Instituto de Agroqumica y Tecnologa de Alimentos

Ramn Catal, Pilar Hernndez-Muoz y Rafael GavaraInstituto de Agroqumica y Tecnologa de Alimentos. CSIC

Av. Agustn Escardino 7; 46980 Paterna (Valencia)e-mail: rcatala@iata.csic.es

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7 Reunin de la Sociedad Espaola de Seguridad Alimentaria.Granada, 14-15 octubre 2010

Envases activos e inteligentes, Envases activos e inteligentes, una respuesta a la demanda de una respuesta a la demanda de

calidad y seguridad de los alimentoscalidad y seguridad de los alimentos

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Envases activos e inteligentesEnvases activos e inteligentes

Envase convencional

Recipiente fabricado con cualquier material o combinacin de materiales cuyo fin es contener el alimento, actuando como barrera pasiva que separa el contenido del medio ambiente, evitando/ retrasando los efectos adversos del entorno para mantener la calidad y seguridad de los alimentos envasados

Envase activo-Envase inteligente

Sistema coordinado entorno//envase//producto envasado que acta/informa para mejorar/controlar la seguridad y la calidad del alimento envasado y alargar su vida til

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materiales y objetos activos: los destinados a prolongar la vida til o mejorar el estado del alimento envasados. Estn diseados para incorporar intecionadamente componentes que liberarn sustancias en el alimento envasados o en su entorno o absorbern sustancias del alimento o de su entorno

materiales y objetos inteligentes: aquellos que controlan el estado de los alimentos envasados o de su entorno

El Reglamento (CE) N

450/2009 (29/05/2009)* en su artculo 3 establece las siguientes definiciones:

Envases activos e inteligentes. Legislacin

* Modificacin del Reglamento (CE) N 1935/2004 (13/11/2004) que establece los principios generales para los materiales en contacto con alimentos

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TecnologTecnologas de envasado activoas de envasado activo

+

Aumentar la seguridadMantener la calidadAlargar la vida til

Tecnologas de envasado activo

Envase convencionalContiene y presenta el

producto y le protege de la alteracin microbiolgica,

deterioro fsico y contaminacin qumica

Envase activoAltera dinmicamente las condiciones del sistema

envase/alimento envasado

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Formas de actuaciFormas de actuacin de los n de los envases activosenvases activos

Modificacin de la composicin del espacio de cabeza

Materiales permselectivos Substancias que emiten o retienen gases o

vapores

Modificacin de la composicin o caractersticas del alimento

Liberan substancias en el alimento Retienen componentes del alimento

Regulacin de la temperatura del producto envasado

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FormaciFormacin del envase activon del envase activo

Presente en el interior del envase separado del alimento envasado

Formando parte del material de envase

Sustancia Activa

Se presenta en pequeas bolsas o etiquetas de material permeable, que se introducen en el envase

Retenido en la superficie o incorporado en el interior

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TecnologTecnologas de envases activosas de envases activosSistemas que retienen/eliminan componentes del alimento

Oxgeno, Humedad CO2 Etileno Aromas Sustancias indeseables

Sistemas que aportan componentes beneficiosos al alimento Antioxidantes Aromas Conservantes qumicos, CO2 Antimicrobianos Componentes funcionales

Otros sistemas activos Susceptores de microondas Envases autocalentables y autoenfriables Materiales con permeabilidad selectiva

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

El oxgeno participa en los procesos metablicos y bioqumicos de todos los alimentos (crecimiento de

microorganismos, respiracin en productos vegetales, procesos de pardeamiento, reacciones de oxidacin. ) La reduccin de la presencia de oxgeno limita el desarrollo de estas reacciones

Control de la entrada de oxgeno desde el exterior Materiales barrera

Absorbedores de O2

Eliminacin del oxgeno residual en el espacio de cabeza del envase y/o el producto

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Materiales activos Materiales activos comerciales para el control de Ocomerciales para el control de O22

Bolsas y etiquetas: - Ageless. Mitsubishi Gas Chemical Co. Inc., Japn- Freshmax. Multisorb Technologies Inc., EE.UU.- Freshilizer. Toppan Printing Co. Japn ..

