des Sauerstoffaufnahmebeschleunigers in das Paket umfasst, und ein Sauerstoffabsorberpaket erläutern, in welches der Docht in den Sauerstoffabsorberbeschleuniger eingetaucht ist.
4 eine isometrische Ansicht des Sauerstoffabsorberpakets der vorliegenden Erfindung innerhalb eines Verpackungssystems mit modifizierter Atmosphäre ist.
5 ein Diagramm ist, welches die Geschwindigkeit der Sauerstoffabsorption erläutert, wenn ein trockenes Sauerstoffabsorberpaket in einen Behälter von der Größe eines Quarts, welcher 0,5 ml Wasser enthält, eingeführt wird.
6 ein Diagramm ist, welches die Geschwindigkeit der Sauerstoffabsorption erläutert, wenn ein Sauerstoffabsorberpaket, bei welchem 0,5 ml Wasser in das Paket injiziert sind, in einen Behälter von der Größe eines Quarts eingeführt ist.
7 ein Diagramm ist, welches die Geschwindigkeit der Sauerstoffabsorption als Funktion der Wassermenge erläutert, die in Sauerstoffabsorberpakete injiziert ist.
8 die Geschwindigkeit der Sauerstoffabsorption in Gegenwart von variierenden Mengen von CO₂ unter Verwendung eines Sauerstoffabsorberpakets erläutert, in welches 0,6 ml Wasser injiziert worden sind.
9 ein Diagramm ist, welches die Geschwindigkeit der Sauerstoffabsorption als Funktion der Anzahl von Sauerstoffabsorberpaketen erläutert, die in ein 1 Quart-Gefäß eingeführt sind.
10 ein Diagramm ist, welches den Prozentsatz von Stauerstoff nach 1 Stunde als Funktion der Essigsäuremenge {Essig) zeigt, die in jede von zwei Sauerstoffabsorberpakete injiziert ist.
11 ein Diagramm ist, welches den Prozentsatz von Sauerstoff als Funktion der Zeit und als Funktion des in die Sauerstoffabsorberpakete injizierten Materials zeigt.
12 ein Diagramm ist, welches die Geschwindigkeit der Sauerstoffabsorption als Funktion der injizierten Essigsäuremenge in ein Eisen enthaltendes Paket und weiter als Funktion dessen zeigt, ob oder ob nicht das Paket imprägniertes Silicagel enthält.
13 ein Diagramm ist, welches die Geschwindigkeit der Sauerstoffabsorption als Funktion der Zeit und der Konzentration von Essigsäure in Wasser erläutert.
Obwohl die Erfindung für zahlreiche Modifikationen und alternative Formen empfänglich ist, sind bestimmte spezifische Ausführungsformen davon als Beispiele in den Zeichnungen gezeigt worden und werden im Einzelnen beschrieben. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass nicht beabsichtigt ist, die Erfindung auf die besonderen beschriebenen Formen zu beschränken. Im Gegenteil ist beabsichtigt; sämtliche Modifikationen, Äquivalente und Alternativen, die in den Geist und Bereich der Erfindung, wie sie in den beigefügten Patentansprüchen definiert ist, fallen, umfasst werden.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Mit Bezug auf die Zeichnungen zeigen die 1 bis 3(a und b) ein Sauerstoffabsorberpaket mit einem flüssigen Sauerstoffaufnahmebeschleuniger, der in einer gewissen Form in dem Paket vorhanden ist.
Speziell zeigt 1 ein Sauerstoffabsorberpaket 10, das elementares Eisen 12 enthält, und in welches ein Sauerstoffaufnahmebeschleuniger 14 in das Paket unter Verwendung einer Spritze eingeführt wird. Die Injektion kann manuell mit einer Spritze und durch Halten des Pakets mit der Hand im Inneren des Pakets durchgeführt werden. Alternativ kann das Injektionsverfahren unter Verwendung einer im Handel erhältlichen Dosier- und Abfüllpumpe, wie das Luft Systematic Modell 45/50, und einer geeigneten Fördereinrichtung, automatisiert werden, um die Pakete für die Injektion zu positionieren und dann anschließend die Pakete in eine Verpackung einzubringen.
