piątek, 08 marzec 2019 13:26

Intelligent packaging - novum na rynku opakowań

Napisał
Oceń ten artykuł
(1 głos)

Opakowania inteligentne (intelligent packaging), nazywane też sprytnymi (smart packaging), to najnowsza generacja opakowań. Opakowania te mają monitorować lub dostarczać informacji o produkcie, jego jakości, bezpieczeństwie lub lokalizacji podczas transportu, magazynowania, sprzedaży detalicznej oraz podczas użycia. Termin opakowanie inteligentne jest często zamiennie, ale niepoprawnie używany do określenia opakowań aktywnych. Opakowania inteligentne zawierają wewnętrzny lub zewnętrzny wskaźnik dostarczający wiadomości o historii opakowania.

Przemysł spożywczy ze względu na swą dynamikę rozwoju w zakresie tworzenia różnych produktów wykreował w ostatnich latach zupełnie nowe potrzeby w zakresie produkcji opakowań. Powoduje i powodować powinien w najbliższym czasie zwiększony popyt na różnego rodzaju opakowania z tworzyw sztucznych. Są to opakowania wypierające często w coraz szerszym stopniu tradycyjne opakowania z papieru, tektury, blachy czy szkła, których główną funkcją jest chronić produkt, ułatwiać przemieszczanie, magazynowanie oraz oddziaływanie na percepcję konsumenta. Zwiększony popyt na tego rodzaju opakowania jest uzasadniony ze względów nie tylko ekonomicznych, ale i funkcjonalnych. Wraz ze wzrostem zainteresowania producentów żywności nowymi rozwiązaniami w temacie tworzenia nowych rozwiązań dla tworzyw sztucznych spowodowane jest większymi wymaganiami ze strony konsumentów, którzy oczekują od opakowania szeregu funkcji. Producenci opakowań poszukują zatem rozwiązań, które zapewnią lepsze właściwości materiałów opakowaniowych, takie jak: odpowiednia barierowość w stosunku do gazów, ochrona przed promieniowaniem UV, wydłużenie okresu przechowywania, transparentność i w końcu ekologiczność. Kiedyś pakowano prawie wszystko w papier, który nie był dobrym zabezpieczeniem żywności podczas przechowywania. Dzisiaj znane są właściwości tworzyw, które pozwalają na dostosowania konkretnego tworzywa sztucznego do odpowiedniego produktu spożywczego, czy surowca w zależności w jakiej formie ma być przechowywany, transportowany czy eksponowany w ladzie chłodniczej. Dobór odpowiedniego materiału i formy opakowania dla konkretnego produktu spożywczego zależy od wielu czynników. Najważniejsze wśród nich są czynniki związane bezpośrednio z właściwościami fizykochemicznymi pakowanego produktu. Należą do nich np. skład chemiczny, stan fizyczny w jakim występuje produkt, jego tekstura, porowatość, a także czas przechowywania i warunki w jakich będzie przebywał do momentu spożycia przez konsumenta. Bardzo istotna jest również znajomość procesów (mechanizmów) i czynników stymulujących przemiany fizyczne, chemiczne, biochemiczne i biologiczne zachodzące w produkcie rybnym podczas przechowywania, powodujące ograniczenie jego przydatności do spożycia. Przy projektowaniu właściwego opakowania muszą być brane pod uwagę również parametry procesu technologicznego podczas pakowania na linii produkcyjnej, np. temperatura lub ciśnienie. Opakowanie musi także uwzględniać sposób i warunki, w jakich produkt będzie transportowany do odbiorców. W tym przypadku chodzi przede wszystkim o przewidywanie potencjalnych narażeń mechanicznych, oddziałujących na opakowanie i zawarty w nim produkt rybny.

W ostatnich latach obserwuje się duże zainteresowanie nowymi koncepcjami rozwiązań konstrukcyjnych i materiałowych opakowań spożywczych. Najważniejszą funkcją tych opakowań jest ochrona produktu przed zanieczyszczeniem mikrobiologicznym i chemicznym, bezpośrednim kontaktem z tlenem atmosferycznym, parą wodną i światłem. Inteligentne pakowanie polega na monitorowaniu warunków, w jakich znajduje się zapakowana żywność w celu dostarczenia informacji o jej jakości podczas transportu i magazynowania. Takie opakowanie spełnia następujące inteligentne funkcje: wykrywanie, zapisywanie, śledzenie, a przede wszystkim zastosowanie naukowej logiki w celu ułatwienia podejmowania decyzji dotyczących przedłużenia trwałości produktu, poprawy jego jakości, dostarczenia informacji i ostrzeżenia przed możliwymi zagrożeniami. Inteligentne opakowania nie oddziałują bezpośrednio na pakowaną żywność, czyli nie zostają uwalniane składniki do opakowania, w którym znajduje się produkt spożywczy, a jedynie dostarczają odpowiednio klientowi, sprzedawcy czy producentowi informacji o stanie, w jakim znajduje się dany produkt. Rozwinęły się one jako odpowiedź na preferencje konsumentów poszukujących produktów żywnościowych nieznacznie utrwalonych, świeżych, smacznych, wygodnych i o wydłużonym okresie przydatności do spożycia (mięso, przetwory mięsne, ryby, pieczywo, owocowe i produkty mleczne). Ponadto zmiany w sprzedaży detalicznej, takie jak np. globalizacja rynków i związana z tym dystrybucja towarów na duże odległości, przyczyniły się do zmian w koncepcji opakowań, tj. między innymi do wydłużenia czasu przydatności do spożycia, przy jednoczesnym zapewnieniu bezpieczeństwa i jakości zapakowanej żywności. Działanie opakowań inteligentnych związane jest z użyciem interaktywnych wskaźników, najczęściej barwnych, umożliwiających ocenę jakości produktu spożywczego (np. ryb, mięsa, wędlin, tortilli, gotowych kanapek, owoców, warzyw i ich przetworów). Ostrzegając, opakowania te wskazują kiedy żywność jest przechowywana w nieodpowiedniej temperaturze lub gdy uległa zepsuciu. Wyróżnia się dwa rodzaje opakowań inteligentnych: jedne bazują na pomiarze warunków na zewnątrz opakowania, a drugie mierzą bezpośrednio jakość żywności, czyli warunki panujące wewnątrz opakowania. 

Na rynkach światowych znane są obecnie następujące rodzaje opakowań interaktywnych:

- integratory czasu i temperatury (TTI);

- wskaźniki świeżości;

- wskaźniki nieszczelności.

Temperatura jest jednym z najważniejszych czynników decydujących o pojawieniu się w produktach spożywczych niekorzystnych zmian fizykochemicznych i drobnoustrojów. W żywności przechowywanej w temperaturze wyższej aniżeli jest to zalecane zachodzi gwałtowne zwiększenie się flory bakteryjnej. Zwykle produkt ulega zepsuciu przed upływem terminu jego przydatności do spożycia. Wskaźniki integratora czasu i temperatury (TTI), stosowane są w celu nieustannego monitorowania aktualnej temperatury produktu oraz jego środowiska. Zasada działania TTI polega na nieodwracalnej zmianie jego właściwości pod wpływem działania temperatury wyższej od wartości zadanej lub w wyniku efektu cieplnego, skumulowanego w czasie przechowywania i transportu. Następstwem tej zmiany jest proporcjonalny do jej natężenia efekt wizualny, wyrażający się najczęściej przebarwieniem pola etykiety. 

Drugi typ TTI umożliwia monitorowanie wszelkich odstępstw od optymalnej temperatury w całym okresie dystrybucyjnym, jednocześnie sumując ich natężenie i czas występowania. Sygnał integratora pośrednio informuje o skróceniu bezpiecznego dla jakości okresu przechowywania. Wskaźniki czasu i temperatury, aby były skutecznym narzędziem służącym do monitorowania żywności, muszą spełniać określone wymagania między innymi takie jak: łatwość aktywacji, precyzja i dokładność pomiaru. Wskazania muszą być nieodwołalne, odtwarzalne i zależne od zmian zachodzących w żywności, muszą też być czytelne i nie mogą wprowadzać w błąd użytkownika. Wskaźniki czasu i temperatury, od momentu aktywacji, wizualizują historię czasowo-temperaturową produktu spożywczego poprzez zmianę barwy lub przemieszczenie się barwnika. Barwa wskaźnika ulega zmianie w momencie, gdy opakowanie osiągnie uprzednio założoną pojemność cieplną.

Obecnie na świecie najbardziej znane są trzy rodzaje integratorów:

Life LineTM, w których zachodzi chemiczna polimeryzacja powodująca zmianę wyglądu okrągłego okna na etykiecie (tzw. bawolego oka), wskutek postępującego od centrum ciemnienia. Wskaźnik ten jest popularnym wskaźnikiem sprawdzającym świeżość produktów. Składa się z polimeru znajdującego się wewnątrz koła otoczonego pierścieniem wzorcowym. Ciemniejsza barwa polimeru w części centralnej informuje konsumenta, że produkt nie nadaje się do spożycia bez względu na datę ważności, która jest umieszczona na opakowaniu.

