AKILLI GIDA AMBALAJI
Nanoteknoloji, gıda endüstrisinde gıda ambalajı için kullanılmaktadır. Akıllı paketleme, gıda paketleme sistemi için yeni bir yaklaşım olarak tanımlanabilir. Bu paketleme sistemi, çevresel değişikliklere (sıcaklık ve nem gibi) göre durumunu düzenleyebilmekte ve gıda kontamine olduğunda tüketiciyi uyarabilmektedir. Bu bildiride nanoteknoloji, paketleme sistemindeki gelişmeler kısaca tanımlanmakta ve bu bilgilere bağlı olarak akıllı paketleme sistemi tanımlanmaktadır. Akıllı paketleme sisteminin nasıl çalıştığını daha iyi anlamak için akıllı malzemeler ve akıllı paket cihazları tanımlanmıştır. Son olarak gıda ambalaj örnekleri verilir.
Son yıllarda gıda ambalajlarında nanoteknoloji uygulamaları kullanılmaya başlanmıştır. Bu gelişmeden sonra, bazı büyük gıda şirketleri tarafından gıda veya gıda ambalajlarında kullanım için nanoteknolojinin potansiyelinin aktif olarak araştırıldığı bildirilmektedir. Bu tanıma göre akıllı paketlemeyi anlamak için nanoteknoloji ve paketleme sistemlerindeki gelişmeler kısaca tanımlanmıştır.
Nanoteknoloji, moleküler düzeyde gıda maddelerinin yapısını, kalitesini ve dokusunu artırmak ve malzeme oluşturmak ve değiştirmek için kullanılan yenilikçi bir teknoloji olarak tanımlanabilir. Bu teknolojinin gıdanın üretimi, işlenmesi, nakliyesi, depolanması, izlenebilirliği, güvenliği ve güvenliği üzerinde büyük etkisi vardır.
Şekil 1. Nanoteknolojinin gelişimi,
nanometre ölçeği Şekil 1. Nanoteknolojinin gelişimi, nanometre cinsinden ölçek
Ambalajın temel işlevleri 4 kategoride sınıflandırılabilir: koruma, iletişim, kolaylık ve muhafaza. On yıl içinde geleneksel paketleme sistemleri yerini paket üzerinde nanomalzemeler içeren yeni paketleme sistemlerine, akıllı paketleme sistemine bırakıyor. Paket sisteminin performansını artırmak için ya paketleme malzemesine ya da paket üst boşluğuna ya da üzerine yan bileşenlerin dahil edildiği paketleme, aktif paketleme olarak tanımlanabilir. Aktif paketlemenin bir diğer tanımı; ambalaj, gıdanın korunmasında dış koşullara karşı inert bir bariyer sağlamaktan başka arzu edilen bir rol oynadığında, ambalaj aktif olarak adlandırılabilir.
Akıllı paketleme, belirli kimyasalların salınımını algılayabilen nano sensörlerin uygulanmasıyla geliştirilmektedir. Ambalaj, tüketiciyi gıda bozulması veya patojenler tarafından kontaminasyon konusunda uyarmak için renk değiştirecek şekilde tasarlanabilir. Elektronik 'diller' ve 'burunlar', insanın duyusal kapasitelerini taklit edecek şekilde tasarlanacak ve onların 'tat almalarını' veya 'koklamalarını' sağlayacak. Akıllı ambalaj, bu ambalaj tasarımının fonksiyonel ve duygusal ambalajına ek olarak hem akıllı hem de aktif ambalajı kapsayacak şekilde kullanılan her şeyi kapsayan bir terim olarak kabul edilebilir.
AKILLI MALZEMELER
Akıllı bir Malzeme, çevresini değiştirmek için bir şeyler yapar ve yanıtı tetikleyen değişiklik, sıcaklıktan ışık seviyelerine kadar herhangi bir şey olabilir. Pek çok yeni, akıllı malzeme geliştirilmektedir ve bunların çoğu plastik bazlıdır ve ambalaj uygulamalarında kullanım için önemli bir potansiyele sahiptir. Duyarlı malzemeler: pH, basınç, sıcaklık, gazlar, sıvılar, raf ömrü, biyolojik göstergeler, kontaminasyon.
