Embalagens Ativas e Inteligentes

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Embalagens ativas e inteligentes

Prof. Renato Souza Cruz - UEFS Profa. Geany Peruch Camilloto - UFV

Mercado de alimentos Mercado competitivo;

Demanda por produtos mais prximos ao natural; Preocupao com segurana alimentar; Bioterrorismo.

Embalagens ativas: capazes de interagir intencionalmente com o alimento visando melhorar alguma caracterstica.

Embalagens inteligentes: capazes de sentir o ambiente e, muitas vezes, comunicar-se com o consumidor.

Embalagens ativas Absorvedores de oxignio Absorvedores de umidade Absorvedores de etileno Filmes e sachs antimicrobianos

Embalagens inteligentes Indicador tempo-temperatura Indicadores de microrganismos e toxinas Indicadores do frescor do alimento Indicadores de danos fsicos

Absorvedores ou liberadores Filmes permeabilidade de aroma... seletiva...

Embalagens ativas

Embalagens ativas Manuteno da qualidade e segurana de alimentos;

Demanda por produtos saudveis, sensorialmente agradveis e seguros; Filmes, sachs e revestimentos comestveis; EUA, Japo e Austrlia: aplicao com sucesso.

Princpios de atuao(A) Liberao; (B) Absoro; (C) Imobilizao.

Alimento

Alimento

Alimento

(A)

(B)

(C)

Tipos de embalagens ativas Absorvedores de oxignio; Absorvedores de etileno; Absorvedores de odores e sabores; Absorvedores de umidade; Emissores e absorvedores de dixido de carbono; Embalagens antimicrobianas; Embalagens antioxidantes; Embalagens aromticas.

Absorvedores de oxignioPerda de nutrientes

Descolorao

Deteriorao microbiana

Rancidez

Alteraes sensoriais

Absorvedores de oxignio Remover o oxignio;

Sachs

Ferro (Umidade ou catalisadores)

No metlicos (cido ascsbico, catecol)

Absorvedor de oxignioQueijo Ralado e Fatiado

Absorvedor de oxignioCouve Minimamente Processada

Absorvedor de oxignioMassa Fresca

Fungos filamentosos e leveduras6

25C

Log UFC/g

4

2

0 0 10 Tempo (dias) 30 45

6

10C

Mximo tolerado 104 UFC.g-1

Log UFC/g

4

2

0 0 10 30 Tempo (dias) 45

Absorvedor;

Vcuo;

Conservante qumico.

Absorvedores de etilenoQuandidade de CO2 emitida Produo de etileno Processo bioqumico Acelera a taxa de respirao

Amadurecimento e amolecimento de frutas, flores, legumes e hortalias Impacto na qualidade e vida de prateleira durante a estocagem e distribuio

Absorvedores de etileno Sach de permanganato de potssio (KMnO4)3 CH2CH2 + 2 KMnO4 + H2O 3 CH3CHO + 2 KMnO4 + H2O 3CH3COOH + 8 KMnO4 2 MnO2 + 3 CH3CHO + 2 KOH 3CH3COOH + 2 MnO2 + 2 KOH (1) (2) (3)

6 CO2 + 8 MnO2 + 8 KOH + 2 H2O

Combinando as Equaes (1) e (3), temos: 3 CH2CH2 + 12 KMnO4 12 MnO2 + 12 KOH + 6 CO2

Absorvedores de etilenoAbsoro de etileno pelo produto Always Fresh na qualidade ps-colheita do mamo papaya 'Golden (FONTES e GUARIENTE, 2007)

Estgio de Maturao I

Estgio de Maturao II

Absorvedores de etileno Outras tecnologias

Sachs:

carbono

ativado

e

um

metal

catalisador

Filmes: minerais como betonita e zelita

Filmes com elevada permeabilidade a gases

Absorvedores de odores e sabores Indesejvel: adsoro de aroma desejvel;

Desejvel: adsoro de compostos volteis desagradveis;

No interrompem o processo gerador de odores e aromas desagradveis.

Absorvedores de odores e sabores Removedores de odores: eliminar constituintes resultantes da deteriorao; - Indicao da deteriorao do alimentos;- Rejeio do produto.

Removedores de aromas- Gosto amargo Carvo ativado; zelitas e lignina.

Absorvedores de odores e sabores Soares e Hotchkiss (1998) - Filme imobilizado com a enzima naringinase - Remoo de naringina:gosto amargo em suco de grapefruit Rooney (1995): Peixes - Remoo de aminas: hidrlise da protena; - Remoo de aldedos: oxidao de lipdeos.

