ستمر الإنتاج العالمي للفواكه في التزايد نتيجة لارتفاع الطلب السكاني وارتفاع مستوى المعيشة، وزيادة الوعي الصحي بالمنتجات الغذائية الطازجة وخاصة الفواكه والخضراوات، وذلك لأن الفواكه والخضراوات تلعب أدوارًا حيوية في التغذية الصحية بسبب محتواها من الفيتامينات والمعادن ومضادات الأكسدة وغيرها.
وبالتالي فإن زيادة الإنتاج مطلوبة بالتوازي مع نمو سكان العالم، ومع ذلك، فإن خسائر ما بعد الحصاد التي تؤدي إلى تدهور كمية ونوعية الثمار بعد الحصاد تشكل تحديًا خطيرًا.
مشكلة الفواكه والخضراوات
تعاني الفواكه والخضراوات من عدة مشكلات بعد حصادها، منها الهشاشة والعمر الزمني القصير، فقد تتعرض للتلف أثناء النقل من المزرعة إلى المتجر، أو يتأخر بيعها. ولمنع تدهور هذه الثمار، هناك حاجة إلى تغيير البيئة المحيطة بها أو السيطرة عليها. على سبيل المثال، الاستفادة من مواد التعبئة والتغليف ذات نفاذية بخار الماء والأكسجين المنخفضة لتقليل التنفس، ولكن ليس بيئة منخفضة الأكسجين للغاية، والتي يمكن أن تؤدي إلى التنفس اللا هوائي الذي يمكن أن يُنتِج أيضًا نكهات غير طبيعية.
قد يؤدي التخزين في درجة حرارة منخفضة أيضًا إلى الإصابة بالبرودة، وتؤدي المعالجة الحرارية أيضًا إلى فقدان العناصر الغذائية، وانخفاض وزن الثمار، وفقدان النكهة والفيتامينات.
إحدى تقنيات ما بعد الحصاد الجديدة للتحايل على هذه القيود هي استخدام الغلاف الصالح للأكل الذي يمكنه التحكم في التغيرات المتدهورة ومنعها، بالإضافة إلى زيادة العمر الافتراضي للمنتجات.
ما هو الغلاف الصالح للأكل؟
تعتبر الأغلفة الصالحة للأكل مرشحًا جيدًا للمساعدة في حل مشكلات خسائر ما بعد الحصاد، نظرًا لأنها تتمتع بخصائص ميكانيكية وحرارية ومضادة للميكروبات، وحتى مضادة للأكسدة.
الغلاف الصالح للأكل عبارة عن بوليمرات حيوية يتم فحصها بشكل كبير من أجل تعبئة المواد الغذائية وحفظها. مواد التعبئة والتغليف الصالحة للأكل هي نوع من العبوات التي يمكن تناولها، وتتمتع بقدرة قابلة للتحلل، كما توفر حاجزًا ضد الرطوبة والغازات وحركة المواد المذابة.
عادة ما يتم تصنيع الأغلفة الصحية من مواد قابلة للتحلل، مثل المواد الدهنية أو البروتينية أو السكريات. يتم استخدام مواد التغليف هذه إما عبر فيلم أو باستخدام الغلاف. يكون الأخير عادة في صورة سائلة، بينما يشكل الأول عادة طبقة رقيقة حول المنتج الغذائي.
يمكن تعريف الأغلفة الصالحة للأكل بأنها طبقة رقيقة من المواد الصحية والصديقة للبيئة التي يمكن استهلاكها، وتوفر حاجزًا أمام الغازات والميكروبات والرطوبة للمنتجات الغذائية. تطبيق هذه الأغلفة بسيط وصديق للبيئة، وآمن للغاية، ومنخفض السعر، مما يجعلها تقنيات واعدة لحفظ المنتجات الغذائية.
تم إجراء العديد من الأبحاث حول تأثير الغلاف الصالح للأكل على الاستقرار الفسيولوجي والميكروبي لبعض المنتجات الطازجة. على سبيل المثال، تحقق الباحثون من أن تطبيق مادة سينامالداهيد Cinnamaldehyde كطبقة صالحة للأكل على الموز أظهر انخفاضًا ملحوظًا في فقدان الوزن ومعدل نضج الموز.
أيضًا، أظهر تطبيق البروتين المعزول باستخدام MMT من الطين العضوي على شرائح البابايا المعالجة بالحد الأدنى انخفاضًا في نمو الميكروبات، وانخفاض فقدان الكتلة.