2a zeigt ein Sauerstoffabsorberpaket 20, das elementares Eisen 22 enthält, und in welchem ein Sauerstoffaufnahmebeschleuniger 24 im Inneren einer Kapsel 26 vorhanden ist. Wie 2b zeigt, kann die Kapsel durch mechanische Kraft zu einem geeigneten Zeitpunkt aufgebrochen werden, um den Sauerstoffaufnahmebeschleuniger 34 freizusetzen. Optimalerweise sollte die Kapsel unmittelbar vor oder unmittelbar nach dem Verschließen der Packung aufgebrochen werden, um den Absorber für beschleunigte Sauerstoffaufnahme auf Eisenbasis in geeigneter Weise zu aktivieren.
3a zeigt ein Sauerstoffabsorberpaket 30 auf Eisenbasis, das elementares Eisen enthält (nicht speziell gezeigt) und in welches ein Sauerstoffaufnahmebeschleuniger 32 in das Paket durch Absorption auf einem Docht 34, der aus dem Paket vorsteht, eingeführt werden kann. Wie 3b zeigt, ist der Docht 34 in den Sauerstoffaufnahmebeschleuniger 32 eingetaucht. Eine geeignete Menge des Sauerstoffaufnahmebeschleunigers 32 wird durch den Docht 34 in das Paket 30 absorbiert. Optimalerweise erfolgt das Eintauchen unmittelbar vor dem Verschließen der Packung, um den Absorber für beschleunigte Sauerstoffaufnahme auf Eisenbasis in geeigneter Weise zu aktivieren.
Weitere Information betreffend die Konstruktion des zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung bevorzugten Sauerstoffabsorberpakets kann aus der US-Patentschrift Nr. 5,262,375 (McKedey) mit dem Titel "Oxygen Absorber" erhalten werden. Die bevorzugten Sauerstoffabsorberpakete werden von Multiform Desiccants Incorporated hergestellt. Andere Sauerstoffabsorber auf Eisenbasis wirken jedoch vergleichbar gut in der vorliegenden Erfindung.
Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Sauerstoffabsorberpaket auf Eisenbasis, welches einen Sauerstoffaufnahmebeschleuniger enthält, bestehend aus Wasser oder einer wässrigen Lösung einer anderen Substanz, aufgelöst in oder vermischt mit Wasser. Der Sauerstoffaufnahmebeschleuniger beschleunigt die Geschwindigkeit der Sauerstoffaufnahme des Sauerstoffabsorbers. Wasser allein aktiviert und beschleunigt die Sauerstoffabsorber auf Eisenbasis durch die Anwesenheit von Hydroniumionen im Wasser. Verdünnte Säurelösungen sind jedoch bevorzugte Sauerstoffaufnahmebeschleuniger.
Säuren ergeben erhöhte Zahlen von Hydroniumionen, welche die Oxidationsgeschwindigkeit von Eisen durch ihre Wirkung als Elektronenakzeptoren erhöhen. Diese Elektronenakzeptoren erleichtern die Ionisierung von neutralem Eisen. Wenn es ionisiert ist, reagiert das Eisen rasch mit dem vorliegenden Sauerstoff und Wasser unter Bildung eines hydratisierten Eisenoxids. Andere Elektronenakzeptoren, wie die positiv geladenen Ionen, welche Salzlösungen bilden, oder Metalle, wie Kupfer, erleichtern ebenfalls die Ionisierung von neutralem Eisen.
Die bevorzugte wässrige Lösung der vorliegenden Erfindung ist eine wässrige Lösung, welche annähernd fünf Prozent Essigsäure enthält.