Absorvedores de umidade- Reaes qumicas gua Deteriorao -Crescimento microbiano - Caractersticas sensoriais Condensao Slica gel: 35% Zelitas: 24% (Brody et al, 2001) Sachs, filmes extrusados e moldados

Absorvedor de umidade

Inibio da microbiota no exsudado de frangoL o g U F C /g d o sa ch 4 3 2 1 0 0 24 Tempo (horas) 48 72

SEM SACH COM SACH

psicrotrficos6 Log UFC/g do sach 5 4 3 2 1 0 0 24 Tempo (horas) 48 72

mesfilos

Emissores e absorvedores de CO2 CO2: efeito antimicrobiano direto Aumento da fase lag e no tempo de gerao Efeito inibitrio diferente entre os micro-organismos Pode inibir ou estimular o crescimento de micro-organismo em baixas concentraes Alguns patgenos no so afetados com nveis inferiores a 50%. (Coma, 2008)

Emissores e absorvedores de CO2 Sachs Sozinhos ou em combinao com absorvedor de O2: vcuo parcial Bicarbonato de sdio + cido ctrico + condies midas = dixido de carbono

Emissores e absorvedores de CO2 CO2: sua presena pode estar relacionada a alteraes em alimentos Formado devido s reaes de deteriorao Hidrxido de clcio + CO2 carbonato de clcio + H2O

Remoo irrevescvel: indesejvel Alternativas: Carvo ativado e zelitas

Embalagens antimicrobianos Superfcie; Aumento da vida de prateleira; Quantidade de aditivo no alimento; Modo de atuao.

Embalagens antimicrobianos

O2

H2 0

Microbiolgica

Embalagens antimicrobianosImobilizao do antimicrobiano

Alimento

AlimentoAlimento

(A)

(B)

(C)

(A) Filme; (B) revestimento e (C) Sach

Embalagens antimicrobianosAgentes antimicrobianos embalagens ativas:cidos orgnicos (srbico, propinico) Nisina Lisozima Natamicina Quitosana

de

uso

comum

em

leos essenciais Alil-isotiocianato EDTA Prata Triclosan

Aprovao prvia: ANVISA, FDA, EPA.

Embalagens antimicrobianosA eficincia das embalagens ativas est condicionada a vrios fatores: - tipo de polmero- mtodo de preparo do filme - temperatura - mtodo de preparo de filmes ativos - natureza qumica do agente incorporado - pH do sistema -condies de transporte e estocagem - tipo de antimicrobianoDawson et al. (2003); Cha et al. (2004)

Filme antimicrobiano - Fungos

Filme antimicrobiano S. aureus

Filme antimicrobiano - Leveduras

Filme antimicrobiano em salsicha

Filme antimicrobiano em pes

Filme antimicrobiano em queijo

Filme antimicrobiano em queijo

controle

Coberto

Filme antimicrobiano: Massa de pastel

Incorporao de agente antimicrobianoCaixa Ativa

Pinta pequena

Podrido mole

Pseudomonas syringae pv. tomato

Erwinia carotovora subsp. carotovora

Escherichia coli

Staphylococcus aureus

Sachs antimicrobianos Resina de alta absoro;

Antimicrobiano voltil;

Embalagem (alta barreira a gases).

Sach antimicrobiano in vitroListeria innocua

Crescimento do fungo A. flavus 15 dias aps inoculao

Tratamento Controle (conc A)

Tratamento Controle e sach (conc A/2)

Tratamento Controle e sach (conc A/5)

Teor de aflatoxina em amendoim

120 Aflatoxinas totais (g.kg-1) 100 80 60 40 20 0 0 14 Tempo (dias) 28

Controle

T4

T5

Sach antimicrobiano em queijo Cottage

6 5 4 3 2 1 0 0 7 14 21 28 35-1

Log CFU.g

Time (days)

Sach antimicrobiano: queijo Cottage

Sach antimicrobiano: queijo Mussarela fatiado8,00 7,00 6,00-1 Log UFC.g

5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00 0 3 6 9 12 15 Tempo (dias )

8,00 7,00 6,00-1 Log UFC.g

5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00 0 3 6 9 12 15

Fungos filamentosos e leveduras

Tempo (dias)

Staphylococcus sp.

