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 2. ábra. Gátolt oxigén és széndioxid diffúzió PET-nanokompozit szendvicsszerkezetben 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.)
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 6 g/m 2 /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 5. ábra: Pálmalevél tálak 6. ábra: Cukornádrost doboz 7. ábra: Celofán 8. ábra: Műbelek (cellulóz és fehérje) 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/B- 10/1-2010-0008 jelű projekt részeként az Új Magyarország Fejlesztési Terv keretében az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg.