Envases Inteligentes en alimentos

La legislación europea establece que “la fecha de duración mínima de un producto alimenticio es la fecha hasta la cual dicho producto alimenticio mantiene sus propiedades específicas siempre que el producto se guarde en condiciones de conservación adecuadas.” En general se indica “consumir preferentemente antes del …”.

Después de esta fecha, el alimento será comestible pero probablemente con una menor calidad.

En el caso de productos alimenticios microbiológicamente muy perecederos y que por ello puedan suponer un peligro inmediato para la salud humana, después de un corto período de tiempo, la fecha de duración mínima se cambiará por la fecha de caducidad. Luego de esta fecha, no podrá ser comercializado ni consumido.

En los países del Mercosur, no se hace esta distinción y solo se declara la fecha de vencimiento, con distintas expresiones.

En los países desarrollados es el consumidor final el que más contribuye a la pérdida de alimentos dentro de la cadena de valor. Lo que es aún peor es que gran parte de la pérdida de alimentos podría evitarse.

Los denominados conceptos de empaquetado inteligente ayudarían a reducir este desperdicio involuntario de productos. Pero esta no es la única ventaja que aportan estas tecnologías

Las pruebas microbiológicas y químicas de los productos se realizan regularmente a nivel de la empresa durante la producción y antes de la entrega. Pero en la mayoría de los casos no existe tal control después de la entrega al supermercado. El empaque inteligente cerrará esta brecha ya que puede monitorear y mostrar el estado de la calidad desde el punto de fabricación hasta el cliente.

Este monitoreo permanente no solo minimiza el desperdicio de alimentos innecesarios, sino que también protege a los consumidores contra posibles intoxicaciones alimentarias, maximiza la eficiencia de las industrias alimentarias y mejora la trazabilidad.

Preservar la calidad de los alimentos también es un área importante de investigación, ya que está directamente relacionado con el objetivo global de mejorar la calidad de nuestras vidas. Además, existe una creciente demanda por parte de los consumidores debido a las propiedades de calidad y seguridad. Estas cuestiones dependen en gran medida de los materiales de embalaje aplicados. El empaque inteligente tiene potencial para mejorar la seguridad del producto, reducir el impacto ambiental y aumentar el atractivo del producto envasado.

Una visión general de las tecnologías y conceptos de embalaje inteligente

Definición y marco legal.

La EFSA define los materiales de envasado inteligentes como "materiales y artículos que controlan el estado de los alimentos envasados o el entorno que los rodea" . Tienen la capacidad de comunicar las condiciones del producto envasado, pero no interactúan con el producto. Su objetivo es monitorear el producto y transmitir la información a los consumidores. Puede ser información sobre el estado de un paquete y su contenido, el tiempo de fabricación o las condiciones de almacenamiento. Dependiendo de si se trata de un empaque inteligente simple o reactivo, estos pueden colocarse en el empaque primario (exterior o interior), secundario o terciario.

Para que el embalaje inteligente pueda utilizarse con fines comerciales, se deben cumplir los requisitos legales. Específicamente, el artículo 3 de EC Nº 1935/2004 ordena que los envases inteligentes no deben transferir sus constituyentes a los alimentos en cantidades que superen los límites de seguridad. Esto podría poner en peligro la salud humana, provocar un cambio inaceptable en la composición de los alimentos o provocar un deterioro de las características organolépticas de los mismos. El artículo 4 regula, por un lado, el etiquetado, que debe indicar que las partes no son comestibles y el embalaje es inteligente. Por otro lado, requiere que la información transmitida a través de un empaque inteligente no engañe al consumidor.

El Reglamento CE nº 450/2009 trata más detalladamente los requisitos y la aprobación de materiales y artículos activos e inteligentes destinados a entrar en contacto con alimentos.

Diferentes tipos y conceptos de embalaje inteligente

En general, existen tres tecnologías principales que se utilizan para sistemas de empaquetado inteligente: portadores de datos, indicadores y sensores. También es posible una subdivisión de acuerdo con los siguientes tipos:

• Condiciones ambientales: esta especie controla las condiciones que pueden llevar a cambios en las características de calidad del alimento. Ejemplos de estos tipos son los indicadores de temperatura en el tiempo, los indicadores de fugas de gas y los sensores de humedad relativa. Dependiendo del factor de monitoreo, estos sistemas se pueden colocar fuera o dentro del empaque.
• Características de calidad o compuestos indicadores de calidad: este tipo se utiliza para el monitoreo directo de los atributos de calidad del alimento en sí. Algunos ejemplos son los sensores biológicos y los sensores / indicadores de frescura. Estos dispositivos suelen estar ubicados dentro del embalaje.
• Portadores de datos: estos sistemas solo se utilizan para almacenar y transferir datos, mientras que los indicadores y sensores se utilizan para monitorear el entorno externo y mostrar la información posteriormente.