Revestimento comestvel antimicrobiano cenoura MPControle Revestimento

10C/14 dias

Revestimento antimicrobiano cenoura MP4,0E+04

UFC/mL

3,0E+04 2,0E+04 1,0E+04 0,0E+00 0 5 10 15 20

Fungos filamentosos e leveduras

controle revestimento

TEMPO (DIAS)

4,0E+05

UFC/mL

3,0E+05 2,0E+05 1,0E+05 0,0E+00 0 5 10 15 20

Psicrotrficos

TEMPO (DIA)

Embalagens antioxidantes

Oxignio OxidaoPropriedades nutricionais, cor e sabor

Vida de prateleira

Embalagens antioxidantesEstabilidade oxidativa: - Estrutura dos lipdeos - Presena de antioxidantes (remoo ou inativao dos radicais livres) - Sintticos - Naturais

Filmes e revestimentos antiescurecimentoSF 0% 2.5% CIS 5% CIS 10% CIS

Tempo 2 dias

Tempo 4 dias

Tempo 6 dias

Tempo 8 dias

Embalagens aromticos Sachs ou filmes Conferir aroma ao produto; Maior aceitao; No altera a linha de produo;

Filme e sach aromtico para leite Leite: baixo consumo (Brasil);

Importncia nutricional;

Fortes concorrentes.

Leite

aromatizado

Potencial de aplicao (revestimento).

Aceitao Sensorial: SABOR Amostras diferiram entre si (p0,05).

Controle

5,44

Aromatizado

6,48

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Ricota aromatizada

Anlise sensorial: mapa de prefernciaSegundo componente Principal (32,25%)1 01.2

7

Segundo Componente Principal (32,25%)

0.9

4

0.6 0.3

1 -9 -6 -3 -2 0 3 6 9

0 -1.2 -0.9 -0.6 -0.3 -0.3 -0.6 0 0.3 0.6 0.9 1.2

-5

-8

-0.9 -1.2

-11

controle

azeite limo

pizza

bacon

Primeiro Componente Principal (39,67%)

Consumidor

Primeiro componente Principal (39,67%)

trs grupos distintos: * ricota aromatizada de sabor pizza e de sabor bacon * ricota amostra aromatizada de sabor azeite e limo * amostras controle sem aroma.

Filmes aromticos e antimicrobianos: massa de pastel

Filmes aromticos e antimicrobianos: pesFilme sem aromatizante/antimicrobiano

Filme com aromatizante/antimicrobiano

Temperatura ambiente/ 15 dias

Imobilizao de enzimas Hidrlise de lactose120 100 80 60 40 20 0 0 10 20 30 40 50 Tempo (horas) 60 70

% Hidrolise

Filme 0,1 mL Filme 1 mL Filme 1,5 mL

% de Hidrlise a 7C dos filmes produzidos com 0,1; 1,0 e 1,5mL de lactase

Embalagens Inteligentes

Embalagens Inteligentes- Conservao e convenincia - Melhorar a qualidade do produto - Aumentar a segurana dos alimentos - Diminuir o nmero de reclamaes dos consumidores e varejistas

Embalagens InteligentesPrincpios de atuao: Embalagens inteligentes simples Embalagens inteligentes de resposta ou interativas

Indicadores externos Indicadores internos Indicadores de informaes

Tipos de embalagens inteligentes Embalagem, etiqueta, rtulo Principais tipos:

Facilitadoras

Carreadoras de dados

Indicadoras (sensores)

Embalagens facilitadorasEstilo de vida (moderno)

Embalagens facilitadorasFalar?

Embalagens facilitadoras

Embalagens facilitadoras

32 variantes!

Embalagens facilitadoras

gua - CaO T 40C em 3 minutos (US$ 1,71/lata)

Embalagens facilitadoras

Auto-resfriamento em 60 minutos: 5 C por 12 horas!

Embalagens facilitadoras

Embalagens facilitadoras

Embalagens facilitadoras

Embalagens facilitadoras

Embalagens carreadoras de dados Cdigo de barras: 1970POPULAR;

Poucas informaes (Identificao do fabricante e do produto) : Controle de estoque; Reduced Space Symbology (RSS): mais dados

74 caracteres (data de envase, n lote, contedo embalado)

Embalagens carreadoras de dados Cdigo de barras: PDF 417: informaes nutricionais, instrues para preparo... (1,1 KB)

Associao com sensores!!!

Embalagens carreadoras de dados Cdigo de barras: Problemas Capacidade de armazenar dados Requer contato visual com a leitora

Embalagens carreadoras de dados Radio frequency Identification (RFID): Segunda Guerra Mundial (avies); Identificao automtica e rastreabilidade do produto; No requer contato visual (ondas de rdio);

Embalagens carreadoras de dados RFID: Rapidez na leitura; Maior capacidade de armazenar informaes (1 MB); Temperatura de estocagem, (Associao com sensores!) umidade relativa...

