Przemysł opakowaniowy w ostatnich czasach rozwija się bardzo intensywnie, a związane jest to głównie z zaawansowaną technologią, która umożliwia badania nowych typów opakowań na całym świecie. W wyniku tego powstają nowe generacje opakowań, które pozwalają utrzymać a nawet poprawić jakość pakowanego produktu, co jest niezbędnym walorem szczególnie w przemyśle spożywczym. Doskonałym przykładem są opakowania aktywne i inteligentne.

Postęp w dziedzinie technologii żywności, biotechnologii, materiałoznawstwie, towaroznawstwie i technologii opakowań wpływa na potrzebę opracowania nowych opakowań, które odpowiadałyby wymaganiom stawianym zarówno przez producentów, jak i konsumentów. Głównym zadaniem opakowania jest zachęcenie potencjalnego klienta do zakupu. Jednakże coraz częściej mówi się o tzw. opakowaniach funkcjonalnych, które nie tylko informowałyby konsumenta ale również wyręczałyby go we wszystkich możliwych czynnościach. Dotyczy to głównie dbania o jakość zapakowanego produktu, a więc nowe opakowanie powinno być aktywne i inteligentne. Istotną różnicą między opakowaniami tradycyjnymi a aktywnymi jest ochrona zapakowanego produktu - bariera, jaką było do tej pory opakowanie, przekształciła się w aktywną, umożliwiając tym samym kontrole jakości towaru. Sposoby, za pomocą których opakowanie może interweniować są wielorakie i obejmują szerokie spektrum, np.: od kontroli temperatury podczas gotowania w mikrofali do kontroli dojrzewania owoców. Opakowania aktywne kontrolują także stan jakościowy i ilościowy atmosfery wewnątrz opakowania i za pomocą specjalnych składników są zdolne do usunięcia niepotrzebnych gazów np.: tlenu. Interakcja produkt - opakowanie jest bardzo istotna i stanowi szansą na przedłużenie wysokiej jakości produktu.

Techniki pakowania

Opakowanie aktywne powstało, by spełniać wysokie wymagania konsumentów związane między innymi z przedłużeniem okresu ważności produktu, polepszeniem jego właściwości organoleptycznych oraz ochroną. Aby móc spełnić te zadania, opakowania aktywne zawierają szereg specyficznych dodatków. Pierwsze miejsce zajmują pochłaniacze tlenowe, jednakże lista dodatków stale się powiększa, a wśród nich wyróżnić można: substancje produkujące lub absorbujące CO2, substancje antymikrobiologiczne, regulatory etylenu, regulatory pary wodnej, technologię OTC, absorbery światła, folie zabezpieczające barwę produktu, suspectory.

Pochłaniacze tlenu

Pochłaniacze tlenu stanowią szeroką rodzinę dodatków, których nadrzędnym celem jest kontrola zawartości tlenu wewnątrz opakowania. Ich głównym zadaniem jest redukcja tlenu do takiej ilości, która zapewnia zapakowanemu produktowi najwyższą jakość. W literaturze spotyka się często podobne określenia: antyoksydanty, absorbery czy "przechwytywacze" tlenu. Nie są one jednak synonimami.

Antyutleniacze to związki, które są rozpuszczalne w tłuszczach i reagują z rodnikami lipidowymi lub peroksydowymi. W ten sposób są utleniane i tworzą związki nieszkodliwe. Do klasycznych antyoksydantów lipidowych należą: BHA - hydroksyanizol butylu, BHT - hydroksytoluen butylu i PG - galusan propylu.
Oprócz skomplikowanych środków chemicznych stosowane są także na szeroką skalę naturalne związki takie jak: β - karoten, α - tokoferol oraz rozpuszczalny w wodzie kwas askorbinowy i jego pochodne, który jest efektywny w środowisku wilgotnym. Pojęcie absorberów tlenowych powinno być stosowane tylko i wyłącznie dla przechwytywania tlenu podczas reakcji fizycznych. W praktyce jednak fizyczne pochłanianie tlenu jest niemożliwe i przyjęło się stosować to pojęcie dla wszystkich związków, które umożliwiają eliminację tlenu jednocześnie zapobiegając reakcjom utleniania w zapakowanym produkcie.

