Envases Activos E Inteligentes 134c3j

INGENIERÍA BIOQUÍMICA

INGENIERÍA DE ALIMENTOS Prof. Marco Antonio Domínguez Reyes

ENVASES ACTIVOS Y ENVASES INTELIGENTES

César Alfredo Domínguez Gabriel Grupo A

Semestre 7°

Morelia mich. a 30 de Mayo de 2016 CONTENIDO INTRODUCCIÓN................................................................................................... 3 DESARROLLO...................................................................................................... 4

ENVASES ACTIVOS........................................................................................... 4 Estructura....................................................................................................... 4 Modos de incorporación del agente activo..........................................................6 Clasificación de los envases activos......................................................................7 Envases activos con sistemas de absorción............................................................8 

Abordadores de O2.................................................................................... 8

Absorbedores de etileno............................................................................. 9 Absorbedores de humedad.........................................................................9 Absorbedores de dióxido de carbono..........................................................10 Eliminadores de aldehídos........................................................................10 Eliminadores de acetaldehidos..................................................................10 Eliminadores de sulfuros...........................................................................10 Eliminadores de sabor amargo..................................................................10 Absorbedores de lactosa y colesterol..........................................................11 Envases activos con sistemas emisores o liberadores............................................11 Emisores de agentes antimicrobianos.........................................................11 Emisores de aditivos alimentarios y aromatizantes....................................12 Emisores de biocidas - plaguicidas.............................................................12 ENVASES INTELIGENTES................................................................................... 13 Clasificación de los envases inteligentes..............................................................13 Indicadores de tiempo y temperatura...........................................................13 Indicadores de calidad microbiológica.........................................................15 Indicadores de O2, CO2 u otros gases en la atmósfera del alimento...............15 Indicadores de frescura............................................................................. 16 Indicadores/detectores de fuga...................................................................17 Otros tipos de envasado inteligente..................................................................17 CONCLUSIÓN..................................................................................................... 18 BIBLIOGRAFÍA.................................................................................................... 19

INTRODUCCIÓN Uno de los mayores retos de la industria de los alimentos es la conservación de los mismos, es decir, evitar que sean atacados por microorganismos, agentes 2

físicos y químicos del ambiente que los descompongan acarreando pérdidas económicas y daños graves a la salud de los consumidores. En la actualidad, la competencia en la industria alimentaria es muy elevada y cualquier empresa que no ofrezca la calidad en sus productos está puede llegar al fracaso. Los consumidores exige cada vez más y por lo tanto la industria se mantiene ofreciendo lo que en el mercado se demanda como; calidad, seguridad e inocuidad. Por lo que una de las principales etapas que se deben mejorar es el envasado, pues de ello dependerá la incidencia de cada uno de los factores a los alimentos, una vez que este salga de la fábrica o durante su procesado. La mayoría de las empresas de alimentos emplean envases primarios que son considerados pasivos, pues su función solo se limitaba a la protección contra el oxígeno, humedad, comunicación, contención y seguridad en el transporte de los alimentos. Sin embargo, esto ya no es aplicable para los tiempos modernos y futuros pues se deben optimizar dichos envases para que los alimentos además de cubrir las funciones básicas mencionados anteriormente, cubran con las demandas nutricionales de los consumidores y se prolonguen por mucho más tiempo dichas propiedades y por tanto los alimentos. En los siguientes apartados se mencionaran cada uno de los tipos de envases emergentes que se están desarrollando como tecnologías alternativas para la conservación de alimentos, de los cuales se analizaran sus funciones, clasificación aplicaciones, materiales utilizados como agentes activos en cada uno ellos, así como algunas de sus ventajas, esto con la finalidad de mostrar el panorama de las nuevas formas de envasado y poder conocer más afondo de cómo cada uno de ellos interaccionan con los alimentos y permiten su conservación.

