„A Miskolci Egyetemen működő tudományos képzési műhelyek összehangolt minőségi fejlesztése” TÁMOP-4.2.2/B-10/1-2010-0008 Tehetségeket gondozunk!
Fejlesztési irányvonalak az élelmiszeripari műanyag csomagolások területén PhD. hallgató: Kun Éva Tudományos vezető: Dr. Marossy Kálmán
Csomagolóanyag-fejlesztési útvonalak az élelmiszeriparban A.: Élelmiszertartósítási célok:
Vákuumcsomagolás Módosított légterű csomagolás (MAP, Modified Atmosphere Packaging) Szabályozott légterű csomagolás (CAP, Controlled Atmosphere packaging) Aktív csomagolás Intelligens csomagolás Nanotechnológia
Csomagolóanyag-fejlesztési útvonalak az élelmiszeriparban
B.: Nem élelmiszertartósítási célok
Marketing Termelékenység Mechanikai ellenálló képesség Gyártástechnológiai fejlesztések (pl. nyomtatás) Élelmiszerbiztonság (toxicitás) Biológiai lebonthatóság
Tartósítás vákuumcsomagolással
Eltávolítjuk a levegőt, és nem helyettesítjük más gázeleggyel Oxigén kizárása, nedvesség benntartása Aerobok gátolva, anaerobok és fakultatív anaerobok szaporodhatnak Típusok: ◦ tasakos (rugalmasság, olcsó technológia, gyenge termelékenység) ◦ zsugortasakos (hőhatás, a fluidumok mozgása korlátozott) Vákuum-skin (pontos vonalkövetés) Mélyhúzásos (alsó mélyhúzott tálca → vákuum → felső fólia ráhegesztése)
Módosított légterű csomagolás (MAP, Modified Atmosphere Packaging)
olyan csomagolási módszer, amelyben a levegő eltávolítása után a csomagba meghatározott összetételű gázkeveréket juttatnak a gázösszetétel a termék és a gázok kölcsönhatásaképpen időben változik megelőzhető vagy lelassítható ◦ ◦ ◦ ◦
a mioglobin oxidációja a zsírok oxidációja a pigmentek oxidációja a vitaminok bomlása,
így késleltethető a színváltozás és az avasodás.
Leggyakrabban használt MAP gázok
Szén-dioxid:
aerobok gátlása, elszíneződés esélye
(oximioglobin)
Nitrogén: oxigént helyettesítő támasztógáz, fizikai stabilitás Oxigén: anaerob csírák gátlása, vörös húsoknál jó, piros friss hús, belsőségeknél és baromfinál rossz, avasodás
Argon: újabban használt inert gáz, jobb a nitrogénnél. Etilén: gyorsítja a növények érését, a gáz megvonásával pedig tartósítás érhető el.
Szén-monoxid: 0,3-1%, nyers vöröshúsok élénkpiros szín. Nitritesnél jobb íz, szín és eltarthatóság. A CO-dal kezelt hústermékek íze, színe és eltarthatósága jobb, mint a hagyományos védőgázos és nitrites húsoké. Hatékony pathogénekkel szemben (Salmonella, E. coli)
Szabályozott légterű csomagolás CAP (Controlled Atmosphere packaging)
olyan csomagolási rendszer, amelyben a csomagolt termék körül megváltoztatják a gázelegy összetételét, majd ezt az összetételt a tárolás során fenntartják
az élelmiszer légterébe a nem kívánt gázt vagy nedvességet megkötő abszorbens anyagot helyeznek el
Az aktív adalékanyag elhelyezése: ◦ legjobb esetben maga a csomagolóanyag tartalmazza ◦ felhordhatják a csomagolás felületére ◦ kerülhet a rétegek közé az extrudálás során ◦ külön kis zacskókban is elhelyezhetik a termék légterében
A CAP (állapotot fenntartó művelet) eljárást leggyakrabban a MAPpal (állapotot kialakító művelet) együtt, illetve azt követve alkalmazzák
Egyedi termékeknél nem gazdaságos, viszont az OS-CAP 10%-kal hatékonyabb, mint a MAP és a vákuumos módszerek
Aktív csomagolóanyagok