Die Einführung von Wasser oder einer wässrigen Lösung von Säure, Salz oder einem geeigneten Metall in das Sauerstoffabsorberpaket eines Sauerstoffabsorbers auf Eisenbasis dient dazu, die Geschwindigkeit der Sauerstoffaufnahme des Eisens im Inneren des Pakets zu aktivieren und dramatisch zu erhöhen. Das teilchenförmige Eisen in dem Paket wird tatsächlich in Rost umgewandelt, wenn Sauerstoff aus der Atmosphäre, welche das verpackte Fleisch oder ein anderes verpacktes Nahrungsprodukt umgibt, absorbiert wird. Wie besprochen, erhöht das Wasser oder die wässrige Lösung die Sauerstoffabsorption durch das Eisen, indem es als Elektronenakzeptor wirkt. Ein vorgeschlagener Mechanismus für die Rostbildung ist wie folgt: 1) Fe(s) → Fe²⁺ + 2e^– 2) e^– + H₃O⁺ → H + H₂O 3) 4H + O₂ → 2H₂O 4) 4Fe²⁺ + O₂(g) + (12 + 2x)H₂O → 2(Fe₂O₃·xH₂O)(s) + 8H₃O⁺
Im Schritt (1) werden Eisen(II)-ionen durch Verlust von Elektronen aus dem elementaren teilchenförmigen Eisen in dem Paket gebildet. Dieser Prozess kann jedoch nicht sehr weit fortschreiten, falls es keinen Weg gibt, die Elektronen abzugeben, die sich auf dem restlichen Eisen ansammeln. Ein Weg hierfür ist der Schritt (2), in welchem H₃O⁺-Ionen entweder aus dem Wasser oder aus sauren Substanzen in dem Wasser die Elektronen aufnehmen, wodurch neutrale H-Atome gebildet werden. Da Eisen als guter Katalysator für Nydrierungsreaktionen im Allgemeinen bekannt ist, wird angenommen, dass der Schritt (3) nun eintritt, wodurch die H-Atome verbraucht werden. In der Zwischenzeit reagiert das Eisen(II)-ion mit O₂-Gas im Schritt (4), wodurch der Rost gebildet und für den Schritt (2) erforderliche H₃O⁺-Ionen wieder gebildet werden. Die Nettoreaktion, erhalten durch Addieren sämtlicher vier Schritte, ist 4Fe(s) + 3O₂(g) + 2xH₂O → 2(Fe₂O₃·xH₂O)(s).
Säure beschleunigt die Reaktion durch Bereitstellen von überschüssigen Hydroniumionen (H₃O⁺) und des Treiberschritts 2. Daher verwendet die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine verdünnte wässrige Lösung von Säure. Solche Säurelösungen sollten natürlich mit Nahrungsprodukten verträglich sein und z. B. Essigsäure und/oder Citronensäure umfassen.
Salzlösungen treiben ebenfalls den Schritt (2) der vorstehend genannten Reaktion, indem sie einen Elektronenakzeptor bereitstellen, somit sind sie zur Verwendung in der wässrigen Lösung der vorliegenden Erfindung geeignet. Zusätzlich ist festgestellt worden, dass die Zugabe von Kupfer zu Wasser und/oder einer verdünnten wässrigen Lösung von Säure die Geschwindigkeit der Sauerstoffabsorption durch das Eisen erhöht. Es wird angenommen, dass das Kupfer ein Phänomen, das elektrolytische Korrosion genannt wird, induziert. Elektronen fließen von dem Eisen zum Kupfer, wo ihre Energie niedriger ist. Dies entfernt die überschüssige negative Ladung von dem Eisen. Zusätz lich lösen sich H-Atome, die sich nun auf der negativen Kupferoberfläche anstelle des Eisens bilden, selbst einfacher vom Kupfer als vom Eisen, wodurch der Schritt (3) der vorstehend genannten Reaktion beschleunigt wird.
Wie in den 1 bis 3(a und b) gezeigt, kann die wässrige Lösung in das Paket unter Verwendung eines Verfahrens vom Injektionstyp eingeführt werden. Alternativ kann die Lösung in dem Absorberpaket in einer getrennten Kapsel oder einer Abteilung, die zum Zeitpunkt des Verschließens der Fleischverpackung aufgebrochen werden kann, eingeschlossen sein. Es kann auch ein Docht in dem Paket eingeschlossen sein und daraus hervorstehen, derart, dass der Docht in eine Flüssigkeit unmittelbar vor dem Verschließen der Fleischpackung eingetaucht werden kann.
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Injektion eines Wasser enthaltenden Sauerstoffaufnahmebeschleunigers in die MRM-Absorber, hergestellt von Multiform Desiccants Incorporated. Dies erfolgt unmittelbar vor dem Eindringen des Absorbers in eine Packung. Dies kann manuell mit einer Spritze und Positionierung von Hand erfolgen, oder das Verfahren kann automatisiert werden und unter Verwendung einer handelsüblichen Dosier- und Abfüllpumpe, wie das Luft Systematic Modell 45/50 und geeigneter Fördereinrichtung, um die Pakete für die Injektion zu positionieren und dann anschließend die Pakete in eine Packung zu bringen.
