Opakowania aktywne i inteligentne

Przemysł opakowaniowy rozwija się bardzo intensywnie, a związane jest to głównie z zaawansowaną technologią, która umożliwia badania nowych typów opakowań na całym świecie. W wyniku tego powstają nowe generacje opakowań, które pozwalają utrzymać a nawet poprawić jakość pakowanego produktu, co jest niezbędnym walorem szczególnie w przemyśle spożywczym. 

Doskonałym przykładem są tu opakowania aktywne i inteligentne, o czym rozmawiam z Beatą Pyś-Skrońską (dyrektor biura Polskiej Izby Opakowań). Utworzona w 1994 r. Izba jest organizacją zrzeszającą producentów opakowań oraz materiałów opakowaniowych, a także wytwórców maszyn i urządzeń dedykowanych dla tej branży.

Pani Dyrektor, zacznijmy od suchej definicji. Według Rozporządzenia Komisji (WE) Nr 450/2009 z dnia 29 maja 2009 r. opakowania inteligentne są definiowane jako ''materiały i wyroby, które monitorują stan opakowanej żywności lub jej otoczenia''. Nie tylko zresztą monitorują, lecz również ''dostarczają użytkownikowi informacji na temat stanu żywności''. Tyle ustawa, a co tak naprawdę kryje się za tymi sformułowaniami?

Nazwa ''smart packaging'' lub ''sprytne opakowania'' jest używana do określenia opakowań inteligentnych, ale często i zbiorczo: zarówno dla opakowań inteligentnych, jak i aktywnych. Opakowania inteligentne wyposażone są we wskaźniki monitorujące określone parametry atmosfery wewnątrz i na zewnątrz opakowania w celu informowania o stanie chronionego produktu, umożliwiające śledzenie produktu w łańcuchu logistycznym oraz przekazujące konsumentowi w czytelny sposób informacje o produkcie. Wskaźniki te mogą być umieszczone wewnątrz opakowania (np. w formie saszetki), bezpośrednio na nim, bądź na jego etykiecie.

Głównym celem tego typu opakowań jest dostarczenie użytkownikowi informacji o produkcie, jego stanie jakościowym i bezpieczeństwie oraz o zmianach lub nieprawidłowościach występujących w trakcie przechowywania i dystrybucji żywności, bez potrzeby otwarcia samego opakowania. Wskaźniki mogą nas powiadomić o przekroczonym terminie ważności, o rozszczelnieniu lub otwarciu opakowania, o zachodzących wewnątrz niego lub w samym produkcie niepożądanych zmianach (np. rozwój drobnoustrojów) lub o przerwaniu łańcucha chłodniczego, gdy produkt został rozmrożony i ponownie zamrożony. Wskaźniki występują głównie w postaci indykatorów barwnych, które poprzez zmianę koloru identyfikują zmianę warunków panujących w opakowaniu.

Opakowania inteligentne mogą również przekazywać informacje niezwiązane bezpośrednio ze stanem zapakowanego produktu, ale poszerzające wiedzę o nim np. poprzez umieszczenie na opakowaniu lub etykiecie kodów QR umożliwiających pozyskanie dodatkowych danych dzięki powiązanym aplikacjom. Takie rozwiązania stosowane są często w celach marketingowych. Dodatkowo opakowania mogą być wyposażone w chipy RFID, które pozwalają na identyfikację produktu oraz śledzenie jego drogi od producenta do konsumenta.

Jakie wskaźniki stosowane są najczęściej?

Do grona najpopularniejszych należą wskaźniki warunków otoczenia (temperatury, czasu, wilgotności) oraz zawartości gazów, tj. tlenu lub dwutlenku węgla. Temperatura i czas to czynniki mające największy wpływ na powstawanie niepożądanych zmian w produkcie, natomiast skład gazów jest informacją o zachodzących wewnątrz opakowania procesach.

Wskaźniki czasu i temperatury TTI (time temperature indicators) szerokie zastosowanie znajdują w przypadku produktów spożywczych, zwłaszcza mrożonych, gdzie istotne jest utrzymanie stałej określonej temperatury wyrobu. Zasadą działania wskaźników TTI jest reakcja chemiczna lub enzymatyczna, powodująca modyfikację barwy wskaźnika w przypadku zmiany temperatury żywności na inną niż wymagana. Po rozmrożeniu produktu znacznik zmienia kolor informując, że zawartość opakowania była nieprawidłowo przechowywana lub transportowana. Wskaźniki TTI występują zazwyczaj w postaci różnego typu naklejek lub etykiet znajdujących się na zewnątrz opakowania. Stosuje się je także na opakowaniach produktów przeznaczonych do odgrzewania w kuchenkach mikrofalowych, informując o podgrzaniu produktu do właściwej temperatury oraz na puszkach i butelkach napojów dla wskazania odpowiedniego schłodzenia produktu. W tym przypadku najczęściej stosuje się wskaźniki oparte na barwnikach termochromowych.