Portadores de datos

Los portadores de datos ayudan a hacer que la información fluya dentro de la cadena de suministro más eficientemente. La función de los portadores de datos no es controlar la calidad de los productos, sino garantizar la trazabilidad, la automatización y la protección contra robos o contra falsificaciones. Para garantizar esto, los portadores de datos almacenan y transmiten información sobre el almacenamiento, la distribución y otros parámetros. Por lo tanto, a menudo se colocan en envases terciarios. Los portadores de datos utilizados con mayor frecuencia son las etiquetas de código de barras y las etiquetas de identificación por radiofrecuencia (RFID).

Códigos de barras

Los códigos de barras son baratos, fáciles de usar y se usan ampliamente para facilitar el control de inventario, el registro de existencias y la verificación. En general, los códigos de barras se pueden dividir en unidimensionales y bidimensionales. Según el tipo, tienen diferentes capacidades de almacenamiento.

Un código de barras unidimensional es un patrón de barras y espacios paralelos. La diferente disposición de las barras y los espacios resulta en la codificación de los datos. Un escáner de código de barras y un sistema asociado pueden traducir la información codificada.

Los códigos de barras bidimensionales ofrecen más capacidad de memoria debido a la combinación de puntos y espacios dispuestos en una matriz. Por ejemplo, pueden almacanear fecha de empaque, número de lote, peso del empaque, información nutricional o instrucciones de preparación. Esto proporciona una gran comodidad para los minoristas y consumidores. Un ejemplo de códigos de barras 2D son los códigos QR (respuesta rápida).

Tecnología de identificación por radiofrecuencia (RFID)

Las etiquetas RFID son un portador de datos avanzado con un almacenamiento de datos de hasta 1 MB, así como la capacidad para recopilar datos en tiempo real sin contacto y sin línea de visión.

Estos recopilan, almacenan y transmiten información en tiempo real al sistema de un usuario. En comparación con los códigos de barras, las etiquetas RFID son más caras y necesitan una red de información electrónica más potente. Por otro lado, la información se puede cargar electrónicamente en estas etiquetas y se puede cambiar nuevamente. Además, la RFID ofrece ventajas adicionales para toda la cadena de suministro de alimentos. Estos incluyen la trazabilidad, la gestión del inventario y la promoción de la calidad y la seguridad.

Un sistema RFID consta de tres compuestos: una etiqueta formada por un microchip conectado a una pequeña antena, un lector que emite señales de radio y recibe respuestas de la etiqueta a cambio y un software intermedio que une el hardware RFID y las aplicaciones de las empresas

Indicadores de temperatura en el tiempo (TTI), códigos de barras integrados y etiquetas RFID

Los códigos de barras y los códigos QR son las primeras tecnologías de embalaje inteligente. Posteriormente, se han desarrollado e integrado en las TTI. El principio se basa en el hecho de que se escanea una etiqueta y se proporciona información sobre el producto, así como la progresión de la temperatura. En comparación con los portadores de datos tradicionales, estos sistemas no solo pueden usarse para rastrear la cadena de distribución, sino que también pueden ayudar a reducir el desperdicio de alimentos.

Por ejemplo, Bioett tiene un sistema de código de barras TTI en el mercado donde los datos se capturan con un escáner portátil, se muestran en un monitor de computadora y se descargan en una base de datos para su análisis. Infratab ha desarrollado una etiqueta TTI-RFID alimentada por batería que utiliza un microchip para capturar la progresión de la temperatura y determinar la vida útil de un producto. Un biosensor-código de barras, llamado Food Sentinel System, fue desarrollado por SIRA Technologies. Un anticuerpo patógeno específico está unido a una parte formadora de membrana del código de barras. Si hay bacterias presentes, se forma una barra oscura que hace que el código de barras sea ilegible al escanear.

Los indicadores

Los indicadores determinan la presencia o ausencia de una sustancia, el grado de reacción entre diferentes sustancias o la concentración de una sustancia en particular. Esta información se visualiza mediante cambios directos, por ejemplo, diferentes intensidades de color. Según el indicador, se colocan dentro o fuera del paquete.

Indicadores de tiempo - temperatura (TTI)

La temperatura es un factor importante para determinar la vida útil de un producto alimenticio. Las desviaciones en el perfil de temperatura pueden dar como resultado el crecimiento o la supervivencia de microorganismos, lo que en última instancia causa el deterioro del producto. Además, una congelación incorrecta puede desnaturalizar las proteínas, como en el caso de la carne u otros productos.

