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Envases activos e inteligentes Envases activos e inteligentes

y seguridad alimentariay seguridad alimentaria

Ramón Catalá y Rafael GavaraInstituto de Agroquímica y Tecnología de Alimentos. CSIC

Apartado de Correos 73. 46100 Burjassot (Valencia)Telf. 96.3900022; Fax 96. 3636301

E-mail: rcatala@iata.csic.es ; rgavara@iata.csic.es

Congrés EBA 2007. Terrasa, novembre 2007

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Incidencia de las interaccionesenvase/alimento

en la seguridad alimentaria

Legislación sobremateriales y objetos

en contacto con alimentos

Tecnologías para mejorar la seguridad

y la calidad de los alimentos y aumentarsu vida útil

Envases activos e inteligentes Envases activos e inteligentes y seguridad alimentariay seguridad alimentaria

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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

Reglamento (CE) Nº 1935/2004 (13/11/2004) sobre los Reglamento (CE) Nº 1935/2004 (13/11/2004) sobre los materiales y objetos destinados a entrar en contacto con alimentmateriales y objetos destinados a entrar en contacto con alimentos os

Artículo 2. Definiciones

Legislación sobre los materiales Legislación sobre los materiales y objetos en contacto con alimentosy objetos en contacto con alimentos

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Envases activos o inteligentes Envases activos o inteligentes con relación a las funciones de los envasescon relación a las funciones de los envases

contenedormanipulación

presentación identificación

comunicacióninformación

protecciónconservación

Envase activo

Envase activo:

Envase que actúa como un

sistema coordinado con el

alimento y el entorno para

mejorar la seguridad y la

calidad del alimento y

alargar su vida útil

Envase inteligente

Envase inteligente

Envase que hace algo más

que ofrecer protección al

contenido, interaccionando

con el mismo y respondiendo

a posibles cambios

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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 oprevisibles de empleo, no transfieran sus componentes a los alimentos en cantidades que puedan:

a) representar un peligro para la salud humana, ob) provocar una modificación inaceptable de la composición

de los alimentos, oc) 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

Artículo 3. Requisitos generales

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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……….

……………

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

Reglamento sobre materiales y artículos activos e inteligentes destinados a entrar en contacto con alimentos

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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

ENVASADO ACTIVOENVASADO ACTIVO

+

Aumenta la seguridadMantiene la calidadAlarga la vida útil

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Formas de actuación Formas de actuación de los envases activosde los envases activos

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..)

El elemento activo formando

parte del material de envase

Modificación de la composición o características del alimento

• Liberan substancias en el alimento• Retienen componentes del alimento

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TecnologTecnologíías de envases activosas de envases activos

eliminación de O2

protección anti-vaho

liberación/absorción

aromas

regulación de la humedad

eliminación sustancias indeseables

adiciónsustanciasfuncionales

liberación de antioxidantes

absorción/generación

de CO2

adición conservantes

químicos

control de emisión de etileno

susceptoresmicroondas

………

control demicroorganismos

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Envases activos para el control de OEnvases activos para el control de O22

Control de la entrada de oxígeno desde el exterior

Eliminación del oxígeno residual en el espacio de cabeza del envase y/o el producto

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

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Materiales activos Materiales activos para el control de oxígenopara el control de oxígeno

Oxidación de metales u óxidos metálicos (Fe, FeO, Mn, Zn…)Oxidación de ácido ascórbicoÁcidos 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:

Separadas del producto y del envase bolsas, etiquetas,..

Formando parte del material de envase plásticos activos

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Control de la Control de la oxidaciónoxidación de de alimentosalimentos

Reducción/eliminación del oxígenoControl de la entrada de oxígeno desde el exteriorEliminación del oxígeno residual en el espacio de cabeza del envases y/o producto envasado

Reducción/eliminación de especies reactivas de oxígeno

Adición de antioxidantes- En el alimento envasado- En el material de envase

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AdiciónAdición de de antioxidantesantioxidantes naturalesnaturalesen en polímerospolímeros en en contactocontacto con con alimentosalimentos

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.