DESARROLLO Para comenzar a analizar cada uno de los tipos de envases, es importante aclarar la diferencia entre cada uno de ellos debido a que dichos envases tienen varias similitudes pero también diferencias, para poder establecer las principales diferencias se menciona que un envase activo interacciona con el producto o con 3

su entorno para mejorar uno o más aspectos de su calidad o seguridad, y el envase inteligente es capaz de registrar y suministrar información relativa al estado del envase y/o producto. Cada uno de ellos se analizara con más detalle en los siguientes apartados. ENVASES ACTIVOS Es un sistema inteligente que involucra interacciones entre el envase o los componentes del envase con el alimento o la atmosfera interna de ellos y tienen la propiedad de cambiar sus condiciones con el fin de extender la vida de anaquel y mejorar la seguridad y propiedades sensoriales de los alimentos manteniendo así la calidad del producto envasado. Estructura En la figura 1, se muestra un diagrama sobre la estructura de los envases activos, en donde es posible observar las interacciones entre el producto, el envase y su contorno. Figura 1. Estructura de los diferentes tipos de envases activos.

La sustancia activa puede estar presente en: 

El interior del envase separado del alimento envasado.

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Se presenta en pequeñas bolsas o etiquetas de material permeable, que se introducen en el envase. 

Formando parte del material de envase.

Puede estar retenido en la superficie o incorporado en el interior. Pero para este último caso existen algunas ventajas y desventajas para su uso los cuales se especifican en la tabla 1. Tabla 1. Ventaja y desventajas cuando el agente activo forma parte del material de envase. Ventajas No hay ningún dispositivo visible ni manipulable por el consumidor El envasado se realiza con los equipos convencionales.

Desventajas El agente activo debe ser compatible con los procesos de elaboración del envase Puede haber procesos de migración no deseados que puedan inducir toxicidad. El agente activo no debe actuar hasta el momento del envasado.

Modos de incorporación del agente activo. Es importante mencionar que cuando el agente activo forma parte del material de envase, esté es incorporado por diferentes métodos los cuales son: 5

o Mezclado por extracción; es la adicción del agente y mezclado con el polímero fundido. o Mezcla en polímeros por extracción; en donde se introduce el agente en un polímero compatible y se mezcla en fundido con otro polímero no miscible o se incorpora el agente disuelto o sorbido en una micro/nanopartícula que se mezcla en fundido con el polímero.

o Por recubrimientos activos; los cuales permiten incorporar el agente activo en una fina capa próxima al alimento (barnices en bases solvente, emulsiones acuosas de polímeros vinílicos y acrílicos). El recubrimiento se obtiene por evaporación del disolvente.

o Multicapas; el agente activo se adiciona en una multicapa, en donde la coextracción y la laminación permite disponer el agente en una capa intermedia.

Clasificación de los envases activos Los envases activos se pueden clasificar en tres categorías principales: 6

 Sistemas de absorción: en donde se usa películas o bolsas para remover los gases o sustancias indeseadas de los envases, como O 2, CO2, humedad y etileno para poder alcanzar una atmosfera interna favorable. En este tipo de envases se produce una transferencia de masa desde el contenido del envase al sistema activo (absorbedor de oxígeno, de etileno, de humedad). Figura 2. Sistemas absorbentes.

 Sistemas de emisión: en esta tecnología se añade compuestos deseados como; etanol, CO2, antimicrobianos, antioxidantes, enzimas, sabores y nutracéuticos para proteger y mejorar la calidad del producto. Figura 3. Sistemas emisores.

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 Otros sistemas: estos sistemas incluyen tecnologías como: auto calentamiento o enfriamiento, indicadores de temperatura, receptor de microondas y películas selectivamente permeables. Figura 4. Sistemas con efecto térmico

Envases activos con sistemas de absorción Abordadores de O2  Los materiales o artículos utilizados como absorbedores de oxígeno en los envases activos contienen productos químicos que eliminan el oxígeno residual de la atmósfera que rodea el producto alimenticio. La exposición al oxígeno puede provocar:   

El crecimiento microbiológico en la comida (por ejemplo; moho y bacterias aerobias). Cambios químicos en la comida (por ejemplo; rancidez, cambios en la composición nutricional o un cambio en la apariencia de la comida) Cambios fisiológicos.