Popularnym rozwiązaniem są wskaźniki monitorujące zmiany w składzie gazów wewnątrz opakowania. Powstawanie lub modyfikacje składu i stężenia poszczególnych gazów pozwalają na oszacowanie świeżości i bezpieczeństwa produktu, a także szczelności opakowania. Najczęściej stosowane są wskaźniki zawartości tlenu i dwutlenku węgla (CO2 powstaje w trakcie procesów życiowych bakterii i pleśni), rzadziej zaś pary wodnej, etanolu, siarkowodoru albo innych gazów. Informacje o zachodzących procesach również występują zazwyczaj w postaci zmian barwy.

W przypadku opakowań inteligentnych istnieje także możliwość zastosowania wskaźnika świeżości. Jego rolą jest kompleksowe kontrolowanie atmosfery wewnątrz opakowania w czasie rzeczywistym. Działanie takich wskaźników opiera się na reakcji zawartych w nich składników z wydzielającymi się w trakcie rozkładu substancjami będącymi wynikiem przemian zachodzących w produkcie.

Kolejną grupę stanowią opakowania wyposażone w biosensory. Biosensory to urządzenia złożone z bioreceptora, który ma możliwość rozpoznawania m.in. enzymów, antyciał lub kwasu nukleinowego, co umożliwia informowanie użytkownika o rozpoczynających się w opakowaniu procesach gnilnych lub rozwoju mikroorganizmów. Wykrycie zanieczyszczenia patogenami sygnalizowane jest zazwyczaj zmianą koloru wskaźnika. W takiej sytuacji niezależnie od daty przydatności jesteśmy w stanie ocenić, czy produkt nadaje się do spożycia, bo być może był niewłaściwie przechowywany i mimo odległego terminu ważności nastąpiły w nim już niepożądane zmiany.

Czym od opakowań inteligentnych odróżniają się opakowania aktywne?

Opakowania aktywne, w przeciwieństwie do opakowań inteligentnych, mają nie tyle informować o produkcie, co realnie na niego oddziaływać. W wyniku reakcji chemicznych, fizycznych i biologicznych aktywnie zmieniają one warunki panujące wewnątrz opakowania w celu przedłużenia okresu przydatności do spożycia (poprzez np. niszczenie lub hamowanie wzrostu drobnoustrojów występujących w żywności) oraz zachowania wyjściowej jakości i właściwości sensorycznych żywności. Podnoszą więc również jej bezpieczeństwo. 

W jaki konkretnie sposób działają opakowania aktywne?

Opakowania te wykorzystują zdolność określonych substancji do oddziaływania na produkt i środowisko w opakowaniu. Wśród opakowań aktywnych najczęściej wyróżnia się dwie grupy: absorbery, czyli opakowania pochłaniające substancje z żywności oraz emitery, czyli opakowania wydzielające substancje do żywności. Tego rodzaju opakowania mogą zawierać składniki aktywne wewnątrz opakowania (np. w formie saszetek), na powierzchni lub w swojej wielowarstwowej strukturze.

Do najpopularniejszych rozwiązań stosowanych w opakowaniach aktywnych możemy zaliczyć pochłaniacze zapachów, pochłaniacze tlenu (mające na celu absorpcję lub usunięcie tlenu z atmosfery wewnątrz opakowania, co pozwala m.in. na hamowanie rozwoju pleśni, drożdży i bakterii tlenowych oraz przeciwdziała zmianom barwy), pochłaniacze i emitery CO2 (odpowiedzialne za hamowanie wzrostu mikrobiologicznego oraz zapobieganie pęcznieniu opakowań) czy regulatory wilgotności oraz konserwanty i substancje bakteriobójcze.

Wszystkie funkcjonalności, które pani wcześniej wymieniła dla laika mogą kojarzyć się wręcz z magią. Ale mówimy przecież o faktach. Takie opakowania produkowane są już od jakiegoś czasu. 

Tak, opakowania aktywne i inteligentne istnieją na rynku od ponad 30 lat. W pierwszej kolejności rozwiązania tego typu wprowadzono w Japonii, następnie w USA, a później w Europie. Późniejsze upowszechnienie na rynku europejskim wynikało głównie z obowiązujących regulacji prawnych, które na obszarze Starego Kontynentu były znacznie bardziej restrykcyjne i dotyczyły potencjalnej migracji substancji aktywnych do produktu. Obecnie ten typ opakowań można spotkać już na całym świecie.

Przykładem opakowania inteligentnego może być etykieta firmy Cryolog, nakładana bezpośrednio na kod kreskowy. Zawiera ona mikrobiologiczną próbkę, która ma za zadanie monitorować świeżość produktu. Jeśli będzie on źle transportowany, przechowywany, bądź minie okres jego przydatności, próbka kontrolna wybarwi się i stanie się nieprzejrzysta, uniemożliwiając odczytanie kodu a tym samym zakup produktu. Z kolei Firma Maspex wraz z Uniwersytetem Warszawskim włączyła się w prace nad stworzeniem nowatorskiego systemu etykietowania żywności w ramach unijnego programu EIT Food Smart Tags. Smart Tags, nazywane także inteligentnymi wskaźnikami, mogą być umieszczane na opakowaniu. Oprócz podstawowych informacji o produkcie, po odpowiednim dostosowaniu mogą również monitorować jakość i bezpieczeństwo produktu.

