Optimization of passive modified atmosphere packaging to preserve physical and nutritional quality of ready‑to‑eat immature faba bean seeds

ताजा भोजन समय के विरुद्ध एक दौड़ है। एक बार जब किसी पौधे की कटाई कर ली जाती है, तो उसकी कोशिकाएं अभी भी जीवित रहती हैं, ऑक्सीजन में सांस लेती हैं और कार्बन डाइऑक्साइड छोड़ती हैं, और धीरे-धीरे अपनी ऊर्जा का भंडार उपयोग करती हैं। यह प्राकृतिक प्रक्रिया, जिसे श्वसन (respiration) कहा जाता है, वही है जो अंततः एक कुरकुरी सब्जी को नरम, उसके चमकीले हरे रंग को फीका और मीठे स्वाद को खट्टा बना देती है। कच्ची खाई जाने वाली नाजुक खाद्य वस्तुओं के लिए, जैसे कि युवा फलियां (young beans), यह दौड़ और भी कठिन होती है क्योंकि उन्हें अक्सर ऐसे तरीकों से संभाला जाता है जो उनके सड़ने की प्रक्रिया को तेज कर देते हैं। इसे धीमा करने के लिए, वैज्ञानिक लंबे समय से 'मॉडिफाइड एटमॉस्फियर पैकेजिंग' नामक तकनीक का उपयोग करते रहे हैं। इसमें भोजन को एक ऐसे बैग में सील किया जाता है जहाँ अंदर की हवा बाहर की हवा से अलग होती है। ऑक्सीजन और कार्बन डाइऑक्साइड के स्तर को सावधानीपूर्वक समायोजित करके, भोजन को एक निलंबित अवस्था (suspended animation) में रखा जा सकता है, जिससे उन परिवर्तनों में देरी होती है जो सड़ने का कारण बनते हैं। चुनौती सही संतुलन खोजने में निहित है: बहुत अधिक ऑक्सीजन सड़ने की गति को तेज कर देती है, लेकिन बहुत कम होने पर भोजन किण्वित (ferment) हो सकता है और उसमें से दुर्गंध आ सकती है।

इटली के शोधकर्ताओं की एक टीम ने एक विशिष्ट, प्रिय खाद्य पदार्थ के लिए इस पहेली को सुलझाने का प्रयास किया: अपरिपक्व फाबा बीन (immature faba bean)। ये फाबिया बीन के पौधे के युवा, हरे बीज हैं, जिन्हें सख्त और सूखने से पहले ही काट लिया जाता है। ये भूमध्यसागरीय क्षेत्र में एक पारंपरिक व्यंजन हैं, जो अपनी कोमल बनावट, जीवंत हरे रंग और मीठे स्वाद के लिए सराहे जाते हैं। कई अन्य ताजी सब्जियों के विपरीत, इन बीन्स को बिना बीज को काटे हाथ से छीलकर निकाला जाता है, जिसका अर्थ है कि इनमें वे खुले घाव नहीं होते हैं जो आमतौर पर तेजी से क्षय को प्रेरित करते हैं। इसने उन्हें एक बहुत ही सटीक पैकेजिंग विधि का परीक्षण करने के लिए एक आदर्श उम्मीदवार बना दिया। शोधकर्ता यह देखना चाहते थे कि क्या वे इन तैयार-से-खाने योग्य बीन्स की शेल्फ लाइफ को केवल उस प्लास्टिक फिल्म में छेद की संख्या बदलकर बढ़ा सकते हैं जिसका उपयोग उन्हें लपेटने के लिए किया जाता है। यह नियंत्रित करके कि कितनी हवा अंदर और बाहर जा सकती है, वे एक ऐसा "स्वीट स्पॉट" (इष्टतम बिंदु) खोजना चाहते थे जो बिना विशेष गैसों को पंप किए या रसायनों का उपयोग किए, बीन्स को लंबे समय तक ताजा रख सके।