Los absorbedores de oxígeno se pueden utilizar en forma de una bolsita, de una etiqueta, de un cierre o mediante la incorporación en una película de polímero o botella. Ejemplos de principios de este tipo de tecnología, incluyen hierro o complejos de hierro, película de nylon con un catalizador de cobalto, ácido ascórbico, sales de sulfito y las enzimas como la glucosa oxidasa y la alcohol oxidasa, el ácido ascórbico, la glucosa oxidasa, el alcohol oxidasa, reacción del oxígeno con ácidos grasos insaturados en presencia de un catalizador de metal de transición. Figura 5. Envase con sistema de absorbedor de oxígeno. 8

Ejemplo de áreas de uso: queso, productos de pastelería, confitería, frutos secos, leche en polvo, café, té, frijoles, cereales, pizza, pasta, productos cárnicos, alimentos secos, listos para consumir productos y bebidas. 

Absorbedores de etileno

El Etileno es una hormona de crecimiento natural de la planta, es la clave para el proceso de maduración de las frutas y verduras. Se libera durante la respiración y conduce el proceso de maduración en sí. Por lo tanto, es importante evitar un exceso de este gas con el fin de prolongar la vida útil de los productos envasados. Los absorbedores de etileno se pueden usar en sobres o incorporados en una película de polímero. Los mecanismos de acción incluyen el uso de permanganato de potasio o adsorción sobre carbón activado, zeolitas, arcillas y otros minerales. Ejemplo de áreas de uso: Frutas como manzanas, albaricoques, plátano, mango, pepino, tomates, aguacates, verduras como las zanahorias, las patatas y las coles de Bruselas. 

Absorbedores de humedad

Los absorbedores de humedad se utilizan para controlar la humedad de los alimentos sensibles a la humedad. La presencia de un absorbedor de humedad reduce la condensación que se forma en la superficie de los materiales utilizados para envasar alimentos que respiran como las frutas y verduras y alimentos con un alto contenido de agua. Los absorbedores de humedad se utilizan en forma de almohadillas absorbentes y bolsitas que contienen sal o geles de sílice, o pueden ser incorporados en las películas de polímero como las arcillas, glucosa, y glicol de propileno. 9

Ejemplo de áreas de uso: Productos de panadería, carne, pescado y aves de corral, platos listos para comer, aperitivos, cereales, alimentos secos, trozos de frutas y verduras. 

Absorbedores de dióxido de carbono

El dióxido de carbono se forma en algunos alimentos debido a la deterioración y las reacciones de respiración. El dióxido de carbono producido tiene que ser eliminado del envase para evitar el deterioro de los alimentos y/o del envase. Los absorbedores de dióxido de carbono pueden contener hidróxido de calcio, hidróxido de sodio o hidróxido de potasio, óxido de calcio y gel de sílice. Ejemplo de áreas de uso: café tostado, carnes frescas y pescados, frutos secos y otros productos de aperitivo y bizcochos 

Eliminadores de aldehídos

La oxidación de las grasas y aceites forma aldehídos que pueden dar lugar a sabores desagradables en los alimentos altos en grasa. Los aldehídos se pueden eliminar mediante la inclusión de sulfato de sodio u otros sulfatos inorgánicos, tocoferoles tales como la vitamina E y zeolitas de aluminosilicatos sintéticos. 

Eliminadores de acetaldehidos

La eliminación de los acetaldehídos por lo general se consigue bien a través de una reacción del acetaldehído con una funcionalidad amina, amida o imina o bien utilizando un catalizador de oxidación, como el octanoato de cobalto o cobalto de naftalato. 