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

Los antioxidantes naturales en el polímero pueden tener paralelamente una acción positiva actuando como antioxidantes del alimento envasado

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Liberación de antioxidantes en polímeros. Liberación de antioxidantes en polímeros. Efecto de la concentración y del alimentoEfecto de la concentración y del alimento

time (days)

0 10 20 30 40

Abs

orba

nce

at 2

74 n

m

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.62.0% Catechin0.5% Catechin

Liberación de catequina en películas de EVOH en agua y en etanol 10% como medios simulantes de alimentos*

K=100

D=5·10-16 m2/s

time (days)

0 10 20 30 40

Abso

rban

ce a

t 274

nm

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6Water10% ethanol

K=100, D=5·10-16 m2/s

K=1000, D=1.5·10-16 m2/s

Efecto del medioEfecto de la concentración de catequina

* 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

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CapacidadCapacidad antioxidanteantioxidantede de películaspelículas activasactivas

time (days)

0 5 10 15 20 25 30

% D

PPH

· inh

ibiti

on

0

5

10

15

20

25

30Quercetin 1%, waterQuercetin 5%, waterQuercetin 1%, 10% ethanolQuercetin 5%, 10% ethanol

Capacidad de captación de radicales de películas activasexpuesto 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

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CapacidadCapacidad antioxidanteantioxidantede de películaspelículas activasactivas

Control de la generación de hexanal en cacahuetesenvasados con envases activos*

-500

500

1500

2500

3500

4500

5500

day5 day20 day45

n-he

xana

l pea

k ar

ea (a

.u.) Blank

Q1%Q5%Cat.0.5%Cat.2%

* 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 Envases que liberan o retienen componentes en el producto o envasecomponentes en el producto o envase

• Olores a aminas en pescado • Aldehídos de aceites y fritos……….

Absorción de vapores orgánicos

Absorción de sustancias indeseables• Limonina (principio amargo) en zumos cítricos • Colesterol y lactosa en leches…………..

Liberación de componentes aromáticos para corregir la retención por el envase o para potenciarlo

Liberación de antioxidantes • Control del oxígeno residual en espacio de cabeza• Control de la oxidación de lípidos

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Control de colesterol en lecheControl de colesterol en leche

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

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Envases antimicrobianosEnvases antimicrobianos

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

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…)• …………………………….

Alternativa envases activos antimicrobianos

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Envases antimicrobianosEnvases antimicrobianos

Envases con capacidad de emisión o eliminación de compuestos volátiles antimicrobianos

• Secuestradores de oxígeno• Emisores de óxido de cloro • Fungicidas (etanol, imazalil, 2-nonanona…)

Envases que liberan sustancias en el alimento• Bacteriocinas (nisina, ...)• Tioisocianato de alilo• Benzoato, sorbato ...

Envases que evitan el crecimiento de microorganismos por contacto

• Sales de plata en zeolitas

Materiales antimicrobianos (quitosano, alginatos, poliamidas irradiadas...)

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Envase activo con actividad Envase activo con actividad antifúngicaantifúngica para fresas silvestrespara fresas silvestres

Tarrina de PP/EVOH/PP (capacidad 125 mL)

Tapa termosoldada(film de PP microperforado)

SISTEMA ACTIVO(bolsa de film continuo PE metalocénico conteniendo el antifúngico impregnado en soporte emisor )

Almenar E., Del Valle V., Catalá R., Gavara R.J. Agricultural Food Chemistry 55/6, 2240-2254, 2007

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Envase activo con actividad Envase activo con actividad antifúngicaantifúngica para fresas silvestrespara fresas silvestres

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 1 2 3 4Días a 22 ºC

Evol

ució

n co

loni

a (c

m2 )

Control

Tenax + 10 µL 2-nonanona

Alúmina + 10 µL 2-nonanona

Alúmina + 5 µL 2-nonanona

10 días a 10 ºC con2,5 μL 2-nonanona

10 días a 10 ºC sin2,5 μL 2-nonanona

Efecto de la 2-nonanona en el crecimiento de Botrytis Cinerea

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Envases inteligentesEnvases inteligentes

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

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Sistemas inteligentesSistemas inteligentes

Sistemas portadores de datos:• Códigos de barras• Identificación por radio frecuencia

Indicadores en el envase:• Indicadores tiempo/temperatura• Indicadores de contaminación microbiológica• Indicadores de gases• Biosensores

Etiquetas o rótulos que facilitan la información y comunicación para tomar las decisiones adecuadas par mantener la calidad, seguridad y vida útil

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Identificación por radio frecuencia Identificación por radio frecuencia (RFID)(RFID)

Pueden almacenar información técnica y comercial del producto, y también la información de otros dispositivos inteligentes-indicadores de temperatura, biosensores,…………….

Un emisor de radio frecuencia emite ondas para captarinformación en un dispositivo de radio frecuencia en el envase, pasando la información a un sistema de control

TrazabilidadTrazabilidad

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Indicadores tiempo/temperaturaIndicadores tiempo/temperatura

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 críticaIndicadores de historia térmica parcialIndicadores de historia térmica completa

Etiqueta autoadhesiva Fresh-Check 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 Indicador de contaminacicontaminacióón microbioln microbiolóógicagica

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

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BiosensoresBiosensores

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