Die folgenden Daten, die in den 5 bis 13 und in der Tabelle 1 wiedergegeben sind, sind spezifisch für MRM 100-Absorberpakete von Multiform. Alle diese Versuche beinhalten die Verwendung dieser Absorber. Die in MRM 100-Sauerstoffabsorber sind speziell formuliert, dass sie in Anwesenheit von CO₂ und Kühlung arbeiten. MRM 100-Sauerstoffabsorber enthalten annähernd 2,5 Gramm Eisen und Silicagel, imprägniert mit dem Kohlendioxidgenerator NaHCO₃.
Ein Kohlendioxidgenerator wird verwendet, um das Gasvolumen in der verschlossenen Fleischpackung zu ersetzen, wenn O₂ absorbiert ist. Das Eisen in den MRM-Absorbern wird elektrolytisch reduziert und angelassen, was bedeutet, dass das Eisen mittels durch ganz von elektrischem Strom durch eine Lösung des Eisens, das in Form eines geschmolzenen Salzes vorliegt, reduziert wird. Obwohl MRM 100-Absorberpakete in den folgenden beschriebenen Versuchen verwendet wurden, erkennt der Fachmann, dass angenommen werden kann, dass ähnlich aufgebaute Absorberpakete vergleichbare erhöhte Sauerstoffabsorberwirkungen mit Zusatz von Wasser und anderen Beschleunigern haben.
Die 5 und 6 erläutern, dass der Sauerstoffaufnahmebeschleuniger, in diesem Falle Wasser, in dem Sauerstoff absorbierenden Paket enthalten sein muss, um die Geschwindigkeit der Sauerstoffabsorption zu erhöhen. Speziell zeigt die 5 die Abnahme in Prozent Sauerstoff als Funktion der Zeit, wenn 0,5 ml Wasser nur in einem Gefäß von 1 Quart Größe zusammen mit einem Sauerstoffabsorberpaket vorhanden ist. Wie in 5 gezeigt, dauert es bei 40°F annähernd 30 Stunden, bis der Sauerstoff auf annähernd 0,5% (5000 ppm) verringert ist, und mehr als 40 Stunden, bis der Sauerstoff auf nahezu 0,0% Sauerstoff verringert ist. Im Gegensatz dazu zeigt 6 die Abnahme in Prozent Sauerstoff als Funktion der Zeit, wenn 0,5 ml Wasser in ein Sauerstoffabsorberpaket injiziert ist, welches dann in ein Gefäß von 1 Quart Größe verbracht wird. Bei 40°F dauert es annähernd 15 Stunden, bis der Sauerstoff auf annähernd 0,5% verringert ist, und etwa 20 Stunden, bis der Sauerstoff auf nahezu 0,0% Sauerstoff verringert ist. Bei 70°F wird Sauerstoff viel schneller absorbiert.
7 zeigt, dass die Sauerstoffabsorptionsgeschwindigkeit maximiert ist, wenn 0,6 ml Wasser in dem Sauerstoff absorbierenden Paket vorhanden sind.
8 zeigt, dass die Sauerstoffabsorption von der Menge des Kohlendioxids in dem Behälter unabhängig zu sein scheint.
9 zeigt, dass zwei sauerstoffabsorbierende Pakete Sauerstoff nahezu zweimal so schnell wie ein Paket absorbieren.
Wie in 10 gezeigt ist, wirkt Essigsäure, gewöhnlich als Essig bekannt, besonders gut bei der Beschleunigung der Geschwindigkeit der Sauerstoffabsorption eines MRM-Sauerstoffabsorberpakets. Speziell verringert die Injektion von 0,5 ml Essigsäure in jedes von zwei Absorberpaketen die Sauerstoffmenge in einem Gefäß von 1 Quart auf annähernd 0,1% O₂ (1000 ppm) in einer Stunde. Wie in 11 gezeigt, wird der Sauerstoff auf annähernd 0,04% O₂ (400 ppm) in etwa 90 Minuten verringert, wenn 0,5 ml Essigsäure in jedes von zwei MRM 100-Absorberpakete injiziert wird. Aus den Daten in den 10 und 11 können zwei Schlüsse gezogen werden. Erstens scheint injizierte Essigsäure besser bei der Erhöhung der Geschwindigkeit der Sauerstoffabsorption eines Absorberpakets zu wirken als reines Wasser. Zweitens geht aus 10 hervor, dass 0,5 ml Essigsäure besonders gut bei der Erhöhung der Geschwindigkeit und der Gesamtmenge der Sauerstoffabsorption zu wirken scheinen. In den Versuchen, die zu den Daten in den 10 und 11 führen, betrug die Ausgangskonzentration von Sauerstoff in den Gefäßen 2,0%, was die Sauerstoffmenge simuliert, die nach dem Gasspülungsschritt eines Gasspülungs-MAP-Verfahrens vorhanden sein würde. Die Versuche wurden auch unter Kühlung durchgeführt. Nachstehend folgt eine Tabelle, welche die Ergebnisse eines Versuchs zeigt, der so ausgelegt wurde, dass der Bereich der Wassermengen bestimmt wurde, die benötigt werden, um in ein Sauerstoffabsorberpaket eingeführt zu werden, das annähernd 2,5 Gramm Eisen enthält, um die Pakete in befriedigender Weise in einem Gasspülungs-MAP-Verpackungsverfahren für rotes Fleisch zu aktivieren.
