Jak inteligentne mogą być opakowania?

Internet rzeczy (ang. Internet of Things - IoT) ma rewolucyjny wpływ na funkcjonowanie społeczeństwa. Jednak jego nazwa może być myląca. Wbrew pozorom nie jest on internetem „rzeczy” jako takich, lecz danych.

Internet rzeczy to nowa, "inteligentna era", która oferuje możliwość korzystania z najnowocześniejszych technologii nowej generacji. Istota IoT, który już teraz opisywany jest jako „internet przyszłości”, tkwi nie tyle w samych urządzeniach, ile w drzemiącym w nich potencjale, jakimi są gromadzone i wysyłane przez nie dane. Jednym z przejawów najnowszych technologii wpisujących się w idee IoT, które zmieniają sposób funkcjonowania poszczególnych branż, są inteligentne czujniki coraz częściej stosowane w sektorze opakowaniowym.

W ciągu minionych dwóch dekad popularność opakowań aktywnych (active packaging) w istotny sposób wymusiła zmianę paradygmatu opakowalnictwa. Dotychczasowa pasywna funkcja ochronna opakowania, rozumiana jako bierna bariera chroniąca żywność przed szkodliwymi czynnikami zewnętrznymi, zastąpiona została ochroną aktywną. Opakowania aktywne zdefiniowano jako systemy, które aktywnie zmieniają warunki panujące wewnątrz opakowania w celu przedłużenia okresu przydatności do spożycia oraz zachowania wyjściowej jakości i właściwości sensorycznych żywności. Istnieje szereg zadań, które już obecnie bądź w najbliższej przyszłości realizować będą opakowania nowej generacji. Niektóre podnoszą walory smakowe produktu, jak np. opakowanie, które dzięki powłoce z unieruchomionym enzymem rozkłada obecny w sokach cytrusowych gorzki glikozyd naryngininę. Powszechnie znane są opakowania przeciwdziałające sklejaniu pakowanego w postaci plasterków sera, czy też opakowania przeciwdziałające tworzeniu zamglenia, psującego atrakcyjny wygląd produktu. Użyteczne są powłoki do gotowych do spożycia surówek i sałatek owocowych, przepuszczalne dla gazów. Istnieją już opakowania, które w zewnętrznej powłoce, ściśle izolowanej od osłanianego produktu, zawierają fumiganty o niewielkiej toksyczności. Zadaniem tych opakowań jest odstraszanie owadów w czasie transportu i przechowywania.

Użycie czujników inteligentnych w opakowaniach do żywności zmienia funkcjonalność poszczególnych opakowań, czyniąc je "inteligentnymi", co można zdefiniować jako opakowania monitorujące wewnętrzne lub/i zewnętrzne otoczenie produktu oraz pozwalające precyzyjniej określić zmiany jakości produktu w czasie przechowywania, w porównaniu do np. umieszczonej na etykiecie dacie przydatności do spożycia.

Opakowania inteligentne wyróżniają się zdolnością do uzyskiwania, przetwarzania i przekazywania informacji oraz jej przechowywania. Inteligentnym opakowaniem będzie więc takie, które wyposażone jest w funkcje umożliwiające śledzenie produktu w łańcuchu logistycznym lub monitorowanie środowiska wewnętrznego i zewnętrznego opakowania, a także umożliwiające komunikowanie się z konsumentem. Opakowanie inteligentne może więc nie tylko monitorować jakość i bezpieczeństwo produktu, ale również przekazywać potencjalnemu konsumentowi lub producentowi informację o jego stanie.

Szacuje się, iż do 2022 rynek czujników inteligentnych osiągnie niebagatelną wartość 60 miliardów dolarów. Jest to dowód na olbrzymi wzrost branży. Czujniki rozpoznające i reagujące na dotyk, temperaturę, pozycję, ruch i ciśnienie, w istotny sposób zmieniają sposób pakowania, przechowywania i wprowadzania do obrotu produktów.

