Powłoki ochronne w systemach opakowań żywności Andrzej Jarmoluk Katedra Technologii Surowców Zwierzęcych i Zarządzania Jakością Wydział Nauk o Żywności Akademia Rolnicza we Wrocławiu jar@wnoz.ar.wroc.pl

Era kamienia Era brązu Era ceramiki Era stali Era plastiku Era szkała Era biopolimerów Era plastiku Era plastiku

Czynniki hamujące wzrost drobnoustrojów chemiczne biochemiczne biologiczne fizyczne pH konserwanty składniki dymu wędzarn. antybiotyki przyprawy potencjał redox Substancje biologicznie aktywne: bakteriocyny lizozym cystatyna laktoferyna itd.. Procesy: fermentacyjne kultury startowe cieplne świetlne ciśnieniowe PPE MAP radiacyjne filtracyjne aw

Polimery syntetyczne polibutadien polietylen poliizopren polipropylen poliwęglan poliestery poliamid (nylon) poliuretan poliimid polimocznik polisiloksany polisilany polietery polietylen polipropylen policzterofluoroetylen (Teflon®) polichlorek winylu polichlorek winylidenu polistyrenen polioctan winylu polimetaakrylan (Plexiglas®) poliakrylonitryl Produkcja: USA 85 mln ton/rok świat 100 mln ton/rok Zużycie do opakowań: USA 29 % UE 42 %

Rodzaje opakowań elastyczne nieaktywne aktywne niejadalne jadalne bakteriostatyczne/bakteriobójcze jadalne żele filmy (formowane poza produktem) powłoki (formowane bezpośrednio na produkcie) bakteriostatyczne/bakteriobójcze polimery

Systemy pakowania wykorzystujące elastyczne materiały - niejadalne pakowanie próżniowe pakowanie MAP pakowanie CAP pakowanie na tackach folią APF pakowanie w folie kurczliwe

Odpady plastikowe USA: 30 mln ton/rok UE: 17.5 mln ton/rok Źródła: gospodarstwa domowe 63.0% opakowania 15.0% motoryzacja 5.5% budownictwo 5.0% AGD/elektronika 5.0% rolnictwo 2.0% European source: 16 Mio tons, good agreement

Rynek i wykorzystanie polimerów biodegradowalnych powłoki/osłonki włókna tworzywa sztuczne kleje kosmetyki przemysł olejów przemysł papierniczy tekstylia/odzież uzdatnianie wody biomedyczne farmaceutyczne motoryzacja gumy Globalne zużycie 1996 – 14 mln kg 2001 – 68 mln kg Wartość sprzedaży 2005 – 600 mln $

Źródła biopolimerów stosowanych do powłok ochronnych ROŚLINY ZWIERZĘTA GRZYBY BAKTERIE skrobia celuloza białka lipidy gumy (guar…) hydrokoloidy (alginiany, karageniany, pektyny…) chityna chitozan pullulan, gellan, dekstran, ksantan, polyhydroxyalkanonates (PHA) polyhydroxybutyrates (PHB) poly-3-hydroxybutyrate-3- hydroxyvalerate (PHBV) poly-L-lactide (PLLA)

Tworzenie filmów i powłok ochronnych topienie i utwardzanie stałych tłuszczów, wosków, żywic; chemiczne strukturowanie I - hydrokoloid rozproszony w roztworze wodnym jest wytrącany lub żelowany przez usunięcie rozpuszczalnika lub przez dodanie substancji wywołującej efekt wysalania; chemiczne strukturowanie II - dwa koloidalne roztwory o przeciwnych ładunkach łączą się, a skutkiem interakcji składników wytrąca się polimerowa struktura; termiczne żelowanie lub koagulacja - ogrzewanie roztworów makromolekularnych lub szybkie ochładzanie roztworu koloidalnego, wywołuje przejście zolu w żel lub precypitację

Quintavalla S., Vicini L. (2002) Meat Sci. 62, 373-380

Systemy opakowań aktywnych selektywna przenikalność wyrównanie temperatury inaktywacja np. wolnych rodników absorpcja cieczy stabilizacja/selektywne uwalnianie – barwników, aromatów, przypraw, konserwantów, etanolu, kwasów, antyoksydantów itp. absorpcja obcych zapachów

Systemy bakteriostatyczne materiał ochronny zawiera substancje zwalniające dynamikę wzrostu i namnażania drobnoustrojów (antybiotyki, bakteriocyny, laktoferyna, lizozym, cystatyna…) materiał ochronny zawiera żywe, specjalnie dobrane kultury drobnoustrojów tworzące ochronny biofilm

Powłoka ochronna z udziałem laktoferyny laktoferyna imobilizowana na nośniku cukrowym efektywność oddziaływania przez kilka tygodni Patent: A.S. Naidu, Center for Antimicrobial Research, California State Polytechnic University

Laktoferyna odkryta 1939 glikoproteid (~700 aminokwasów) wiąże bardzo silnie Fe+2 (zakłóca u mikroorganizmów G (-) homeostazę żelazową) składnik mleka, krwi, śliny, łez aktywna przeciw ~30 patogenów (w tym Salmonella, E. coli O157:H7)

Aktywna laktoferyna [LF] eliminuje fimbrie (pili) komórki bakterii G (-) hamowanie wzrostu LF Morgan J.B. 2002, 55th RMC

Właściwości jadalnych powłok i filmów ochronnych do żywności dobra jakość sensoryczna (bezsmakowość/kompatybilność) dobre właściwości mechaniczne duża stabilność biochemiczna i fizykochemiczna stabilność mikrobiologiczna bezpieczeństwo dla zdrowia prosta technologia produkcji biodegradowalność niskie koszty surowców niskie koszty procesu wytwarzania

Funkcje jadalnych powłok i filmów ochronnych do żywności barierowość dla wymiany gazów i wody barierowość dla światła (UV) bariera/ochrona komponentów w układach wieloskładnikowych związków aromatycznych przeciwutleniaczy substancji bakteriostatycznych barwników jonów