إن الاهتمام المتزايد بالأغلفة الصالحة للأكل هو نتيجة لتزايد وعي المستهلك بالأطعمة الصحية، وأيضًا بسبب التأثيرات السلبية لمواد التغليف الاصطناعية غير القابلة للتحلل على البيئة.
تساعد الأغلفة الصالحة للأكل على تحسين مظهر المنتجات البستانية من خلال إضفاء اللمعان وإخفاء الندبات ومنع تطور التدهور والاضطرابات الفسيولوجية.
أنواع الأغلفة الصالحة للأكل
يمكن تصنيف الأغلفة الصالحة للأكل عمومًا إلى أربع مجموعات رئيسية:
-
الأغلفة المعتمدة على السكريات العديدة
السكريات العديدة Polysaccharide هي بوليمرات طبيعية تستخدم على نطاق واسع لإنتاج طبقات أو أغشية صالحة للأكل، ومن أمثلته المستخدمة في إنتاج هذه الأفلام ما يلي: البكتين، والسليلوز، والنشا، والشيتوزان، والجينات، والبولولان.
هي الأغلفة الأساسية التي تعتبر مانعًا فعالاً للأكسجين بسبب بنيتها المنظَّمة، بما في ذلك شبكة الهيدروجين. ومع ذلك، تشكل السكريات العديدة حاجزًا ضعيفًا ضد بخار الماء بسبب طبيعتها المحبة للماء. يتم استخدامها عادةً لتحسين العمر الافتراضي لمنتجات اللحوم والخضراوات والفواكه.
-
الأغلفة القائمة على البروتينات
تكون البروتينات عمومًا على شكل بروتينات كروية أو بروتينات ليفية. البروتينات الليفية غير قابلة للذوبان في الماء، وتلعب عمومًا دور العنصر الهيكلي الأساسي للأنسجة الحيوانية، كما أنها قابلة للذوبان في محاليل الملح أو القواعد أو الأحماض، وتؤدي أنشطة مختلفة في الأنظمة الحية.
تدخل أنواع مختلفة من البروتينات الكروية، مثل زيت الذرة وبروتين مصل اللبن وغلوتين القمح وبروتينات الصويا في الأغلفة الصالحة للأكل. يؤخَذ بروتين لتكوين طبقات وأغشية، ويقتصر المذيب عمومًا على مجموعات ماء الإيثانول، أو ببساطة الماء أو الإيثانول (نوع من الكحول).
تعمل الأغلفة القائمة على البروتينات والتي تشمل استخدام الكازين والغلوتين وبروتينات الصويا كحاصرات جيدة للأكسجين، وبالتالي تساعد في الحفاظ على المنتجات الغذائية من أي تفاعلات مدمرة. تم الإبلاغ عن أن البروتينات تنقل خواص ميكانيكية جيدة وخصائص حاجز الغاز.
-
الأغلفة ذات الأساس الجيلاتيني
الجيلاتين هو بروتين كاره للماء، يوجد عادة في القمح، وهو أيضًا بروتين كروي، ويستخدم أيضًا في صنع بعض الأغلفة الصالحة للأكل، نظرًا لانخفاض تكلفته وتوافره. عادةً ما تتميز الأغلفة الجيلاتينية بشفافية جيدة وخصائص ميكانيكية وحاجزية، ويمكن تصنيعها من خلال عملية البثق أو الصب.
-
الأغلفة ذات الأساس الدهني
تعتبر الدهون كارهة للماء بطبيعتها، مما يجعلها مواد جيدة جدًا لاستخدامها في الغلاف الصالح للأكل، لأنها يمكن أن تساعد في حل مشكلة انتقال الرطوبة إلى المنتج الغذائي الطازج، مما قد يسبب بعض التغيرات التدهورية الكبيرة في المواد الغذائية. تشمل بعض الأمثلة على الدهون المستخدمة في الأغلفة الصالحة للأكل الشمعَ والبارافين.
طرق تطبيق الأغلفة الصالحة للأكل
هناك أكثر من طريقة لتطبيق الأغلفة الصالحة للأكل، وهي:
-
الغَمس
هذه التقنية هي أقدم تقنية تجارية ولكنها لا تزال صالحة حتى الآن. مفهوم تقنية الغَمس هو غمر المنتجات الغذائية الطازجة في محلول الغلاف للسماح بالترطيب الكامل لسطح المواد الغذائية.