Eliminadores de sulfuros

Otro tipo de eliminadores/absorbedores de olor lo constituyen los eliminadores de sulfuros generados por ejemplo en la descomposición de las aves de corral. 

Eliminadores de sabor amargo

Los envases activos también pueden ayudar a eliminar el sabor amargo de la naringinasa o del limoneno que aparece en los zumos de frutas durante su proceso de pasteurización y posterior almacenamiento, a partir de la incorporación de una capa de acetato de celulosa con enzimas específicas. 

Absorbedores de lactosa y colesterol 10

La incorporación de la enzima lactosa en el material del envase hidroliza la lactosa para formar glucosa, mientras que la incorporación de colesterol reductasa convierte el colesterol a coprosterol, que no es absorbido por el intestino y es eliminado del cuerpo. Ejemplo de áreas de uso: alimentos que pueden ser fácilmente oxidados, como proteínas, las grasas en los productos de pescado, aperitivos y zumos de frutas, productos lácteos.

Envases activos con sistemas emisores o liberadores  Emisores de agentes antimicrobianos. En este caso, los agentes antimicrobianos se incorporan directamente en películas del envase. Por lo tanto, el material de envase puede servir como una fuente que libere conservantes o agentes antimicrobianos, o incluso prevenir el crecimiento de microorganismos mediante la presentación de propiedades antimicrobianas por sí mismo. Entre las diferentes sustancias que se usan como agentes antimicrobianos se encuentran:      

Productos alimentarios como el etanol. Los aditivos alimentarios como; polioles, alcoholes de azúcares, ácidos orgánicos y sales (sorbatos, benzoatos, propionatos). Antimicrobianos, tales como la nisina, natamicina y pediocina. Sustancias como imazalil, triclosan. Conservantes de origen natural. Pesticidas o biocidas

El uso de materiales con agentes antimicrobianos puede ser divido en dos tipos: Los que desde una sustancia activa migran a la superficie de los alimentos. Los que son eficaces contra el crecimiento microbiano sin producirse migración hacia la comida. La liberación de sustancias se logra convencionalmente mediante la adición de una bolsita permeable o porosa que contiene las sustancias en el envase, mientras que algunos conservantes pueden incorporarse en el interior de las capas intermedias o encapsuladas para conseguir una liberación lenta en la comida.

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Ejemplo de áreas de uso: Carne, frutas sin procesar, diversos alimentos elaborados y sin elaborar, productos de panadería, productos de pescado seco. 

Emisores de aditivos alimentarios y aromatizantes

Una función de un envase activo puede ser la emisión de conservantes, saborizantes, antioxidantes, iones metálicos-y gases. Ejemplos de sustancia utilizada, son saquitos con metabisulfitos de sodio en las uvas frescas, en donde los sulfitos se evaporan, y de dióxido de azufre funciona como un conservante en las uvas. Ejemplos de áreas de uso: whisky, vino y otras bebidas alcohólicas 

Emisores de biocidas - plaguicidas

Algunas sustancias que normalmente son consideradas como plaguicidas o biocidas han sido reconocidas en su uso en envases activos. Un ejemplo es la adición del compuesto triclosán que se usa con la intención de prevenir o retrasar la acumulación de biopelículas en las superficies de o con alimentos. Ejemplo de áreas de uso: frutos secos, alimentos ensacados como arroz, granos, harina. Ventajas de los envases activos     

Conservación adecuada del alimento, alargando su vida útil y manteniendo su calidad y salubridad a lo largo del ciclo de distribución. Mejora la aceptación del consumidor, al evitar la adicción directa de conservantes o aditivos al alimento. Reducción de costes logísticos, al permitir ofrecer los productos con mayor plazo de caducidad con una menor rotación. Favorece la exportación, ya que será posible que los productos envasados lleguen más lejos con la calidad óptima. Ventajas medioambientales, al permitir la reducción del número de unidades de producto envasado desechadas.