Aktív adalékanyagok segítségével folyamatosan optimális körülményeket teremtenek a terméknek
Aktív anyagok ◦ oxigénabszorbensek (aszkorbinsav, redukált vaspor) ◦ vízabszorbensek (szilikagél, kálcium-dioxid, poliakrilsó cellulóz réteggel, szuperabszorber polimerrostok)
◦ Szagabszorbensek ◦ etilénabszorbensek (kálium-permanganát) ◦ szén-dioxid termelők és/vagy kibocsátók (nátrium-hidrogén-karbonát) ◦ antioxidánst termelők és/vagy kibocsátók ◦ aromaanyagokat termelők és/vagy kibocsátók ◦ színezéket termelők és/vagy kibocsátók ◦ Mikrobagátlók: szerves savak és sóik (benzoesav, Na-benzoát, K-szorbát, propionsav, tejsav, ecetsav), enzimek, fehérjék, természetes olajok, zsír-savak, festékanyagok, szénhidrátok, fűszerek, aromák, ciklodextrinek (kitozán)
Aktív csomagolóanyagok
Szerves hordozók: műanyag fólia (lemezes, tömb vagy bevonatos) Ciklodextrinek, pl. citozán (kapszulázás) Ehető fólia (tömbben vagy bevonatban szerves savak és sóik)
Szervetlen hordozók: szilikagél, zeolitok, aktív szén, titán-dioxid
Fejlesztések:
enzimek, fehérjék, illóolajok
PP + citozán: E. coli és B. subtilis PLA + Nizin: G(+) PE + propolisz, lizozim, triklozán: elsősorban G(+) PLA + illóolajok és szerves savak: összetételfüggő a hatásspektrum PLA + ezüst és cink nano-részecskék: széles hatásspektrum
Intelligens csomagolóanyagok
Az intelligens csomagolóanyagok olyan jelzőrendszerrel vannak ellátva, amely alkalmas a termék minőségének meghatározására, jelzésére, vagy az abban történt változások rögzítésére. Ezek az anyagok indikátorok segítségével jelezhetik a megindult romlási folyamatokat tükröző gázok, vegyületek megjelenését, vagy az optimális tárolási feltételek megváltozását.
pH tükrözi a termék mikrobiológiai állapotát
Az intelligens csomagolóanyagokhoz használható indikátorok lehetnek: ◦ oxigén indikátorok ◦ szén-dioxid indikátorok ◦ pH indikátorok
◦ hőmérséklet indikátorok ◦ idő indikátorok ◦ rádiófrekvenciás beazonosítók
1. ábra: Romlást jelző tejes doboz
Nanotechnológia A népszerű PET (polietilén-tereftalát) oxigén- és széndioxid áteresztő képességét úgy csökkentették minimálisra, hogy két PET réteg közé egy nanorészecskékkel töltött barrier anyagot helyeztek. (Ez az anyag egyszerű és olcsó szilikát is lehet.) 2. ábra. Gátolt oxigén és széndioxid diffúzió PET-nanokompozit szendvicsszerkezetben
Nanotechnológia Az A*STAR’s Institute of Materials Research and Engineering (IMRE) kutatói konvencionális felületi védőfilmekben (barrierekben) a diffúziós út hosszabbításával lassították az oxigén- és vízmolekulák diffúzióját. A módosított film vízáteresztő képessége 90%-os relatív páratartalomnál és 39°Con kisebb, mint 10– 6g/m2/nap. 2009)
Marketing cél
Több erőfeszítést és pénzt áldoznak az eladhatóság javítására, mint a gyártástechnológia és a minőség javítására, akár fenntartására
A vizuális nyelv a csomagolásfejlesztés fontos eszköze („meg kell vennem” érzet kialakítása)
Eszközök: ◦ képek, színek
◦ különleges forma ◦ kényelmet szolgáló előnyök
„útközben életmód”, a nagyvárosi fogyasztók elvárásainak való eleget tevés
könnyű bonthatóság, visszazárhatóság, vezetés közbeni fogyaszthatóság megkönnyítése, mikrohullámú sütőben való elkészíthetőség, csomagolásban főzhetőség/süthetőség.
