Potravinové obaly mohou chránit a informovat spotřebitele

Jaké budou obaly budoucnosti? Inteligentní, aktivní a biodegradabilní. Vědci vyvinuli například potravinové obaly vybavené technologií RFID, které dokáží komunikovat s lednicí nebo mikrovlnnou troubou, upozorňovat na nutnost spotřeby a předávat instrukce k přípravě. Již dnes se používají obaly, které indikují nedodržení správné skladovací teploty nebo zabraňují množení bakterií. Přidáme-li k těmto unikátním vlastnostem biodegradabilitu čili přirozenou odbouratelnost, máme před sebou směr, kterým se vývoj obalových materiálů bude ubírat v příštích desetiletích, zjistila redakce portálů Gate2Biotech.cz a Inovace.cz.

Nástup nové generace obalů je spojen s rozvojem nanotechnologií, informačních technologií a také bioplastů, které navzdory vyšší ceně úspěšně konkurují konvenčním polymerům vyráběným z ropy. Pro výrobu ekologicky nezávadných bioplastů se používají zemědělské produkty jako kukuřice, brambory apod. i jiné přírodní suroviny jako například celulóza. Poptávka po přírodně rozložitelných obalech ve vyspělých zemích rychle stoupá a světová výroba bioplastů tak v prvních pěti letech 21. století vzrostla dvacetinásobně. Rozdíl ve výrobních nákladech, který je základní nevýhodou bioplastů oproti konvenčním plastům z ropy, se daří snižovat i díky využití geneticky modifikovaných rostlin.

Biologicky odbouratelné obaly lze dále zatraktivnit kombinací se speciálními užitnými vlastnostmi. Nositeli těchto vlastností jsou struktury, které mají formu nanokrystalů zabudovaných do matrice polymeru. Obaly vyrobené z nanokompozitních materiálů mohou například aktivně měnit podmínky, za kterých je balená potravina uchovávána, a tím prodlužovat její trvanlivost nebo upravovat senzorické a nutriční vlastnosti. Nejčastěji se dnes používají materiály, které dokáží z okolní atmosféry eliminovat nežádoucí plyny. Absorbují například kyslík, oxid uhličitý, vlhkost, ale také ethylen, který je důležitým hormonem regulující zrání ovoce, nebo zápachy způsobené těkavými aldehydy a aminy.

Aktivní obaly mohou produkovat látky s antimikrobním a antioxidačním účinkem, ale také aditiva, zvýrazňovače chuti nebo dokonce potravinové ingredience. V současné době jsou aktivní obaly úspěšně aplikovány v USA, Austrálii a Japonsku, zatímco v Evropské unii je v důsledku přísných legislativních předpisů jejich použití omezeno na výzkumné projekty.

Ke slovu přicházejí také informační a komunikační technologie. Inteligentní obaly dokáží monitorovat stav a kvalitu obsažených potravin a tyto informace předat spotřebiteli. Pro sledování různých fyzikálních veličin, kterým je potravina v čase vystavena, se využívají indikátory teploty, mikrobiální kontaminace, integrity obalu, fyzikálního šoku nebo autenticity produktu. Některé z nich jsou zabudovány do obalového materiálu, jiné se umísťují na jeho povrchu, a informace předávají obvykle vizuálně - změnou barvy apod. Setkáme se však i se sofistikovanějšími technologiemi. Speciální RFID štítky navazující na systém čárových kódů mohou předat kompletní informace o produktu a jeho historii. Každý článek obchodního řetězce až po konečného spotřebitele tak může zjistit, kde a kdy byla potravina vyrobena, jakou prošla teplotní historií, jaký je mechanický stav obalu a složení vnitřní atmosféry apod. V domácnosti vybavené inteligentními elektrospotřebiči mohou obaly s RFID štítky komunikovat přímo s lednicí či mikrovlnnou troubou...

S obaly z bioplastů se můžeme setkat již i v naší obchodní síti a ekologicky smýšlejícím spotřebitelům nevadí ani jejich vyšší cena. Na masové uplatnění obalů schopných aktivně ovlivňovat vlastnosti uchovávaných potravin a komunikovat se spotřebitelem si zatím musíme počkat, i když podle odborníků ne příliš dlouho.

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Inteligentní a aktivní obaly

Můžeme očekávat, že v blízké budoucnosti se budeme stále častěji setkávat s novou generací obalových materiálů. Jedná se o inteligentní a aktivní obaly, které jsou schopny aktivně ovlivňovat vlastnosti uchovávaných objektů (nejčastěji potravin, ale nejen jich) a komunikovat se spotřebitelem. Za tyto nové materiály vděčíme z velké části vědnímu oboru, který se nazývá nanotechnologie.