ENVASES INTELIGENTES En el siguiente apartado se detallaran los de envases inteligentes que son considerados un caso especial de los envases activos, debido a que estos no solo ofrecen protección al contenido y poder alargar la vida útil de nuestros alimentos, sino que además incorporan algún sistema que monitoriza y comunica información 12

útil de las propiedades y/o estado del alimento envasado, calidad, manejo, transporte o almacenamiento al que han sido sometidos, e incluso información acerca de su procesamiento. Como se mencionó anteriormente los envase inteligentes aportan información y facilitan el consumo final por lo que: La información que aportan se divide en dos tipos: 



La información pasiva: es la que se incorpora en forma escrita o a través de símbolos en el envase, y que constituye la base informativa mínima que el envase deberá entregar al consumidor, y es la información ya sabida al momento de que el contenido se envaso. La información activa: es la que se incorpora al envase en etapas posteriores al envasado, al ir recorriendo las distintas etapas de la distribución, transporte, acopio y/o manipulación. Según ocurran o no ciertas situaciones o condiciones en la distribución, los envases inteligentes tienen la capacidad de “registrar” estos eventos.

Clasificación de los envases inteligentes. Entre ellos se encuentran dispositivos con diversas aplicaciones y maneras de recoger y mostrar la información y podríamos clasificarlos en los siguientes:   

Indicadores de tiempo y temperatura (TTI). Indicadores de calidad microbiológica. Indicadores de oxígeno (O2) y dióxido de carbono (CO2) u otros gases en la atmosfera del alimento.

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Indicadores de tiempo y temperatura

Si los productos alimenticios perecederos se almacenan por encima de la temperatura de almacenamiento requerida, se produce un rápido crecimiento microbiano y el producto se echa a perder antes incluso de la fecha preferente de consumo o caducidad. Los Indicadores de tiempo-temperatura (TTI) muestran el historial de la temperatura a lo largo de la cadena de distribución, dando por lo tanto información indirecta sobre la calidad del producto. El historial tiempo-temperatura se visualiza como un cambio de color o el movimiento del color. Los Indicadores de tiempotemperatura que se encuentran disponibles comercialmente se basan en diversos mecanismos de reacción (polimerización, difusión o reacción enzimática). Existen dos tipos de dispositivos: 13





Los que reflejan el efecto acumulativo del tiempo y la temperatura por la exposición del producto a temperaturas superiores a un nivel crítico, son conocidos por sus siglas en inglés TTI Los que indican si el producto ha sido sometido por debajo o por encima de un valor umbral o TI.

Generalmente, los podemos encontrar en forma de;   

Etiquetas, las cuales actúan por diferentes reacciones de tipo físico-químico o enzimática. Historia parcial, los cuales registran los cambios de temperatura al exceder una temperatura umbral. Historia completa, los cuales registran independientemente de la temperatura crítica.

Se pueden mencionar muchas marcas en el mercado como 3M monitormark, Onvu, TTsensor TM, Checkpoint etc. Figura 6. Indicador de tiempo y temperatura.

Ejemplo de áreas de uso: platos preparados, carnes, pescados, aves de corral y bebidas 

Indicadores de calidad microbiológica

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Estos indicadores se basan en la identificación de diferentes metabolitos volátiles generados por el crecimiento microbiano en el alimento, tales como CO 2, acetaldehído, amoníaco, alcoholes y ácidos grasos, así como a la variación de acidez (pH) debido al crecimiento microbiano. Entre los sistemas de este tipo que se comercializan hoy en día podemos mencionar: Food Sentinel System, Sensor Q. Figura 6. Sensor Q.

 Indicadores de O2, CO2 u otros gases en la atmósfera del alimento Entre sus funciones principales se encuentra la de determinar algún tipo de fuga dentro del empaque de alimentos con atmosferas controladas, y también para la determinación de la frescura de los alimentos como en el caso de la identificación de etileno en frutas. Entre los empaques de este tipo que se están comercializando actualmente podemos mencionar: 

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Ageless Eye, el cual es un indicador de oxígeno especialmente utilizado para ver si un empaque en ausencia de oxígeno sigue manteniendo su atmósfera inicial. Ripesense, el cual es un indicador de la atmosfera que se genera debido a la maduración de la fruta.