AMBALAJ İÇİN AKILLI MALZEMELER
• Mikrodalga akıllı pencereler
• Kendi kendini izleme ve iyileştirme kompozitleri
• Kontrollü salım için mikrojeller
• Konformasyonel değişiklikleri izleme teknikleri
• İlaç salımı için yöntemler
• Gaz ve biyo-sensörler
• Kendinden montajlı tek tabakalar
AKILLI PAKET CİHAZLARI
Akıllı paket cihazları, tedarik zinciri boyunca iletişimi kolaylaştırmak için birincil ambalajlara (örneğin şişeler) veya ikincil ambalajlara (örneğin nakliye konteynırları) yapıştırılan küçük, ekonomik etiketler veya etiketler olarak tanımlanabilir. gıda kalitesi ve güvenliğinin arttırılmasında istenen faydaları elde etmek için alınmalıdır. 2 temel akıllı paket cihazı türü mevcuttur: verileri depolamak ve iletmek için kullanılan veri taşıyıcıları ve dış ortamı izlemek ve uygun olduğunda uyarı vermek için kullanılan paket göstergeleri. Sistemde dış ortam ile diğer bileşenler arasında bir iletişim kanalı sağlanır. Tedarik zinciri boyunca çeşitli stratejik konumlarda bir akıllı paketleme sisteminde birden fazla akıllı paket cihazı kullanılır.
VERİ TAŞIYICILARI
Barkodlar
Barkodlar ucuz ve en popüler veri taşıyıcı biçimidir. UPC (Evrensel Ürün Kodu) barkodu 1970'lerde tanıtıldı ve stok kontrolünü, stok yeniden siparişini ve ödemeyi kolaylaştırmak için bakkalda mevcuttu. Çok sınırlı bilgiler, üretici kimlik numarası ve ürün numarası gibi yetersiz depolama kapasitesine sahip olabilir ve ek bilgileri kodlamak için yer bırakmayabilir. Daha küçük bir alanda daha fazla veri kodlamak için artan talebi karşılamak için Azaltılmış Alan Sembolojisi (RSS) adı verilen yeni bir barkod sembolojileri tanıtılıyor. Bazı üyeler özellikle satış noktasında ürün tanımlaması ve bakkal endüstrisinde ürün izlenebilirliği için çok uygundur.
RSS-14 Yığılmış Çok Yönlü barkod, alan sınırlamasının dar bir sembol gerektirdiği ve tam 14 haneli Global Ticari Ürün Numarasını (GTIN) kodladığı elmalar gibi gevşek ürün öğeleri için kullanılabilir. RSS Genişletilmiş Barkod, 74 alfanümerik karaktere kadar kodlar ve parti/lot numarası, paketlenmiş gibi ek bilgileri kodlamak için daha büyük veri kapasitesinin gerekli olduğu değişken ölçülü ürünler (ağırlıkça satılan et ve deniz ürünleri gibi) için kullanılabilir. tarih ve paket ağırlığı.
PDF 417 (Taşınabilir Veri Dosyası), bir UPC barkodu alanında 1,1 kilobayta kadar veri taşıyan 2 boyutlu bir semboldür. Pişirme talimatları, beslenme bilgileri, gıda üreticisinin web sitesi adresi ve hatta grafikler gibi doğrusal barkodlarla mümkün olmayan ek bilgiler kodlanmıştır. Taşınabilir verilerin avantajı, harici bir veritabanına erişmek zorunda kalmadan hemen kullanılabilir olmalarıdır.
Radyo frekansı tanımlama etiketi (RFID), otomatik ürün tanımlama ve izlenebilirlik için gelişmiş bir veri taşıyıcı biçimidir. Ambalajdaki uygulaması ancak son yıllarda başlamıştır. Tipik bir RFID sisteminde, bir okuyucu, bir RFID etiketinden veri yakalamak için radyo dalgaları yayar ve daha sonra veriler, analiz ve karar verme için bir ana bilgisayara aktarılır.
Bir RFID etiketi ayrıca, zaman-sıcaklık geçmişini ve mikrobiyolojik verileri taşımak için bir biyosensör veya bir zaman-sıcaklık göstergesi ile entegre edilebilir.
