Aktywne i inteligentne rozwiązania

Opakowania spożywcze chronią żywność przed różnymi czynnikami negatywnie wpływającymi na jej jakość. Jednak coraz częściej od opakowań wymaga się więcej, niż samej ochrony ich zawartości. Ważne, aby wpływały na wydłużenie trwałości i zwiększały bezpieczeństwo żywności. Obecnie następuje intensywny rozwój opakowań aktywnych, inteligentnych, z nanocząsteczkami, a także biodegradowalnych i tych ułatwiających szybkie przygotowanie posiłku w mikrofali. Poza zagwarantowaniem bezpieczeństwa żywności i zminimalizowaniem jego wpływu na środowisko, opakowanie musi spełniać rosnące wymagania i oczekiwania konsumentów.

 

Na przestrzeni ostatnich kilkudziesięciu lat obserwowany jest dynamiczny rozwój na rynku opakowań. W związku z rozwojem nowych technologii, umożliwiających produkcję przy zastosowaniu innowacyjnych materiałów oraz stosując niestandardowe formy opakowań, produkt staje się atrakcyjniejszy dla klienta. Dzieje się tak ze względu na rosnące wymagania wobec producentów związane ze wzrostem świadomości konsumentów, którzy chcą otrzymywać świeżą, a przede wszystkim bezpieczną żywność o niezmienionych walorach smakowych. Producenci nowoczesnych opakowań muszą wytwarzać coraz lepsze opakowania, pozwalające nie tylko na zabezpieczenie żywności, ale także kontrolowanie jej jakości. Powoduje to rozwój wielu nowych technologii produkcji, pozwalających na wyprodukowanie opakowań o innowacyjnych właściwościach.

Wśród kierunków rozwoju opakowań przeznaczonych do kontaktu z żywnością można wyróżnić m.in. opakowania aktywne, które oddziałują na produkt oraz opakowania inteligentne, które monitorują stan żywności lub jej otoczenia. Do innowacyjnych rozwiązań zaliczyć można także opakowania do stosowania w mikrofalówce, z nanocząsteczkami oraz barierowe. Rozwój branży opakowaniowej niesie ze sobą również zagrożenia związane z produkcją nadmiernej ilości odpadów, które często trudno zagospodarować lub przetworzyć. Stały wzrost odpadów opakowaniowych oraz zainteresowanie ochroną środowiska sprzyja powstawaniu opakowań biodegradowalnych, które są jednym z kierunków rozwoju innowacyjnych opakowań.

 

Opakowania aktywne i inteligentne

Tradycyjne opakowania spożywcze mają za zadanie ochronę zawartości przed wpływem czynników zewnętrznych, takich jak światło, tlen, a także mikroorganizmy czy zanieczyszczenia fizyczne. Idealne opakowanie powinno być obojętne dla żywności, charakteryzować się doskonałą barierowością oraz być zdatne do recyklingu. W ostatnich latach zauważa się znaczny wzrost produkcji aktywnych i inteligentnych opakowań do żywności. Za opakowania aktywne uznaje się takie, których zadaniem jest przedłużenie przydatności do spożycia żywności i zachowanie lub poprawa jej stanu. Natomiast rolą opakowań inteligentnych jest monitorowanie żywności i otoczenia wewnątrz pojemnika. Oba rodzaje opakowań mogą zawierać substancje odpowiedzialne za ich funkcje w postaci oddzielnej saszetki wewnątrz opakowania lub mogą stanowić cześć opakowania.

 

Emitery i absorbery

Opakowania aktywne wchodzą w interakcję z żywnością poprzez powolne wydzielanie do niej substancji lub też absorbowanie substancji z żywności do opakowania. Tego rodzaju opakowania mogą zawierać składniki aktywne wewnątrz, na powierzchni lub w wielowarstwowej strukturze, a ich podział opiera się na dwóch podstawowych grupach. Pierwsza z nich to emitery, czyli opakowania, które wydzielają substancje do żywności, natomiast drugą są absorbery, czyli opakowania pochłaniające substancje z żywności (Rys. 1). Te drugie mają za zadanie pochłaniać gazy z żywności powstałe w trakcie jej przechowywania, co wpływa korzystnie na bezpieczeństwo i jakość produktów spożywczych. Natomiast absorbery mogą pochłaniać zapachy, tlen, dwutlenek węgla oraz etylen. Odgrywa to dużą rolę w przechowywaniu owoców i warzyw, ponieważ etylen powoduje przyspieszenie ich dojrzewania i starzenie się. Ważne są także regulatory wilgotności, szeroko wykorzystywane przy pakowaniu produktów suchych, zapobiegając zbrylaniu się zawartości w postaci proszków czy rozmiękaniu chrupiących artykułów.