Embalagens carreadoras de dados RFID: BarreirasCustos do chip Normas globais no definidas Oferta de tecnologia Interao com outros sistemas Aceitao dos consumidores

Mercado para RFID (em milhes) Fonte: ARC Advisory Group (2004)

Pagamento do pedgio acionado Depsitos atualizam estoque Prateleiras inteligentes

Etiquetas Autocaixa Chave RFID Assistente de compras (acelera a sada) Leitor na porta do supermercado

Passaporte (EUA)

Fonte: Conseptia Consulting

Embalagens indicadorasA data de validade de um alimento totalmente confivel ???Estimativas Adequao em todos os pontos da cadeia

Embalagem e alimento !

Embalagens indicadorasSensor: aparelho utilizado para detectar, localizar ou quantificar energia ou matria, gerando um sinal de deteco ou medindo uma propriedade fsica ou qumica de resposta (KRESS-ROGERS, 1998).

Receptor

Receptor

Sinal

Embalagens indicadoras Sensor tempo-temperatura: Binmio tempo-temperatura: deteriorao qumica e microbiolgica;

Embalagens indicadoras Sensor tempo-temperatura: Alimentos congelados e refrigerados!!! Baseado em reaes qumicas ou associados com cdigo de barras ou RFID.

Planilha de dados!

Embalagens indicadoras

Embalagens indicadoras Sensor de gases: Respirao de vegetais, deteriorao por microrganismos, difuso de gs pela embalagem... O2 est envolvido em deteriorao de alimentos; vrios processos de

Indicadores de O2: mais comuns; Indicadores de etileno (frescor).

Embalagens indicadoras

Embalagens indicadoras Sensor de umidade: gua: deteriorao, perda de caractersticas sensoriais.

Embalagens indicadoras Sensor de pH: Laboratrios de qumica Ao de microrganismos Leite: ao de BAL (azul Carne: aminas (verde verde) azul)YAM et al., 2005

Deteriorao ( pH)

Embalagens indicadoras Sensor de frescor: Amnia Cdigo de barras

Embalagens indicadoras Sensor de frescor: Leite longa vida Fita metlica Caixa: campo magntico

Embalagens indicadoras Biosensores:Aparelho ou equipamento que combina o reconhecimento de uma molcula biolgica e a produo imediata de um sinal.

Enzima, anticorpo, antgeno hormnio, microrganismo, cido nuclico...

Eletroqumicos, acsticos, ticos (mudana de cor)...

Embalagens indicadoras Biosensores: Nariz, lngua, antgeno-anticorpo ... Monitor do nvel de glicose em sangue.

Embalagens indicadoras Biosensores: Propriedades de um bom biosensor: Preciso; Sensibilidade; Especificidade; Confiabilidade; Simplicidade; Baixo custo.

Embalagens indicadoras Biosensores: Alimentos: patgenos, metais pesados ... VNC, toxinas,

Deteco rpida, precisaFood Book

Alternativa: embalagens inteligentes!

Embalagens indicadoras Biosensores: Polidiacetileno (PDA)

Fcil deteco, conveniente (tradutor)

Resposta: interao

Embalagens indicadoras Biosensores: OKADA et al. (1997): PDA + cido silico (vrus Influenza).cido silico

PDA

Embalagens indicadoras Biosensores: MA et al. (2002): Escherichia coli: infeces PDA + manose

Embalagens indicadoras Biosensores: Su et al. (2005): E. coli Pili

Embalagens indicadoras Biosensores: GUO et al. (2007): Protenas de trigo PDA + carboidrato Alrgenos ??

Embalagens indicadoras Biosensores: Food Sentinel System reao antgeno-anticorpo; E. coli, Salmonella, monocytogenes; (USA):

L.

Sistema integrado com cdigo de barras.

Embalagens indicadoras Biosensores: Toxin GuardTM (Canad): reao antgeno-anticorpo; Microrganismos, pesticidas, OGMs; Agentes cromforos ou fluorescentes; Sucia (indstria de laticnios).

Consideraes Finais Os consumidores modernos exigem produtos mais prximos ao natural; Existem muitas tecnologias que podem ser aplicadas para minimizar os riscos aos consumidores e atender s suas exigncias; As embalagens ativas e as inteligentes tm grande potencial de aplicao no mercado moderno; Nos prximos anos haver uma revoluo na rea das embalagens (dinmicas, comunicativas ...).