Nutnost uchovávat potraviny je pravděpodobně stará jako lidstvo samo. Nejstarší obalové materiály jako jsou sklo, dřevo a keramika částečně nahradily na počátku 19. století kovy. Vůbec první kovové konzervy začali komerčně vyrábět už v roce 1813 Bryan Donkin a John Hall. O něco málo později se na scéně objevují plasty - současná „jednička" mezi obalovými materiály. Ani jejich pozice však není skálopevná. Konvenčním plastům, vyráběným nejčastěji z ropy, pomalu ale jistě vyrůstá konkurence v bioplastech. Tyto materiály jsou v současné době atraktivní především díky své přirozené biologické odbouratelnosti. A další hvězdou čekající na svou šanci jsou pak speciální materiály, často postaveny právě na bázi bioplastů, inteligentní a aktivní obalové materiály.

Vývojem takovýchto materiálů se zabývá vědní obor nanotechnologie. Ta se zajímá o manipulaci hmoty na úrovni atomů, pracovní rozmezí nanotechnologií se pohybuje mezi 1-100 nm. Materiály, o kterých je od počátku řeč, mají nejčastěji povahu takzvaných nanokompozitů. Co si pod tímto termínem představit? Speciální struktury, které mají formu nanokrystalů a udělují materiálům jejich speciální vlastnosti, jsou zabudovány do matrice polymeru. Na úrovní atomů si tedy můžeme představit, že polymer představuje jakousi trojrozměrnou síť, ve které jsou zachyceny speciální částice nanokrystalů. Jako polymery mohou sloužit buď konvenční plasty (polyethylen, polystyren atd.) a nebo bioplasty. Právě kombinaci nanokrystalů s bioplasty pravděpodobně patří budoucnost.

Aktivní nebo inteligentní - dva různé přístupy

Ačkoliv jsou aktivní a inteligentní obaly často podobné ve své struktuře, existuje mezi nimi podstatný rozdíl - každý nabízí spotřebiteli něco jiného. Aktivní obaly aktivně mění podmínky, za kterých je balená potravina uchovávána. Mohou tím prodlužovat její údržnost, bezpečnost, ale také senzorické (tedy chuť, vůni, vzhled, texturu) nebo nutriční vlastnosti. Inteligentní obaly přímo vlastnosti potravin neovlivňují, ale monitorují její stav a díky tomu mohou spotřebiteli podat informaci o její kvalitě. Pravděpodobně není daleko doba, kdy se dočkáme syntézy obou principů, která se přímo nabízí, a budeme setkáme se s aktivním a zároveň inteligentním obalem.

Základní typy aktivních obalů

Aktivní obaly rozdělit do několika skupin podle způsobu, kterým ovlivňují vlastnosti uchovávané potraviny. Pravděpodobně nejčastěji se můžeme setkat s materiály, které dokáží z okolí atmosféry eliminovat nežádoucí plyny - odtud také vychází jejich anglický název scavengers, který můžeme přeložit jako „zametači" nebo „uklízeči". Tyto materiály mohou z okolí potravin odstraňovat například kyslík, oxid uhličitý, vlhkost, ale také ethylen (ten je důležitým hormonem regulující zrání ovoce), a nebo zápachy které jsou nejčastěji způsobeny těkavými aldehydy a aminy.

Druhým typem aktivních obalových materiálů jsou obaly, které obsahují nebo produkují látky migrující do prostoru mezi potravinou a obalem, případně přímo do potraviny. Tyto látky pak mohou mít různý efekt. Některé příklady aplikací jsou uvedeny v následující tabulce:

Speciální skupinou emitérů jsou materiály uvolňující do potravin aditiva (známé jako „éčka"), chuťově aktivní látky a nebo dokonce potravinové ingredience (např. cukry, škrob, sůl a jiné).

V současné době jsou aktivní obaly úspěšně aplikovány v USA, Austrálii a Japonsku. V Evropské unii je v důsledku přísných legislativních předpisů jejich použití omezeno na výzkumné projekty. Největší legislativní překážkou je limit migrace, který je dle Evropské unie stanoven na 60 mg migrujcí látky vztaženo na 1 kg materiálu. Ale právě aktivní obaly jsou často založeny na aktivní migraci látek z materiálu do potraviny a nemohou proto tuto normu splňovat. Proto se v Evropě již dlouhou dobu ozývají hlasy po revizi legislativy a zavedení testovacích migračních metod speciálně pro aktivní obalové materiály. Legislativním řešením by také mohlo být nepovažovat (v případě aktivních obalů) migrující látku za součást obalu ale za potravinové aditivum.

