Monika Stoma, Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie
Opakowania inteligentne – inteligent packaging (zwane też sprytnymi – smart packaging, lub indykatorowymi) posiadają możliwość monitorowania określonych parametrów (wewnętrznego i/lub zewnętrznego otoczenia produktu); dostarczają więc użytkownikowi informacji o produkcie, jego stanie jakościowym i bezpieczeństwie oraz o zmianach lub nawet nieprawidłowościach występujących w trakcie przechowywania i dystrybucji żywności, bez potrzeby otwarcia samego opakowania. Mogą to być informacje o składzie atmosfery, zmianach i wahaniach temperatury, zawartości tlenu lub dwutlenku węgla (nawet najbardziej bowiem przetworzona żywność wciąż jest systemem aktywnym biologicznie – utlenia się, wydziela gaz, zmienia kolor, czy wilgotność). Jest to możliwe dzięki ulokowaniu na zewnątrz lub wewnątrz opakowania odpowiednich interaktywnych wskaźników, głównie w postaci indykatorów barwnych, które pod wpływem zmian warunków panujących w opakowaniu zmieniają swą barwę. Należy jednak pamiętać, iż nie powinny mieć one bezpośredniego kontaktu z żywnością.
Do najpopularniejszych indykatorów należą wskaźniki czasu, temperatury, świeżości, nieszczelności, wilgotności oraz tlenu [Muranowicz, 2005]. Jednakże z uwagi na fakt, iż temperatura oraz gazy są najistotniejszymi czynnikami wpływającym na szybkość pojawiania się w produkcie spożywczym niekorzystnych zmian fizycznych i chemicznych oraz zmian wywołanych przez drobnoustroje, opakowania inteligentne zawierają więc najczęściej wskaźniki typu czas-temperatura (Time-Temperature Indicators – TTI) lub wskaźniki gazu (Gas Indicators) [Czajkowska, 2005]. Wskaźniki czas-temperatura (TTI) występują w postaci różnego typu naklejek/etykiet przymocowanych na zewnątrz opakowań zbiorczych lub jednostkowych, a obserwowanie odchyleń w intensywności zabarwienia wskaźników pozwala na rejestrowanie nawet krótkotrwałych zmian termicznych w otoczeniu (wzrostu lub spadku temperatury poza dopuszczalną dla danego produktu granicę), w trakcie przechowywania, transportu i dystrybucji żywności. Tego typu wskaźniki stosowane są przede wszystkim w przypadku produktów mrożonych i żywności chłodzonej (np. w przypadku mrożonych truskawek, przejściowe podwyższenie temperatury, spowodowane częściowym rozmrożeniem, powoduje przebarwienie etykiety), a także w opakowaniach półproduktów przeznaczonych do przygotowania w kuchenkach mikrofalowych lub piekarnikach (wówczas sygnalizują one zmianą barwy, iż produkt jest już odpowiednio podgrzany i nadaje się do spożycia). Jako przykład podać też tu można etykiety na butelkach z piwem lub winem, które ciemnieją gdy produkt ma już za wysoką temperaturę.
Wskaźniki gazu również występują w postaci rozmaitych etykiet, monitorują one zmiany w składzie gazów wewnątrz opakowania. Dotyczy to szczególnie wskaźników zawartości tlenu; rzadziej wskaźników zawartości pary wodnej, dwutlenku węgla, etanolu, siarkowodoru albo innych gazów. Tego typu czujniki mogą informować np. o nieszczelności w hermetycznych z założenia opakowaniach, czy też o zmianach atmosfery wewnątrz opakowania, spowodowanych psuciem się produktu. Stąd też, stosowane są one przede wszystkim w opakowaniach żywności przechowywanej w warunkach zmodyfikowanej atmosfery.