Polmeros: - OS2000-Cryovac. Sealed Air, EE.UU.- OSP. Chevron Phillips Chemical Co., EE.UU. - Shelfplus. CIBA Specialty Chemicals, Gran Bretaa- Oxyguard. Toyo Seikan Kaisha, Japn - Amosorb. Colormatrix Corp., Gran Bretaa- ZerO2. CSIRO-FSA, Australia

Agentes activos: Metales y xidos metlicos -Fe, FeO, Mn, Zn-; cido ascrbico; cidos grasos insaturados; enzimas (glucosa- oxidasa, alcohol oxiadasa..); levaduras inmovilizadas en soporte slido; compuestos fotosensibles.

Materiales comerciales

En general no pueden entrar en contacto directo con alimentos

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Productos comerciales envasados con Productos comerciales envasados con materiales absorbedores de oxmateriales absorbedores de oxgeno geno

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Adicin de antioxidantes

Control de la Control de la oxidacioxidacinn

de de alimentosalimentos

Reduccin de la presencia de Oxgeno Reduccin/eliminacin de especies reactivas

(radicales libres: superxido, hidroxilo, oxgeno singlete)

En la formulacin de polmeros para envases se emplean sustancias antioxidantes para evitar problemas de degradacin por accin de la temperatura, radiacin UV, proceso de obtencin de los envases, etc.

Los antioxidantes del polmero pueden tener paralelamente una accin positiva actuando como antioxidantes del alimento envasado

- En el alimento envasado

- En el material de envase

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Evolucin de la generacin de hexanal en cacahuetesenvasados con el material activo antioxidante

REFERENCIA: Lpez Dicastillo A.C., Catal R., Gavara, R., Hernndez-Muoz P.: Antioxidant active packaging based on natural flavonoids against peroxidation of vegetable oil and fried peanuts. Pendiente de publicacin

Desarrollo de materiales activos Desarrollo de materiales activos antioxidantes con flavonoides naturalesantioxidantes con flavonoides naturales

time (days)

0 10 20 30 40

A

r

e

a

G

C

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

Blank Q 1% Q 5% CAT 0.5% CAT 2%

Capacidad antioxidante de pelculas de EVOH con catequina

o quercetina para el control de la oxidacin

en cacahuetes

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Envases activos para el control de etilenoEnvases activos para el control de etileno

El etileno forma parte de la actividad fisiolgica de los vegetales (acelera la maduracin, reduce la senescencia...)

Agentes activosAgentes activos KMnO4 inmovilizado en un absorbente (4-6% de sobre almina, slica gel, grafito, zeolita, ...) ; carbn activo ; mezclas de zeolitas con xidos metlicos dispersos en polmeros

En base KMnO4

en bolsitas- Ethylene Control. Ethylene Control Inc., EE.UU.- Green Keeper. PFS Inc., EE.UU. - Retader. Bioconservacin, Espaa

Componente activo en el polmero- Biofresh. BioFresh Ltd, Gran Bretaa- Everfresh. Everfresh Group AG, Suecia- Peakfresh. Multiflex Packaging PTy Ltd., Australia- Longlife, Long Life Solutions Ltd., Gran Bretaa

Productos comercialesProductos comerciales

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Envases activos para el control de COEnvases activos para el control de CO22

El dixido de carbono est

presente en muchos sistemas envase-producto9 En frutas y hortalizas frescas se genera por la actividad fisiolgica del

producto9 En muchos productos de elevada humedad se introduce como

fungisttico9 En producto tostados (caf...) sigue desprendindose tras el envasado

Generadores o emisores de dixido de carbonoBicarbonato clcicocido ascrbico (desprende CO2 al fijar O2 ) Aplicacin en envasado de carnes y vegetales

Secuestradores o absorbedoresHidrxido de calcio

Aplicacin en envasado de caf y vegetales

Materiales activos

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Envases activos frente al aguaEnvases activos frente al agua

Eliminacin de agua y lquidos exudadosMateriales permeables con absorbentes (gel de slice, arcillas, cloruro clcico, derivados de almidn, carbn activado. )

Agentes Agentes AntiAnti--vahovahoSubstancias ambiflicas (etoxilatos no inicos, monoglicridos) que migran hacia la superficie del envase y rebajan la tensin superficial entre el agua condensada y el plstico, formando una pelcula de agua continua y transparente

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Eliminacin de sustancias indeseables

Olores a aminas en pescado (ac. ctrico+ sal ferrosa en un polmero adsorbente)

Aldehdos de aceites y fritos (ac. ctrico+ sal ferrosa en film termoplstico)

Limonina (principio amargo) en zumos ctricos (recubrimientos de celulosa)

Colesterol y lactosa en leches (enzimas especficos, ciclodextrinas..)

