تکنولوژی بسته بندی فعال

 
بسته بندی فعال در صنعت مواد غذایی
بسته بندی فعال یکی از مفاهیم جدید در بسته بندی مواد غذایی می باشد که در پاسخ به تغییرات مداوم در درخواست های مصرف کنندگان در حال حاضر وگرایشات بازار توسعه یافته است. تکنولوژی های جدید در بسته بندی مواد غذایی در پاسخ به نیازهای مشتریان یا در راستای تولید صنعتی محصولات غذایی محافظت شده با روشهای ملایم تر، تازه، لذیذ و راحت با عمر انباری زیاد و کیفیت کنترل شده توسعه می یابند. علاوه براین تغییرات در نحوه توزیع (مثل جهانی سازی بازار در نتیجه توزیع غذا در مسافتهای طولانی) یا روش زندگی مصرف کنندگان (بدلیل صرف زمان کمتر برای خرید غذای تازه از بازار و پخت وپز) مهمترین چالشها در زمینه صنعت بسته بندی می باشد و به عنوان نیروی پیش برنده در جهت توسعه مفاهیم جدید بسته بندی و بهبود یافته می باشد که میزان مدت زمان نگهداری را افزایش داده در حالیکه موجب حفظ ایمنی و کیفیت مواد غذایی شده و آن را تحت نظارت دارد. در دهه های اخیر یکی از ابداعات در زمینه بسته بندی مواد غذایی بسته بندی های فعال و هوشمند هست که بر پایه واکنشهای متقابل آزادانه با غذا و محیط غذا پایه گذاری شده است.
فناوری توسعه یافته بسته بندی فعال به کیفیت خوب، سالم، بی خطر و همچنین به کاهش آلودگی و مشکلات زیست محیطی می پردازد. سیستمهای هوشمند بسته بندی فعال عملکرد بسته بندی غذا یا گازهای اتمسفری داخل را مورد ارزیابی قرار می دهد و نیاز مصرف کننده برای کیفیت بهتر، تازگی و تولید سالم را اجابت میکند.

از سیستمهای مهم بسته بندی فعال که در حال حاضر مورد استفاده قرار می گیرند می توان به سیستمهایی نظیر جاذبهای اکسیژن،جاذبها و منتشرکننده های دی اکسید کربن، جاذبهای رطوبت، جاذبهای اتیلن و منتشرکننده های اتانول اشاره کرد. سیستمهای منتشرکننده و جاذب طعم،نشانگرهای دما-زمان و فیلمهای حاوی مواد ضدمیکروبی نیز از انواع دیگر این سیستمها هستند(جدول ۱).

مواد افزودنی فعال در مقابل تغییرات محیطی ایجاد شده در بسته بندی محصولات از خود واکنش نشان می دهند. برای مثال، زمانی که رطوبت موجود در بسته بندی محصول به یک میزان خاص می رسد، ماده خشک کننده موجود در بسته بندی آن محصول، شروع به جذب رطوبت موجود در محیط داخل بسته بندی می کند. این مواد افزودنی فعال، نه تنها باعث جذب رطوبت شده، بلکه می توانند مولکولهای دیگری مانند اکسیژن واتیلن را نیز جذب کرده و یا باعث آزاد شدن مواد آنتی باکتریال و یا حتی مواد طعم دهنده شوند. قبلا بسته های کوچک یا ساشه ها را در داخل بسته بندیهای خاص قرار می دادند تا بتوانند رطوبت و بوی ایجاد شده در بسته را جذب نمایند. امروزه، در دنیا درصدد هستند که با وارد کردن این مواد افزودنی خاص در دیواره بسته بندی محصولات، این کار را آسان تر نمایند.