Należy również wspomnieć o opakowaniach inteligentnych z biosensorami, które umieszcza się wewnątrz opakowania lub integralnie łączy się z samym opakowaniem. Biosensory to urządzenia złożone z bioreceptora, który ma możliwość rozpoznawania: enzymów, antygenów, drobnoustrojów, hormonów lub kwasu nukleinowego, a także transduktora (typu elektrochemicznego, optycznego, akustycznego) ściśle powiązanego ze specyfiką mierzonego parametru [Czajkowska, 2005]. Jako przykład podać można opakowania sygnalizujące rozpoczynające się w opakowaniu procesy gnilne lub opakowania odżywek dla niemowląt, zawierające czujniki sterylności (oparte na wykrywaniu amylazy).
W Polsce pionierem w dziedzinie opakowań inteligentnych były Browary Żywiec, które zastosowały farbę termo-chromową informują użytkowników butelki z piwem, jaka temperatura jest najwłaściwsza do jego spożycia. W momencie osiągnięcia pożądanej temperatury na białym pasku pojawiał się napis „Idealna temperatura do spożycia”.
Opakowania aktywne (active packaging) w odróżnieniu do opakowań inteligentnych, mają nie informować, a zapobiegać niekorzystnym zmianom jakości żywności (poprzez np. niszczenie lub hamowanie wzrostu drobnoustrojów występujących w żywności) lub nawet wpływać na poprawę jakości i przedłużanie czasu bezpiecznego przechowywania produktu poprzez aktywne oddziaływanie z produktem lub atmosferą wewnątrz opakowania. Opakowania aktywne określa się jako systemy, które aktywnie powodują zmiany w zapakowanej żywności i powodują przedłużenie okresu trwałości, gwarantują ponadto lub znacząco polepszają bezpieczeństwo mikrobiologiczne produktów.
Aktywność opakowań [Barska, Wyrwa, 2016] przejawia się m.in. w:
- włączeniu do opakowania bądź do materiału opakowaniowego substancji chemicznych lub enzymatycznych, mających na celu adsorpcję i/lub usunięcie tlenu z atmosfery wewnątrz opakowania, co pozwala na hamowanie utleniania lipidów, rozwoju pleśni oraz przeciwdziała zmianom barwy (ma to zastosowanie w odniesieniu do: olejów, tłuszczów, wyrobów piekarniczych, palonej kawy, suszonej wołowiny, suszonych owoców, orzechów, słodyczy, mleka w proszku);
- zastosowaniu w opakowaniu substancji wytwarzających lub absorbujących dwutlenek węgla, co pozwala na hamowanie wzrostu mikrobiologicznego oraz zapobiega pęcznieniu opakowań (ma to zastosowanie w odniesieniu np. do: palonej kawy, serów);
- kontrolowaniu zawartości etylenu w opakowaniu, co pozwala na regulowanie dojrzewania owoców (np. jabłek, bananów, moreli) i warzyw (np. marchew, ziemniaki, ogórki, pomidory);
- zastosowaniu konserwantów, substancji bakteriobójczych lub przeciwutleniaczy wydzielanych z materiału opakowaniowego, co pozwala m.in. na hamowanie rozwoju drobnoustrojów (ser, mięso, wyroby piekarnicze), czy hamowanie procesów utleniania (np. produkty zbożowe);
- wykorzystaniu regulatorów wilgotności (ma to zastosowanie w odniesieniu np. do: pieczywa, mięs, warzyw, owoców i produktów suchych);
- użyciu technologii umożliwiającej kontrolę zapachu i smaku (np. soki owocowe);
- wprowadzeniu do opakowania pochłaniaczy światła;
- korzystaniu z folii wydzielających substancję mineralną zabezpieczającą barwy produktu, bądź uszlachetnieniu powierzchni folii w celu zmiany jej przepuszczalności.
Wśród opakowań aktywnych można wyróżnić: absorbery i emitery. Pierwsza grupa ma za zadanie pochłaniać niepożądane składniki ze środowiska wewnątrz opakowania, czyli zabezpieczać przed zepsuciem. Absorbowane czynniki wpływają w konsekwencji na cechy sensoryczne i trwałość żywności. W zależności od pakowanego produktu są to głównie absorbery wilgoci, etylenu, tlenu czy ditlenku węgla oraz niekorzystnych zapachów.
