instituto de agroquímica nuevos desarrollos en matil t l ... · etiquetado con información...

Instituto de Agroquímica y Tecnología de Alimentos

Nuevos desarrollos en t i l t l ímateriales y tecnologías

de envasado de alimentosde envasado de alimentos

Ramón Catalá, Pilar Hernández-Muñoz y Rafael GavaraInstituto de Agroquímica y Tecnología de Alimentos. CSICg q y g

Av. Agustín Escardino 7, 46980 Paterna, Valenciae-mail: [email protected]


VII Congreso Español de Ingeniería de Alimentos. Ciudad Real, 7-9 de noviembre de 2012


Directrices de la innovación en la tecnología de envases para alimentos

ConvenienciaCalidad y seguridadseguridad

ConsumidorConsumidor

Sostenibilidad


Calidad y seguridadCalidad y seguridad

Alimentos saludables y seguros Alimentos adaptados a las necesidades y expectativasAlimentos adaptados a las necesidades y expectativas nutricionales y sensoriales del consumidorEtiquetado con información nutricional adecuadaEtiquetado con información nutricional adecuadaAusencia de contaminación microbiológica y químicaInformación y control de la vida útilInformación y control de la vida útilFormas y diseños de los envases que identifiquen el producto. Diseños simples y ergonómicos, imitación de p oduc o se os s p es y e go ó cos, ac ó deproductos naturales

Inviolabilidad de los envases, sin posibilidad de apertura ocasional, a prueba de niñosa prueba de niños, ….


ConvenienciaConveniencia

Alimentos preparados para su consumo directo o i l b d l t á id tsemielaborados para completar rápidamente su

preparación Formatos dirigido a sectores específicos (familiarFormatos dirigido a sectores específicos (familiar, institucional, monoparental, dosis individuales)Formatos “street foods”. Fáciles de llevar para comerFormatos street foods . Fáciles de llevar para comer en cualquier lugarSoluciones multifuncionales (responden a varios requisitos del mercado -compartimentos para ingredientes, complementos para el consumo-….)E í il bild d t t bilid dErgonomía, apilabildad, transportabilidad Facilidad de apertura, recerrabilidad


SostenibilidadSostenibilidad

Materiales procedentes de fuentes renovables

Reducción de materiales (materia prima energía agua )Reducción de materiales (materia prima, energía, agua..)

“tan poco como sea posible y tanto como sea necesario”

Reducción de la huella de carbono. E di ñ d Di ñ

y tanto como sea necesario

Ecodiseño de envases: Diseño con materiales sostenibles, mínimos desperdicios en la fabricación, posibilidad p , pde recuperación y reutilización (rellenado), diseños adaptados a las modernas técnicas de la logística y distribucióntécnicas de la logística y distribución, reducción de residuos domésticos ….

Recuperación y reciclado de materiales yRecuperación y reciclado de materiales y envases


Líneas de innovación en los materiales y en los envases


Líneas de innovación en los Líneas de innovación en los materiales de envasemateriales de envase

Mejoras en las tecnologías de obtención y en las características y propiedades de los materiales t di i l (h j l t l tó id i )tradicionales (hojalata, papel y cartón, vidrio..)

mejora de los procesos productivos convencionales, con reducción del consumo de materias primas y mayorreducción del consumo de materias primas y mayor automatización y productividad desarrollo de nuevos materiales con mejora de propiedades

ífiespecíficas, nuevas formas y diseños

Fácil apertura con lámina termosellada

Envase autoenfriable

Bandeja cartón-PETTapas de apertura fácil para vidrio

Botella de hojalata


Líneas de innovación en los Líneas de innovación en los materiales de envasemateriales de envase

Mejoras en las tecnologías de obtención y en las características y propiedades de los materiales tradicionales (hojalata, papel y cartón, vidrio..)

j d l d ti i lmejora de los procesos productivos convencionales, con reducción del consumo de materias primas y mayor automatización y productividad y y pdesarrollo de nuevos materiales con mejora de propiedades específicas, nuevas formas y diseños

Innovación y nuevos desarrollos en materialesInnovación y nuevos desarrollos en materiales plásticos


Innovación y nuevos desarrollos en Innovación y nuevos desarrollos en materiales plásticos y complejosmateriales plásticos y complejos

Mejoras en las tecnologías de fabricación y características de los polímeros convencionalescaracterísticas de los polímeros convencionales

Nuevos materiales • Polímeros de alta barrera, • Materiales con permeabilidad selectiva• Nanocompuestos (“nanocomposites”)• Biopolímeros • Polímeros activos