अध्ययन की शुरुआत सात अलग-अलग पैकेजिंग विकल्पों की एक व्यापक स्क्रीनिंग के साथ हुई। कुछ बैगों में कोई छेद नहीं था, कुछ में एक बड़ा छेद था, और कुछ में पाँच से लेकर अट्ठाईस छोटे छेद थे, जिनमें से प्रत्येक मानव बाल जितनी चौड़ाई का था। बीन्स को पैक किया गया और 5 डिग्री सेल्सियस के ठंडे कमरे में रखा गया, जो कि रेफ्रिजरेटेड उत्पादों के लिए एक सामान्य तापमान है। शोधकर्ताओं ने नौ दिनों तक बैग के अंदर की हवा की जांच की, यह मापते हुए कि कितनी ऑक्सीजन और कार्बन डाइऑक्साइड जमा हुई। उन्होंने बीन्स का वजन भी किया यह देखने के लिए कि उन्होंने कितना पानी खोया है, उनकी बनावट का परीक्षण किया कि क्या वे सख्त हो रहे हैं, और स्वाद एवं दिखावट के लिए विशेषज्ञों के एक पैनल से रेटिंग मांगी। परिणाम स्पष्ट थे: बिना छेद वाले या केवल एक बड़े छेद वाले बैग बीन्स की रक्षा करने में विफल रहे। सीलबंद बैग में बीन्स में ऑक्सीजन जल्दी खत्म हो गई और वे किण्वित होने लगे, जबकि बड़े छेद वाले बैग में बीन्स सूख गईं और भूरी पड़ गईं। हालांकि, एक विशिष्ट संख्या में छोटे छेदों वाले बैगों ने एक आदर्श आंतरिक वातावरण बनाया।

विजेता समाधान एक ऐसी फिल्म थी जिसमें केवल पांच छोटे छेद थे। इस सरल डिजाइन ने बीन्स को इतना सांस लेने दिया कि वे स्वस्थ रह सकें, लेकिन इतना भी नहीं कि वे खराब हो जाएं। इन बैगों के अंदर, ऑक्सीजन का स्तर कम लेकिन सुरक्षित सीमा तक गिर गया, जबकि कार्बन डाइऑक्साइड का स्तर एक ऐसे स्तर तक बढ़ गया जिसने स्वाभाविक रूप से बीन्स के श्वसन को धीमा कर दिया। इस वातावरण ने बीन्स के मेटाबॉलिज्म (चयापचय) पर एक सौम्य ब्रेक की तरह काम किया। सामान्य हवा वाले बैग की तुलना में, पांच-छेद वाले बैगों में बीन्स की श्वसन दर पहले ही दिन 42 प्रतिशत तक गिर गई। यह धीमापन केवल एक अस्थायी प्रभाव नहीं था; यह पूरे नौ दिनों की अवधि में स्थिर रहा। चूंकि बीन्स को सांस लेने के लिए उतनी मेहनत नहीं करनी पड़ रही थी, इसलिए उन्होंने उतना तनाव उत्पन्न नहीं किया। जीव विज्ञान की भाषा में, उन्हें अपने आंतरिक रक्षा तंत्र को उतनी तीव्रता से सक्रिय करने की आवश्यकता नहीं पड़ी, जिसका अर्थ था कि उन्होंने अपने मूल्यवान पोषक तत्वों को उतनी तेजी से नहीं जलाया।

धीमी श्वसन के लाभ शोधकर्ताओं द्वारा मापे गए लगभग हर तरीके से दिखाई दिए। पांच-छेद वाले बैगों में बीन्स ने अपना चमकीला हरा रंग बनाए रखा, जबकि अन्य बैगों में वे पीले-हरे रंग की होकर फीकी पड़ गईं। उन्होंने अपनी कुरकुरी, कोमल बनावट को बरकरार रखा, जबकि असुरक्षित बीन्स सख्त और चमड़े जैसी हो गईं। उपभोक्ताओं के लिए शायद सबसे महत्वपूर्ण बात यह है कि स्वाद मीठा बना रहा। सबसे अच्छे पैकेजिंग वाले बीन्स ने अपने प्राकृतिक शर्करा को बनाए रखा, जबकि अन्य बैगों वाले बीन्स ने अध्ययन के अंत तक अपनी मिठास का आधा हिस्सा खो दिया। शोधकर्ताओं ने बैग के भीतर सूक्ष्म दुनिया को भी देखा। उन्होंने पाया कि पांच-छेद वाले बैगों में सड़ने वाले बैक्टीरिया और मोल्ड (फफूंद) की संख्या अन्य बैगों की तुलना में काफी कम थी। इससे पता चलता है कि छोटे छेदों द्वारा निर्मित गैसों का विशिष्ट मिश्रण ने न केवल बीन्स को ताजा रखा, बल्कि उन्हें हानिकारक सूक्ष्मजीवों से सुरक्षित रखने में भी मदद की।