بعد ذلك يتم تصريف محلول الغلاف لإزالة الطبقة الزائدة عن سطح الثمار. وأخيرًا يتم تجفيف الثمار لتكوين طبقة سليمة جيدًا على سطحها. يمكن تطبيق ذلك على مجموعة واسعة من حلول الغلاف اللزج.
-
طريقة طبقة إثرَ طبقة
تعتمد طريقة طبقة بعد طبقة على الترسيب البديل للبولي إلكتروليتات المشحونة بشكل معاكس، والتي تؤدي إلى تحكّم أكثر فعالية في خصائص الغلاف ووظيفته. تؤدي هذه الطريقة إلى إنتاج عدة طبقات من الأغشية التي يمكن أن تساعد في تحسين فعالية الغلاف الصالح للأكل.
-
تقنية التشريب الفراغي
تعتبر تقنية التشريب الفراغي بمثابة تقدُّم إضافي في طريقة الغَمس. الفرق هو وجود بيئة مفرَّغة أثناء غَمس الفاكهة، وهذا يعني أنه بدلاً من غمس المواد الغذائية في خزان غمس عادي، يتم غمر الثمار الطازجة في فراغ محكَم. تخضع المادة الغذائية إلى الترميم الجوي، بينما تبقى مغمورة في محلول الغلاف تحت الضغط الجوي.
-
طريقة الرَّش
تعتبر طريقة الرَّش أكثر ملاءمة لمحاليل الغلاف الأقل لزوجة والتي يمكن رشّها تحت ضغط عالٍ. يتأثر تكوين الغلاف البوليمري باستخدام نظام الرش بوقت التجفيف ودرجة الحرارة. ميزة تطبيق تقنية الرش هي أن المساحة السطحية للغلاف السائل تزداد من خلال تكوين القطرات وتوزيعها على سطح الثمرة.
-
طريقة الرغوة والتنقيط
تعتبر طريقة الرغوة والتنقيط من الأساليب التقليدية في تطبيق الغلاف. تكتسب هذه الأساليب الآن شعبية منخفضة بين الباحثين والممارسين الصناعيين في صناعات الفاكهة.
في هذه الطريقة، يتم تطبيق الغلاف مباشرة على سطح الفاكهة باستخدام الفرشاة، ومع تطبيق الرغوة، تتم إضافة عامل رغوة إلى الغلاف، ومن ثم يتم نفخ الهواء المضغوط في هواء خزان الآلة. يتم تطبيق عملية تدحرج واسعة النطاق لكسر الرغوة من أجل صنع توزيع موحد.
فوائد الأغلفة الصالحة للأكل
عدة فوائد للأغلفة الصالحة للأكل، يمكن استعراضها كما يلي:
-
تشكّل حاجزًا للرطوبة
تمنع هذه الأغلفة فقدان الرطوبة أو فقدان الرائحة أو امتصاص الماء بواسطة المواد الغذائية أو حتى اختراق الأكسجين، مما ينتج حالة تخزين جيدة لهذه المنتجات الغذائية، كما تعمل الطبقة الصالحة للأكل على تعزيز الملمس وتحسين مظهر المنتج وإطالة العمر الافتراضي من خلال خلق حواجز شبه قابلة للاختراق. قام الباحثون بتطوير غلاف حيوي بمركب نانوي يحتوي على الألجينات الصوديوم وأكسيد الزنك النانوي، وتم تطبيقه على الفراولة. كشفت النتائج عن احتفاظ كبير بالوزن مقارنة بتلك التي لا تحتوي على الأفلام. مرة أخرى، أظهرت أغلفة التيتانيوم والمركبات النانوية الفضية نفس النتائج على المانجو.
-
تكوّن ماسِحة للأكسجين
يمكن أن يكون لوجود الأكسجين آثار ضارة كبيرة على بعض المنتجات الغذائية الطازجة المعبأة، وقد وجد أن بعض الأغلفة الصالحة للأكل تحتوي على بعض ماسِحات الأكسجين وأنظمة التحكّم في الرطوبة، والتي تلعب دورًا هامًا في تقليل الغازات المساهمة في تلف الفواكه والخضراوات.
يقلل غلاف الشيتوزان / السليلوز النانوي من انتشار الأكسجين، ويقلل التنفس، ويؤخر أكسَدة الفراولة عن طريق تفاعل حمض الأسكوربيك.
-
تكوّن ماسِحة للإيثيلين
يلعب التحكم في الإيثيلين في وقت التخزين دورًا مهمًا في إطالة العمر الافتراضي للمنتجات الطازجة. فقد أظهر التحكّم في الإيثيلين بوساطة مركبات الشيتوزان-TiO2 النانوية على الطماطم مستويات أقل من تركيز الإيثيلين.