در کنار مواد افزودنی نام برده، مواد جاذی اشعه یووی و موادی که از ماتی بسته بندیها جلوگیری می کنند، نیز امروزه کاربرد بالایی را پیدا کرده اند.
بسته بندیهای فعال و هوشمند، سالهاست که در کشور ژاپن استفاده می شوند و امروزه در قسمتهایی از اروپا و آمریکا نیز در صنایع مختلف از این نوع بسته بندیها، استفاده های شایان میشود. در این راستا تولیدکنندگان متعددی در اروپا در جهت کسب مجوزهای بهداری و بهداشت، جهت استفاده از این گونه مواد افزودنی در بسته بندیهای محصولات خود برآمده اند. تخمین زده می شود که ارزش جهانی کلی بازار بسته بندی فعال در سال ۲۰۰۵ ارزشی معادل ۱/۵۵۸ بیلیون دلارداشته و پیش بینی می شود که این بازار در سال ۲۰۱۰ به ۲/۶۴۹ بیلیون دلار برسد.
در این مقاله ضمن شرح هر یک از سیستمهای بسته بندی فعال، مکانیزم و نحوه عملکرد هر یک بطور مختصر شرح داده می شود. در ادامه پیشرفتهای اخیر در زمینه فناوری بسته بندی فعال مورد بحث و بررسی قرار گرفته و در پایان اثر بسته بندی فعال بر روی کیفیت و ایمنی مواد غذایی مورد مطالعه قرار می گیرد.

جاذب اکسیژن
اکسیژن بالا در بسته بندی غذا به رشد میکروب، حذف طعم و بوی ایجاد شده، تغییر رنگ و از بین رفتن خوراک کمک می کند وعلت عمده کاهش زمان ماندگاری غذاها بشمار می رود. بنابراین کنترل سطح اکسیژن در بسته بندی غذا امری مهم تلقی می شود. تهیه سیستمهای جاذب اکسیژن پیشنهادی بود تا خلاء و گازهای معتدل در بسته بندی، تولید با کیفیت و زمان ماندگاری را بهبود بخشند. از این گذشته به لحاظ اقتصادی نیز سودمند باشد.

از مواد جاذب اکسیژن در محصولاتی که نیاز به محافظت در مقابل اکسیژن را داشته، توسط تولیدکنندگانی که قصد جایگزینی شیشه و یا بسته بندیهای فلزی با بسته بندیهای پلاستیکی با وزن کمتر، که استفاده آسان تررا نیز به همراه خود دارند و بسته بندیهای پلاستیکی تک لایه استفاده می شود. موادی مانند شیشه، فلزات، اتیلن ونیل الکل، پلی ونیل دی کلراید، می توانند سدی را جهت جلوگیری از نفوذ اکسیژن محیط بیرونی به داخل بسته بندی حاوی محصول ایجاد نمایند. این در حالیست که مواد جاذب اکسیژن، یک سد فعال را به بسته بندی اهدا می کنند که باعث جذب اکسیژن در فضای داخل بسته بندی، اکسیژن مانده در داخل محصول و یا اکسیژنی که به مرور زمان از دیواره های بسته بندی وارد بسته بندی شده است، می گردند. این مواد جاذب اکسیژن، سالهاست که در دیواره های بسته بندیهایی مانند ساشه ها استفاده می شوند و امروزه می توان از آنها در ساختار اتیکتها و یا بصورت وارد کردن مستقیم آنها در ساختار بسته بندیهای مختلف استفاده نمود. برای مثال، از این مواد جاذب اکسیژن، در صنعت بسته بندی نوشابه ها در بسته بندیهای پت که روز به روز رونق بیشتری پیدا می کنند، در فیلم های مورد استفاده در بسته بندی انواع فرآورده های گوشتی و بسته بندیهای زیپ دار جهت بسته بندی محصولاتی که بسته بندی آنها قابلیت بسته شدن دوباره را دارند، استفاده می شود.

اکسید آهن اولین ماده جاذب اکسیژن در ساشه ها بود. ماده جاذب اکسیژن دیگر اسید آسکوربیک بوده که اغلب در واشرهای موجود در درب بطرهای حاوی آبجو و بطرهای حاوی آب میوه جهت جذب اکسیژن که از درب پلاستیکی این محصولات عبور می کند، استفاده می شود. بیشتر بطریهای پلی استری حاوی آبجو و یا آب میوه ها امروزه حاوی نایلون ام دی ایکس شش، کانالیز شده با کبالت می باشند که کار جذب اکسیژن را برعهده دارند. برای مثال شرکت سیبا مواد جاذب اکسیژنی به بازار عرضه کرده است که آنها را می توان در بسته بندیهای چند لایه پلی اولفینی نیز استفاده نمود. این مواد جاذب اکسیژن، نسبت به رطوبت حساس بوده و در اثر رطوبت بالای موجود در مواد غذایی، نوشیدنیها و یا محصولا بهداشت فردی فعال شده و عمل می کنند.