Nuevas tecnologías de fabricación de envases g(coinyección…..Nuevas formas y diseños


Nuevos desarrollos en Nuevos desarrollos en materiales de alta barreramateriales de alta barrera

Nuevos polímeros (poliamidas aromáticas, polímeros de cristal líquido LCP poliaminoéteres policetonas alifáticas)cristal líquido -LCP-, poliaminoéteres, policetonas alifáticas),biopolímeros derivados de proteínas y mezclas…)

Complejos/mezclas con materiales no poliméricosComplejos/mezclas con materiales no poliméricos• Recubrimientos (AlOx, SiOx, recubrimientos orgánicos,

adhesivos, nanopartículas inorgánicas..), p g )

• Nanocomposites

Cuero PP/EVOH/PPTapa: PET-SiOxPET/MXD6/PET PET/PA/EVOH/CPP


NanocompositesNanocomposites

• Dispersión de una carga inorgánica nanométrica (<100 nm) enuna matriz polimérica

• Se emplean básicamente arcillas de distinta naturaleza (montmorillonita, caolinita….), también nanotubos de carbón, nanoplacas de grafeno partículas orgánicasnanoplacas de grafeno, partículas orgánicas….

Bentonita sódica

• Mejora significativa de las propiedades mecánicas, térmicas y de barrera a gasesbarrera a gases

• Reducción de la velocidad de liberación de agentes activos presentes en el polímero


EstructurasEstructuras nanocompuestasnanocompuestas::obtenciónobtención y y efectoefecto barrerabarrera

inmiscible intercalado exfoliado

Exfoliación, relación de aspecto, tortuosidad, reducción de la difusión


Desarrollo de un Desarrollo de un nanocompositenanocomposite de de EVOH con bentonitaEVOH con bentonita

Desarrollo de un nanocomposite de EVOH-29 con un 2% nanopartículas de de bentonita

Proyección y binarización de la micrografia

Líneas de fl jo

Micrografía TEM

Líneas de flujo de un permeante

g

Ref: Cerisuelo JP et al., Modification induced by addition of a nanoclay in the functional and active properties of an EVOH film containing carvacrol for food packaging. J of Membrane Science (2012) ; http://dx.doi.org/10.1016/j.memsci.2012.08.21


Barrera a gases en películas de Barrera a gases en películas de nanocompositesnanocompositesde EVOH conteniendo 2% de bentonita de EVOH conteniendo 2% de bentonita

Permeabilidad a O2 y CO2 , evolución con la humedad

Permeabilidad O2 Permeabilidad CO2

Isotermas de sorción de agua a diferentes humedades

Ref: Cerisuelo JP et al., Modification induced by addition of a nanoclay in the functional and active properties of an EVOH film containing carvacrol for food packaging. J of Membrane Science (2012) ; http://dx.doi.org/10.1016/j.memsci.2012.08.21


Tendencias en el desarrollo de Tendencias en el desarrollo de nanocompositesnanocomposites

Mejora de propiedades mecánicas y barrera í áNanocomposites con nanopartículas orgánicas

Nanocomposites con biopolímeros (bionanocomposites)Nanocoposites activos antimicrobianos y antioxidantesNanocoposites activos antimicrobianos y antioxidantes

Desarrollo de Legislación específicaN h l i l ió ifi t i d l d it• No hay legislación especifica autorizando el uso de nanocompositespara alimentos

• Hay un escaso conocimiento sobre los posibles efectos de las ay u escaso co oc e to sob e os pos b es e ectos de asnanopartículas inorgánicas en el organismo humano (transporte a través de barreras biológicas, distribución en el cuerpo y posibles mecanismos de toxicidad )mecanismos de toxicidad..)

• Todos los materiales deben ser comunicados a la EFSA para su autorización


Materiales plásticos procedentes de Materiales plásticos procedentes de fuentes renovables. fuentes renovables. BioplásticosBioplásticos

Plásticos: Polímeros sintéticos procedentes del petróleo• Consumo de materias primas no renovables (petróleo y

energía)• Difícil reutilización y reciclado• Difícil reutilización y reciclado• Generación de residuos de difícil eliminación

BIOPLÁSTICOSBioplástico: Biopolímeros procedentes de fuentes renovables


BioplásticosBioplásticos

L bi lá ti bi lí d i t lLos bioplásticos son biopolímeros de origen natural procedentes de fuentes renovables Deben presentar características de biodegradabilidad yDeben presentar características de biodegradabilidad y propiedades mecánicas apropiadas para la utilización como materiales de envase y embalajey j