Polmeros que incorporan adsorbedores especficos (zeolita, tamiz molecular, almina..) en las capas interiores del

material de envase para eliminar la sustancia deseable

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Envases antimicrobianosEnvases antimicrobianos

El desarrollo de microorganismos es la principal causa de deterioro de gran nmero de alimentos

Alternativa envases activos antimicrobianos

La aplicacin directa de agentes antimicrobianos sobre la superficie (por pulverizacin inmersin) no siempre es efectiva. Su rpida difusin al interior limita su efectividad sobre la microbiota superficial

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Envases antimicrobianosEnvases antimicrobianos

Envases que emiten de compuestos voltiles antimicrobianos

Emisores de ClO2 , SO2 , CO2 . Fungicidas (etanol, imazalil, 2-nonanona)

Envases que liberan sustancias antimicrobianas en el alimento

Bacteriocinas (nisina, lacticina, pediocina...) Isocianato de alilo Benzoato, sorbato ...

Envases que evitan el crecimiento de microorganismos por contacto

Sales de plata en zeolitas

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

Instituto de Agroqumica y Tecnologa de AlimentosMateriales activos antimicrobianos comercialesMateriales activos antimicrobianos comerciales

Material activo Nombre

comercial Fabricante/distribuidor

Etanol vapor (sachets) Oitech Nippon Kayaku, Japn

Etanol vapor (sachets) Negamold, Ethicarp Freund Industrial, Japn

Plata en zeolita (sachets, plsticos, papel)

AglON Agion Technologies Inc., USA

Triclosan(material plstico)

Microban Microban Products, UK

Isotiocianato de alilo (hojas)

WasaOuro Lintec Corp., Japn

Glucosa oxydasa(sachets)

Bioka Bioka Ltd., Finlandia

Cl2 O (sachets, plsticos..) Microsphere Bernard Technologies, USA

CO2 (sachets) FreshPax Multisorb Technologies, USA

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Envase activo con actividad antifEnvase activo con actividad antifngica ngica para fresas silvestrespara fresas silvestres

Envase: Tarrina de PP/EVOH/PP (capacidad 125 mL), tapa film de PP microperforado

Agente activo antifngico: 2-nonanona (componente del aroma de la fresa)

Sistema activo: bolsa de film continuo PE metalocnico conteniendo el antifngico impregnado en soporte emisor - almina-

REFERENCIA: Almenar E., Del Valle V., Catal R., Gavara, R. : Active package for wild strawberry fruit (fragaria vesca). J.Agr. Food Chem 2007/55, 2240-2245

sistema activo

10 das a 10 C

CON2,5 L 2-nonanona

10 das a 10 C

SIN2,5 L 2-nonanona

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Envases inteligentesEnvases inteligentes

Envase inteligente:

Envase capaz de efectuar una funcin inteligente (detectar, mostrar, comunicar,) para facilitar una decisin que permita extender la vida til, aumentar la seguridad, mejorar la calidad, proporcionar informacin y avisar de posibles problemas.

El envase inteligente implica al sistema completo envase/producto/ entorno. El envase inteligente analiza el sistema, procesa la informacin y la presenta. El envase activo realiza la accin.

Ambas funciones no son excluyentes

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Sistemas Sistemas inteligentesinteligentes

Sistemas portadores de datos: Cdigos de barras Identificacin por radio frecuencia

Indicadores en el envase: Indicadores tiempo/temperatura Indicadores de presencia de gases Indicadores de frescura. Biosensores

Etiquetas o rtulos que facilitan la informacin y comunicacin para tomar las decisiones adecuadas par mantener la calidad, seguridad y vida til

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IdentificaciIdentificacin por radio frecuencia n por radio frecuencia (RFID)(RFID)

Pueden almacenar informacin tcnica y comercial del producto, y tambin la informacin de otros dispositivos inteligentes- indicadores de temperatura, biosensores, etc.)