Bu teknoloji henüz uygulamanın ilk aşamalarındadır, odak noktası, bilimsel gıda ilkelerinin uygulanmasını içeren karmaşık konulara değil, ürün tanımlama ve izleme gibi basit görevlere odaklanmaktadır. RFID teknolojisinin daha yerleşik hale gelmesiyle gıda güvenliğini ve kalitesini artırmak için gerekli karar destek sistemini geliştirmek; gıda bilimi bilgisinin entegrasyonu gerekli olacaktır.
PAKET GÖSTERGELERİ
Zaman-sıcaklık göstergeleri
Sıcaklık, gıda ürünlerinde mikrobiyal büyümenin yanı sıra kimyasal ve fiziksel bozulmaların kinetiğini etkileyen genellikle en önemli çevresel faktördür. Zaman sıcaklık göstergeleri (TTI'ler) tipik olarak, bireysel tüketici paketlerine veya nakliye konteynırlarına yapıştırılan küçük, kendinden yapışkanlı etiketlerdir. Bu etiketler, özellikle soğutulmuş veya dondurulmuş gıda ürünleri için sıcaklığın kötüye kullanılması konusunda uyarıda bulunmak için yararlı olan, depolama ve dağıtım sırasında sıcaklık geçmişinin görsel göstergelerini sağlar. y ayrıca bozulabilir ürünlerin kalan raf ömrünü tahmin etmek için kullanılır ve tazelik göstergeleri olarak adlandırılır. Bazı görsel olarak farklı değişiklikler, genellikle, bir boyanın düz bir yol boyunca difüzyonu ve renk yoğunluğundaki artış gibi sıcaklığa bağlı olan bu etiketlerin tepkileridir. Ticari olarak temin edilebilen 3 temel TTI türü mevcuttur: kısmi geçmiş göstergeleri, tam geçmiş göstergeleri ve kritik sıcaklık göstergeleri. Günümüzde uygun fiyatlı ve güçlü kablosuz ve tarayıcı teknolojileri, şirketlerin bozulabilir gıda ürünlerinin kalitesini kontrol etmek ve izlemek için gelişmiş TTI sistemleri geliştirmeleri için daha elverişli bir ortam sağlamıştır. Örneğin, verilerin elde tutulan bir tarayıcı tarafından okunabildiği, bir bilgisayar monitöründe görüntülenebildiği ve analiz için bir veri tabanına indirilebildiği bir TTI/barkod sistemi geliştirilmiştir. Pille çalışan bir TTI/RFID etiketi geliştirilmiştir ve bu etiket, ince film pillerin esnek bir alt tabaka üzerine basıldığı bir teknolojiyi kullanır. Pille çalışan başka bir TTI/RFID etiketi geliştirilmiştir.
Gaz göstergeleri
Gaz bileşimi genellikle gıda ürününün aktivitesi, çevresel koşullar veya ambalaj üst boşluğundaki ambalajın doğası nedeniyle değişir. Bir ambalaj etiketi veya ambalaj filmleri üzerine basılmış gaz göstergeleri gaz bileşimindeki değişiklikleri izleyebilir, bu sayede gıda ürünlerinin kalite ve güvenliğinin izlenmesi sağlanır. En yaygın gaz göstergeleri, gıda paketleme uygulamaları için oksijen göstergeleridir, çünkü havadaki oksijen renk değişimine, oksidatif acılaşmaya ve mikrobiyal bozulmaya neden olabilir. Birçok oksijen göstergesi, sızıntı veya kurcalanmış paketler nedeniyle renk değişikliklerini gösterecek şekilde tasarlanmıştır. Pişmiş sığır eti veya pizza içeren modifiye atmosfer paketlerinin uygun olmayan şekilde kapatılmasını ve kalite bozulmasını tespit etmek için oksijen göstergeleri kullanılır.
Dağıtım ve depolama sırasında kimchi ürünlerindeki fermantasyon derecesini ölçmek için bir polimerik filmde bir karbon dioksit emici ve bir kimyasal boyadan oluşan bir karbon dioksit göstergesi kullanılır.
Gaz göstergelerinin RFID etiketlerine veya barkod etiketlerine gelecekteki entegrasyonu; gaz gösterge sinyallerinin sadece görsel olarak değil elektronik olarak da iletilmesi beklenmektedir. Baskı ve akıllı mürekkep teknolojisindeki gelişmeler, gaz göstergelerinin optik sistemler kullanılarak uzaktan otomatik olarak okunmasına da olanak tanıyacak.