TABELLE 1
Die Ergebnisse zeigen, dass Wasserinjektionen größer als 0,2 ml, aber weniger als 0,8 ml pro 2,5 Gramm Eisen (annähernd 100 cm³ Absorberkapazität) erforderlich sind. Für eine passende Sauerstoffabsorption müssen die Wasserinjektionen in diesem Bereich liegen, vorzugsweise bei 0,6 ml. Wasserinjektionen außerhalb dieses Bereichs führen zu einem hohen Risiko der Metmyoglobinbildung (Braunwerden) aufgrund von anfänglicher Sauerstoffeinwirkung. Dieser Versuch wurde unter Verwendung von MRM- Sauerstoffabsorbern von Multiform durchgeführt, es wird aber angenommen, dass andere ähnliche Absorber auf Eisenbasis vergleichbar arbeiten.
BEISPIEL 1 – Bestimmung des Bereichs des Wasservolumens, das für eine optimale Sauerstoffabsorption eines Sauerstoffabsorberpakets auf Eisenbasis notwendig ist
Ein Zehn-Pfund-Stück von frischem knochenfreiem Rindfleisch (5 Tage nach der Schlachtung) wurde in zehn Stücke geschnitten und einzeln auf Fleischschalen oder ein Saugkissen gelegt. Die Fleischschalen hatten 1,5 Inch hohe Seitenwände. Das Fleisch und die Schalen wurden dann mit einem Standard-PVC-Film auf einer Hobart-Maschine verstreckt umhüllt. Nach dem Umhüllen wurde ein Loch mit 0,5 Inch Durchmesser durch das PVC an einer Ecke der Schale gebildet, um freien Gasstrom in und aus dieser "inneren Packung" zu erlauben. Als nächstes wurden zwei MRM 100-Absorber mit einer genau abgemessenen Wassermenge injiziert und auf eine der inneren Packungen, die das Rindfleisch enthielt, angebracht. Die Wasserinjektionen wurden von 0,2 bis 1,0 mil pro Absorber variiert. Die innere Packung mit den angebrachten Sauerstoffabsorbern wurde dann sofort durch eine Fuji/Foremost-Formfüllungs- und Verschließmaschine geführt und in einer gespülten äußeren Tasche, hergestellt aus Print Pack 861D 2,5 mil Sperrfilm verpackt. Das Spülungsgas bestand aus annähernd 80% Stickstoff und 20% Kohlendioxid. Die anfängliche O₂-Konzentration in der Sperrtasche wurde durch ein Gummiseptum mit einem Dansensor-Sauerstoffanalysator gemessen und aufgezeichnet. Die vervollständigten Packungen wurden dann in einen Kühlschrank verbracht und acht Tage bei 34°F gelagert. Am achten Tag würde die Endsauerstoffkonzentration gemessen, und die Sperrtasche und die Sauerstoffabsorber wurden entfernt. Das Fleisch wurde in der inneren Packung 1,5 Stunden im Kühlschrank wieder erblühen gelassen. Zu dieser Zeit wurden die Packungen aus dem Kühlschrank entfernt, und das Fleisch wurde visuell bezüglich der Annehmbarkeit seiner Farbe bewertet. Die Packungen wurden dann für weitere 24 Stunden in den Kühlschrank zurückgelegt, wonach das Fleisch wieder bezüglich der Annehmbarkeit seiner Farbe bewertet wurde. Die Schale, die für den in Beispiel 1 beschriebenen Versuch verwendet wurden, und die in der Tabelle 1 angegebenen Daten ließen einen beträchtlichen Luftraum um das Fleisch herum, was die Verwendung von zwei MRM 100-Absorbern notwendig machte. Das Rindfleisch ist jedoch erfolgreich in Fleischschalen mit flacher Wand, welche nur einen MRM 100-Absorber mit einer 0,5 ml Injektion von Essigsäure verwendeten, verpackt worden.
12 zeigt, dass eine maximale Sauerstoffabsorption bei einer Essigmenge zwischen etwa 0,4 und 0,6 ml Essigsäure eintritt. 12 erläutert auch, dass eine maximale Sauerstoffabsorption eintritt, wenn das sauerstoffabsorbierende Paket Silicagel, imprägniert mit NaHCO₃, zusätzlich zu Eisen, enthält. MRM 100-Absorber und andere ähnlich formulierte Absorber verwenden Silicagel, um atmosphärisches H₂O zu absorbieren und freizusetzen. Wie vorher beschrieben, absorbiert Silicagel selbst nicht genug Wasser, um die sauerstoffabsorbierende Fähigkeit des Eisens in befriedigender Weise zu beschleunigen, um die Konservierung von Fleisch für länger als ein paar Tage zu einer Zeit zu erlauben. Aus diesem Grund haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung bestätigend konkrete Wassermengen zu den sauerstoffabsorbierenden Paketen der vorliegenden Erfindung zugesetzt.
13 zeigt die Geschwindigkeit der Sauerstoffabsorption als Funktion der Zeit und der Konzentration von Essigsäure in Wasser. Wie ersichtlich ist, wirken 5% Essigsäure sehr gut bei der Beschleunigung der Geschwindigkeit der Sauerstoffabsorption bei 30, 60 und 90 Minuten. Weiterhin ist 5%ige Essigsäure, nämlich gewöhnlicher Tafelessig, sehr leicht zu erhalten.
Die vorliegende Erfindung ist besonders verwendbar, wenn sie in einem Verpackungsverfahren mit modifizierter Atmosphäre (MAP-Verfahren) für frisches Fleisch verwendet wird. Das MAP-Verfahren ist ein Gasspülungsverfahren, das anfänglich die Packung bis zu einer Sauerstoffatmosphäre von etwa 2% oder weniger spült. Das sauerstoffabsorbierende Paket der vorliegenden Erfindung wird verwendet, um zusätzlich die Sauerstoffkonzentration der Packung auf 400 ppm (0,04%) oder weniger innerhalb von 90 Minuten zu verringern.
Es folgt eine kurze Beschreibung einer typischen Verpackung mit modifizierter Atmosphäre. Diese Beschreibung ist nicht als beschränkend auszulegen, sondern wird im Gegenteil lediglich vorgelegt, um eine besondere Verwendung der vorliegenden Erfindung deutlich zu machen.
4 veranschaulicht eine Packung 40 mit modifizierter Atmosphäre, die einen äußeren Behälter 42 und einen inneren Behälter 44 umfasst. Der innere Behälter 44 umfasst eine herkömmliche halbstarre Kunststoffschale 46, die aus einer Folie von polymerem Material, welches im Wesentlichen für Sauerstoff durchlässig ist, wärmegeformt wurde. Beispielhafte Polymere, die verwendet werden können, um die Nichtsperrschale 46 zu bilden, umfassen Polystyrolschaum, Cellulosepulpe, Polyethylen, Polypropylen usw. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die zur Bildung der Schale 46 verwendete polymere Folie im Wesentlichen aus Polystyrolschaum aufgebaut und hat eine Dicke im Bereich von etwa 100 mil bis etwa 300 mil. Die Verwendung einer gewöhnlichen Polystyrolschaumschale 46 ist erwünscht, da sie eine hohe Akzeptanz beim Verbraucher hat. Der innere Behälter 44 umfasst ferner eine Streckfilmumhüllung oder Hülle 48, der bzw. die aus einem polymeren Material, wie Polyvinylchlorid (PVC), welches im Wesentlichen für Sauerstoff durchlässig ist, aufgebaut ist. In einer bevorzugten Ausführungsform enthält der zur Bildung der Hülle 48 verwendete Streckfilm Zusätze, welche erlauben, dass der Film an sich selbst haftet, und er hat eine Dicke im Bereich von etwa 0,5 mil bis etwa 1,5 mil. Ein bevorzugter Streckfilm ist Resinite^®-Fleischfilm, der im Handel erhältlich ist von Borden Packaging and Industrial Products, North Andover, Massachusetts.