-
لها خصائص مضادة للميكروبات
أحد الأسباب الرئيسية لتلوث الفواكه والخضراوات هو عدم التغليف المناسب. يمكن تطبيق نظام تعبئة نشِط مضاد للميكروبات محمّل بعوامل مضادة للميكروبات لتقليل تلف المنتجات الطازجة للتحكّم في نموها الميكروبي.
-
لها خصائص مضادة للتسمير ومضادة للأكسدة
يرتبط اللون البني الأنزيمي في الفواكه والخضراوات غير المعالجة بتغيّر لون المركبات الفينولية وتغيّر لونها المحفّز بواسطة إنزيم البوليفينول أوكسيديز (PPO)، الذي يحوّل ركائز البوليفينول إلى أصباغ داكنة بوجود الأكسجين.
مزايا أخرى للأغلفة الصالحة للأكل
- توفّر الأغلفة الصالحة للأكل مظهرًا لامعًا للمنتجات الغذائية المَطلية.
- تلغي استخدام التعبئة والتغليف غير القابلة للتحلل والخطرة.
- تمنع فقدان المركبات المتطايرة الموجودة في المنتجات الغذائية.
- تحافظ على صلابة الثمرة وتقلل من فقدان وزن الثمرة إلى حد ما.
- خالية من المواد الكيميائية السامة والمتفاعلة التي تؤدي إلى آثار ضارة على الإنسان.
- يمكنها السيطرة على التقليل من الأضرار الجسدية.
عيوب الأغلفة الصالحة للأكل
مع المزايا الواردة أعلاه، فإن الأغلفة الصالحة للأكل لها أيضًا بعض العيوب، وهي كما يلي:
- فقدان جودة الغذاء بسبب حدوث بعض التعديلات في الغلاف فيما يتعلق بالتبادلات الغازية عند التعبئة.
- تؤدي زيادة سُمك الغلاف إلى حدوث تغييرات غير مرغوب فيها في المنتج الغذائي المَطلي عن طريق تغيير نكهته ونقص الوزن وتغير الملمس.
- تلاحظ بعض التعديلات الحسية ذات الصلة أثناء نقل المركبات المضادة للميكروبات.
- قد تؤدي المواد الخام المستخدمة في تحضير الغلاف إلى رد فعل تحسسي عند استهلاكها.
- هناك أنواع قليلة من وسائل التغليف تكبد المزارع تكاليف باهظة، مما يؤدي في النهاية إلى ارتفاع أسعار السلع.
مستقبل الأغلفة الصالحة للأكل
في الوقت الحاضر، أدى وعي المستهلك بالأغذية الآمِنة والخالية من المواد الكيميائية إلى تغيير ديناميكيات السوق، مما أدى إلى ظهور الغلاف الصالح للأكل كَحلٍّ بديل أفضل. بشكل عام، يتم استخدام المواد المسموح بها ودرجة GRAS للأغلفة الصالحة للأكل للسلع المختلفة.
ومع ذلك، فإن الرطوبة الكافية للأغلفة وحواجز الأكسجين وغيرها من الخصائص تؤثّر بشكل كبير على استخدامها التجاري.
ولذلك، فإن تحديد المزيج المثالي من البوليمرات المختلفة لمنتَج زراعي معيّن يعزّز بشكل فعالمن مدة صلاحيته. على الرغم من أن مفهوم الأغلفة الصالحة للأكل قد تطور على مدى فترة طويلة، فإن إمكانيات تسويقها في السوق لا تزال صعبة.
علاوة على ذلك، هناك ما يبرر البحث في مجال الغلاف الصالح للأكل لتحديد التغيرات التي تحدث بدقّة بسبب المركّبات النشطة المضافة في الغلاف الصالح للأكل في الخصائص الحسية للمنتجات الغذائية.
يعدّ الغلاف الصالح للأكل مجالًا دراسيًا مثيرًا للاهتمام، ويمكن أن يُحدِث ثورة في صناعة ما بعد الحصاد كما نعرفها الآن.
هذه المواد قابلة للتحلل وصديقة للبيئة، وليس لها أي تأثير سلبي على المنتج الغذائي. هناك الكثير من الأدلة المؤكَّدة على التأثير الإيجابي للطبقات الصالحة للأكل على بعض المنتجات الغذائية.