Inteligentní obaly - revoluce nejen v balení potravin

Jak již bylo řečeno inteligentní obaly dokáží monitorovat různé fyzikální veličiny, kterým je potravina v čase vystavena. V úvahu připadají indikátory teploty, mikrobiální kontaminace, integrity obalu, fyzikálního šoku nebo autenticity produktu. Indikátory mohou být zabudovány do materiálu nebo také umístěny na jeho povrchu. Některé z indikátorů vyžadují přímý kontakt s potravinou jiné ne.

Příkladem inteligentního obalu může být obal OnVu od firmy Ciba. Tyto transparentní obaly pro uchovávání chlazených potravin jsou vybaveny časově-teplotním indikátorem (Time-temperature indicator (TTI)). Ten umožňuje na základě sledování teploty v čase spolehlivě určit čerstvost potraviny, protože nejčastější příčinou kažení chlazených potravin je nedodržení teplotního režimu. A právě nedodržení teplotního režimu dokáží obaly vybaveny TTI spolehlivě odhalit.

Vývojem inteligentních obalů se zabývá také Dr. Andrea Pucci z University of Pisa v Itálii. Materiály, na jejichž vývoji se podílí, jsou z velké části tvořeny polyesterem, který představuje matrici, ve které jsou distribuovány nanočástice barviva BBS (Bis(benzoxazolyl)stilben). Barvivo BBS splňuje legislativní podmínky pro použití v obalové potravinové technice. Jeho užitečnou vlastností je, že pod UV světlem způsobuje zelenou fluorescenci. Pokud je obalový materiál poškozen, nebo prošel nežádoucí tepelným zákrokem, fluorescenci se změní na modrou. Tedy velice snadným způsobem je možné odlišit nevhodnou potravinu. A ke všemu je matrice tvořena biodegradabilním materiálem (bioplasem na bázi polyesteru), takže poté co obal splní svou funkci se snadno a přirozeně rozpadá a nepředstavuje pro životní prostředí výraznou zátěž.

Většina doposud diskutovaných inteligentních obalů indikuje svůj stav vizuálně. Již nyní se však do balení potravin „montují" poněkud sofistikovanější technologie a to technologie informační. Nejčastěji zmiňovanou zkratkou ve spojení s inteligentními obaly je RFID což v angličtině značí Radio Frequency Identification. Speciální RFID štítky navazují na systém čárových kódů, jdou však ve svém možném použití mnohem dál. Samotný štítek nevysílá žádný signál, pokud se však v jeho blízkosti objeví vysílač, který periodicky vysílá do okolí signály, dokáže štítek - přijímač využít přijímaný signál ke svému nabití a odešle odpověď. Ta sebou může nést obrovskou škálu informací.

Vlastně v nich může být uložená celá historie produktu - výrobce, doba výroby, aktuální poloha, historie výrobku, ale samozřejmě také teplotní historie produktu, složení vnitřní atmosféry, mechanický stav obalu a další. Ty mohou být stěžejní nejen pro přepravce, skladníky a konečné prodejce, ale samozřejmě také pro zákazníky. A spektrum použití jde ještě dál. Použití čipů by mohlo nahradit pokladny jak je známe dnes. Zákazník by jen projel kolem vysílače-pokladny, ten by „přečetl" celý jeho vozík a cenu odečetl z bankovního účtu. A to není zdaleka vše.

Možná by zákazník nemusel do obchodu ani chodit. Téměř neskutečně vypadá představa inteligentních ledniček, které dokáží na základě RFID technologie zjistit co člověku chybí a chybějící potravinu objednat. Taková lednička by také dokázala upozornit na potravinu, která se blíží k datu spotřeby a mohla by zákazníkovi poradit, co má spotřebovat dřív. Dalším chytrým zařízením spolupracujícím s inteligentním obalem by mohly být mikrovlnné trouby. Ty by mohly být vybaveny RFID anténami. Ze štítku na potravině by si přečetly instrukce k přípravě pokrmu (jako jsou čas a síla ohřívání) a vše by zvládly samy.

Možnosti, které se nabízejí, jsou téměř neskutečné a znějí spíše jako ze sci-fi filmu. Ovšem technologie zvládající všechny tyto operace jsou již k dispozici. O jejich aplikaci v masovém měřítku rozhodnou pravděpodobně dvě klíčová hlediska - zájem spotřebitelů a cena. O to první určitě nebude nouze, vždyť ne nadarmo se říká, že hnací silou pokroku je lidská lenost. Druhý aspekt je poněkud komplikovanější, ale s vývojem technologií jistě přinese pokles cen RFID technologie. Otázkou tedy není zda, ale kdy se dočkáme masového nasazení RFID technologie. Máme se na co těšit.