شرکت شورون فیلیپس نیز سیستم جاذب اکسیژن را بر پایه یک رزین اکسیدشونده، تولید نموده است. این سیستم از اتیلن متیل اکریلات سیکلو هگزن متیل اکریلات و یک مستربچ حاوی مواد فعال شونده نوری و یک کاتالیزاتور نمکی کبالت تشکیل شده است. این سیستم را می توان بین لایه های عادی و لایه داخلی محافظ بسته بندیهای چند لایه، اکسترود نمود. عملیات جذب اکسیژن از طریق نوریووی تابیده شده بر روی بسته بندی آغاز می شود. از این سیستم در بسته بندی محصولات گوشتی، انواع پنیر و انواع خمیر تازه استفاده می شود. از این سیستم می توان همچنین در بسته بندی محصولات خشک مانند قهوه، خشکبار و یا پودرهای شیرینی پذیری نیز استفاده نمود. این سیستم می تواند برخلاف سایر مواد جاذب اکسیژن، شفافیت خاصی را به بسته بندی اهدا نماید و هیچگونه طعم اضافه را به محصول داخل بسته بندی نمی دهند.

خاصیت سیستم جاذب اکسیژن اساسا در اکسیداسیون پودر فلز با ابزار شیمیایی یا جذب اکسیژن از طریق استفاده از آنزیمها می باشد. در مورد تشکیل یک فلز نگه دارنده در یک کیسه معطر کوچک باید خاطر نشان کرد که این فلز با اکسیژن ترکیب می شود تا به اکسید فلز برسد. مواد کیسه های معطر نفوذپذیری بالایی به اکسیژن دارد. سیستم جاذب اکسیژن اولین پیشرفت و طرحی نا محدود در بازار بسته بندی غذا توسط کمپانی گاز شیمیایی میتسوبیشی بود. نوع و مقدار جاذب مورد استفاده در یک کیسه معطر، وابسته به اولین سطح اکسیژن در بسته بندی، مقدار حلالیت اکسیژن موجود در غذا، قابلیت نفوذ پذیری در بسته بندی مواد، ماهییت (اندازه، شکل، وزن و غیره) و فعالیت آب در غذا می باشد.
سیستم جاذب اکسیژن مبتنی بر فلز، توانایی جذب اکسیژن در برخی غذاهای با رطوبت بالا، متوسط یا کم و حاوی چربی را دارد. سیستم جاذب اکسیژن آنزیمی نسبت به سیستمهای مبتنی بر فلز گرانتر هستند. سیستمهای اکسیداسیون آنزیمی نیز نفوذپذیری بالایی در کیسه های معطر دارند. بنابراین استفاده از این سیستمهای مبتنی برآنزیم محدوده گسترده ای دارد.

کیسه های معطر جاذب اکسیژن برای غذاهای مایع مناسب نیستند زیرا برخورد مستقیم مایع با کیسه معطر باعث ریختن محتوای کیسه معطر می شود. بعلاوه کیسه های معطر ممکن است به طور تصادفی با غذا مصرف شده یا توسط بچه ها خورده شوند. فروش کیسه های معطر جاذب اکسیژن در ایالات متحده نیازمند داشتن بر چسب <آشامیدنی نیست> است که این کار برای سلامت ذهنی و به منظور پیمان تنظیمی توسط وزارت غذا و دارو (FDA) است.
تلفیقی از جاذبها در غشای بسته بندی راه بهتری جهت حل مشکل کیسه های معطر است. جاذبها ممکن است هر کدام جداسازی شده در یک جامد، پراکنده در پلاستیک یا به صورت معمولی در لایه های گوناگون بسته بندی باشند که شامل لاک و الکل چسبنده یا لعاب لایه ها هستند. جاذب اکسیژن چند لایه اثر بیشتری در جذب اکسیژن نسبت به سیستمهای جاذب یک لایه دارند.
تلفیقی از سیستم جاذب اکسیژن چند لایه در شکل ۱ نشان داده شده است. اکسیژن ورودی از محیط خارجی در محدوده ی لایه ی جاذب اکسیژن توسط لایه ی مانع نسبت به اکسیژن نشت ناپذیری بالایی دارند. لایه درونی یا کنترلی مجاور لایه جاذب اکسیژن امکان دارد که در پایین آوردن انتقال ماده جاذب به غذا تأثیر داشته باشد.