3M Monitor Mark, który sygnalizuje zmianę za pomocą barwnego pierścienia (lub paska) przesuwającego się na białym tle. Jest to efekt fizycznej dyfuzji roztworu o zmienionej chemicznie barwie. Podczas przechowywania w odpowiednich (zalecanych przez producenta produktu spożywczego) warunkach wskaźnik jest biały. Wskaźnik tego rodzaju sygnalizuje moment przekroczenia przez produkt temperatury wyższej niż, jest to zalecane dla zachowania przez niego odpowiedniej jakości. O przekroczeniu progu temperatury właściwej dla produktu świadczy czerwony lub niebieski kolor wskaźnika. Wskaźniki pokazują także jak długo produkt znajdował się poza wymaganym zakresem temperatury. Różnią się natomiast między sobą zakresem temperatury, w jakim produkty mogą być przechowywane oraz czasem ich działania od momentu aktywacji.

Etykieta Vitsab (Visual Indicator Tag System AB), której działanie opiera się na enzymatycznej hydrolizie tłuszczów, prowadzącej do zmiany barwy sygnalizatora. Aktywacja wskaźnika następuje przez zniszczenie przegrody pomiędzy dwoma elementami, czyli pomiędzy płynem zawierającym lipolityczny enzym (lipazy), a jego lipidowym substratem i wskaźnikiem pH. Wraz ze zmianą pH dodany do systemu barwnik zmienia zabarwienie z zielonego na jaskrawożółtą czy też pomarańczowo-czerwoną. Jest wskaźnikiem dostarczającym pełnej informacji o wszelkich zmianach i odstępstwach od optymalnych warunków temperaturowych w całym cyklu dystrybucyjnym.

Wskaźniki TTI są już obecnie stosowane w wielu krajach Europy do pakowania żywności wymagającej chłodzenia zarówno w transporcie, jak i w witrynach sklepowych. Samoprzylepne etykiety można spotkać m.in. na opakowaniach przetworów rybnych, mięsnych i mlecznych, ze świeżymi kanapkami oraz sałatkami.

Wskaźniki jakości pozwalają na monitorowanie warunków, w jakich dane opakowanie oraz zawarty w nim produkt znajdowały się podczas przechowywania, transportu, sprzedaży detalicznej i przechowywania w domu konsumenta. Wskaźniki świeżości sygnalizują zmiany jakości produktu np. bezpośrednio po zmianie składu atmosfery wewnątrz opakowania. Idealny wskaźnik powinien wskazywać zarówno nieprawidłowości powstałe na etapie produkcji, jak i utratę „świeżości” opakowanych produktów w dalszych etapach dystrybucji i użytkowania. Głównym elementem wskaźnika jest substancja, która w obecność metabolitów zmienia barwę np. w wyniku tworzenia barwnych kompleksów lub zmienia swoje właściwości optyczne. Do identyfikacji zmian mogą być również wykorzystywane detektory elektroniczne. Idea działania opiera się na reakcji substancji aktywnej z wydzielającymi się podczas starzenia opakowanych produktów lotnymi metabolitami np. ditlenku węgla, aminu, amoniaku, siarkowodoru. Lotne produkty rozkładu np. siarkowodoru mogą być wykrywane przez wskaźniki oparte na typowych reakcjach chemicznych, natomiast do wykrywania produktów nielotnych wykorzystuje się reakcje enzymatyczne. Do pierwszej grupy należą np. indykatory oparte na reakcji mioglobiny z siarkowodorem. W wyniku reakcji zmienia się zakres promieniowania absorbowanego przez mioglobinę, w wyniku czego wskaźnik w obecności siarkowodoru zmienia zabarwienie z brązowego na czerwone. Wskaźniki z mioglobiną jako substancją czynną zalecano do śledzenia zmian jakości mikrobiologicznej drobiu w opakowaniach z atmosferą modyfikowaną. Wskazano też na dobrą korelację pomiędzy informacjami uzyskanymi za pomocą wskaźników a wynikami badań sensorycznych i mikrobiologicznych. Ciekawym pomysłem inteligentnego opakowania są konstrukcje sygnalizujące rozpoczynające się w opakowaniu procesy gnilne. Obecnie na etapie badań są czujniki, które zmianą barwy informowałyby o pojawieniu się nawet bardzo niewielkich ilości amin powstających w wyniku rozkładu białka. Opracowywane są także indykatory, reagujące na pojawienie się w produkcie choćby śladowych ilości toksyn wytwarzanych przez mikroorganizmy. Innym przykładem specyficznych indykatorów wzrostu bakteryjnego, użytecznych w opakowaniach inteligentnych, są systemy indukujące i wykrywające wybrane enzymy zewnątrzkomórkowe. 

dr Ewa Mucha-Szajek

mgr inż. Tomasz Borowy

 

 

 

Czytany 468 razy