Już nie tylko opakowania z tworzyw ropopochodnych, czyli jak zmienia się przemysł opakowań do żywności?

• Strona główna
• Artykuły
• Już nie tylko opakowania z tworzyw ropopochodnych, czyli jak zmienia się przemysł opakowań do żywności?

2023-07-03  / Autor: Krzysztof Szarkowski

W ostatnich latach ewolucja przetwórstwa i pakowania żywności doprowadziła do stałego wzrostu jakości i bezpieczeństwa żywności, poprawiając w ten sposób jakość życia człowieka. Wśród głównych filarów tego wielopłaszczyznowego procesu znajdują się m.in. prace nad stworzeniem bioopakowań aktywnych na bazie biopolimerów odnawialnych. W ten sposób dochodzi nie tylko do ograniczenia stosowania tworzyw ropopochodnych w sektorze opakowań do żywności, ale także do wydłużenia okresu przydatności produktów do spożycia, co zapobiega powstawaniu odpadów żywnościowych.

Opakowania do żywności to skoordynowany system mający na celu zachowanie bezpieczeństwa i jakości produktów spożywczych od momentu ich wytworzenia do końcowego wykorzystania.

Opakowania odgrywają kluczową rolę w łańcuchu dostaw żywności. Szacuje się, że na całym świecie jedna trzecia wyprodukowanej żywności wyrzucana jest każdego roku z powodu różnych czynników, w tym niewłaściwych procedur zbioru, uszkodzeń mechanicznych i nieodpowiednich warunków przechowywania. To zaś prowadzi do rozkładu mikrobiologicznego żywności, utleniania, degradacji składników odżywczych i utraty akceptowalności do spożycia. Dlatego dobór odpowiednich rozwiązań opakowaniowych, które są w stanie zabezpieczyć docelowy produkt i zachować jego jakość, ma kluczowe znaczenie dla wydłużenia okresu przydatności żywności do spożycia, a tym samym zapobiegania powstawaniu odpadów.

Konwencjonalne opakowanie to najczęściej przedmiot jednorazowego użytku, wyrzucany natychmiast po dotarciu do użytkownika. W przypadku szerokiej gamy materiałów opakowaniowych, to tworzywa sztuczne na bazie paliw kopalnych zdominowały przemysł, dzięki swoim ulepszonym właściwościom barierowym i mechanicznym, odporności chemicznej, trwałości, lekkości, dostępności i stosunkowi ceny do jakości i efektywności.

Obecnie światowa produkcja tworzyw sztucznych wynosi około 320 mln ton rocznie. Dane pokazują, że jedna trzecia całego produkowanego plastiku jest przeznaczona na materiały opakowaniowe. W związku z tym przemysł opakowań do żywności jest ściśle zaangażowany w produkcję ogromnych ilości tworzyw sztucznych, generując poważne obciążenia ekonomiczne i wywołując skutki ekologiczne. Główny problem tworzyw sztucznych wiąże się z ich niezrównoważonym charakterem, ponieważ ich źródło (ropa naftowa) nie jest odnawialne. Poza tym tworzywa sztuczne jednorazowego użytku są ogólnie uważane za „nieprzyjazne dla środowiska” ze względu na ich niekompostowalność i niski wskaźnik recyklingu. Powoduje to gromadzenie się ogromnych mas odpadów na wysypiskach i w oceanach.

W ciągu ostatnich lat świadomość wpływu tworzyw sztucznych na środowisko znacząco wzrosła zarówno na poziomie społecznym, jak i w kontekście uregulowań prawnych. Z jednej strony konsumenci coraz częściej domagają się naturalnej, wysokiej jakości żywności oraz opakowań żywności, które nie powodują zanieczyszczeń. Z drugiej strony rządy dążą do ograniczenia wpływu człowieka na środowisko.