Şekil 3. Daralan filmlerde ve plastik kaplarda kullanılan etilen-vinil alkol kopolimeri (EVOH)
Şekil 3. EVOH kopolimerinin shrink filmlerde ve plastik ambalajlarda uygulanması
Biyosensörler
Bir biyosensör genellikle biyokimyasal reaksiyonlarla ilgili bilgileri kaydeden, tespit eden ve ileten kompakt bir analitik cihazdır. 2 ana bileşenden oluşur: bir hedef analiti tanıyan bir biyoreseptör ve biyokimyasal sinyalleri ölçülebilir bir elektrik tepkisine dönüştüren bir dönüştürücü. Biyoreseptör, bir antijen, enzim, hormon, mikrop veya nükleik asit gibi biyolojik veya organik bir materyaldir. Dönüştürücü, ölçülen parametrelere bağlı olarak (optik, elektrokimyasal gibi) birçok biçim alabilir. Bazı önemli biyosensör özellikleri, duyarlılığı, özgüllüğü, taşınabilirliği, güvenilirliği ve basitliğidir. Şu anda, birkaç prototip geliştiriliyor olmasına rağmen, akıllı paketleme için ticari biyosensörler mevcut değildir. Örneğin, Gıda ambalajlarındaki patojenleri tespit etmek için Gıda Sentinel Sistemi adı verilen bir biyosensör/barkod geliştirilmektedir. Barkodun zar oluşturan kısmına spesifik bir patojen antikoru eklenir; kirletici bakterilerin mevcudiyeti, lokalize koyu bir çubuğun oluşmasına neden olarak, tarama sırasında barkodu okunamaz hale getirir. Patojenleri tespit etmek için plastik ambalaj filmlerine antikorları dahil eden Toksin Koruyucu adlı bir teşhis sistemi geliştiriliyor. Antikorlar hedef patojenle karşılaştığında tüketiciyi, denetçiyi veya perakendeciyi uyarmak için ambalaj malzemesi net bir görsel sinyal gösterir. Bu sistem, hastalığa neden olabilecek çok düşük seviyedeki patojenleri tespit etmek için yeterince hassas olmadığı için büyük kontaminasyonu tespit etmek için planlanmıştır. Barkodun zar oluşturan kısmına spesifik bir patojen antikoru eklenir; kirletici bakterilerin varlığı, lokalize koyu bir çubuğun oluşmasına neden olarak, tarama sırasında barkodu okunamaz hale getirir. Patojenleri tespit etmek için plastik ambalaj filmlerine antikorları dahil eden Toksin Koruyucu adlı bir teşhis sistemi geliştiriliyor. Antikorlar hedef patojenle karşılaştığında tüketiciyi, denetçiyi veya perakendeciyi uyarmak için ambalaj malzemesi net bir görsel sinyal gösterir. Bu sistem, hastalığa neden olabilecek çok düşük seviyedeki patojenleri tespit etmek için yeterince hassas olmadığı için büyük kontaminasyonu tespit etmek için planlanmıştır. Barkodun zar oluşturan kısmına spesifik bir patojen antikoru eklenir; kirletici bakterilerin mevcudiyeti, lokalize koyu bir çubuğun oluşmasına neden olarak, tarama sırasında barkodu okunamaz hale getirir. Patojenleri tespit etmek için plastik ambalaj filmlerine antikorları dahil eden Toksin Koruyucu adlı bir teşhis sistemi geliştiriliyor. Antikorlar hedef patojenle karşılaştığında tüketiciyi, denetçiyi veya perakendeciyi uyarmak için ambalaj malzemesi net bir görsel sinyal gösterir. Bu sistem, hastalığa neden olabilecek çok düşük seviyedeki patojenleri tespit etmek için yeterince hassas olmadığı için büyük kontaminasyonu tespit etmek için planlanmıştır. Patojenleri tespit etmek için plastik ambalaj filmlerine antikorları dahil eden Toksin Koruyucu adlı bir teşhis sistemi geliştiriliyor. Antikorlar hedef patojenle karşılaştığında tüketiciyi, denetçiyi veya perakendeciyi uyarmak için ambalaj malzemesi net bir görsel sinyal gösterir. Bu sistem, hastalığa neden olabilecek çok düşük seviyedeki patojenleri tespit etmek için yeterince hassas olmadığı için büyük kontaminasyonu tespit etmek için planlanmıştır. Patojenleri tespit etmek için plastik ambalaj filmlerine antikorları dahil eden Toksin Koruyucu adlı bir teşhis sistemi geliştiriliyor. Antikorlar hedef patojenle karşılaştığında tüketiciyi, denetçiyi veya perakendeciyi uyarmak için ambalaj malzemesi net bir görsel sinyal gösterir. Bu sistem, hastalığa neden olabilecek çok düşük seviyedeki patojenleri tespit etmek için yeterince hassas olmadığı için büyük kontaminasyonu tespit etmek için planlanmıştır.