Trzecie pojęcie przechwytywaczy tlenu jest często mylone z antyutleniaczami. Przechwytywacze jednak działają zanim tlen zdąży dotrzeć do produktu.
Ostatnia grupa - pochłaniacze tlenu - jest najbardziej neutralna i obejmuje wszystkie związki, które mają zdolność usuwania tlenu z opakowania. Zastosowanie pochłaniaczy tlenowych otwiera możliwość zredukowania tlenu do minimum. Na świecie stosowane są różnego rodzaju pochłaniacze, które można zakwalifikować do jednej z pięciu grup: proszki żelazawe, utleniacze glukozowe, związki podsiarczynowe, substancje organiczne typu redukcyjnego i inne.
Efektywność poszczególnych rodzajów pochłaniaczy tlenu zależy także od czynników zewnętrznych takich jak: temperatura czy wilgotność. Im wyższe są te parametry, tym tempo reakcji większości absorberów rośnie. Do tych bardziej trwałych należą głównie związki żelazawe, które zostały wprowadzone na rynek przez japońską firmę Mitsubishi Gas Chemical Co. pod nazwą AgelessTM.
W ślad za Japonią poszły Stany Zjednoczone, wypuszczając na rynek absorber o nazwie Freshpax (Multisorb Technologies Inc.), Francja - ATCO (Standa Industrie) oraz Finlandia - CIOCA. Wszystkie typy pochłaniaczy mogą być umieszczone w opakowaniu w dwojaki sposób - albo w oddzielnej saszetce zawierającej aktywny proszek, albo połączone z folią opakowaniową. Najnowszym odkryciem są pochłaniacze tlenu umieszczane w postaci małej uszczelki ulokowanej w zamknięciu.

CO2 kontrola

Podczas stopniowego usuwania tlenu z opakowania powstaje podciśnienie, w wyniku którego może nastąpić wgniecenie ścianki opakowania. Wskazane jest zatem, aby przy jednoczesnym zmniejszaniu się ilości tlenu spowodować wydzielenie CO2. Takie zdolności posiadają niektóre absorbery tlenowe (Freshilizer C), które produkuje się na bazie węglanu żelazawego lub mieszaniny kwasu
L - askorbinowego z kwaśnym węglanem sodowym. Ten rodzaj opakowania aktywnego stosowany jest do pakowania kawy.

Kontrola etylenu

Usuwanie etylenu z opakowania jest bardzo popularne przy pakowaniu niektórych owoców i warzyw. Owoce i warzywa, które dojrzewają podczas magazynowania są bardzo wrażliwe na obecność etylenu, który przyspiesza ich proces dojrzewania, powodując w efekcie zepsucie. Niektóre z nich mogą wytwarzać etylen samoistnie (np.: jabłka). Z tego względu zawartość etylenu powinna być kontrolowana za pomocą związków chemicznych. Wśród nich ważną rolę odgrywają KMnO4, oraz saszetki silikonowe.

Materiały

Skuteczność działania aktywnych składników opakowania jest ściśle uzależniona od stosowanego materiału. Doświadczenia wykazały, że im większa barierowość materiału opakowaniowego, tym lepsza ochrona przed niepożądanymi gazami wewnątrz opakowania. Materiały dla opakowań aktywnych nie muszą spełniać zbyt wygórowanych wymagań. Najczęściej są to tradycyjnie używane folie lub innego rodzaju opakowania (np. puszki metalowe). Najbardziej odpowiednie są materiały o dobrej barierowości wobec gazów. Trwają liczne badania nad wynalezieniem odpowiedniej bazy technologicznej dla aktywnych folii polimerowych. Takie folie powinny być odpowiednio mocne, nieprzepuszczalne oraz zawierać odpowiednią ilość aktywnych składników z wysoką mobilnością dyfuzyjną i zdolnością do uwalniania się z folii. Ze względu na bardzo dobre właściwości, PVC mógłby odgrywać kluczową rolę, jednakże jego toksyczność skłania producentów do użycia zdrowszych odpowiedników tj., EVOH lub PS.

