Wprowadzenie
Zainteresowanie konsumentów wysokiej jakości żywnością oraz uwidaczniające się ich nowe preferencje są motorem napędowym zmian w pakowaniu żywności. Nowym kierunkiem, który obserwuje się na rynku, jest zwiększone zainteresowanie opakowaniami aktywnymi i inteligentnymi. Większość badań wykazuje ich duże znaczenie dla konsumenta, ale mogą one również stanowić pomoc dla producentów, dystrybutorów i handlowców. Zadaniem 
opakowań aktywnych jest przedłużenie okresu przydatności żywności do spożycia bez pogorszenia jej jakości. Z kolei opakowania inteligentne umożliwiają monitorowanie jakości znajdujących się w opakowaniu produktów i dają możliwość jej łatwej oceny. Takie działanie pozwala konsumentowi na dokonanie wyboru towaru na podstawie jego rzeczywistego stanu, a producentom i handlowcom pozwala dostosować okres przechowywania wyznaczając rzeczywisty stopień zmian zachodzących w produkcie. Oznacza to, że wykorzystanie opakowań aktywnych i inteligentnych w praktyce może nie tylko ułatwiać utrzymanie jakości żywności i jej monitorowanie, ale także przyczynić się do zmniejszenia strat.
Funkcje opakowań
Zachodzące na rynku opakowań przeobrażenia oraz nowe oczekiwania konsumentów wymusiły zmiany obowiązującego ustawodawstwa. Porównując sprzedaż opakowań aktywnych i inteligentnych w Japonii, USA i Europie łatwo zauważyć, że ich rozpowszechnienie w krajach Unii Europejskiej jest bardzo ograniczone. Przyczyną są obowiązujące przepisy, które nie nadążały za pojawiającymi się innowacjami technicznymi i technologicznymi w opakowalnictwie żywności [Heckman 2005, Dainelli i in. 2008]. Dopiero zmiany w przepisach zapoczątkowane rozporządzeniem Parlamentu Europejskiego i Rady (WE) nr 1935/2004 w sprawie materiałów i wyrobów przeznaczonych do kontaktu z żywnością umożliwiły rozwój rynku opakowań aktywnych i inteligentnych w Europie [Dainelli i in. 2008].
W nowych przepisach opakowania aktywne „(…) oznaczają materiały i wyroby, których zadaniem jest przedłużenie okresu przydatności do sprzedaży lub też zachowanie lub poprawa stanu opakowanej żywności; zostały celowo zaprojektowane w taki sposób, aby zawarte w nich składniki uwalniały substancje do opakowanej żywności lub jej otoczenia, lub też je absorbowały”.
Natomiast opakowania inteligentne definiuje się jako: „(…) materiały i wyroby, które monitorują stan opakowanej żywności lub jej otoczenia”.
Takie ujęcie materiałów i wyrobów (opakowań) aktywnych i inteligentnych powoduje, że ich dotychczasowe funkcje ulegają rozszerzeniu. Rysunek 1 przedstawia proponowany nowy model funkcji opakowań.
Większość materiałów opakowaniowych chroni żywność będąc jedynie barierą zabezpieczającą produkt przed środowiskiem zewnętrznym. Natomiast opakowania aktywne chronią produkt, usuwając np. przenikający do atmosfery opakowania tlen, co oznacza, że poprawiają one i rozszerzają zdolności ochronne opakowania [Lisińska-Kuśnierz 2010]. Zastosowanie elementów aktywnych pozwala w znacznej mierze wydłużyć okres przechowywania produktów przyczyniając się do zmniejszenia kosztów związanych z koniecznością zapobiegania ich zepsuciu lub usuwaniem już zepsutych z rynku.
W proponowanym modelu (rys. 1) opakowania inteligentne są rozszerzeniem funkcji komunikacji zbierając informacje o środowisku oraz je przetwarzając. Takie działanie pozwala im odgrywać ważną rolę w przepływie zarówno materiałów, jak i informacji w łańcuchu dostaw żywności. Przedstawione na rys. 2 koła znajdujące się na wierzchołkach sześciokąta reprezentują etapy łańcucha dostaw żywności. Dodanie do tradycyjnego opakowania elementów inteligentnych poprawia przepływ informacji w każdym ogniwie łańcucha dostaw [Lee, Yam i Piergiovanni 2008].
Opakowania inteligentne
Zachodzące w organizacji handlu zmiany powodują przesunięcia w strukturze i podaży produktów spożywczych. Mrożone produkty transportowane są przez Europę i inne rejony świata. W takich przypadkach ważne jest, aby żywność miała właściwą temperaturę przez cały czas transportu. Każde naruszenie łańcucha chłodniczego może spowodować rozmrażanie produktu oraz sprzyjać rozwojowi bakterii. O zmianach temperatury mogą informować różne typy czujników lub wskaźników pozwalających na monitorowanie warunków panujących podczas transportu i magazynowania [Taoukis i Labuza 2003]. Obok czujników elektronicznych temperatury mogą być stosowane wskaźniki temperatury i czasu jej działania (TTI – Time Temperature Indicator), które pozwalają na monitorowanie zmian temperatury żywności na drodze od producenta do miejsca konsumpcji [Kim i in. 2013].