Natomiast zasada działania emiterów polega na wydzieleniu do środka opakowania pożądanych dla jakości produktu substancji, które wywierają pozytywny wpływ na żywność. Emiterami są substancje zapachowe, składniki żywności, dodatki do żywności, regulatory wilgotności i kwasowości oraz substancje biologiczne aktywne, które przeciwdziałają rozwojowi drobnoustrojów. Najczęściej stosowane są emitery dwutlenku węgla, dwutlenku siarki oraz alkoholu.
Materiały używane do produkcji opakowań aktywnych nie muszą spełniać zbyt wygórowanych wymagań. Mogą to być np. tradycyjnie używane folie lub innego rodzaju opakowania (np. puszki metalowe), wyzwalające niewielkie ilości aktywnych substancji przeciwbakteryjnych, które zabezpieczają powierzchnie niektórych rodzajów żywności, takich jak mięso, ryby, czy sery, przed niekorzystnymi zmianami mikrobiologicznymi. Najbardziej odpowiednie są materiały o dobrej barierowości wobec gazów. Substancje wykorzystywane w systemach aktywnych najczęściej są umieszczane wewnątrz opakowania, w postaci małych saszetek lub wkładek lub umieszczane (nasączone) na całej powierzchni wewnętrznej opakowania (co stanowi technologię bardziej zaawansowaną, ale i bardziej skuteczną). Aktywne materiały i wyroby nie mogą powodować zmiany składu ani cech organoleptycznych poprzez ukrywanie zepsucia żywności, co mogłoby wprowadzać w błąd konsumenta co do jakości środka spożywczego [Czerniawski, 2008].
Podział opakowań aktywnych
Zastosowanie w przemyśle spożywczym opakowań z systemami aktywnymi odniosło sukces głównie w Stanach Zjednoczonych, Japonii i Australii. W Europie nie jest to tak popularne, chociaż coraz częściej producenci wykorzystują tego typu rozwiązania w opakowaniach żywności. Dotyczy to przede wszystkim: owoców i warzyw (np. „sprytne” folie), sera żółtego, czy chleba.
Podsumowując, opakowania aktywne dzieli się głównie według pełnionej przez nich funkcji; można więc mówić o opakowaniach: o właściwościach przeciwbakteryjnych, absorbujących tlen, wydzielających/absorbujących dwutlenek węgla, absorbujących wodę, absorbujących etylen, wydzielających etanol, uwalniających/absorbujących zapachy. Wśród innych, pełniących specyficzne funkcje opakowań aktywnych, można również wymienić: opakowania uzupełniające straty barwnika (np. dla surimi, którego zabarwienie blednie podczas przechowywania), opakowania odstraszające owady w czasie transportu i przechowywania (poprzez umieszczenie w zewnętrznej, ściśle izolowanej od produktu powłoce, fumigantów o niewielkiej toksyczności), opakowania podnoszące walory smakowe produktu, opakowania przeciwdziałające sklejaniu się sera pakowanego w postaci plastrów, czy też opakowania przeciwdziałające tworzeniu zamglenia. Z kolei opakowania inteligentne systematyzuje się według wskaźnika monitorującego opakowanie. Stąd też na rynku spotkać można opakowania: zaopatrzone w czujniki temperatury, monitorujące zmiany zawartości tlenu lub dwutlenku węgla wewnątrz opakowania, czy opakowania zaopatrzone w czujniki wykrywające w przechowywanym produkcie zmiany biochemiczne spowodowane wzrostem mikroorganizmów [Trzcińska, 2007]. Nowacka i Fijałkowska [2014] dzielą opakowania inteligentne na 3 grupy:
- opakowania z zastosowaniem wskaźników pośrednich:
- wskaźniki temperatury,
- integratory czasu i temperatury,
- wskaźniki uszkodzenia,
- wskaźniki tlenu,
- wskaźniki CO2;
- opakowania z zastosowaniem wskaźników bezpośrednich:
- wskaźniki świeżości,
- biosensory;
- opakowania z zastosowaniem znaczników RFID (Radio Frequency Identification):
- układy pasywne,
- układy aktywne.