Biopolímero y Biodegradable no son términos equivalentes

L bi lí d d bl t bié dLos biopolímeros son degradables, pero también pueden ser degradables algunos plásticos producidos a partir del petróleo y degradados por microorganismospetróleo y degradados por microorganismos


Clasificación de los polímeros degradablesClasificación de los polímeros degradables

Polímeros biodegradablesbiodegradables

Polímeros Polímeros petroquímicosBiopolímeros

Extraídos de biomasa

Sintetizados a partir de monómeros de biomasa

Producidos por microorganismos

policaprolactona(PCL)

poliesteramida(PEA)

polihidroxialcanoatos (PHA)polisacáridos proteínas lípidos

copoliésteres(PBSA)

almidóncelulosas

gomas quitosanos ac. poliláctico (PLA)

é

gelatinacolágenocaseinagluten

í otros poliéstereszeína

REf: M.J.John, S.Thomas. Carbohydrate Polymers 71,343-364,2008


Fuentes para la obtención de bioplásticosFuentes para la obtención de bioplásticos

Primera generación de bioplásticos: Bi lí di t t t íd d t i t l ( l idóBiopolímeros directamente extraídos de materias naturales (almidón, celulosa, zeína, gelatina, colágeno…)Biopolímeros producidos por microorganismos o bacterias modificados genéticamente (polihidroxialcanoatos PHA celulosa bacteriana)genéticamente (polihidroxialcanoatos –PHA-, celulosa bacteriana)Biopolímeros creados por síntesis química de monómeros obtenidos de fuentes renovables (derivados del ácido láctico –PLA-)


Biopolímeros utilizados para envasesBiopolímeros utilizados para envases

Materiales implantados comerciales D i d d l lDerivados de celulosaDerivados de almidónDerivados de ácido poliláctico (PLA)Derivados de ácido poliláctico (PLA)Copoliésteres

Materiales emergentesPolihidroxialcanoatos (PHA)D i d d t íDerivados de proteínas


Usos de los biopolímeros para envasesUsos de los biopolímeros para envases

BiopolímerosBiopolímeros

Recubrimientos comestibles Envasescomestibles

Consumo directoEnvasado con menores exigencias menores exigencias


Fuentes para la obtención de bioplásticosFuentes para la obtención de bioplásticos

Primera generación de bioplásticos: Bi lí di t t t íd d t i t l ( l idóBiopolímeros directamente extraídos de materias naturales (almidón, celulosa, zeína, gelatina, colágeno…)Biopolímeros producidos por microorganismos o bacterias modificados genéticamente (polihidroxialcanoatos PHA celulosa bacteriana)genéticamente (polihidroxialcanoatos –PHA-, celulosa bacteriana)Biopolímeros creados por síntesis química de monómeros obtenidos de fuentes renovables (derivados del ácido láctico –PLA-)

Segunda generación de bioplásticos: Polímeros convencionales (PE, PET, PA…) obtenidos a partir de fuentes naturales (caña de azúcar, remolacha azucarera y subproductos.…)azucarera y subproductos.…)

Se está comercializando PE obtenido a partir de alcohol de la caña de azúcar, PET con polietilenglicol obtenido de caña de azúcar..

Tercera generación de bioplásticos: Polímeros convencionales y biopolímeros (PHA) obtenidos a partir de fuentes no alimentarias (algas, residuos de aceites industriales, desechos industriales…..)

Se está iniciando el desarrollo pero no se espera implantación industrial antes del 2016


Producción Producción de bioplásticosde bioplásticos

Producción mundial en 2001: 1.161.200 tonProducción estimada para 2016: 5.800.000 ton


Tendencias en el desarrollo de Tendencias en el desarrollo de bioplásticosbioplásticos

• Mejora de tecnologías de obtención y propiedades, y reducción de precios de biopolímeros de primera generación (PLA, PHA, derivadosprecios de biopolímeros de primera generación (PLA, PHA, derivados de almidón, celulosa, proteínas….)