Ein Nahrungsmittel, wie ein Einzelhandelsstück von rohem Fleisch 50, befindet sich in dem Inneren des inneren Behälters 44. Vor der vollständigen Umhüllung der Schale 46 mit der Hülle 48 kann der teilweise gebildete innere Behälter 44 mit einer geeigneten Mischung von Gasen gespült werden, typischerweise einer Mischung von etwa 30% Kohlendioxid und etwa 70% Stickstoff, um die Sauerstoffkonzentration in dem inneren Behälter 44 auf etwa 1,5 bis 5,0% zu erniedrigen. Die vorstehende Mischung von Gasen ersetzt den Sauerstoff in dem inneren Behälter 44 während des Spülungsvorgangs. Nach dem Spülen des inneren Behälters 44 wird die Schale 46 manuell oder automatisch mit der Hülle 48 umhüllt. Die Hülle 48 wird über das Einzelhandelsstück von rohem Fleisch 50 und um den Boden der Schale 46 gehüllt. Die freien Enden der Hülle 48 überlappen entlang der Unterseite der Bodenwand der Schale 46, und aufgrund ihrer Haftcharakteristik, die der Hülle 48 inhärent ist, haften diese überlappenden freien Enden aneinander, wodurch die Hülle 48 an ihrem Platz gehalten wird. Falls erwünscht, kann die umhüllte Schale 46, d. h. der innere Behälter 44, über eine heiße Platte geführt werden, um thermisch die freien Enden der Hülle 48 miteinander zu verschweißen und dadurch zu verhindern, dass diese freien Enden sich möglicherweise auftrennen.
Der äußere Behälter 42 ist vorzugsweise eine flexible polymere Tasche, die aus einem einschichtigen oder mehrschichtigen Kunststoffmaterial aufgebaut ist, welches im Wesentlichen für Sauerstoff undurchlässig ist. Der äußere Behälter 42 kann z. B. einen orientierten Polypropylenkern (OPP-Kern) umfassen, der mit einer Sauerstoff-Sperrbeschichtung, wie Polyvinylidenchlorid, beschichtet ist, und weiter mit einer Schicht eines Dichtungsmaterials, wie Polyethylen, laminiert ist, um die Heißverschweißung zu erleichtern. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der äußere Behälter 42 aus einem Mehrschichten-Sperrfilm aufgebaut, der im Handel als Produkt Nr. 325C44-0EX861D von PrintPack, Inc., Atlanta, Georgia, erhältlich ist. Der co-extrudierte Film hat eine Dicke im Bereich von etwa 2 mil bis etwa 6 mil. Vor dem Verschweißen der Außenkanten des äußeren Behälters 42 wird der innere Behälter 44 in den äußeren Behälter 42 verbracht. Der äußere Behälter 42 wird ebenfalls mit einer geeigneten Mischung von Gasen gespült, typischerweise etwa 30% Kohlendioxid und etwa 70% Sauerstoff, um die Sauerstoffkonzentration in dem äußeren Behälter 42 auf etwa 0,05 bis 5,0% oder 500 bis 50000 ppm zu erniedrigen. Vor oder gleichzeitig mit dem Spülen des äußeren Behälters 42, aber noch vor dem Verschweißen des äußeren Behälters 42 wird das Sauerstoff absorbierende Paket 52 in den äußeren Behälter 42 außerhalb des verschweißten inneren Behälters 44 eingebracht. Der äußere Behälter 42 wird dann verschweißt.
Nach einer Zeit von etwa 90 Minuten erniedrigt das Sauerstoff absorbierende Paket 52 die Sauerstoffkonzentration in der Tasche von ihrer anfänglichen Sauerstoffkonzentration auf weniger als etwa 0,04% oder 400 ppm und am bevorzugtesten auf etwa null Prozent. Der in dem Sauerstoff absorbierenden Paket 52 enthaltene Sauerstoffaufnahmebeschleuniger ist für diese hohe Geschwindigkeit der Sauerstoffabsorption verantwortlich. Der Sauerstoffabsorber 52 absorbiert auch Sauerstoff, der eventuell in den äußeren Behälter 42 aus der Umgebung eindringen kann. In den 1 bis 4 ist der Sauerstoffabsorber 10, 20, 30 bzw. 52 als Paket oder Etikett erläutert, das in den äußeren Behälter 42 vor dem Verschweißen des äußeren Behälters 42 eingeführt wird. Alternativ kann ein Sauerstoff absorbierendes Material zu dem Polymer oder den Polymeren zugesetzt werden, das bzw. die zur Bildung des äußeren Behälters 42 verwendet wird bzw. werden, so dass das Sauerstoff absorbierende Material in den äußeren Behälter 42 selbst integriert ist.