W żywności przechowywanej w nieodpowiednich warunkach i w uszkodzonym opakowaniu lub poddanej nieodpowiedniej obróbce termicznej, dochodzi do namnożenia się szkodliwej mikroflory. W celu przeciwdziałania temu, możliwe jest zastosowanie opakowania zawierającego substancje antybakteryjne. Polega to na rozpyleniu we wnętrzu opakowania substancji bioaktywnej lub umieszczeniu w nim saszetki zawierającej taką substancję.

 

Rosnąca inteligencja

Rozwój technologii produkcji materiałów i wyrobów aktywnych służących do pakowania żywności skłonił naukowców do opracowywania innowacyjnych technologii, co zaowocowało powstaniem zupełnie nowej grupy opakowań nazwanej opakowaniami inteligentnymi. Stanowią one konkurencję dla tradycyjnych i aktywnych opakowań, ze względu na swoje szczególne cechy. Mają zdolność do monitorowania środowiska wewnątrz i na zewnątrz opakowania poprzez wskaźniki informujące o stanie żywności. W związku z tym pełnią funkcję informacyjną w zakresie jakości żywności.

Opakowania inteligentne pozwalają na zachowanie początkowej jakości produktu i jej nieustanne monitorowanie w trakcie przechowywania. Jest to możliwe dzięki zastosowaniu wskaźników czasu i temperatury, świeżości oraz zawartości gazów tj. tlenu czy dwutlenku węgla (Rys. 1). Najpopularniejsze są wskaźniki czasu i temperatury TTI (time temperature indicators), które szerokie zastosowanie znajdują w logistyce produktów spożywczych. W przypadku żywności ważne jest, aby temperatura produktu była na odpowiednim poziomie. Zasadą działania tego typu rozwiązania jest reakcja chemiczna lub enzymatyczna, powodująca zmianę barwy wskaźnika w przypadku zmiany temperatury żywności na inną niż wymagana. W przypadku opakowań inteligentnych istnieje także możliwość zastosowania wskaźnika świeżości. Jego rolą jest kompleksowe kontrolowanie atmosfery wewnątrz opakowania w czasie rzeczywistym.

 

Nanocząsteczki w opakowaniach

Powszechnie dąży się do miniaturyzacji w wielu dziedzinach życia, co również wykorzystywane jest w produkcji opakowań poprzez zastosowanie nanocząsteczek. Nanotechnologia związana jest z opanowaniem technologii manipulowania i przekształcania materii na poziomie pojedynczych cząstek i atomów. Dzięki jej zastosowaniu można uzyskać lepsze cechy opakowania np. większą elastyczność, wysoką odporność na temperaturę i rozpuszczalniki, a także dobrą barierowość dla gazów. W opakowalnictwie wykorzystywane są nanocząsteczki glinku z udziałem skrobi, stanowiące barierę dla gazów, powłoki z nanosrebrem o właściwościach antybakteryjnych, zdolne do niszczenia drobnoustrojów czy inne antybakteryjne powłoki, dodatkowo chroniące materiał przed zarysowaniem i korozją.

Oprócz pozytywnych aspektów wprowadzenia nanotechnologii w świat opakowań, istnieje także wiele zagrożeń. Ryzyko wynikające z zastosowania nanocząsteczek w przemyśle spożywczym związane jest z nie do końca poznanymi ich właściwościami fizyczno-chemicznymi. Wraz ze zmniejszeniem wielkości cząsteczek zwiększa się ich powierzchnia i zmieniają się ich właściwości, które mogą stać się niebezpieczne dla człowieka. Badania wykazały, że nanocząsteczki mogą zaburzać funkcjonowanie komórek w organizmie, uszkadzać DNA czy narządy wewnętrzne, a także akumulować się w organizmie. Ze względu na niewystarczającą ilość informacji o wpływie i skutkach nanocząsteczek na zdrowie człowieka i stan środowiska naturalnego, technologia ta w opakowalnictwie produktów spożywczych jest wykorzystywana w ograniczonym zakresie. Aby wykorzystywać je na szerszą skalę, konieczne jest przeprowadzenie jeszcze wielu badań.