Figura 7. Indicador/ detector de gases.

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Indicadores de frescura

Los indicadores de frescura indican directamente la calidad microbiana del producto mediante la reacción de los metabolitos volátiles producidos en el crecimiento de microorganismos. Los métodos empleados para indicar la frescura del alimento son como por ejemplo: dióxido de carbono, diacetilo, aminas, amoniaco, etanol y sulfuro de hidrógeno. Figura 8. Indicador de frescura (RIpesense ®):



Indicadores/detectores de fuga

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Un indicador de fuga adjunto al envase da información sobre la integridad del mismo a lo largo de la cadena de distribución. Para muchos productos perecederos, la exclusión de oxígeno y una alta concentración de dióxido de carbono mejora la estabilidad del producto evitando el crecimiento de microorganismos aerobios. En estos casos, si se produjese una fuga se deterioraría la protección de la atmósfera del envase. Un típico indicador visual de oxígeno se basa en el uso de redox, como por ejemplo azul de metileno, base de las enzimas oxidativas. Además de estos componentes principales, se añaden compuestos tales como un disolvente (normalmente agua y / o un alcohol) y agente de carga (por ejemplo, zeolita, gel de sílice, materiales de celulosa, polímeros) para el indicador. El indicador puede ser formulada como una tableta, una etiqueta, una capa impresa, o también puede ser laminado en una película de polímero. Figura 7. Indicador o detector de figas.

Otros tipos de envasado inteligente Otros sistemas inteligentes de envasado menos usuales, que aún están en proceso de desarrollo son:     

Sensores de color Indicadores de golpes Sensores de autenticidad RFID identificación por Radio Frecuencia Envase para cocción de alimentos.

CONCLUSIÓN Con las nuevas formas de vida de las personas y por consiguiente el constante cambio de las formas de alimentación, como es el caso del consumo de alimentos frescos, de calidad nutricional, libre de aditivos químicos, con tratamientos del 17

procesado cuidadoso para evitar su contaminación etc., son algunas de las demandas de los consumidores, por ello es importante la creación de nuevas formas de envasado, el cual reemplace el tipo tradicional, y de esa forma poder optimizar la conservación de los alimentos y por lo tanto que estos cubran las necesidades de los consumidores. Cada vez más los envases activos y con ellos los inteligentes se están aplicando a los alimentos envasados en las fábricas, debido a que con ellos, los costos de producción se minimizan debido a la reducción de alimentos desperdiciando durante y al final del procesado, además porque ayuda a conservar el alimento por mucha más tiempo que un envase convencional. Para mi punto de vista este tipo de tecnología es emergente y llamativo, pues con ello los alimentos obtenidos de diferentes fuentes ( campo, ganado, derivados marinos etc.), reducen su desperdicio, ya que en la actualidad los alimentos envasados con envases tradicionales se desperdician bastante en todo el mundo, además es de suma importancia el desarrollo y aplicación de estos nuevos envases pues con ello la demanda de materia prima se reduce debido a que los alimentos pueden ser utilizados con un tiempo mayor y con las propiedades nutricionales perduran en el alimento, como si fuese recién obtenido. Además con el uso de estos envases, se puede disminuir las enfermedades trasmitidas por alimentos que son causadas principalmente por microorganismo presente en él y al detectarse a tiempo podría ser una gran ayuda. .

BIBLIOGRAFÍA  Pineda D. Vásquez G. (2014). Envases Inteligentes en la Industria de Alimentos. Ministerio de economía. EL SALVADOR. Edición: Licda.  Fernández C. (2009). ENVASES ACTIVOS para alargar la vida útil del producto. ITENE. UNION EUROPEA.

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