جاذب و منتشرکننده دی اکسید کربن
سطح بالایی از دی اکسید کربن معمولا نقش مفیدی در کاهش رشد میکروب در سطح گوشت قرمز و گوشت مرغ و کاهش سرعت از بین رفتن طراوت میوه ها و سبزیجات ایفا می کند. دی اکسید کربن نفوذ پذیری بیشتری نسبت به اکسیژن دارد ولی با این وجود معمولا بیشترین دی اکسید کربن در داخل فیلمهای پلاستیکی بسته بندی غذاها نفوذ می کند. برای نمونه جایی از بسته بندی که نفوذ پذیری بالایی به دی اکسید کربن دارد، سیستم منتشرکننده دی اکسید کربن لازم است سرعت تنفس را کاهش و مانع رشد میکروب شود. استفاده از دو نقش سیستم مرکب از جاذب اکسیژن و منتشر کننده دی اکسید کربن باعث افزایش زمان ماندگاری غذاهای فاسد شدنی می شود. از ترکیب ماده خشک با یک کیسه معطر، جاذب دی اکسید کربن ایجاد می شود که یک پوشش پر منفذ حاوی کلسیم اکسید را می سازد و باعث جذب یک عامل هیدراتی مثل ماده سیلیکاتی می شود.در این سیستم آب با کلسیم اکسید واکنش می دهد و کلسیم هیدروکسید را تولید می کند. و کلسیم اکسید با دی اکسید کربن واکنش می دهد تا به شکل کلسیم کربنات درآید.

جاذب رطوبت
کنترل رطوبت در بسته بندی غذا امری مهم تلقی می شود که از تیره شدن شکل فیلم جلوگیری می کند. بسته بندی ها در برابر بخار آب داخل و خارج بسته بندی قابلیت نفوذ پذیری کمی دارند. بخارات آب به وجود آمده در داخل بسته بندی غذا معمولا ناشی از تنفس محصولات تازه، تغییرات دما در تعادل بالا، رطوبت بسته بندی غذا و پساب حاصل از برش گوشت، مرغ و محصول، می باشد. بخار آب تشکیل شده در داخل بسته بندی باعث رشد میکروارگانیسمها و درنتیجه از بین رفتن کیفیت غذا و کاهش زمان ماندگاری می گردد. راه مؤثر در کنترل آب تشکیل شده در بسته بندی غذا استفاده از خاک رس طبیعی (montmorial)، کلسیم اکسید، کلسیم کلراید، نشاسته تعدیل شده یا دیگر مواد جاذب رطوبت است که مانع تشکیل شدن آب می شوند. ماده سیلیکاتی اکثرا خشک استفاده می شود زیرا نه سمی است و نه فاسد شدنی، دیگر راه جذب رطوبت استفاده از یک غشاء سوپر جاذب پلیمری ورقه ورقه ای است که لایه ی جاذب رطوبت آن به شکلی از کوپلیمر پلی استر پیوندی و نوعی صمغ، محتوی یک صمغ پلی اوریتان، یک صمغ اکریلیک و یک صمغ وینیل می باشد.

منتشر کننده اتانول
پاشیدن اتانول در سطح مواد غذایی مثل نان، بیسکوئیت و دیگر محصولات نانی باعث افزایش عمر مفید این محصولات و جلوگیری از رشد میکروب، قارچ و کپک می شود. حرکت آرام و مکرر اتانول باعث حمل مواد به فضای بسته بندی می گردد. اتانول موجود در مواد اولیه توسط آب موجود در آن تغییر مکان می دهد. فیلمهای حاوی اتانول در بازار شایع نیست و در کنترل اتانول به قسمت فضای خالی بسته بندی با مشکل مواجه است.