 

Biodegradowalne polimery

Do produkcji opakowań spożywczych często stosuje się syntetyczne polimery, które charakteryzują się stosunkowo niską ceną, dostępnością i dobrymi cechami barierowymi. Jednak pomimo wielu zalet, ich użycie powinno zostać ograniczone ze względu na wysoką szkodliwość dla środowiska naturalnego. Dlatego też coraz częściej do produkcji opakowań stosuje się polimery biodegradowalne, stanowiące alternatywę dla tworzyw sztucznych. Ich niewątpliwą zaletą jest okres rozkładu wynoszący od kilku miesięcy do kilku lat, który jest znacznie krótszy w porównaniu do klasycznych polimerów. Najbardziej rozpowszechnionym i najlepiej poznanym biopolimerem jest polilaktyd (PLA). Charakteryzuje się on cechami podobnymi do tworzyw sztucznych. Jest twardy i kruchy tak jak polistyren oraz odporny na działanie tłuszczu i oleju podobnie jak politereftalan etylenu (PET). W przemyśle spożywczym wykorzystywany jest do produkcji różnego rodzaju tacek, kubków, sztućców i butelek przeznaczonych do kontaktu z żywnością. Jednak stosowanie opakowań biodegradowalnych także nie jest idealnym rozwiązaniem ze względu na konieczność zapewnienia odpowiednich warunków do ich kompostowania.

Ciekawą alternatywą dla opakowań biodegradowalnych są powłoki jadalne, które tworzą część produktu. Są to cienkie warstwy materiału powstałego z biopolimeru, tworzące otoczkę na zewnętrznej części produktu. Ich zadaniem jest stworzenie bariery wokół żywności i zachowanie jakości oraz stabilności produktu. Skład powłok różni się w zależności od rodzaju żywności do jakiej zostaną zastosowane, jednak głównie są to białka, węglowodany i tłuszcze. Powłoki jadalne zdolne są do ograniczania wymiany wody, tlenu, związków aromatycznych i barwników między produktem a otoczeniem.

 

Do przygotowania w mikrofali

Żywność w opakowaniach przeznaczonych do stosowania w mikrofalówce to rozwiązanie dedykowane konsumentom żyjącym w biegu, zapracowanym i aktywnym, którzy nie mają wystarczająco dużo czasu na przygotowanie posiłku. Jednak stosowane w pojemnikach materiały muszą spełniać rygorystyczne właściwości termiczne, chemiczne oraz elektryczne. Ważne są zarówno kształt, wielkość, jak i rodzaj użytego materiału. Opakowanie takie powinno także spełniać wymagania dotyczące pakowania produktów spożywczych w zakresie zabezpieczenia go przed uszkodzeniami, zagwarantowania odpowiedniej odporności termicznej i właściwości dielektrycznych, bezpieczeństwa i łatwości użycia. Nie może być źródłem zanieczyszczenia żywności w wyniku migracji składników z opakowania.

W przypadku ogrzewania mikrofalowego preferowane są opakowania o regularnym kształcie np. okrągłe bądź owalne tacki lub pojemniki. Natomiast niepożądane są opakowania kwadratowe lub prostokątne, ze względu na możliwość wystąpienia tzw. „efektu brzegowego”. Oznacza to, że w rogach odnotowuje się najwyższą temperaturę podczas ogrzewania produktu. Niekorzystne są też małe, cylindryczne, szklane opakowania ze względu na możliwość ich eksplozji w wyniku wysokiego ciśnienia wewnętrznego. Zastosowanie odpowiedniego opakowania decyduje o rozkładzie powstającej w nim temperatury, a tym samym o jakości końcowego produktu.

 

W podsumowaniu

W odpowiedzi na potrzeby konsumentów i produkcji przemysłowej rozwijają się nowe technologie pakowania żywności. Rośnie zapotrzebowanie na żywność świeżą, wygodną, o przedłużonym okresie przydatności do spożycia i kontrolowanej jakości. Główne wyzwania dla przemysłu opakowaniowego to stworzenie nowych i ulepszonych koncepcji opakowań, które wydłużą okres trwałości przy zachowaniu i monitorowaniu bezpieczeństwa i jakości żywności. Innowacyjne opakowania dają wiele nowych możliwości, przyczyniających się zarówno do wygody człowieka oraz ochrony środowiska.

 

Literatura:

Basiak E., Lenart A. (2013): Powłoki skrobiowe stosowane w opakowalnictwie żywności, Żywność. Nauka, Technologia, Jakość,20(1), 21-31.

Borowy T., Kubiak M. (2010): Opakowania żywności stosowane w technice mikrofalowej. Gospodarka Mięsna, 62, 20-24.

Brody A.L., Bugusu B., Han J.H., Sand C.K. (2008): Innovative food packaging solutions. Journal of Food Science, 73(8), 107-116.

Cichoń M., Lesiów T. (2013): Zasada działania innowacyjnych opakowań aktywnych w przemyśle żywnościowym. Artykuł przeglądowy. Nauki Inżynierskie i Technologie, 2(9), 9-30.

