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Envases activos e inteligentes y seguridad alimentaria Ramón Catalá y Rafael Gavara Instituto de Agroquímica y Tecnología de Alimentos. CSIC Apartado de Correos 73. 46100 Burjassot (Valencia) Telf. 96.3900022; Fax 96. 3636301 E-mail:
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Congrés EBA 2007. Terrasa, novembre 2007
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Envases activos e inteligentes y seguridad alimentaria
Tecnologías para mejorar la seguridad y la calidad de los alimentos y aumentar su vida útil
Incidencia de las interacciones envase/alimento en la seguridad alimentaria Legislación sobre materiales y objetos en contacto con alimentos
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Legislación sobre los materiales y objetos en contacto con alimentos
Reglamento (CE) Nº 1935/2004 (13/11/2004) sobre los materiales y objetos destinados a entrar en contacto con alimentos Artículo 2. Definiciones a)
Materiales y objetos activos en contacto con alimentos: materiales y objetos destinados a ampliar el tiempo de conservación, o a mantener o mejorar el estado de los alimentos envasados, y que están diseñados para incorporar deliberadamente componentes que transmitan sustancias a los alimentos envasados o al entorno de éstos o que absorban sustancias de los alimentos envasados o del entorno de éstos
b) Materiales y objetos inteligentes en contacto con alimentos: los materiales y objetos que controlan el estado de los alimentos envasados o el entorno de éstos
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Envases activos o inteligentes con relación a las funciones de los envases
: o n v i u t c o a m el o e c s a a Env e actú do con ra u a a q p n i e d o or as rn y la v o o t c n n E a e d l m a e e d t i y s r si to g u nt o y e n s e alim orar la l alime útil mej idad de u vida cal rgar s ala
Env Enva ase in telig se q u que ente e ha o c e alg cont frecer o con enido, i protecci más n el m ó ismo teraccio n al nand y res a po o sible pond s ca mbio iendo s
protección comunicación conservación información contenedor manipulación
presentación identificación
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Artículo 3. Requisitos generales 1. Los materiales y objetos, incluidos los materiales y objetos activos e inteligentes, habrán de estar fabricados de conformidad con las buenas prácticas de fabricación para que, en las condiciones normales o previsibles de empleo, no transfieran sus componentes a los alimentos en cantidades que puedan: a) representar un peligro para la salud humana, o b) provocar una modificación inaceptable de la composición de los alimentos, o c) provocar una alteración de las características organolépticas de éstos 2. El etiquetado, la publicidad y la presentación de los materiales u objetos no deberán inducir a error a los consumidores
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Artículo 4. Requisitos especiales para los materiales y objetos activos e inteligentes 1. En caso de aplicarse las letras b) y c) del apartado 1 del artículo 3, los materiales y objetos activos podrán ocasionar modificaciones de la composición o de las características organolépticas de los alimentos a condición de que cumplan las disposiciones comunes aplicables a los alimentos………….. 2. Hasta que no se adopten normas adicionales……las sustancias deliberadamente incorporadas en los materiales y objetos activos que vayan a liberase en los alimentos o en su entorno deberán autorizarse con arreglo a las disposiciones comunitarias………. Reglamento sobre materiales y artículos
……………
activos e inteligentes destinados a entrar en contacto con alimentos
6. Los materiales y objetos activos e inteligentes estarán convenientemente etiquetados para indicar que dichos materiales y objetos son activos o inteligentes o ambas cosas
ENVASADO ACTIVO IATA-CSIC
ENVASE CONVENCIONAL
Contiene y presenta el alimento y le protege de la alteración microbiológica, deterioro físico-químico y contaminación química
ENVASE ACTIVO
+
Altera dinámicamente las condiciones de sistema envase/producto envasado
Aumenta la seguridad Mantiene la calidad Alarga la vida útil
Formas de actuación de los envases activos
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Modificación de la composición del espacio de cabeza • Substancias que emiten o retienen gases o vapores
El elemento activo en el interior del envase junto con el producto envasado, aunque separado del mismo (bolsas, etiquetas..)
Modificación de la composición o características del alimento • Liberan substancias en el alimento • Retienen componentes del alimento
El elemento activo formando parte del material de envase
Tecnologías de envases activos IATA-CSIC
eliminación de O2 absorción/ generación de CO2
liberación de antioxidantes
regulación de la humedad
liberación/ absorción aromas adición conservantes químicos
control de emisión de etileno protección anti-vaho
eliminación sustancias indeseables
control de microorganismos
susceptores microondas
adición sustancias funcionales
………
Envases activos para el control de O2 IATA-CSIC
La presencia de oxígeno puede ocasionar reacciones de oxidación y cambios metabólicos en el alimento así como crecimiento de microorganismos aeróbios
Formas de control activo del O2 ¾ Control de la entrada de oxígeno desde el exterior ¾ Eliminación del oxígeno residual en el espacio de cabeza del envase y/o el producto
Materiales activos para el control de oxígeno
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Oxidación de metales u óxidos metálicos (Fe, FeO, Mn, Zn…) Oxidación de ácido ascórbico Ácidos grasos insaturados (oleico, linoleico…) Oxidación enzimática (glucosa-oxidasa, alcohol oxiadasa….) Levaduras inmovilizadas en un soporte sólido Oxidación fotosensible de compuestos
………………………
En general son substancias que no pueden entrar en contacto directo con el producto. Actúan: 9 Separadas del producto y del envase
bolsas, etiquetas,..