سیستمهای منتشر کننده / جاذب طعم
مواد بسته بندی غذاها معمولا پلاستیکی هستند که سازگار با مزه ی مواد غذایی نمی باشند. درنتیجه مزه ی مواد غذایی پس از فرآیند در درجه حرارت بالا و بسته بندی کاهش می یابد در حالیکه یکی از فواید ظروف بیته بندی آن است که طعم غذا در بسته حفظ شود و موقع باز کردن درب ظرف بوی مطبوعی به مشام برسد. به عنوان مثال تولید کنندگان قهوه ی خشک از فرایند دی هیدرات استفاده می کنند تا زمانیکه درب ظرف باز می شود رایحه ی قهوه حس شود. برخی فرایندهای پرتقال مانند ناول پس از آنکه پاستوریزه شوند می توانند طعم را بهتر حفظ کنند. به طور کلی سلولوز استات روکش بطریهای پلاستیکی است که به عنوان مواد افزودنی استفاده می شود و تلخی حاصل از آب پرتقال را کاهش می دهد. فرم بی طعمی و بی بویی در محصولات غذایی عمدتا از اکسیداسیون روغنها و چربیها سرچشمه می گیرد.

کربنات سدیم، ذغال چوب فعال از مواد مورد استفاده در جذب طعم می باشند. به عنوان مثال یک محصول جانبی ایجاد شده در اثر قالب گیری مواد پت، استالدهید می باشد که باعث تغییر طعم آب داخل بطری می شود. مواد جاذب اسید آلدهید شرکت کالرماتریکس، باعث کاهش میزان این ماده تا حدی می شوند که دیگر طعم آب تحت تاثیر وجود آن قرار نگیرد.

غشای ضد میکروبی
در شکل ۲ یک فیلم چهار لایه شامل لایه خارجی، میانی، ماتریسی و کنترلی نشان داده شده است که آنتی میکروبها در لایه ماتریسی قرار گرفته اند. انتقال آنتی میکروبها از لایه ماتریسی به سطح ماده توسط لایه کنترل، کنترل می گردد. فیلمهای ضد باکتری که به عنوان بسته های فعال به کار می روند به دو دسته تقسیم می شوند: ۱- فیلمهایی که دارای عامل ضد میکروبی هستند که به سطح مواد غذایی انتقال می یابند. ۲- آنهایی که شامل عامل ضد باکتریال هستند. یکی از مشکلاتی که به آن برخورد می کنیم و یا کلا وجود دارد فعالیت ضد میکروبی است که در فیلم متوقف می شود.

محلول ضد قارچ امازیل به فیلم LPDE برای سم پاشی میوه ها و سبزیجات وارد شده است که در جلوگیری از رشد کپک و گسترش آن روی لایه های پنیر مؤثر واقع شده بودند. هالک و گراگ بطور شیمیایی یک قارچ کش (بنومیل) روی یک نوار یونی (سوریلن) پیوند دادند. اگرچه این نوار به خوبی از رشد میکروبی جلوگیری کرد اما بنومیل یک نگهدارنده ی غذایی قانونی نیست و برای استفاده درغذا مجاز نمی باشد. اخیرا ونگ و همکاران نوارهای یونی آزمایش شده اسیدی یا بازی را با بنزوئیل کلراید واکنش دادند تا ضد میکروبهایی با نوارهای یونی تولید شود. آنها همچنین تأثیر گذاری نوارهای باردار شده پتاسیم سوربات را در سیستمهای غذایی واقعی از قبیل پنیر تصفیه شده آمریکایی و پنیر مازارلا را امتحان کردند. نمونه دیگر نوارهای ضد میکروبی سیلیکاتی آبدار می باشند که بطور آهسته یونهای نقره را از نوار پلاستیکی در غذا آزاد می کنند. از آنجاییکه نوارهای سیلیکاتی آبدار گران هستند آنها را در شکلهای لایه بسیار نازک تولید می کنند که معمولا بصورت ورقه ورقه روی لایه درونی در تماس با غذا قرار می گیرند. این نوارهای سیلیکاتی آبدار در مقابل گونه های زیادی از باکتریها، مخمرها و کپکها مقاوم و مؤثر هستند. نوارهایی که بدون از دست دادن مواد ضد میکروب از خود خاصیت آنتی میکروبی نشان می دهند، نوارهای چرخشی هستند.