Zastosowanie opakowań inteligentnych może również przyczynić się do optymalizacji procesów dystrybucji i efektywnego zarządzania zapasami. Wskazania TTI można odczytać nie tylko jako ilość energii, która dotarła do wskaźnika, ale również jako informacje o pozostałym okresie trwałości produktu w dowolnym punkcie łańcucha chłodniczego, mogą zatem być wykorzystywane do optymalizacji, kontroli dystrybucji oraz w systemie zarządzania zapasami. Propozycje systemu wykorzystującego TTI do zarządzania zapasami na poziomie handlu detalicznego zaproponowano już w 1990 [Labuza i Taoukis, 1990]. Obecnie stosowany jest system First In First Out (FIFO), zgodnie z którym produkty otrzymane jako pierwsze i/lub z najkrótszym terminem ważności na etykiecie wydawane są w pierwszej kolejności. Takie podejście zakłada, że wszystkie produkty mają identyczną jakość, tzn. przeszły identyczne operacje, a tym samym jakość jest postrzegana jako funkcja czasu. Taka sytuacja nie musi być prawdziwa. Wykorzystanie wskaźników TTI pozwoli na sprzedaż w pierwszej kolejności towarów, których rzeczywisty okres przydatności jest najkrótszy. Takie podejście nazwane LSFO (Least Shelf-Life First Out) pozwala na zmniejszenie liczby produktów niezdatnych do spożycia i w dużej mierze wyeliminowanie niezadowolenia konsumentów. Dalszym rozwinięciem systemu LSFO w systemie chłodniczym jest SLDS (Shelf-Life Decision System), który może być zastosowany w dystrybucji chłodzonych produktów. W porównaniu z LSFO, SLDS uwzględnia dodatkowo zmienność stanu początkowego jakości produktów [Giannakourou i Taoukis, 2002].
Jeszcze dalszym rozwinięciem, biorącym pod uwagę zarówno rozwój TTI, jak i naukowe podejścia w odniesieniu do oceny ryzyka bezpieczeństwa żywności, jest system SMAS (Safety Monitoring and Assurance System). SMAS to zintegrowany system zarządzania łańcuchem chłodniczym, który prowadzi do optymalnej obsługi produktów zarówno pod względem bezpieczeństwa, jak i jakości. Pozwala na redukcję ryzyka i ilości zepsutych produktów. System opiera się na modelach kinetycznych rozwoju patogenów i bakterii powodujących psucie żywności, właściwościach produktu oraz danych z monitorowania historii temperatury za pomocą wskaźników TTI. SMAS został opracowany dla chłodzonych produktów mięsnych, ale może być równie efektywnie zastosowany do ryb lub innych produktów w łańcuchu chłodniczym [Tsironi i in. 2008].
Na rys. 3 przedstawiono przykład systemu integrującego inteligentne opakowanie z systemem HACCP.
Pierwszym komercyjnym wskaźnikiem był 3M MonitorMark, który w różnych wariantach jest oferowany do dzisiaj. Po raz pierwszy został on wykorzystany przez WHO do monitorowania szczepionek podczas transportu w obniżonej temperaturze.
Skuteczność wskaźników TTI jako narzędzia do monitorowania łańcucha dostaw badali Giannakourou i in. (2005). W pracy porównywano modele rozwoju mikroorganizmów w próbkach dorady pozłacanej (Sparusaurata) z reakcją enzymatycznego wskaźnika TTI. Z otrzymanych rezultatów wynika, że wskaźnik może być użytecznym i stosunkowo tanim narzędziem wspomagania decyzji dotyczących transportu, przechowywania i handlu w zakresie dostarczania produktów o określonej jakości (Kuswandi i in. 2011).
Ocenę przydatności wskaźnika TTI do monitorowania historii temperatury i dopuszczalnego okresu magazynowania chłodzonych piersi drobiowych przeprowadzili również Brizo i Prentice (2014). Uzyskane wyniki wskazują, że wskaźnik wykazał się dobrą powtarzalnością, a jego wskazania można było interpretować zarówno wizualnie, jak i za pomocą aparatury.
W pracy Korzeniowski i Cierpiszewski [2016] badano przydatność wskaźnika TTI 3M MonitorMark do monitorowania warunków termicznych na etapie od producenta do punktów sprzedaży detalicznej. Przedmiotem badań było mięso wieprzowe zapakowane w worki z folii OPP i umieszczone w pudłach tekturowych. Otrzymane wyniki sugerują możliwość wykorzystania wskaźników TTI do szybkiego określania warunków, w jakich transportowano mięso.