Przykładowo Parlament Europejski skoncentrował swoje Cele Zrównoważonego Rozwoju na częściowym zastąpieniu polimerów ropopochodnych biodegradowalnymi polimerami z zasobów odnawialnych do 2030 r. Skłoniło to naukowców i firmy do przeniesienia wysiłków na poszukiwanie i eksploatację nowych zasobów odnawialnych oraz rozwój zrównoważonych rozwiązań opakowaniowych, w tym folii i powłok.

Odpowiednio przygotowane folie służą do owijania żywności lub umieszczania między warstwami produktów spożywczych. Powłoki to natomiast cienkie warstwy materiału, które są nakładane bezpośrednio na powierzchnię żywności i działają jak bariera między środowiskiem zewnętrznym a produktem podczas transportu, przetwarzania i przechowywania. Powłoki nakłada się albo przez zanurzenie produktu w roztworze powlekającym, albo przez bezpośrednie natryskiwanie ich na powierzchnię produktu. Te nowatorskie systemy pakowania są zaprojektowane do wykonywania wielu funkcji. Obok „klasycznej” czynności opakowaniowej, jaką jest wstawianie fizycznej bariery między żywnością a środowiskiem, mogą one pełnić rolę nośników związków bioaktywnych o właściwościach przeciwutleniających, przeciwdrobnoustrojowych i odżywczych.

Tego typu „składniki aktywne” mają na celu wydłużenie okresu przydatności do spożycia lub zwiększenie wartości odżywczej zapakowanego produktu. Ponadto dodatek związków bioaktywnych może skutkować modyfikacją właściwości fizykochemicznych, mechanicznych i barierowych, ponieważ wchodzą one w interakcję chemiczną ze strukturą biopolimeru. Stąd ich szerokie zastosowanie może pozwolić na poprawę, a nawet dostosowanie cech funkcjonalnych rozwiązań opakowaniowych do szerokiego zakresu zastosowań.

Opakowania pochodzenia biologicznego

Badania i przemysł dążą do wykorzystania biodegradowalnych polimerów do pakowania żywności. Ponadto ekstensywna eksploatacja zasobów odnawialnych może potencjalnie zmniejszyć w przyszłości zużycie ropy naftowej i innych paliw. Jednak tworzywa sztuczne produkowane z zasobów odnawialnych niekoniecznie nadają się do kompostowania lub biodegradacji i odwrotnie.’

Na przykład celuloza, skrobia i żelatyna również zachowują swoją biodegradowalność, gdy są otrzymywane syntetycznie. Podobnie, gdy monomery oleju rycynowego są polimeryzowane w celu wytworzenia poliamidu, tracą one swą zdolność do biodegradacji. W rzeczywistości zatem biodegradacja jest skorelowana ze strukturą chemiczną związku, a nie z jego pochodzeniem. W tym kontekście ważne jest jasne określenie definicji biodegradacji i kompostowalności.

Biodegradacja ogólnie definiuje zdarzenie, w którym biomasa ulega rozkładowi w ponad 90% w ciągu sześciu miesięcy w wyniku działania enzymów i/lub degeneracji chemicznej związanej z organizmami żywymi, takimi jak pleśnie, drożdże i bakterie. Proces ten można prowadzić zarówno w warunkach tlenowych, jak i beztlenowych. Inne procesy, takie jak fotodegradacja, hydroliza i utlenianie, również mogą mieć wpływ na strukturę biomasy przed lub w trakcie biodegradacji. Kompostowalność to szereg procesów (głównie prowadzonych w warunkach przemysłowych), które wykorzystują biodegradację do przekształcenia materii organicznej w tzw. kompost, który musi całkowicie rozłożyć się w glebie w ciągu trzech miesięcy, wytwarzając wodę, dwutlenek węgla i inne związki nieorganiczne.

