Opakowania inteligentne

Zgodnie z Rozporządzeniem Komisji (WE) nr 450/2009 z dnia 29 maja 2009 r.

opakowania inteligentne „dostarczają użytkownikowi informacji na temat stanu żywności”⁵⁶. Opakowania inteligentne dzielimy na trzy podzespoły⁵⁷:

1. Monitorujące jakość tj. wskaźniki:

 świeżości (wskaźniki wewnętrzne) w tym:

o wskaźniki pośrednie – detektory tlenu oraz pozostałych gazów (wskazujące na nieszczelność opakowań);

o wskaźniki bezpośrednie – wykrywają drobnoustroje (wskazujące zepsucie mikrobiologiczne);

 temperatury i czasu (wskaźniki zewnętrzne).

2. Służące wygodzie użytkownika.

3. Chroniące przed zniszczeniem lub kradzieżą.

Istotą inteligentnych systemów jest stałe monitorowanie oraz komunikowanie o zachodzących zmianach na różnych etapach życia produktu. Są cennym dorobkiem technologicznym nie tylko dla odbiorcy finalnego – konsumenta, ale również dla całej branży logistycznej. To właśnie dzięki takim rozwiązaniom, udaje się wykluczyć szereg błędów zachodzących na etapie magazynowania oraz przemieszczania produktu.

Przeglądając popularnonaukowe artykuły zamieszczone w Internecie, można napotkać na zamienne używanie pojęć opakowań aktywnych i inteligentnych. Jest to zbyt daleko idące uogólnienie, które mocno deprecjonuje ich rzeczywiste role. W największym możliwym uproszczeniu: aktywne opakowania to ochrona i przechowywanie produktu, natomiast opakowania inteligentne – komunikacja i udogodnienia (poręczność)⁵⁸.

Rosnące zainteresowanie rynkiem inteligentnych rozwiązań dla opakowalnictwa przekłada się na realne kwoty. Firma Nanomarkets szacuje, iż obecnie globalny rynek opakowań inteligentnych osiąga poziom 14 mld dolarów⁵⁹.

56Rozporządzenie Komisji (WE) NR 10/2011 z dnia 14 stycznia 2011 r. w sprawie materiałów i wyrobów z tworzyw sztucznych przeznaczonych do kontaktu z żywnością, (Dz.U. 2010 nr 136 poz. 914).

57R. Cierpiszewski, Opakowania aktywne i inteligentne, [w:] Kierunki rozwoju opakowań, red.

Wasiak W., Polska Izba Opakowań, Warszawa 2014, s. 135.

58Nithya C., Intelligent Packing, http://www.slideshare.net/nithyac12/intelligent-packaging, data odczytu: 20.01.2016 r.

59Co potrafią inteligentne opakowania?, http://www.blog.mediafun.pl/foto/2007 – 09/prokreacja.pdf, data odczytu: 22.01.2016 r.

30

Istotą inteligentnych systemów jest wkomponowanie substancji, które dadzą optyczny wyraz zachodzących problemów z jakością od razu po ich zaistnieniu. Detektory gazów (najczęściej tlenu), szczególnie pożądane są w przypadku produktów pakowanych próżniowo. Wyróżniamy⁶⁰:

 wskaźniki oparte na reakcjach red – oks;

 wskaźniki wykorzystujące reakcje kompleksowania;

 wskaźniki luminescencyjne;

 wskaźniki oparte na zmianach fizykochemicznych gazów wewnątrz opakowania.

Najpowszechniejsza grupa to wskaźniki oparte na reakcjach red – oks (reakcje tlenu z barwnikami, głównie z błękitem metylenowym) – tzw. wskaźniki kolorymetryczne. Często występują w parze z aktywnymi pochłaniaczami gazów, omówionymi w poprzednim podrozdziale⁶¹. Doskonałą egzemplifikacją atrakcyjnego przedstawienia obecności tlenu w opakowaniu jest wskaźnik Ageless – Eye (niestarzejące się oko). Kolor różowy oznacza brak obecności tlenu (maksymalnie 0,1%). W ciągu 5 minut od dostania się tlenu do wnętrza opakowania, kolor stopniowo będzie zmieniał swoją barwę na niebieską, dając cenną informację konsumentowi na temat zawartego w nim produktu (zawartość tlenu 21%). Prezentacja produktu na poniższej fotografii (Rys. 6.).

Rys. 6. Ageless – Eye (niestarzejące się oko) Źródło: Oxygen Indicator Tablets,

http://www.conservationsupportsystems.com/product/show/oxygen-indicator- eyes-tablets/oxygen-indicators, data odczytu: 19.01.2016 r.

60Cierpiszewski R., Opakowania aktywne i inteligentne, [w:] Kierunki rozwoju opakowań, red.

Wasiak W.,

Polska Izba Opakowań, Warszawa 2014, s. 139.

61Korzeniowski R., Ankiel – Homa M., Czaja – Jagielska N., Innowacje w opakowalnictwie, Wydawnictwo Uniwersytetu Ekonomicznego, Poznań 2011, s. 103.

31

Zgodnie z rozporządzeniami producent umieszcza informację, iż nie jest to produkt przeznaczony do spożycia. Cena na stronie internetowej jednego z dystrybutorów to około 1,4 $, co jak na europejskie warunki znacznie zawyżyłoby cenę samego pakowanego produktu (sprzedawane w komplecie z żelazowymi pochłaniaczami tlenu Ageless)⁶².

Obok wskaźników kolorymetrycznych są także wskaźniki luminescencji, które choć umożliwiają precyzyjny pomiar, powszechnie nie przyjęły się ze względu na barierowe koszty, koniecznego do odczytu sprzętu analitycznego ⁶³ . Istotne w monitorowaniu szczelności opakowania, są także wskaźniki informujące o obecności dwutlenku węgla. Japoński producent deserów „thong yod” zaproponował etykietę, która wykorzystuje mieszaninę błękitu bromotymolowego oraz czerwieni metylowej w etylenie.

Etykieta w przypadku braku wykrywalności CO2 barwi się na zielono. Obecność gazu objawia się w postaci koloru czerwonego. Barwa żółta ostrzega konsumenta, iż mógł rozpocząć się proces psucia produktu i należy zachować konieczne środki ostrożności⁶⁴.

Innowacyjnym wskaźnikiem używanym do detekcji gazów jest również RipeSense, wykrywający lotne związki uwalniane przez dojrzewające owoce i na tej podstawie określający stan świeżości produktu. Zmiany zachodzą w atmosferze opakowanego produktu i są zupełnie naturalnym procesem nie mającym nic wspólnego z rozszczelnieniem opakowania. Wskaźnik ten wyprodukowano docelowo dla gruszek.

Pozwala on ocenić, w jakim stadium dojrzewania znajdują się owoce (chrupiące, jędrne, soczyste)⁶⁵. Na Rys.7. dokonano prezentacji produktu zapakowanego z użyciem wskaźnika RipeSense, wraz z objaśnieniem kolorystycznych zmian.

62Oxygen Indicator Tablets, http://www.conservationsupportsystems.com/product/show/oxygen indicator- eyes-tablets/oxygen-indicators, data odczytu: 19.01.2016 r.

63Cichoń M., Lesiów T., Zasada Działania Innowacyjnych opakowań inteligentnych w przemyśle żywnościowym, [w:] Nauki Inżynierskie i technologie, 2013 , 2(9) , s. 19.

64Ibidem, s.18.

65http://www.ripesense.co.nz/ripesense_howitworks.html, data odczytu: 18.01.2016 r.

32

Rys. 7. Wskaźnik RipeSense

Na osi poziomej: czas w jakich gruszka pozostaje w temperaturze pokojowej, na osi pionowej: ocena stanu (soczysty – kolor żółty; jędrny – kolor pomarańczowy;

chrupiący – kolor czerwony).