• Desarrollo materiales con propiedades “a la carta” con mezclas de bi lí t t i l d d blbiopolímeros y con otros materiales degradables

• Fuerte crecimiento comercial de los polímeros convencionales (PE, PET, PA e iniciando PP) procedentes de fuentes renovables , e c a do ) p ocede tes de ue tes e o ab es

• Desarrollo de nuevos biopolímeros (polifuranoato de etileno -PEF-como alternativa al PET…)

• Desarrollo comercial de los polímeros convencionales y biopolímeros obtenidos a partir de fuentes no alimentarias (polímeros de tercera generación)g )

• Desarrollo de bionanocomposites (nanocomposites con bioplímeroscomo material base)

• Material base para el desarrollo de materiales activos antioxidantes y antimicrobianos


Polímeros activosPolímeros activos

Polímeros activos: Polímeros que incorporan deliberadamente componentes que transmitan sustanciasdeliberadamente componentes que transmitan sustancias a los alimentos envasados o al entorno de éstos o que absorban sustancias de los alimentos envasados o del entorno de éstos

Polímeros que retienen/eliminan componentes del alimentoOxígeno, dióxido de carbono, humedad, etileno, aromas, componentes indeseables –olores, colesterol-,……..p , ,

Polímeros que aportan componentes beneficiosos al alimentoAntioxidantes, aromas, conservantes químicos, CO2, antimicrobianos, componentes funcionales,……..


Líneas de innovación en ítecnologías de envasado


Líneas de innovación en las Líneas de innovación en las tecnologías de envasado de alimentostecnologías de envasado de alimentosMejora y extensión del uso de técnicas actuales y desarrollo

de nuevas técnicas de conservación y envasado de alimentos:

nuevos tratamientos térmicos y tecnologías de envasado asépticotratamientos no térmicos. Altas presiones………envasado en atmósferas modificadasirradiacióntratamientos combinados

Desarrollo y extensión del uso de sistemas de envasado activo e inteligente

Nuevos desarrollos en las líneas de envasado: sistemas de dosificación y llenado, control electrónico, robotización, flexibilidad, modularidad,………


Tecnologías de envasado activo Tecnologías de envasado activo

+

Tecnologías de envasado activoAumentar la seguridad

Mantener la calidad

g

Alargar la vida útil


Formación del envase activoFormación del envase activo

Presente en el interior del envase junto con el producto envasado, aunque separadocon el producto envasado, aunque separado del mismo (El elemento activo se presenta generalmente en pequeñas bolsas o etiquetas de material permeable, que se introducen en el envase)que se introducen en el envase)

• Presencia de elementos extraños en el interior del envase: posible rechazo por el consumidorSustancia

activa p p• Mayor complejidad en la tecnología de envasado• Posible toxicidad por contaminación circunstancial

activa

Formando parte del material de envase

Creciente interés en la utilización de matrices poliméricas con biopolímeros o polímeros degradables y agentes activos naturales


Tecnologías de envases activosTecnologías de envases activosSistemas que retienen/eliminan componentes del alimento

• Oxígeno, • HumedadHumedad• CO2• Etileno• AromasAromas• Sustancias indeseables…….

Sistemas que aportan componentes beneficiosos al alimento• Antioxidantes• Aromas• Conservantes químicos, q ,• CO2• Antimicrobianos• Componentes funcionales……..p

Otros sistemas activos• Susceptores de microondasp• Envases autocalentables y autoenfriables• Materiales con permeabilidad selectiva……..


Envases activos antimicrobianosEnvases activos antimicrobianos

El desarrollo de microorganismos es la principal causa de deterioro de gran número de alimentoscausa de deterioro de gran número de alimentos

Creciente demanda de alimentos frescos o con tratamientos mínimos, que no siempre pueden garantizar su seguridadmínimos, que no siempre pueden garantizar su seguridad

La aplicación directa de agentes antimicrobianos sobre la superficie (por pulverización ó inmersión) no siempre es f S á d d f ó l l f d defectiva. Su rápida difusión al interior limita su efectividad

sobre la microbiota superficial

E d ti ti i bi

Alternativa:

Envasado activo antimicrobiano

El envasado antimicrobiano consigue mejorar la calidad y vida g j yútil de los alimentos controlando la presencia y crecimiento de microorganismos alterantes y patógenos


Características de los sistemas activos antimicrobiano

Materiales que liberan sustancias antimicrobianas incorporadasV látil (SO Cl O t l i lil 2 látilVolátiles (SO2, Cl2O, etanol, imazalil, 2-nonanonao volátilesNo volátiles (Bacteriocinas -nisina, lacticina, pediocina...-Isocianatode alilo, benzoato, sorbato …

Materiales con sustancia antimicrobianas inmobilizadas en la superficie (sales de Ag en zeolitas…)Materiales antimicrobianos (quitosano alginatos poliamidasMateriales antimicrobianos (quitosano, alginatos, poliamidas irradiadas...)

nal

rera fu

ncion

lm Activo

AlimentoAlimentoFilm Activo Alimento Film Activo

Bar Fil


Desarrollo de un sistema activo antimicrobiano con LAE en EVOH (1)