Bardzo szerokie zastosowanie mają także różnego rodzaju laminaty: PE/PET, OPP/PE pokryty PVDC oraz PET/PE/AF/PE.

Opakowania inteligentne

Równocześnie z opakowaniami aktywnymi rozwinęły się tzw. opakowania inteligentne, czyli indykatorowe. Ich zadaniem jest informowanie potencjalnego nabywcy o stanie jakościowym zapakowanego produktu. Przydatność do spożycia jest monitorowana na wskaźnikach bazujących na zmianie barwy, która może następować w sposób ciągły, np. w przypadku określenia dawki cieplnej, jaką otrzyma produkt podczas transportu i przechowywania lub skokowy, np. w przypadku detekcji powstających nieszczelności.
Zestawienie najbardziej popularnych wskaźników wraz z ich zastosowaniem przedstawia tabela 1.

Firma Mitsubishi Co wprowadziła na rynek najbardziej znany wskaźnik pod nazwą Ageless Eye (nie starzejące się oko). Jego działanie polega na zmianie barwy wraz ze zmianą stężenia tlenu w opakowaniu.

W Polsce opakowania inteligentne nie są dobrze znane. Jednakże stosowanie indykatorów powoli zaczyna odgrywać istotną rolę marketingową dla producentów produktów żywnościowych. Pionierem w tej dziedzinie były Browary Żywiec. Stosując farbę termo-chromową informują posiadaczy butelki z piwem, jaka temperatura jest najwłaściwsza do jego spożycia. W momencie osiągnięcia pożądanej temperatury na białym pasku pojawia się napis „Idealna temperatura do spożycia”. Coraz większe zainteresowanie tymi typami opakowań wykazują przedstawiciele sieci logistycznych, w których za pomocą elektronicznego chipu produkt jest monitorowany 24 h/ dobę.

Zastosowanie

Zastosowanie opakowań aktywnych w przemyśle spożywczym odniosło sukces w Stanach Zjednoczonych, Japonii i Australii głównie ze względu na istniejące tam prawne regulacje dotyczące tego typu opakowań.

W Europie nadal trwają badania naukowe prowadzone pod kątem wpływu wystąpienia ewentualnych problemów zdrowotnych i higienicznych. Poza tym, nie ma adekwatnej ustawy w prawie UE regulującej zastosowanie tych materiałów. Niemniej jednak zastosowanie systemów aktywnych ogarnia coraz większą ilość produktów. Wśród nich są:
Owoce i warzywa. Ze względu na dużą wrażliwość na warunki atmosferyczne produkty te wymagają specjalnej ochrony przed szkodliwymi gazami. Dużym powodzeniem cieszy się tutaj folia, która zmienia swoją przepuszczalność wraz ze zmianą temperatury (folie sprytne);
Ser żółty. Opakowanie aktywne wytwarza odpowiednie warunki pH i aktywności wodnej. Dzięki temu unika się mikrobiologicznego zepsucia sera. Jednocześnie, stosując pochłaniacze tlenu lub światła można zapobiec zmianom smaku;
Chleb. Ze względu na specyficzne właściwości chleba atmosfera wewnątrz opakowania powinna zapobiegać rozwojowi pleśni. Pomimo, że przemywanie CO2, który ma właściwości bakteriobójcze wykazuje dość dobre efekty, o wiele lepsze wyniki otrzymywane są podczas użycia pochłaniacza tlenu. Szybkość rozwoju pleśni w zależności od różnych środków prewencyjnych przedstawia tabela 2.

