Envases activos e inteligentes y seguridad alimentaria

IATA-CSIC Envases activos e inteligentes y seguridad alimentaria Ramón Catalá y Rafael Gavara Instituto de Agroquímica y Tecnología de Alimentos. CSI

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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: [email protected] ; [email protected]

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

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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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ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ

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

ƒ ………………………

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 ƒ Control de la entrada de oxígeno desde el exterior ƒ Eliminación del oxígeno residual en el espacio de cabeza del envases y/o producto envasado

¾ Reducción/eliminación de especies reactivas de oxígeno ƒ 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

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