भौतिक परिवर्तनों से परे, अध्ययन ने बीन्स के रसायन विज्ञान की गहराई से जांच की ताकि यह समझा जा सके कि ऐसा क्यों हुआ। उन्होंने विटामिन, एंटीऑक्सीडेंट और विशिष्ट एंजाइमों के स्तर को मापा जिनका उपयोग पौधे क्षति से लड़ने के लिए करते हैं। बहुत अधिक ऑक्सीजन वाले बैगों में, बीन्स ने उच्च तनाव के लक्षण दिखाए: उनके एंटीऑक्सीडेंट का स्तर गिर गया, और उनके रक्षात्मक एंजाइम अत्यधिक सक्रिय हो गए, जो हो रहे नुकसान की मरम्मत करने की कोशिश कर रहे थे। पांच-छेद वाले बैगों में, यह तनाव प्रतिक्रिया मुश्किल से ही शुरू हुई। बीन्स ने विटामिन सी और अन्य सुरक्षात्मक यौगिकों के उच्च स्तर को बनाए रखा। शोधकर्ताओं ने 'विसीन' (vicine) और 'कनविसीन' (convicine) नामक दो विशिष्ट यौगिकों को भी ट्रैक किया, जो एक दुर्लभ आनुवंशिक स्थिति वाले कुछ लोगों के लिए स्वास्थ्य संबंधी समस्याएं पैदा कर सकते हैं। उन्होंने पाया कि पैकेजिंग ने इन यौगिकों के स्तर को नहीं बदला, जिसका अर्थ है कि बीन्स का सुरक्षा प्रोफाइल वैसा ही रहा जैसा कटाई के समय था। यह एक महत्वपूर्ण निष्कर्ष है, क्योंकि यह दर्शाता है कि पैकेजिंग ने भोजन की मौलिक प्रकृति को बदले बिना गुणवत्ता में सुधार किया।

अध्ययन ने निष्कर्ष निकाला कि फिल्म में छेदों की संख्या सबसे महत्वपूर्ण कारक थी। इन सूक्ष्म छिद्रों के घनत्व को बदलकर, शोधकर्ता पैकेज के भीतर के पूरे वातावरण को नियंत्रित कर सकते थे। उन्होंने पाया कि गुणवत्ता के नुकसान का मुख्य चालक किसी भी क्षण में ऑक्सीजन का स्तर नहीं, बल्कि समय के साथ बीन्स को दी गई ऑक्सीजन की कुल मात्रा थी। पांच-छेद वाली फिल्म ने एक ऐसा संचयी एक्सपोजर (cumulative exposure) बनाया जो बीन्स को संरक्षित करने के लिए पर्याप्त कम था लेकिन किण्वन को रोकने के लिए पर्याप्त उच्च था। इस दृष्टिकोण ने बीन्स की शेल्फ लाइफ को कम से कम नौ दिनों तक बढ़ाने का एक तरीका प्रदान किया, जो एक मानक बैग में रहने वाले कुछ दिनों की तुलना में एक महत्वपूर्ण सुधार है। शोधकर्ताओं ने नोट किया कि यह विधि उन अधिक जटिल तकनीकों के समान या उनसे बेहतर काम करती है जिनमें खाद्य पदार्थों को इलेक्ट्रॉन बीम के साथ विकिरणित (irradiate) किया जाता है, लेकिन यह बिना किसी अतिरिक्त उपकरण या रसायनों के किया गया।

यह कार्य एक सरल लेकिन शक्तिशाली सिद्धांत को उजागर करता है: कभी-कभी किसी नाजुक चीज़ को संरक्षित करने का सबसे अच्छा तरीका उसे पूरी तरह से सील करना नहीं है, बल्कि उसे एक नियंत्रित तरीके से सांस लेने देना है। अपरिपक्व फाबा बीन इस खोज के लिए एक आदर्श मॉडल के रूप में कार्य करती है क्योंकि इसकी चिकनी, बिना कटी सतह का अर्थ था कि परिणाम पूरी तरह से इसके आसपास की हवा से संचालित थे, न कि काटने से होने वाले नुकसान से। शोधकर्ताओं का मानना है कि यही तर्क अन्य कई ताजे, कटे हुए या प्रसंस्कृत खाद्य पदार्थों पर लागू किया जा सकता है जो ऑक्सीकरण के प्रति संवेदनशील हैं। छिद्रों की सही संख्या के साथ पैकेजिंग को डिजाइन करके, खाद्य उत्पादक संभावित रूप से विभिन्न प्रकार के ताजे खाद्य पदार्थों को लंबे समय तक कुरकुरा, रंगीन और पौष्टिक रख सकते हैं, और वह भी बिना किसी महंगी गैस-फ्लशिंग मशीनों के। अध्ययन बताता है कि खाद्य संरक्षण का भविष्य उच्च-तकनीकी समाधानों में नहीं, बल्कि प्लास्टिक के एक टुकड़े में कुछ छोटे छेदों की सटीक इंजीनियरिंग में निहित है।