W świetle tych stwierdzeń warto zauważyć, że synteza na dużą skalę kompostowalnego bioplastiku przy użyciu w 100% zasobów odnawialnych nie została jeszcze przemysłowo w pełni zrealizowana. Do tej pory bioplastik stanowił zwykle ponad 50% źródeł odnawialnych. Kilka bioplastików zawiera mieszanki związków syntetycznych poprawiające właściwości techniczne produktu końcowego, rozszerzające jego potencjalne zastosowania. Mimo to obecna tendencja polega na zastępowaniu syntetycznych dodatków związkami naturalnymi o porównywalnych właściwościach użytkowych oraz zwiększaniu wykorzystania biopolimerów w stosunku do materiałów pochodzenia kopalnego w celu wytworzenia około 100% tworzyw odnawialnych i biodegradowalnych.

Opakowania bioaktywne

Opakowania do żywności sprawnie wyewoluowały przez dekady poza swoje zastosowanie jako proste pojemniki i bariery przed czynnikami zewnętrznymi. Zapotrzebowanie konsumentów na zdrowe, bezpieczne i bardziej zrównoważone produkty skłoniło naukowców i przemysł do opracowania materiałów opakowaniowych, które mogą aktywnie zapewnić bezpieczeństwo żywności i wydłużyć okres przydatności do spożycia, a tym samym zachować jakość i smak żywności. Takie podejście do pakowania jest znane jako „pakowanie aktywne”.

Opakowania aktywne są projektowane jako materiały i wyroby, które mają na celu wydłużenie okresu przydatności do spożycia, utrzymanie lub poprawę stanu opakowanej żywności. Są one zaprojektowane tak, aby celowo zawierać składniki, które uwalniałyby lub wchłaniały substancje do lub z opakowanej żywności lub środowiska otaczającego żywność.

Aktywne opakowanie żywności rozszerza funkcję tradycyjnego opakowania, w tym zamykanie, ochronę, konserwację i komunikację, przechodząc od pasywnej roli do roli aktywnej. Działa jako medium interakcji między produktem, środowiskiem i samym opakowaniem, zmieniając środowisko opakowanego produktu. W zależności od sposobu działania opakowania aktywne można podzielić na dwie główne kategorie: systemy oczyszczające i emitujące.

Te pierwsze to materiały, które pochłaniają niepożądane substancje z wewnętrznego środowiska opakowania, w tym wilgoć, tlen, dwutlenek węgla, etylen oraz zapachy/smaki. I odwrotnie, emitery są zaprojektowane do uwalniania określonych substancji o pożądanych właściwościach, aby wywrzeć pozytywny wpływ na przestrzeń nad opakowaniem. Te związki aktywne mogą być albo częścią materiału opakowaniowego, albo mogą być zamknięte wewnątrz opakowania, oddzielone od opakowanej żywności. Korzyści związane z pierwszym rozwiązaniem to brak możliwości manipulacji przez konsumenta, co zmniejsza ryzyko zanieczyszczenia oraz to, iż opakowanie jest wytwarzane przy użyciu konwencjonalnego sprzętu, co zmniejsza złożoność procesu. Niektóre substancje powszechnie dodawane do systemu pakowania to przeciwutleniacze i środki przeciwdrobnoustrojowe, enzymy, związki aromatyczne, nutraceutyki oraz pre- lub probiotyki. Wśród nich aktywne związki przeciwdrobnoustrojowe i przeciwutleniające (syntetyczne lub pochodzenia naturalnego) zostały uznane za najbardziej atrakcyjne do włączenia do systemów pakowania, ponieważ psucie się drobnoustrojów i utlenianie lipidów są uważane za dwie główne przyczyny psucia się żywności.

CAŁA TREŚĆ DOSTĘPNA W "Chemia i Biznes" nr 2/2023

"Chemia i Biznes” to dwumiesięcznik biznesowo-gospodarczy, stworzony z myślą o firmach poszukujących rzetelnej, aktualnej i profesjonalnie przygotowanej informacji na temat rynku chemicznego i sektorów powiązanych.

przemysł opakowaniowyzrównoważony rozwójinnowacje