Matriz polimérica: EVOH 29 ; EVOH 44Agente antimicrobiano: LAE (Monohidrocloruro de éster etílico de N-g (lauroil-L-arginina al 5 y 10%Preparación de las películas: Extensión evaporación (casting)

Películas de EVOH con 5% de LAE

Películas de 15-20μm, incoloras, transparentes y flexibles

REFERENCIA: Galve C.: Desarrollo y caracterización de EVOH con LAE como material activo antimicrobiano para el envasado de alimentos. TFC Universidad Politécnica de Valencia. Pendiente de presentación


Desarrollo de un sistema activo antimicrobiano con LAE en EVOH (2)

Evaluación de la actividad antimicrobiana

Ensayos de difusión en agar 0% % 0%Ensayos de difusión en agar. Halo de inhibición producido por las películas de EVOH 29 con 0 5 y 10 % de LAE frente

0% LAE 5% LAE 10% LAE

con 0, 5 y 10 % de LAE frente a L. innocua.

Ensayos en medio líquido.Efecto antimicrobiano (UFC/mL) a 37ºC de las películas de EVOH 2937ºC de las películas de EVOH 29 con 5 y 10% de LAE en medio líquido inoculado con L .inocua o E. coli


Desarrollo de un sistema activo antimicrobiano con LAE en EVOH (3)( )

Aplicación práctica de las películas de EVOH con LAE en caldo de pollo preparado inoculado con L. innocua y E. coli

Inhibición del crecimiento de E. coli en un caldo de pollo preparado inoculado, en presencia de películas de EVOH 29 y 44 con 0, 5 y 10% de LAE, durante 10 días de almacenamiento a 4ºC


Envases inteligentesEnvases inteligentes

Envase inteligente: Envase capaz de efectuar una función inteligente (detectar mostraruna función inteligente (detectar, mostrar, comunicar,…) para facilitar una decisión que

it t d l id útil t lpermita extender la vida útil, aumentar la seguridad, mejorar la calidad, proporcionar i f ió i d ibl blinformación y avisar de posibles problemas.

El envase inteligente implica al sistema completoEl envase inteligente implica al sistema completo envase/producto/ entorno. El envase inteligente analiza el sistema procesa la información y laanaliza el sistema, procesa la información y la presenta. El envase activo realiza la acción.

Ambas funciones no son excluyentes


Sistemas inteligentesSistemas inteligentes

Etiquetas o rótulos que facilitan la información y i ió t l d i i d dcomunicación para tomar las decisiones adecuadas

par mantener la calidad, seguridad y vida útil

Sistemas portadores de datos:» Códigos de barras» Identificación por radio frecuencia» Códigos QR

Indicadores incidencias en el envasado:» Indicadores tiempo/temperatura» Indicadores modificación de la atmósfera

de envasado. Sensores de gases» Indicadores de frescura. Biosensores


Etiquetado inteligenteEtiquetado inteligente

Códigos QR Cód gos Q

Etiqueta t ó i

Etiqueta RFID

termocrómicaInforma de la

temperatura l dalcanzada


Indicadores Indicadores de incidencias en el envasadode incidencias en el envasado

I di d lt ió d dI di d d i Indicador alteración de pescado(Cox Technologies, USA)

Indicador de tiempo –temperatura (Fresh Check® Indicator,Temptimecorp,USA)

Indicador de estado de madurez (RipeSenseTM,,Nueva Zelanda)

I di d d i ió l O

Indicador de frescura de carnes (SensorQ (Food Quality Sensor

I t ti l FQSI USA) Indicador de exposición al O2 (Ageless Eye. (Keepsafe Systems, Canadá)

International –FQSI-, USA)


BiosensoresBiosensores

Mecanismo analítico compacto que detecta y transmite información referente a reacciones bioquímicas que tienen lugar en el producto envasado.Generalmente consta de dos componentes primarios: un bi t l i d litbioreceptor que reconoce la presencia de un analitodeterminado y un transductor que lo convierte en una señal cuantificable.

- El bioreceptor puede ser un material orgánico o biológico (enzima, hormona, microorganismo, antígeno, ácido nucleico….), específico de la reacción a controlarespecífico de la reacción a controlar.- El transductor puede actuar con señales electroquímicas, ópticas, acústica, dependiendo del parámetro a medir

Perspectivas: indicadores de fin de vida útilPerspectivas: indicadores de fin de vida útil


G i ióGracias por vuestra atención

instituto de agroquímica nuevos desarrollos en matil t l ... · etiquetado con información...

Documents