9 Formando parte del material de envase
plásticos activos
Control de la oxidación de alimentos IATA-CSIC
¾ Reducción/eliminación del oxígeno Control de la entrada de oxígeno desde el exterior Eliminación del oxígeno residual en el espacio de cabeza del envases y/o producto envasado
¾ Reducción/eliminación de especies reactivas de oxígeno Adición de antioxidantes - En el alimento envasado - En el material de envase
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Adición de antioxidantes naturales en polímeros en contacto con alimentos
¾ En la formulación de polímeros para envases se emplean sustancias antioxidantes para evitar problemas de degradación por acción de la temperatura, radiación UV, proceso de obtención de los envases, etc.
¾ Los antioxidantes naturales representan una alternativa que está siendo empleada con buenas perspectivas - Se ha usado vitamina E, BHT, BHA.., en poliolefinas para envasado de alimentos
- Se han probado mezclas de flavonoides conteniendo el grupo catecol para la protección de degradación de poliolefinas durante la extrusión
Î Los antioxidantes naturales en el polímero pueden tener paralelamente una acción positiva actuando como antioxidantes del alimento envasado
Liberación de antioxidantes en polímeros. Efecto de la concentración y del alimento
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0.6
0.6
Water 10% ethanol
2.0% Catechin 0.5% Catechin 0.5
Absorbance at 274 nm
Absorbance at 274 nm
0.5
0.4
K=100 0.3
D=5·10-16 m2/s
0.2
0.4
0.3
0.2
0.1
0.1
K=100, D=5·10-16 m2/s K=1000, D=1.5·10-16 m2/s
0.0
0.0 0
10
20
30
40
time (days)
Efecto de la concentración de catequina
0
10
20
30
40
time (days)
Efecto del medio
Liberación de catequina en películas de EVOH en agua y en etanol 10% como medios simulantes de alimentos* * López Dicastillo A.C., Hernández-Muñoz P., Catalá R., Graciano-Vedugo A., Soto H., Gavara, R. First International Conference Food Contact Polymers. Bruselas 21-22 febrero 2007
Capacidad antioxidante de películas activas
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30
Quercetin 1%, water Quercetin 5%, water Quercetin 1%, 10% ethanol Quercetin 5%, 10% ethanol
% DPPH· inhibition
25
20
15
10
5
0 0
5
10
15
20
25
30
time (days)
Capacidad de captación de radicales de películas activas expuesto a diferentes medios simulantes de alimentos* * López Dicastillo A.C., Hernández-Muñoz P., Catalá R., Graciano-Vedugo A., Soto H., Gavara, R. First International Conference Food Contact Polymers. Bruselas 21-22 febrero 2007
Capacidad antioxidante de películas activas
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n-hexanal peak area (a.u.)
5500 4500 3500
Blank Q1% Q5% Cat.0.5% Cat.2%
2500 1500 500 -500
day5
day20
day45
Control de la generación de hexanal en cacahuetes envasados con envases activos* * López Dicastillo A.C., Hernández-Muñoz P., Catalá R., Gavara, R.
5th International Packaging Congress & Exhibition. 22-24 noviembre 2007
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Envases que liberan o retienen componentes en el producto o envase
¾ Liberación de antioxidantes • Control del oxígeno residual en espacio de cabeza • Control de la oxidación de lípidos
¾ Liberación de componentes aromáticos para corregir la retención por el envase o para potenciarlo ¾ Absorción de vapores orgánicos • Olores a aminas en pescado • Aldehídos de aceites y fritos……….
¾ Absorción de sustancias indeseables • Limonina (principio amargo) en zumos cítricos • Colesterol y lactosa en leches…………..
Control de colesterol en leche IATA-CSIC
Colesterol residual en leche tras 7 días de exposición a películas de PVOH con y sin adición de ciclodextrinas*
Porcentaje de colesterol eliminado en leche en presencia de películas de EVOH con adición de ciclodextrinas*
* López de Dicastillo A.C., Hernández-Muñoz P., Catalá R. y Gavara R. Foodsmarts IFT 2007. Chicago, 27-7-2007
Envases antimicrobianos IATA-CSIC
El desarrollo de microorganismos es la principal causa de deterioro de gran número de alimentos La aplicación directa de agentes antimicrobianos sobre la superficie (por pulverización ó inmersión) no siempre es efectiva. Su rápida difusión al interior limita su efectividad sobre la microbiota superficial Alternativa
envases activos antimicrobianos
Agentes antimicrobianos más utilizados • • • • • • • •
Dióxido de cloro, dióxido de azufre,.. Iones metálicos (Ag..) Bacteriocinas (nisina, pediocina….) Enzimas Fungicidas (imazalil, benzoatos, sorbatos,…) Compuestos orgánicos bactericidas (triclosan….) Extractos de especias (alil-isotiocianato…) …………………………….