روش پیشرفته تر تولید یک نوار ضد میکروبی روی لایه های پلیمرغذا اخیرا بوسیله ی استفاده از یک لیزر فرا بنفش اکسیمر در یک طو ل موج مناسب رایج شده است. نوارهای نایلونی پرتو افشانی شده توسط لیزر مذکور در ۱۹۳ نانومتر در هوا دارای فعالیت ضد میکروبی هستند که باعث تبدیل شدن گروه آمیدها به آمین ها در لایه ی نایلونی می شوند.

سیستمهای بسته بندی فعال چند کاره
یک روش پیشرفته تر توسعه ی سیستمهای بسته بندی فعال، استفاده از سیستمهای فعال چند کاره است. به عنوان مثال، ترکیب جاذب اکسیژن با منتشرکننده دی اکسید کربن و یا سیستم های مولد ضد میکروبی استقامت ذخیره سازی غذاهای بسته بندی شده را ارتقا می دهد. سیستمهای خودکار که اکسیژن را جذب کرده و به مقدار معادل دی اکسید کربن پس می دهند، در توسعه عمر غذاهای حاضری، آجیلها، کیکها و محصولات مشابه مرسوم کمک می کند. یک کیسه ی معطر دو کاره حاوی پودر فلز و کلسیم هیدروکسید مورد استفاده قرار گرفته است که برای به تأخیر انداختن تغییرات طعم در قهوه ی خالص به کار می رود. مشابها ترکیب جاذب اکسیژن با فعالیت ضد میکروبی یک سیلیکات آبدار نقره می تواند برای بسته بندی میوه های تازه و سبزیجات، محصولات دریایی، پنیرها، محصولات نانی، کیکها، کلوچه ها، خمیر پیتزا و پاستای تازه استفاده شود.

سیستمهای بسته بندی فعال دوکاره که برای جذب هم اکسیژن و هم اتیلن در بسته محصولات ایجاد شده اند نه تنها در کاهش رشد ضایعات بسیار کوچک بلکه در محدود شدن سرعت تعرق و تنفس ارزش زیادی دارند. سنگ اویا، یک سنگ طبیعی است که ابتدا در یک غار در ژاپن کشف شد و قابلیت جذب گاز اتیلن تولید شده توسط تنفس میوه ها و سبزیجات را دارد. کیسه های پلاستیکی اشباع شده سنگ اویا در ایالت متحده تولید می شوند. این کیسه ها سوراخهای ریزی دارند و به همین دلیل مانع از تجمع رطوبت درون بسته بندی می شوند. این کیسه ها همچنین برای کنترل اکسیژن و دی اکسید کربن درون جعبه ها مناسب می باشند. بعلاوه کیسه های معطر پرمنگنات پتاسیم جاذب اتیلنهای پایه موجود در بسته هستند و در آمریکا و ژاپن مورد استفاده قرا می گیرند. جدول ۳ چند کاربرد از تکنولوژی های بسته بندی فعال را در مورد جنسهای مختلف غذایی ارائه می دهد.

نتیجه گیری
جاذب های اکسیژن، سیستم های جاذب/ ساتع کننده دی اکسید کربن و نوار های ضد میکروبی همگی در بسته بندی فعال غذا مورد استفاده قرار می گیرند. بیشتر کاربرد بسته بندی های فعال بر روی محصولات تازه متمرکز شده است. اگرچه بسته بندیهای تراوش پذیر برای کمتر کردن رشد میکروبی و کاهش سرعت واکنشای فاسد کننده در میوه ها و سبزیجات مورد استفاده قرار می گیرد ولی بسته بندی فعال، فرصتهای جدیدی در نگه داشتن محصولات تازه و طولانی کردن عمر آنها فراهم می کنند. بسته بندی فعال یک تکنولوژی پیشرفته است که در آینده ی نزدیک گسترش بیشتری خواهد یافت. ادامه نوآوریها در زمینه بسته بندی فعال بهبود کیفیت غذا، سلامتی و پایداری آن را برآورده می سازد.

فهرست منابع و مآخذ
۱- تقی زاده، ا، عبادی، م، علی آبادی، م، مروری بر بسته بندی فعال در صنایع غذایی
۲- بیات، نوشین، بسته بندیهای فعال و هوشمند
۳-Floros,J. D., Dock,L. L., and Han,J. H. 1997. Active packaging technologies and applications. Food, Cosmet. Drug Packaging,20: 10 17