Das Einzelhandelsstück von rohem Fleisch 50 in der Packung 40 nimmt eine purpurrote Farbe an, wenn der Sauerstoff aus dem Inneren der Packung 40 entfernt ist. Die mit Fleisch gefüllte Packung 40 mit modifizierter Atmosphäre kann nun in einer Kühleinheit für einige Wochen gelagert werden, bevor sie zum Verkauf in einem Lebensmittelgeschäft angeboten wird. Eine kurze Zeit (z. B. weniger als eine Stunde), bevor sie in dem Lebensmittelgeschäft ausgelegt wird, wird der innere Behälter 44 vom äußeren Behälter 42 entfernt, um Sauerstoff aus der Umgebung durch die Nichtsperrschale 46 und die Nichtsperrhülle 48 eindringen zu lassen. Die purpurrote Farbe des rohen Fleisches 50 ändert sich rasch oder "erblüht" zu einer allgemein annehmbaren hellroten Farbe, wenn das rohe Fleisch 50 durch Luftzutritt mit Sauerstoff in Berührung kommt.

Claims

Sauerstoff absorbierendes Paket, umfassend: einen Sauerstoffabsorber auf Eisenbasis und einen flüssigen, Wasser enthaltenden Sauerstoffaufnahmebeschleuniger, wobei der flüssige Sauerstoffaufnahmebeschleuniger in dem Paket in einer Menge relativ zu der Menge des Sauerstoffabsorbers vorhanden ist, die zur Verringerung der Sauerstoffkonzentration in einer Packung auf 400 ppm innerhalb von 90 Minuten befähigt ist.
Sauerstoff absorbierendes Paket nach Anspruch 1, worin der Sauerstoffaufnahmebeschleuniger in dem Paket in einer Menge zwischen 0,2 ml und 0,8 ml, bevorzugt zwischen 0,3 ml und 0,7 ml pro 2,5 Gramm des Sauerstoffabsorbers auf Eisenbasis vorhanden ist.
Sauerstoff absorbierendes Paket nach Anspruch 1, worin 0,6 ml des Sauerstoffaufnahmebeschleunigers in dem Paket pro 2,5 Gramm des Absorbers auf Eisenbasis vorhanden ist.
Sauerstoff absorbierendes Paket nach Anspruch 1, worin das Eisen elektrolytisch reduziertes Eisen ist.
Sauerstoff absorbierendes Paket nach Anspruch 1, worin der Sauerstoffaufnahmebeschleuniger in einer zerbrechlichen Kapsel enthalten ist.
Sauerstoff absorbierendes Paket nach Anspruch 1, worin der Sauerstoffaufnahmebeschleuniger in einem saugfähigen Docht enthalten ist.
Sauerstoff absorbierendes Paket nach Anspruch 1, worin der Sauerstoffaufnahmebeschleuniger weiter eine wässrige Lösung einer Säure oder eines Salzes oder ein Metall enthält.
Sauerstoff absorbierendes Paket nach Anspruch 7, worin der Sauerstoffaufnahmebeschleuniger Essigsäure, bevorzugt 5% Essigsäure, enthält.
Sauerstoff absorbierendes Paket nach Anspruch 1, das weiter Silicagel enthält.
Sauerstoff absorbierendes Paket nach Anspruch 9, worin das Silicagel mit einem CO₂-Generator imprägniert ist.
Sauerstoff absorbierendes Paket nach Anspruch 10, worin der CO₂-Generator NaHCO₃ ist.
Verfahren zum Verringern der Sauerstoffkonzentration in einer Packung, umfassend: das Einbringen eines Sauerstoff absorbierenden Pakets gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 in einen begrenzten Raum und das Vereinigen des Sauerstoffabsorbers auf Eisenbasis und des Sauerstoffaufnahmebeschleunigers.