Envases antimicrobianos IATA-CSIC
¾ Envases con capacidad de emisión o eliminación de compuestos volátiles antimicrobianos • Secuestradores de oxígeno • Emisores de óxido de cloro • Fungicidas (etanol, imazalil, 2-nonanona…)
¾ Envases que liberan sustancias en el alimento • Bacteriocinas (nisina, ...) • Tioisocianato de alilo • Benzoato, sorbato ...
¾ Envases que evitan el crecimiento de microorganismos por contacto • Sales de plata en zeolitas
¾ Materiales antimicrobianos (quitosano, alginatos, poliamidas irradiadas...)
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Envase activo con actividad antifúngica para fresas silvestres Tapa termosoldada (film de PP microperforado)
SISTEMA ACTIVO (bolsa de film continuo PE metalocénico conteniendo el antifúngico impregnado en soporte emisor )
Tarrina de PP/EVOH/PP (capacidad 125 mL)
Almenar E., Del Valle V., Catalá R., Gavara R. J. Agricultural Food Chemistry 55/6, 2240-2254, 2007
Efecto de la 2-nonanona en el crecimiento de Botrytis Cinerea Evolución colonia (cm2)
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Envase activo con actividad antifúngica para fresas silvestres 16
Control
14
Tenax + 10 µL 2-nonanona
12
Alúmina + 10 µL 2-nonanona Alúmina + 5 µL 2-nonanona
10 8 6 4 2 0 0
10 días a 10 ºC con 2,5 μL 2-nonanona
1
2 Días a 22 ºC
3
4
10 días a 10 ºC sin 2,5 μL 2-nonanona
Envases inteligentes IATA-CSIC
Envase inteligente: Envase capaz de efectuar una función inteligente (detectar, mostrar, comunicar,…) para facilitar una decisión que permita extender la vida útil, aumentar la seguridad, mejorar la calidad, proporcionar información y avisar de posibles problemas El envase inteligente implica al sistema completo envase/producto/ entorno. El envase inteligente analiza el sistema, procesa la información y la presenta. El envase activo realiza la acción Ambas funciones no son excluyentes
Sistemas inteligentes IATA-CSIC
Etiquetas o rótulos que facilitan la información y comunicación para tomar las decisiones adecuadas par mantener la calidad, seguridad y vida útil
¾ Sistemas portadores de datos: • Códigos de barras • Identificación por radio frecuencia
¾ Indicadores en el envase: • • • •
Indicadores tiempo/temperatura Indicadores de contaminación microbiológica Indicadores de gases Biosensores
Identificación por radio frecuencia (RFID) IATA-CSIC
Un emisor de radio frecuencia emite ondas para captar información en un dispositivo de radio frecuencia en el envase, pasando la información a un sistema de control
Pueden almacenar información técnica y comercial del producto, y también la información de otros dispositivos inteligentesindicadores de temperatura, biosensores,…………….
Trazabilidad
Indicadores tiempo/temperatura IATA-CSIC
Etiquetas que proporcionan información visual de la temperatura a que ha estado sometido el envase, o si ha sufrido algún abuso térmico (no alcanzó la temperatura de esterilización, no ha estado a la temperatura de congelación adecuada, se rompió la cadena de frío, etc…) Indicadores de temperatura crítica
Indicadores de historia térmica parcial Indicadores de historia térmica completa
Etiqueta autoadhesiva FreshCheck que contiene un polímero sensible al tiempo y a la temperatura. Oscurece gradualmente y de forma irreversible con la exposición acumulativa a la temperatura.
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Indicador de contaminación microbiológica
Complejo con Pd que reacciona con volátiles que contienen compuestos con S ó N. Al reaccionar el complejo induce un cambio de ligando y crea una fluorescencia provocando un cambio de color de la etiqueta de rosa a amarillo
Biosensores IATA-CSIC
Mecanismo analítico compacto que detecta y transmite información referente a reacciones bioquímicas que tienen lugar en el producto envasado. Generalmente consta de dos componentes primarios: un bioreceptor que reconoce la presencia de un analito determinado y un transductor que lo convierte en una señal cuantificable. El bioreceptor es generalmente un material orgánico o biológico (enzima, hormona, microorganismo, antígeno, ácido nucleico….), específico de la reacción a controlar. El transductor puede actuar con señales electroquímicas, ópticas, acústica, dependiendo del parámetro a a medir
Perspectivas: indicadores de fin de vida útil
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Muchas gracias por su atención