Mechanikai igény nagy nyomással való tartósításnál
Módszer előnye: minimális hőterhelés mellett gyorsan, automatizálhatóan, csekély energiaszükséglettel lehet a végső, már becsomagolt termék mikrobiológiai szennyezettségét csökkenteni
Csomagolóanyagok kritikus mechanikai tulajdonságai: szakító-, tépőszilárdság szakadási nyúlás, dinamikus terheléstípusokra való ellenállás
Többrétegű csomagolás esetén egyetlen réteg sérülése feszültséggyűjtő helyként szolgál a többi réteg számára
Áteresztőképesség: fokozott ellenőrzés szükséges nagy hűmérsékleten és nagy nyomáson.
Élelmiszerbiztonság (toxicitás)
Az alapelőírás az Európai Parlament és Tanács 1935/2004/EC rendelete, amely tartalmazza az élelmiszerekkel érintkező anyagokkal szemben támasztott alapkövetelményeket:
A csomagolóanyagot úgy kell gyártani, hogy az adott felhasználási körülmények között alkotórészeiket ne adhassák át az élelmiszereknek olyan mennyiségben, ami:
- veszélyeztetheti az emberi egészséget, vagy
- elfogadhatatlan változást idézhet elő az élelmiszer összetételében, vagy
- az élelmiszer érzékszervi tulajdonságainak rosszabbodását idézheti elő
Tipikus rettegett félelemkeltők:
Lágyítók, töltőanyagok, csúsztatók
VCM (vinil-klorid monomer)1 ppm alatt
SM (sztirol monomer)
Biológiai lebonthatóság Tömegműanyagok ◦ PE, PP, PET, PVC, PVDC, PUR, PS, PA
Megújuló nyersanyagforrásból származó lebomló műanyagok
etilén-(vinil-acetát) (EVA) etilén-metakrilsav (EMMA) etilén-vinilalkohol (EVOH) cellulóz-nitrát (CN) cellulóz-acetát (CA) cellulóz acetobutirát (CAB) cellulóz-acetopropionát (CAP) metil-etil-cellulóz (MEC) karboxi-metil-cellulóz (CMC) politejsav (PLA) stb.
Poliszacharid alapú Cellulóz, keményítő, xilán Farost, cukornádrost, szalma, pálmalevél, kukorica, burgonya, búza, rizshéj Fehérje és lipid alapú Állati eredetű (kollagén,zselatin, kazein /Galatit/, keratin) Növényi eredetű (búzaglutén, kukoricazein, szójafehérje, szójafehérje)
Komposztálható polimer termékek
4. ábra: Politejsav evőeszközök doboz
7. ábra: Celofán
5. ábra: Pálmalevél tálak
8. ábra: Műbelek (cellulóz és fehérje)
6. ábra: Cukornádrost
9. ábra: Papír + PLA ablak
Összefoglalás
A legnagyobb fejlesztési lehetőségek a tartósítás, a nanotechnológia és a biológiailag lebomló csomagolóanyagok fejlesztése, valamint kereskedelembe való bevezetése területén mutatkoznak látványosan
Valójában az iparban az értékesíthetőség a fő cél, ezért a fontossági sorrendben a marketing és a tartósítás áll az első helyen, azt követi a technológia, a termelékenység javítása, a minőségfejlesztés, ez után jön az élelmiszerbiztonság, és végső soron a csomagolóanyagok biológiai lebonthatósága, amely érdekellentéteket szül a tartósság igénye folytán.
Az élelmiszerbiztonsági és környezetvédelmi kutatási célok nem mindig állnak összhangban a piaci résztvevők valódi érdekeivel
Köszönetnyilvánítá s
A tanulmány/kutató munka a TÁMOP-4.2.2/B10/1-2010-0008 jelű projekt részeként – az Új Magyarország Fejlesztési Terv keretében – az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg.