TrazabilidadTrazabilidad

Control de stocks de productos envasados en almacenes Localizacin de productos en almacenes Control de compra y cobro en puntos de venta Informacin de productos disponibles en los frigorficos

(fecha de caducidad?)

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Indicadores tiempo/temperaturaIndicadores tiempo/temperatura

Etiquetas que proporcionan informacin visual de la temperatura a que ha estado sometido el envase, o si ha sufrido algn abuso trmico (no alcanz la temperatura de esterilizacin, no ha estado a la temperatura de congelacin adecuada, se rompi la cadena de fro, etc)

Indicadores de temperatura crtica Indicadores de historia trmica parcial Indicadores de historia trmica completa

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Indicadores de tiempo/temperaturaIndicadores de tiempo/temperatura

Fresh Check Indicator (Temptimecorp,USA)Etiqueta autoadhesiva que contienen un polmero sensible al tiempo y a la temperatura, que oscurece gradualmente y de forma irreversible con la exposicin acumulativa a la temperatura (ms rpido a ms temperatura). Se pueden disear especficamente para cada producto.

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Indicadores de exposicin al O2

Indicadores de presencia de gases en el Indicadores de presencia de gases en el interior del envase interior del envase

Indicadores de los cambios de la atmsfera del envase, en el espacio de cabeza o en el exterior. Los ms extendidos son los indicadores de exposicin al oxgeno, pero tambin hay para CO2 , etanol y otros gases

Indicador de exposicin al CO2

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Indicador de estado de maduraciIndicador de estado de maduracinn

Sensor

ripeSenseTM

El sensor ripeSense cambia de color reaccionando con los aromas emitidos por la fruta en su maduracin. El sensor es inicialmente de color rojo y pasa gradualmente a naranja y finalmente a amarillo. El consumidor puede as conocer el estado de madurez de la fruta y selecciona el que desea

(http:/www.ripesense.com)

Indicador de madurez en peras

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EtiquetasEtiquetas

indicadorasindicadoras

de de contaminacicontaminacinn

microbiolmicrobiolgicagica

Complejo con Pd que reacciona con voltiles que contienen compuestos con S 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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Indicador de alteraciIndicador de alteracin del pescadon del pescado

FreshTagR

(Cox Technology, USA)

Etiqueta con colorante no txico indicador de presencia de aminas generadas por la alteracin de pescado. La etiqueta tiene un pequeo orificio en el reverso por el que los vapores difunden a la etiqueta y reaccionan con el colorante, cambiando de color gradualmente, hasta indicar que el producto debe ser desechado

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Indicador de frescura para carnesIndicador de frescura para carnes

SensorQ

(Food Quality Sensor International FQSI-, USA)

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MUCHAS GRACIAS MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCIPOR SU ATENCINN

Envases activos e inteligentesNmero de diapositiva 3Nmero de diapositiva 4Formas de actuacin de los envases activosFormacin del envase activoTecnologas de envases activosEnvases activos para el control de O2Materiales activos comerciales para el control de O2Productos comerciales envasados con materiales absorbedores de oxgeno Control de la oxidacin de alimentosDesarrollo de materiales activos antioxidantes con flavonoides naturalesEnvases activos para el control de etilenoEnvases activos para el control de CO2Envases activos frente al aguaEliminacin de sustancias indeseablesEnvases antimicrobianosEnvases antimicrobianosMateriales activos antimicrobianos comercialesEnvase activo con actividad antifngica para fresas silvestresEnvases inteligentesSistemas inteligentesIdentificacin por radio frecuencia (RFID)Indicadores tiempo/temperaturaIndicadores de tiempo/temperaturaNmero de diapositiva 26Indicador de estado de maduracinNmero de diapositiva 28Indicador de alteracin del pescadoIndicador de frescura para carnesNmero de diapositiva 31