W przypadku opakowań aktywnych z wykorzystaniem popularnych absorberów, można przytoczyć przykład polskiej firmy POMONA, która produkuje saszetki ''Eten'' pozwalające na pochłanianie etylenu z otoczenia. Umieszczenie saszetek w opakowaniu z owocami lub warzywami sprzyja spowolnieniu dojrzewania oraz umożliwia wydłużenie czasu przechowywania i transportu np. jabłek bez utraty ich świeżości. Dzięki temu jabłka z Polski mogą być eksportowane nawet do najdalszych zakątków świata. Opakowania aktywne wykorzystuje się także w procesie podgrzewania potraw. Technologię tego typu opracował m.in. producent puszek HotCan. Pojemniki te mają dwuwarstwową strukturę – potrawa przechowywana jest w wewnętrznym pojemniku, który okala szczelna saszetka z wodą, pod nią zaś umieszczono granulat grzewczy. Po przekłuciu saszetki w wyznaczonych miejscach i wstrząśnięciu puszką, w jej wnętrzu dochodzi do reakcji chemicznej, której wynikiem jest wydzielanie ciepła i podgrzanie potrawy.

A jak wygląda to w Polsce?

W Polsce, jak i całej Europie, rośnie zarówno rynek opakowań aktywnych jak i inteligentnych. Daleko nam jeszcze do krajów takich jak Stany Zjednoczone, Japonia czy Korea Południowa gdzie tego typu rozwiązania są bardzo popularne, ale coraz częściej możemy je spotkać także w naszych sklepach. 

Według analiz rynku, w przypadku opakowań inteligentnych największym zainteresowaniem cieszą się rozwiązania zwiększające interaktywność opakowań, jak kody QR, które są umieszczane bezpośrednio na opakowaniu lub etykiecie. Dzięki indywidualnym kodom, konsumenci mogą łatwo uzyskać informacje dotyczące produktu. Używając czytnika w swoim telefonie są automatycznie przekierowywani do strony internetowej, która zawiera dodatkowe informacje. Jest to proces stosunkowo prosty i niedrogi dla wytwórcy, wygodny dla konsumenta i często używany w celach marketingowych.

W polskich sklepach możemy również spotkać, najczęściej w ramach akcji sezonowych, opakowania napojów, które dzięki wykorzystaniu barwników termochromowych informują konsumenta poprzez pojawienie się stosownego symbolu na opakowaniu, że napój został schłodzony do sugerowanej przez producenta temperatury.

W jakim kierunku podążać będzie rozwój rynku opakowań? Czego możemy spodziewać się w przyszłości?

Obecnie w kierunkach rozwoju opakowań, a zwłaszcza opakowań do żywności, możemy zauważyć dwa główne trendy. Trend convenience oraz trend ekologiczny. Trend convenience, związany z rosnącym zapotrzebowaniem na wygodę zakupów, charakteryzuje się dostosowaniem i tworzeniem opakowań jak najbardziej przyjaznych użytkownikowi. Konsumenci potrzebują mniejszych porcji przygotowanych do konsumpcji, łatwych w przewożeniu, umożliwiających dłuższe utrzymanie świeżości i przechowywania towaru. W tym trendzie duże szanse rozwoju mają opakowania aktywne i inteligentne.

Z drugiej strony, trend ekologiczny zachęca do możliwie największego uproszczenia opakowań oraz wyboru materiałów najbardziej przyjaznych środowisku, nadających się do wielokrotnego użytku lub recyklingu. Im mniej elementów zawiera opakowanie oraz im bardziej jest jednorodne materiałowo, tym łatwiej możemy je po wykorzystaniu przetworzyć czy poddać recyklingowi. Coraz bardziej istotne staje się więc ekoprojektowanie opakowań. Wyposażenie opakowań w dodatkowe elementy, czy to informujące o stanie produktu czy na niego wpływające, może (choć nie musi) utrudniać późniejszą segregację lub recykling opakowania. Same te elementy po wykorzystaniu również stają się odpadem. 

Opakowania aktywne i inteligentne mają też swoje ''ekologiczne'' plusy. Dzięki nim transport, przechowywanie i dystrybucja produktów są usprawnione, zmniejszone zostają też straty towaru w łańcuchu logistycznym. Opakowania inteligentne i aktywne w dużym stopniu pomagają przedłużyć trwałość produktów i ograniczyć marnowanie jedzenia. 

Chwilowo, według raportów analityków, w branży opakowań przeważa trend convenience, ale kwestie klimatyczne i środowiskowe coraz bardziej wpływają na ustawodawstwo unijne i krajowe, co będzie miało swoje konsekwencje również w podejściu do opakowań. Otwarte pozostaje jednak pytanie, jak zachować równowagę między wygodą a ekologią.

Rozmawiał Jacek Leszczyński