Źródło:http://www.ripesense.co.nz/ripesense_howitworks.html, data odczytu: 10.01.2016 r.

Wskaźniki bezpośrednie, to druga grupa wskaźników świeżości informująca o zmianach jakościowych zachodzących w produkcie (najczęściej spadek jakości wiążę się z rozwojem drobnoustrojów). Można je podzielić na⁶⁶:

 wskaźniki wykorzystujące zmiany w pH;

 wskaźniki uaktywniane przez lotne związki azotu;

 wskaźniki wykrywające obecność siarkowodoru;

 wskaźniki informujące o rozwoju drobnoustrojów.

Prawidłowe pH produktu to kwestia kluczowa dla jego świeżości. W środowiskach kwaśno – słodkich, doskonale rozwijają się pleśnie oraz drożdże. Produkty o niższych wartościach kwasowości, przy pH powyżej wartości 4,5, w środowisku beztlenowym mogą spowodować rozwój mikroorganizmów Clostridia, odpowiedzialnych m.in. za produkcje toksyny botulinowej⁶⁷.

Przemysł spożywczy zdaje sobie sprawę z powagi sytuacji i konieczności stosowania właściwych opakowań dla właściwych produktów. Zmiana pH najczęściej pociąga za sobą zwiększone wydzielanie ditlenku węgla, a jego optyczne wykrycie możliwe jest dzięki zastosowaniu barwników (m.in. błękitu bromometylowego, czerwieni metylowej). Do detekcji siarczków oraz lotnych amin azotu, służą rozwiązania FreshTag

66Korzeniowski A., Ankiel – Homa M., Czaja – Jagielska N., Innowacje w opakowalnictwie, Wydawnictwo Uniwersytetu Ekonomicznego, Poznań 2011, s. 107.

67Cichoń Z., Nowoczesne opakowalnictwo żywności, Ossolineum, Wrocław – Warszawa – Kraków 1996, s. 20 – 21.

33

oraz It’s Fresh⁶⁸. Poniżej (Rys. 8.) jedno z rozwiązań, które wykrywa obecność amoniaku.

W miarę wzrostu poziomu związków azotu w opakowaniu, kod kreskowy staje się coraz mniej wyraźny, aż do momentu całkowitego pokrycia, co uniemożliwia zakup nieświeżego produktu.

Rys. 8. Fresh Label

Źródło: Fresh Label, http://www.packagingoftheworld.com/2010/06/fresh-label.html, data odczytu: 19.01.2016 r.

Ostatnią grupą wymienionych wskaźników bezpośrednich są biosensory, wykrywające obecność bakterii chorobotwórczych takich jak np. Salmonella, czy Escherichia Coli. Podobnie jak w przypadku omawianych w powyższym punkcie nanokompozytów absorbujących tlen, również tu wykorzystuje się matryce polimerowe.

Pozwalają one na bezpieczne umieszczenie w produkcie przeciwciał, które reagują z toksynami i związkami bakterii chorobotwórczych. Przykładowy biosensor widoczny na poniższej fotografii (Rys. 9.). W momencie wzrostu koloni drobnoustrojów, uaktywniony polimer styka się z kodem produktu uniemożliwiając odczyt⁶⁹. Polimer raz odbarwiony nie

68Korzeniowski A., Ankiel – Homa M., Czaja – Jagielska N., Innowacje w opakowalnictwie, Wydawnictwo Uniwersytetu Ekonomicznego, Poznań 2011, s. 106 – 107.

69Ibidem, s. 107.

34

wraca do swojego pierwotnego koloru. Zgodnie z zapewnieniami wynalazców, cena etykiety z ukrytym polimerem, nie powinna przekraczać 4 centów⁷⁰.

Rys. 9. Food Sentinel System

Źródło: SIRA Technologies Food Sentinel System Thermal Barcode for Packaging, http://www.sustainableisgood.com/blog/2009/03/sirafoodsentinel.html, data odczytu:

19.01.2016 r.

Ostatnią grupą inteligentnych systemów monitujących świeżość są wskaźniki czasu i temperatury (TTI), informujące konsumenta o tym, jak i w jakich temperaturach przechowywany był produkt. Wskaźniki TTI, ulegają nieodwracalnym fizycznym, chemicznym, enzymatycznym oraz mikrobiologicznym zmianom. Jak na wskaźniki inteligentne przystało, zmiany jakie zaszły w produkcie muszą zostać wyrażone w sposób optyczny np. poprzez pojawienie się barwnego znaku/jego odbarwienie/zabarwienie na inny kolor, odkształcenie wskaźnika, czy też zabarwienie kodu kreskowego⁷¹. Dostarczają cennych informacji konsumentom, szczególnie w przypadku produktów wrażliwych na amplitudy temperatury. Stosowane wskaźniki TTI⁷²:

 wskaźniki krytycznej temperatury CTI – aktywujące się w momencie odchyleń od zadanej krytycznej temperatury;

70SIRA Technologies Food Sentinel System Thermal Barcode for Packaging,

http://www.sustainableisgood.com/blog/2009/03/sirafoodsentinel.html, data odczytu:

12.01.2016 r.

71Cierpiszewski R., Opakowania aktywne i inteligentne, [w:] Kierunki rozwoju opakowań, red.

Wasiak W., Polska Izba Opakowań, Warszawa 2014, s. 137.

72Korzeniowski A., Ankiel – Homa M., Czaja – Jagielska N., Innowacje w opakowalnictwie, Wydawnictwo Uniwersytetu Ekonomicznego, Poznań 2011, s. 100.

35

 integratory temperatury i czasu CTTI – informują, przez jaki okres czasu produkt był narażony na działanie temperatury wyższej, bądź niższej od założonej temperatury krytycznej;

 wskaźniki temperatury oraz czasu TTI – dostarczają całej historii temperatury, w jakiej przechowywany był produkt.

Zmiany optyczne, które może zaobserwować konsument, są efektem następujących reakcji⁷³:

 enzymatycznej hydrolizy tłuszczów;

 polimeryzacji;

 zwiększania kolonii bakterii fermentacji mlekowej.

Enzymatyczną hydrolizę tłuszczów wykorzystuje szwedzki wskaźnik CheckPoint TTI (Rys. 10.), wprowadzony do sprzedaży w 2006r. Zmiana koloru następuje po obniżeniu poziomu pH, które jest wywołane kontrolowaną enzymatyczną hydrolizą lipidowego podłoża (przy założeniu, iż produkt został wystawiony na działanie temperatury przekraczającej temperaturę kontrolną)⁷⁴.

Rys. 10. Wskaźnik temperatury i czasu CheckPoint TTI

Źródło: http://vitsab.com/index.php/tti – label/, data odczytu: 02.02.2016 r.

Według informacji producenta, jeżeli etykieta odbarwia się na pomarańczowo bądź czerwono, produkt prawdopodobnie został poddany działaniu zbyt wysokiej temperatury.

W przypadku wystąpienia mniej charakterystycznej barwy, blado żółtej/zielonej należy założyć, iż produkt przechowywany był w prawidłowy sposób. Kolor biały oznacza, iż etykieta nie jest aktywna i nie może prawidłowo wskazywać amplitud temperatury⁷⁵.

Drugą grupę wskaźników stanowią te, które pod wpływem dostarczonej energii przekształcają bezbarwny monomer w ciemnoniebieski polimer. Przykładowa etykieta z użyciem tego rodzaju TTI, została umieszczona na Rys. 11. Wadą wskaźnika jest jego

73Cichoń M., Lesiów T., Zasada Działania Innowacyjnych opakowań inteligentnych w przemyśle żywnościowym, [w:] Nauki inżynierskie i technologie, 2013 , 2(9) , s. 22.