Specjalną grupą zastosowań opakowań aktywnych są kuchenki mikrofalowe. Folie są połączone z tzw. suspektorami, które absorbują energię mikrofalową i przekształcają ją w ciepło. W ten sposób produkt pozostaje chrupiący i brązowieje w miejscu zetknięcia się filmu z produktem. Dodatkowo stosuje się systemy samo - otwierające, które regulują wilgotność, eliminując jednocześnie parę wodną.
W ostatnim okresie pojawiła się nowa grupa materiałów i opakowań aktywnych i inteligentnych, która zyskuje na popularności. Opakowania aktywne połączone z inteligentnymi tworzą doskonałe rozwiązanie dla wielu potrzeb w przemyśle spożywczym, powstrzymując wzrost mikroorganizmów i enzymatyczne reakcje. Dzięki temu zepsucie produktów zdarza się bardzo okazjonalnie i wzrasta jakość zapakowanego towaru.
Na rynku światowym istnieje szeroka gama technik pakowania w systemie aktywnym z dużym naciskiem na pochłaniacze tlenowe, jako że tlen jest najbardziej niebezpiecznym gazem dla żywności.

Pomimo tego, że koncepcja opakowań aktywnych i inteligentnych jest stosunkowo nowa, przynosi już spore korzyści na całym świecie. Przede wszystkim stwarza wyzwanie dla producentów opakowań, którzy wykorzystują ją, aby zwiększyć udziały w rynku. I choć ciągle istnieją stare metody pakowania, jednakże pomysł aktywnego opakowania jest z pewnością bazą dla nowego trendu w opakowalnictwie.

Bibliografia.
[1] Meroni A.: Active packaging as an opportunity to create package design that reflects the communicational, functional and logistical requirements of food products, Packaging Technology and Science 6/2000, s.: 243 – 248
[2] Cichoń Z., Miśniakiewicz M.: Analiza tendencji w opakowalnictwie żywności uwarunkowanych zmieniającymi się wymaganiami rynkowymi, Opakowanie, 10/2000, s.: 8 – 12
[3] Praca zbiorowa, Active packaging for food applications, Technomic Publishing Company, Inc. 2001
[4] Foltynowicz Z., Kozak W., Fiedorow R: Studies of oxygen uptake on O2 scavengers prepared from diffrent Iron-containing parent substances. Packaging Technology and Science 15/2002, s.: 75 – 81
[5] Korzeniowski A., Foltynowicz Z., Kozak W.: Efektywne pochłaniacze tlenu do opakowań produktów spożywczych, Przemysł spożywczy 9/2002 tom 56, s.: 30 – 31 [6] Michniewicz J.: Opakowania dla żywności wygodnej, Materiały konferencyjne nt Żywność wygodna, Biuletyn Korporacji Producentów Żywności nr 2/2000, s.: 37 – 41
[7] Pinchuk L.S., Goldade V.A., Makarevich A.V.: Structure, properties and use of active polymers films, Materiały konferencyjne YAPRI, Warszawa 2001
[8] Czerniawski B.: Postęp technologiczny w dziedzinie opakowań z tworzyw sztucznych cz. II, Opakowanie, nr 2/2001, s.: 32 – 34
[9] Korzeniowski A., Foltynowicz Z., Kubera H.: Nowoczesne rozwiązania techniczne w opakowalnictwie, Świat Druku nr 10/1998, s.: 60 – 67
[10] Korzeniowski A., Foltynowicz Z., Kubera H.: Trendy rozwoju opakowań, Przemysł Spożywczy nr 4/2000, s.: 3 – 5
[11] Cichoń Z.: Nowoczesne opakowalnictwo żywności, AE Ossolineum - Wrocław, 1996
[12] Czerniawski B., Michniewicz J.: Opakowania żywności, Agro Food Technology, Czeladź 1998

Komentarze

  • co my na to

    Bardzo interesujące zagadnienie napewno pomoże mi w napisaniu pracy i w wykonaniu kolejnych doświadczeń!Dzięki!

  • Zdrowa Zywność

    Mało zrozumiałam ale kiedy poszłam do sklepu po zakupy zobaczyłam że w większości produktów przeważają ZWIĄZKI CHEMICZNE!!!!!!!!!!!!! Od tamtego dnia będe wybierała jak najzdrowsze produkty.