2. OPAKOWANIA AKTYWNE I INTELIGENTNE

Przemysł opakowaniowy w ostatnich latach rozwija się bardzo intensywnie, a związane jest to głównie z zaawansowaną technologią. 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 tutaj opakowania aktywne i inteligentne:

Opakowania aktywne, zwane też interaktywnymi są to takie opakowania, w których produkt, opakowanie i otoczenie wzajemnie na siebie oddziałują. Ich zadaniem jest ukierunkowane oddziaływanie na produkt w celu zapewnienia jego wyższej jakości, a także w celu przedłużenia okresu trwałości i przydatności do spożycia. Opakowania te mogą kontrolować zmiany zachodzące w swym wnętrzu i reagować na nie. W odróżnieniu od tradycyjnych, aktywne materiały opakowaniowe wchodzą w reakcję z wewnętrzną atmosferą i produktem, powodując przedłużenie jego trwałości [Zmarlicki 2000].

Technologie pakowania z zastosowaniem materiałów aktywnych mogą obejmować:

- włączenie do opakowania, czy też do materiału opakowaniowego, substancji chemicznych lub enzymatycznych, adsorbujących i usuwających tlen z atmosfery wewnątrz opakowania,

- włączenie do opakowania substancji wytwarzających lub adsorbujących dwutlenek węgla,

- sterowanie zawartością etylenu w opakowaniu przez adsorpcję na środku utleniającym albo na związku metaloorganicznym,

- wydzielanie etanolu w postaci pary do wnętrza opakowania jako czynnika hamującego rozwój mikroflory,

- zastosowanie konserwantów, substancji bakteriobójczych i przeciwutleniaczy wydzielanych z materiału opakowaniowego,

- zastosowanie regulatorów wilgotności,

- zastosowanie technologii umożliwiającej kontrolę zapachu i smaku,

- zastosowanie pochłaniaczy światła,

- zastosowanie folii wydzielających substancję mineralną, zabezpieczającą barwę produktu,

- uszlachetnienie powierzchni folii dla zmiany jej przepuszczalności,zastosowanie susceptorów, tj. np. folii sterujących nagrzewaniem produktu w kuchence mikrofalowej [Korzeniowski 2003].

Całkowite usunięcie tlenu, w przypadku pakowania próżniowego oraz otaczanie gazem obojętnym, nie jest praktycznie możliwe. W wielu przypadkach pozostawienie nawet niewielkiej zawartości tlenu w opakowaniu ma szkodliwy wpływ na jakość produktu.

Usunięcie tej pozostałości natomiast może mieć korzystny wpływ na ochronę przed:

- wzrostem mikroorganizmów,

- pogorszeniem właściwości odżywczych,

- utlenianiem tłuszczów,

- barwy,

- zmianą zapachu i smaku,

- oddziaływaniem szkodników.

Przez wprowadzenie do opakowania środka chemicznego reagującego z tlenem poziom jego zawartości może być obniżony do minimum. Wykorzystywane są w tym celu miedzy innymi związki żelazawe, jak np.: tlenek żelazawy i węglan żelazawy, w połączeniu z odpowiednimi układami katalitycznymi, dla zainicjowania reakcji. Stosowane są także środki niemetaliczne i metaloorganiczne. W zależności od rodzaju substancji oraz sposobu jej wprowadzenia do opakowania, osiągane jest obniżenie pozostałości tlenu w opakowaniu w celu zmiany jej przepuszczalności.

Obok folii „sprytnych" pojawiły się tzw. folie „wyrozumiałe"- odporne na działanie szerokiego zakresu temperatur, zarówno w tunelach grzewczych, jak i w zamrażarkach. Folie tego typu zmieniają przepuszczalność gazów wraz ze zmianą temperatury, nawet w niewielkim zakresie, a związane jest to z odwracalną zmianą struktury krystalicznej przy niższej temperaturze, w amorficzną przy temperaturze wyższej [Ucherek2002]. W celu hamowania rozwoju niepożądanych mikroorganizmów w żywności, w materiały opakowaniowe mogą być wbudowywane lub nakładane na ich powierzchnię substancje , takie jak: lizozym, jony metali ciężkich, fungicydy. Podejmowane są też próby wykorzystania w produkcji folii opakowaniowych pierwiastków promieniotwórczych jako czynników antybakteryjnych. W Japonii najczęściej stosowanym związkiem tego typu wbudowywanym w folie opakowaniowe jest zeolit srebrowy, charakteryzujący się szerokim zakresem działania antybakteryjnego. Równie znanym związkiem o podobnym działaniu jest etanol, który można umieszczać w opakowaniu w postaci saszetek wydzielających opary etanolu. Antybakteryjne folie potencjalnie mogą być wykorzystywane do pakowania żywności przechowywanej w niskich temperaturach. W opakowaniu należy stosować folie o wysokiej barierowości dla pary wodnej lub opakowania aktywne regulujące zawartość wody w atmosferze otaczającej produkt.

Desykatory zapobiegają gromadzeniu się wody powstałej podczas rozmrażania, a to pozwala na zachowanie atrakcyjnego wyglądu produktu w opakowaniu. Desykatory mogą mieć postać woreczków z absorbentami wilgoci (poliakrylowe sole i kopolimery skrobi) lub mogą być umieszczane miedzy dwoma warstwami folii opakowaniowej [Panfil―-Kuncewicz 2001].

Antyoksydanty są szeroko stosowanymi dodatkami do żywności, które podnoszą stabilność oksydacyjną tłuszczów i przedłużają okres przydatności do spożycia. Przeciwutleniacze są wbudowywane w folie z tworzyw sztucznych podczas ich produkcji, celem zapobieżenia utlenianiu polimerów. Właściwości anty oksydacyjne folii wynikają z możliwości migracji przeciwutleniaczy do powierzchni materiału opakowaniowego, a następnie do powierzchniowych warstw produktu [Zmarlicki 2000].

Pochłanianie zapachów żywności przez polimerowe opakowania może powodować zmiany cech organoleptycznych wielu produktów. Zjawisko to może być wykorzystywane także jako droga do selektywnego usuwania niepożądanych zapachów. Do folii stosowanych w pakowaniu mrożonego lub chłodzonego mięsa i ryb wbudowywane są związki, które np. wiążą aminy i aldehydy powstałe w wyniku degradacji białek mięśniowych. Tego typu japońskie pochłaniacze zawierają w swoim składzie sole żelaza oraz cytrynowy lub askorbinowy [Panfil-Kuncewicz 2001].

Szczególną grupę wśród opakowań aktywnych stanowią opakowania inteligentne, óre zawdzięczają swoją nazwę posiadanej funkcji pomiaru określonego czynnika i sygnalizowania wyniku. Działanie tych opakowań związane jest z użyciem interaktywnych wskaźników, najczęściej barwnych, umożliwiających ocenę jakości produktu.

Można wyróżnić dwa rodzaje opakowań inteligentnych, a mianowicie:

A. integratory czasu i temperatury (TTI)

B. wskaźniki świeżości.

Zasada działania TTI polega na nieodwracalnej zmianie jego właściwości pod wpływem temperatury wyższej od wartości zadanej lub też w wyniku efektu cieplnego, skumulowanego w czasie przechowywania transportu. Następstwem tej zmiany jest proporcjonalny do jej natężenia efekt wizualny - najczęściej wyrażający się przebarwieniem oznakowanego pola etykiety. Wymienione integratory wykorzystuje się głównie w opakowaniach mrożonek i żywności chłodzonej. Pozwalają one m.in. na zarejestrowanie faktu przejściowego rozmrożenia produktu. TTI umożliwia monitorowanie wszelkich odstępstw od optymalnej temperatury, w całym cyklu dystrybucyjnym, scalając ich natężenie i czas występowania. Sygnał integratora pośrednio informuje o skróceniu bezpiecznego dla jakości okresu przechowywania produktu. Działanie wskaźników świeżości opiera się, zazwyczaj, na wykrywaniu obecności metabolitów mikroorganizmów, tj.: dwutlenek węgla i siarki, amoniak, aminy, siarkowodór, kwasy organiczne, etanol, toksyny i enzymy. W systemie wskaźnikowym indykatora mogą być wykorzystywane elektroniczne i optyczne detektory, a także barwne związki, które tworzą się w reakcji z substancją wchłanianą z wnętrza opakowania [Ucherek 2002].

Opakowania inteligentne umożliwiają także wykrycie nieszczelności opakowania. Najpopularniejsze są wskaźniki tlenowe, np. Ageless Eye - „niestarzejące się oko", które zmienia barwę z różowej na niebieską, gdy do opakowania przedostanie się tlen [Cichoń 2000].

Coraz większe zainteresowanie tego typu opakowaniami wykazują przedstawiciele sieci logistycznych, w których za pomocą elektronicznego chipu produkt jest monitorowany 24 h/dobę.

Materiały potrzebne do produkcji opakowań aktywnych nie muszą spełniać zbyt wygórowanych wymagań. Najczęściej są to tradycyjnie używane folie. Najodpowiedniejsze są materiały o dobrej barierowości wobec gazów. Dobór właściwego materiału jest w dużej mierze uzależniony od rodzaju pakowanego produktu. Trwają liczne badania nad wynalezieniem odpowiedniej bazy technologicznej dla aktywnych folii polimerowych.

Takie folie powinny cechować się:

- odpowiednią wytrzymałością,

- najlepszą nieprzepuszczalnością,

- odpowiednią ilością aktywnych składników z wysoką mobilnością dyfuzyjną i zdolnością do uwalniania się z folii [Korzeniowski 2003].

Znaczną rolę w opakowaniach aktywnych odgrywa PCV. Jego bardzo dobre właściwości barierowe skłaniają producentów do wykorzystania PCV w wielu laminatach jako warstwę termoformowalną, np.PVC/EVOH/PE, PVC//LDPE itd. Jednak ze względu na toksyczność tego typu polimeru i szkodliwość dla zdrowia w niektórych krajach stosuje się jego odpowiedniki, np. PS/EVOH/PE. Coraz częściej rezygnuje się z udziału PVDC w warstwie termoformowalnej na korzyść kopolimeru EVOH [Korzeniowski 2004].

Coraz większa liczba producentów żywności bierze pod uwagę fakt, że nowy rodzaj opakowań może przynieść wiele korzyści, do których m.in. należą:

- zmniejszenie zużycia stosowanych środków konserwujących żywność,

- ograniczenie strat spowodowanych zepsuciem produktu,

- zahamowanie procesów utleniania licznych związków (tłuszcze, związki biologicznie aktywne, witaminy) oraz procesów fizykochemicznych,

- widoczne przedłużenie okresu przydatności do spożycia [Cichoń 2000].

Według opinii ekspertów, opakowania aktywne oraz powstające generacje opakowań inteligentnych stanowią przyszłość opakowalnictwa żywności. Aby tak się mogło stać, niezbędne jest uzyskanie gwarancji bezpieczeństwa ich stosowania oraz rewizja przepisów ograniczających migrację składników opakowania do produktu spożywczego [Ucherek 2002].