74Han J.H., Innovations in Food Packaging, Elsevier Academic Press, Canada 2005, s. 560.

75http://vitsab.com/index.php/tti-label/, data odczytu 1.02.2016 r.

36

przedwczesne uaktywnianie się przy ekspozycji na działanie promieni UV. W tym celu etykiety z jednej strony pokrywa się filtrem odbijającym promieniowanie o określonej długości – nie jest to jednak rozwiązanie całkowicie skuteczne⁷⁶.

Rys. 11. Fresh – Check Indicator

Legenda: świeży (pusty okrąg), wciąż świeży (kółeczko częściowo pokryte barwą) świeży, lecz skonsumuj natychmiast (kółko tej samej barwy co otoczenie) świeżość nie może zostać zagwarantowana (wariant czarnej kropeczki wyraźnie odznaczającej się na tle

otoczenia).

Źródło: www.fresh-check.com, data odczytu 29.01.2016 r.

Francuska firma opracowała wskaźniki, których działanie polega na stymulacji kultur bakterii fermentacji mlekowej. Wzrost temperatury powoduje gwałtowny wzrost Lactobacillius, umieszczonych w formie żelu w polimerowej etykiecie (rozwiązanie z użyciem matryc polimerowych już kilkakrotnie było tu omawiane). Implikacją tego procesu jest wzmożone wydzielanie kwasu mlekowego, który obniża pH. Obniżone pH objawia się zmianą zabarwienia z barwy zielonej na fioletową⁷⁷.

Polski rynek nie może poszczycić się bogactwem stosowanych rozwiązań inteligentnych. Pionierem okazał się producent piwa Żywiec, wprowadzając termo aktywną etykietę, która po osiągnięciu odpowiedniego poziomu schłodzenia odsłania napis

„idealna temperatura do spożycia”. Podobne zastosowania wprowadziła swego czasu również Kampania Piwowarska, umieszczając na puszkach piwa Lech wskaźniki temperatury „zimny” oraz „super zimny”, dla których ustanowiono różną temperaturę graniczną. Znacznie częściej spotykamy się z omawianymi w poprzednim punkcie

76Cichoń M., Lesiów T., Zasada Działania Innowacyjnych opakowań inteligentnych w przemyśle żywnościowym, [w:] Nauki inżynierskie i technologie, 2013 , 2(9), s. 24.

77Ibidem, s. 25.

37

opakowaniami aktywnymi, głównie w formie absorberów tlenu, czy wilgoci, które znajdziemy w pakowanych mięsach. Dowodzi to, iż jest to dopiero początek drogi uświadamiania branży, iż klient nie jest jedynie jednostką generującą kolejną liczbę w przychodzie, ale przede wszystkim finalnym odbiorcą produktu, którego zdrowie i życie musi stać się priorytetem podmiotów dostarczających żywność. Leczenie jednego pacjenta zarażonego jadem kiełbasianym to koszt 15 tys. zł ⁷⁸ . Tymczasem większość dramatycznych sytuacji, można by uniknąć, jeżeli konsument jeszcze przed otwarciem opakowania mógłby zweryfikować jakość jego wnętrze. W przypadku produktów wrażliwych, łatwo psujących, stanowiących składnik diety dziecięcej, konsument nie tylko ma prawo, ile powinien komunikować sprzedawcy wszelkie odchylenia od normy.

Reklamacje to nie „natręctwo uporczywych klientów”, ale cenne informacje, które mają szansę zaowocować spojrzeniem producentów w stronę dostępnych na światowych rynkach efektywniejszych rozwiązań. Pozostaje mieć nadzieje, iż opakowania inteligentne, to nie tylko pobożne życzenie konsumentów, lecz czekająca w niedalekiej przyszłości codzienność.

W dokumencie Innowacje na rynku opakowań żywności (Stron 29-37)