Şekil 4. Akıllı paketleme örneği
Şekil 4. Akıllı paketleme örnekleri
GIDA AMBALAJ ÖRNEKLERİ
Et Ambalajı: Et ambalajı için gümüş partiküllü yeni bir sentetik malzeme geliştirilmiştir. Bu malzeme et ve anti bakteriyel için daha uzun bir raf ömrü sağlar. Daha uzun ürün raf ömrü ana avantajıdır. Gümüş parçacıkların ambalaj malzemesinden ete geçip geçmeyeceği konusundaki belirsizlik dezavantajdır. Bertaraf işlemi sırasında sağlık ve çevre üzerinde olumsuz etkiler de söz konusu olabilir.
Şekil 5. NutriSystem'in Aquaescentssu şişesi, sade içme suyuna
kalorik olmayan aroma sağlamak için aroması artırılmış bir kapak kullanır .
Ekmek: Balık yağı içeren nanokapsüller (bir omega-3 yağ asidi kaynağı) ekmeğe entegre edilmiştir. Nanokapsüller ancak mideye ulaştıklarında açılırlar. Bu nedenle, hoş olmayan balık yağı tadı önlenebilir. Avantajı, insan sağlığı için önemli olan omega-3 yağ asitlerinin ekmekte bulunmasıdır. Bir dezavantajı, bu nanokapsüllerin insan sağlığı üzerindeki etkisinin çok fazla bilinmemesidir.
Meyve suyu: Beta-karoten, insan vücudu için önemli olan A vitaminine dönüşür. Beta-karoten küçük parçacıklar halinde bölünebilir ve daha sonra nişasta içinde kapsüllenebilir. Bu yeni malzeme meyve sularına eklenebilir. Avantajlar; vücut beta-karoteni daha iyi emebilir, suda daha iyi çözülebilir ve beta-karoten ile meyve sularının raf ömrü daha uzundur. Bu ürünün insan sağlığına etkisinin pek bilinmediği konusunda bir dezavantajı çoktur.
Şekil 6. Karbon Nanotüpler, Paketlemede etin rengini iyileştirme patenti
Şekil 6. Et paketlemede kullanılan karbon mikro kapilerler
Gıdalarda akıllı paketleme sistemi son yıllarda gelişen yenilikçi bir teknolojidir. Sistemin geliştirilmesi, paket sistemlerin performansını artırdı.
Nanomalzemeleri içeren ambalajlar "akıllı" olabilir; bu, kendi kendine veya çevresel koşullara yanıt verebileceği veya bir tüketiciyi kontaminasyona ve patojenlerin varlığına karşı uyarabileceği anlamına gelir. Sistemin faydaları şu şekilde sınıflandırılabilir; ürün raf ömrünün uzatılması, gıda kalitesinin ve güvenliğinin arttırılması, daha az yağ kullanımı, besin maddelerinin emiliminin arttırılması, gıda sektörü için gıda ürünlerinin izlenebilirliğinin ve güvenliğinin iyileştirilmesi ve ayrıca ambalajın iç ve dış koşullarının pazarlama düzeyinde kontrol edilmesi. Öte yandan, tüketicinin gıda ambalajlarından nanoparçacıklara maruz kalmasına ilişkin ana riskin, nanoparçacıkların yiyecek ve içeceklere potansiyel göçü yoluyla olması muhtemeldir.