Se pueden usar indicadores tiempo - temperatura para controlar que se mantengan adecuadamente la cadena de frío o una temperatura requerida durante la cadena de suministro de alimentos.

En general, los indicadores de tiempo - temperatura o los integradores son dispositivos simples y económicos que se adjuntan al envase. Se pueden distinguir tres tipos:

• indicadores de temperatura críticos, que muestran si los productos se han calentado por encima o se han enfriado por debajo de una temperatura permitida.
• En segundo lugar, los indicadores de historial parcial, que indican si un producto ha sido sometido a una temperatura que cause un cambio en la calidad del producto.
• En tercer lugar, un indicador de historial completo que registra el perfil de temperatura a lo largo de la cadena de suministro de alimentos.

El principio funcional de las TTI se basa en la detección de cambios mecánicos, químicos, electroquímicos, enzimáticos o microbiológicos dependientes del tiempo y la temperatura de un producto alimenticio. Por ejemplo, las respuestas químicas o físicas se basan en reacciones ácido-base o polimerización relacionadas con el tiempo y la temperatura. En contraste, las respuestas biológicas se basan en cambios biológicos como microorganismos, esporas o enzimas en relación con el tiempo y la temperatura. Los valores medidos generalmente se expresan como una respuesta visible, como cambios de color o deformaciones mecánicas.

Debido a esta funcionalidad simple, los TTI son reconocidos como dispositivos fáciles de usar. Un ejemplo de un indicador TTI es el Fresh-Check. Su función se basa en una reacción de polimerización que produce un cambio de color dentro de un rango especificado. Un centro claro indica un TTI fresco. Si el color del centro activo coincide con el anillo exterior, el producto debe consumirse pronto. Las TTIs de productos no frescos tienen un centro oscuro.

Indicadores de Frescura

Los indicadores de frescura supervisan la calidad de los productos alimenticios durante el almacenamiento y el transporte. Las razones de la pérdida de frescura pueden ser condiciones desventajosas o durabilidad excedida. Por lo tanto, presentan información sobre el crecimiento microbiológico, la presencia de metabolitos microbiológicos o los cambios químicos de los productos. Los metabolitos que indican la calidad son, por ejemplo, glucosa, ácidos orgánicos, etanol, compuestos volátiles de nitrógeno, aminas biogénicas, dióxido de carbono, productos de degradación de ATP y compuestos sulfúricos. Para poder estar en contacto con los compuestos, los indicadores de frescura deben colocarse dentro del embalaje. Dependiendo del indicador, esta información puede ser detectada por diferentes métodos.

Un ejemplo de un indicador de frescura es una etiqueta de sensor de FQSI (Food Quality Sensor International Inc., Lexington, MA, EE. UU.), que puede detectar aminas biogénicas. La etiqueta adhesiva de SensorQ ™ se aplica en el interior del empaque e indica que se ha alcanzado un nivel crítico de crecimiento bacteriano mediante un cambio de color (naranja a marrón). El principio de funcionamiento de los sensores de aminas biogénicas se basa en las aminas oxidasas o transglutamasas. Los sensores de ácido láctico funcionan sobre la base de las actividades de la lactato oxidasa y la peroxidasa. Los sensores de glucosa utilizan glucosa oxidasas que se inmovilizan en la superficie de los electrodos. La glucosa oxidasa es una enzima que cataliza la oxidación de la glucosa.

Indicadores de gas

Los indicadores de gas muestran la condición de calidad de los alimentos dependiendo de la atmósfera interior. Un sensor detecta y reacciona a los cambios en la atmósfera dentro del embalaje, mientras que el indicador real muestra el estado de calidad. Las modificaciones de la atmósfera se basan, por una parte, en la actividad alimentaria, como las reacciones enzimáticas o químicas, y, por otra parte, en la naturaleza del envase y las condiciones ambientales, como la generación de gas por el metabolismo de los microorganismos o la transmisión de gas a través del envase. La mayoría de ellos monitorea las concentraciones de oxígeno y dióxido de carbono, pero también se verifican el vapor de agua, el etanol, el sulfuro de hidrógeno y otros gases. Las concentraciones de estos gases a menudo se correlacionan estrechamente con el avance del deterioro . La funcionalidad de la mayoría de los dispositivos se basa en colorantes redox, un compuesto reductor y un componente alcalino. Para poder controlar los gases, los indicadores deben colocarse dentro del embalaje. Pero muchos de estos indicadores tienen una pérdida de color debido a la humedad en el embalaje. Sin embargo, las empresas ya están investigando indicadores colorimétricos activados por UV que muestran menos lixiviación de colorante debido a las tecnologías de encapsulación o recubrimiento.