Producenci żywności i napojów coraz śmielej używają inteligentnych opakowań do gotowych produktów, zdając sobie z ewidentnych korzyści takich rozwiązań. Inteligentne czujniki pomagają kontrolować i monitorować m. in. wilgoć, temperaturę i tlen. Najbardziej znany typ opakowań inteligentnych, to systemy wyposażone w czujniki temperatury. Takie opakowania reagują na zmiany termiczne w otoczeniu, mogą rejestrować nawet krótkotrwały wzrost lub spadek temperatury poza granicę dopuszczalną dla bezpiecznego przechowywania danego produktu. Czujniki temperatury mogą być umieszczane w opakowaniach jednostkowych lub zbiorczych. Przykładem mogą być opakowania do żywności przeznaczonej do obróbki cieplnej w kuchenkach mikrofalowych, które zmianą barwy sygnalizują, że produkt jest już podgrzany odpowiednio do spożycia.

Coraz częściej stosowane są też czujniki informujące o zmianie zawartości tlenu bądź dwutlenku węgla w atmosferze wewnątrz opakowania. Zasadniczą rolą tych czujników jest informowanie przede wszystkim o nieszczelności w hermetycznych z założenia opakowaniach, ale także o zmianach atmosfery wewnątrz opakowania, powodowanych psuciem się produktu. Do tych zastosowań stosuje się najczęściej sensory gazów CO₂ i O₂, działające na zasadzie reakcji chemicznych, oraz biosensory czyli barwniki reagujące z metabolitami mikroorganizmów.

Oprócz funkcji monitorujących stan zawartości opakowania, dzięki zastosowaniu technologii RFID, inteligentne czujniki umożliwiają łatwe śledzenie produktu w całym łańcuchu dostaw. Etykiety RFID są technologiczną kontynuacją kodów kreskowych powszechnie wykorzystywanych w logistyce i w handlu detalicznym. Zastąpienie standardowych kodów inteligentnymi etykietami RFID niesie ze sobą szereg zalet. Etykiety RFID mogą być wykorzystywane w miejscach, w których etykiety z kodami kreskowymi się nie sprawdzają, np. ze względu na niekorzystne warunki środowiskowe (duża wilgotność względna powietrza, niska temperatura, zabrudzenia). Ze względu na wykorzystanie w RFID układów scalonych możliwe jest zapisanie w pamięci etykiety istotnych danych. Bezpośrednią korzyść wynikającą z takiego rozwiązania pomoże zilustrować następujący przykład: standardowe, drukowane kody kreskowe umożliwiają przechowanie informacji dotyczącej jedynie nazwy i rodzaju konkretnego produktu żywnościowego – np. jogurt naturalny o masie 500 g. Każde opakowanie tego jogurtu ma na opakowaniu ten sam kod kreskowy. Zastosowanie etykiety RFID pozwala na nadanie każdemu opakowaniu jogurtu indywidualnego oznaczenia, co przy odpowiednim rozmieszczeniu czytników RFID, umożliwia dokładne monitorowanie trasy pokonywanej przez produkt w łańcuchu dostaw. Takie zastosowanie inteligentnych etykiet radiowych jest szczególnie istotne z uwagi na obligatoryjną weryfikowalność wyrobu przez producenta, wprowadzoną na mocy prawodawstwa Unii Europejskiej.

W wyniku badań nad opakowaniami aktywnymi i inteligentnymi opracowano i opatentowano wiele rozwiązań technologicznych. Wprowadzenie ich w Europie w wielu wypadkach wymaga jeszcze uregulowań legislacyjnych. Ich działanie musi być zwalidowane dla każdego produktu, do którego byłyby zastosowane. Barierą dla wprowadzania skomplikowanych opakowań jest także ich wciąż wysoki koszt. Niemniej na rynku europejskim opakowania inteligentne coraz mocniej zaznaczają swoja obecność. W Polsce również można zaobserwować początkowe etapy wprowadzania i stosowania innowacyjnych opakowań inteligentnych. W handlu detalicznym żywnością już są wykorzystywane etykiety RFID, a jedna z polskich kompanii piwowarskich wprowadziła kilka lat temu termoaktywne etykiety na butelkach piwa.

Opakowania inteligentne są przyszłościowym kierunkiem rozwoju opakowań żywności i w najbliższych latach należy spodziewać się ich komercyjnego sukcesu również na polskim rynku. Globalny rynek inteligentnych czujników, jak już powiedziano, dynamicznie się rozwija. Korzystanie z czujników i wskaźników powoli wkrada się w łaski producentów z branży spożywczej.

Jacek Leszczyński