Dainelli D., Gontard N., Spyropoulos D., Zondervan-van den Beuken E., Tobback P. (2008): Active and intelligent food packaging: legal aspects and safety concerns. Trends in Food Science and Technology, 19(11), 103-112.

Gołębiewski J., Gibas E., Malinowski R. (2008): Wybrane polimery biodegradowalne - otrzymywanie, właściwości, zastosowanie. Polimery, 53(12), 799-803.

Idzikowska M., Janczura M., Lepionka T., Madej M., Mościcka E., Pyzik J., Siwek P., Szubierajska W., Stajkowska D., Tokarz A. (2012): Nanotechnologia w produkcji żywności - kierunki rozwoju, zagrożenia i regulacje prawne, Biul. Wydz. Far. WUM. 4, 26-28.

Kerry J.P., O’Grady M.N., Hogan S.A. (2006): Past, current and potential utilisation of active and intelligent packaging systems for meat and muscle-based products: A review. Meat Science, (74) 113-130.

Kokoszka S., Lenart A. (2007): Charakterystyka wybranych właściwości fizycznych powłok jadalnych. Postępy techniki przemysłu spożywczego, 17(1), 47-50.

Łapacka J., Półtorak A. (2013): Hazard related to nanotechnology applications in food packaging in scientific data and consumer opinions, Probl Hig Epidemiol, 94(2), 172-178.

Lefeuvre S., Audhuy-Peaudecerf M. (1994): Food Packaging and Preservation. Editors: M. Mathlouthi, Champan&Hall, 78-79.

Lisińska-Kuśnierz M. (2003): Postęp techniczny w opakowalnictwie, Wyd. Akademii Ekonomicznej. Kraków, 82-84, 89, 116-125.

Melski K. (2012): Towaroznawcza ocena opakowań żywności stosowanych w technice mikrofalowej. Wyd. Uniwersytetu Ekonomicznego w Poznaniu, Poznań, 17-18,49.

Nowacka M., Niemczuk D. (2012): Nowoczesne materiały i wyroby przeznaczone do kontaktu z żywnością oraz ich wpływ na bezpieczeństwo żywności. Opakowanie, 6, 64-69.

Panfil-Kuncewicz H., Kuncewicz A., Juśkiewicz M. (2012):  Wybrane zagadnienia z opakowalnictwa żywności, Wydawnictwo Uniwersytetu Warmińsko- Mazurskiego w Olsztynie, 59-63.

Popowicz R., Lesiów T. (2014): Zasada działania innowacyjnych opakowań aktywnych w przemyśle żywnościowym. Artykuł przeglądowy. Nauki Inżynierskie i Technologie, 1(12), 82-85.

Puligundla P., Jung J., Ko S. (2012): Carbon dioxide sensors for intelligent food packaging applications. Food Control, 25, 328-333.

Restuccia D.U., Spizzirri G., Parisi O.I., Cirillo G., Curcio M., Iemma F., Puoci F., Vinci G., Picci N. (2010): New EU regulation aspects and global market of active and intelligent packaging for food industry applications. Food Control, 21, 1425-1435.

Rozporządzenie (WE) nr 1935/2004 Parlamentu Europejskiego i Rady z 27 października 2004 w sprawie materiałów i wyrobów przeznaczonych do kontaktu z żywnością oraz uchylające dyrektywy 80/590/EWG i 89/109/EWG (Dz. Urz. L 338/4 z 13.11.2004).

Rozporządzenie Komisji (WE) nr 450/2009 z dnia 29 maja 2009 r. w sprawie aktywnych i inteligentnych materiałów i wyrobów przeznaczonych do kontaktu z żywnością (Dz. Urz. L 135/3 z 30.05.2009).

Snopczyński  T., Góralczyk K., Czaja K., Struciński P., Hernik A., Korcz W., Ludwicki J.K. (2009): Nanotechnologia - możliwości i zagrożenia. Roczniki Państwowego Zakładu Higieny, 60(2), 101-111.

Sykut B., Kowalik K., Droździel P. (2013): Współczesne opakowania dla przemysłu spożywczego. Nauki Inżynierskie i Technologie, 3(10), 114-120.

Yam K.L., Takhistov P.T., Miltz J. (2005): Intelligent Packaging: Concepts and Applications. Journal of Food Science, 70(1), 1-9.

« poprzedni   |   następny » « wróć

Komentarz miesiąca

Od kuli bilardowej do grzyba...

John Hyatt w 1869 roku opatentował łatwy do formowania materiał o nazwie celuloid, mogący służyć jako substytut kości słoniowej do wyrobu kul bilardowych. Okazał się on być bardzo wszechstronny. I tak powstały tworzywa sztuczne!

Reklama

Stanowisko:
Region:
zobaczy wszystkie oferty