W pracy Smolander i in. [2004] porównano kilka dostępnych na rynku wskaźników TTI. Najlepsze korelacje między dopuszczalnym okresem magazynowania próbek mięsa drobiowego i wskazaniami wskaźników uzyskano dla OnVu.
Wskazując korzyści, jakie daje producentom żywności zastosowanie wskaźników TTI, można wymienić m.in.:
– zmniejszenie kosztów, gdyż problemy z utrzymaniem właściwej temperatury w łańcuchu chłodniczym mogą być natychmiast zauważone, co zapobiega zwrotom zepsutych towarów;
– lepsze postrzeganie produktu przez klienta [www.onvu.com].
Jedną z odmian wskaźników TTI są farby termoczułe zmieniające kolor, gdy zapakowany produkt był przechowywany w temperaturze wyższej od założonej. Wskaźniki tego rodzaju mogą mieć różny kształt bądź mogą być nadrukowane bezpośrednio na opakowaniu. Przekroczenie założonej progowej temperatury skutkuje nieodwracalną zmianą koloru wskaźnika, co jest sygnałem o przerwaniu łańcucha chłodniczego. Wskaźnik ten nie wskazuje czasu ani okresu przekroczenia, a jedynie sam fakt wystąpienia takiego zdarzenia [Cierpiszewski 2016].
Pozostałe grupy wskaźników, tzn. wskaźniki świeżości i wskaźniki obecności gazów, były dotychczas brane głównie pod uwagę jako wskaźniki mające wspomagać decyzje zakupowe konsumenta. Oczywiście można założyć, iż ich wskazania będą mogły być odczytane również przez pracowników magazynów, podczas transportu itp. Konieczne jest jednak śledzenie zmian na opakowaniach jednostkowych, co może być znacznie utrudnione, gdyż produkty znajdują się zwykle w opakowaniach zbiorczych lub transportowych.
Osobną grupę rozwiązań stanowią znaczniki RFID (Radio-frequency identification), które służą do automatycznej identyfikacji obiektów fizycznych za pomocą fal radiowych. Ich zastosowanie w logistyce pozwala m.in.:
– śledzić produkty w łańcuchu dostaw,
– zmniejszyć stan zapasów,
– ustalić miejsce kradzieży,
– zwiększyć kontrolę nad przeterminowanymi produktami [Rutkowski 2003].
Jako elementy opakowania znaczniki RFID usprawniają działanie sklepów i sieci handlowych pozwalając na lepsze kontrolowanie przemieszczenia towarów i zapobieganie kradzieżom. Niektóre znaczniki umieszczone na opakowaniach mogą zapisywać informacje o temperaturze ich transportu i przechowywania, co w przypadku przekroczenia wymaganej temperatury daje możliwość zlokalizowania i usunięcia zepsutego produktu [http://www.portalrfid.pl/].
Podsumowanie
Inteligentne i aktywne opakowania stają się coraz ważniejszym elementem opakowalnictwa oferując wygodę zakupu produktów spożywczych, utrzymanie ich jakości w dłuższym okresie, a także poprawę bezpieczeństwa żywności. Wykorzystanie omawianych opakowań nie jest obecnie szerokie w Europie, ale należy oczekiwać wzrostu ich znaczenia w najbliższych latach. W celu ich dalszego rozwoju konieczne są działania nie tylko w zakresie nauk przyrodniczych czy przyjmowanie odpowiednich przepisów prawnych, ale także edukacja konsumentów.
1. Bibliografia 1. Brizio A. P. D. R., Prentice C., 2014, Use of Smart Photochromic Indicator for Dynamic Monitoring of the Shelf Life of Chilled Chicken Based Products, Meat Science, 96, 1219-1226
2. Cierpiszewski, R., 2016, Opakowania aktywne i inteligentne, Wydawnictwo UEP, Poznań
3. Dainelli, D., Gontard, N, Spyropoulos, D., Zondervan-van den Beuken, E., Tobback, P., 2008, Active and Intelligent Food Packaging: Legal Aspects and Safety Concerns, Trends in Food Science & Technology, 19, 103-112
4. Giannakourou, M. C., Koutsoumanis, K., Nychas, G. J. E., Taoukis, P. S., 2005, Field Evaluation of the Application of Time Temperature Integrators for Monitoring Fish Quality in the Chill Chain, International Journal of Food Microbiology, 102, 323-336
5. Giannakourou, M. C., Taoukis, P. S., 2002, Systematic Application of Time Temperature Integrators as Tools for Control of Frozen Vegetable Quality, Journal of Food Science 67, 2221-2228
6. Heckman, J. H., 2005, Food Packaging Regulation in the United States and the European Union, Regulatory Toxicology and Pharmacology, 42, 96-122
7. Kim E., Choi D. Y., Kim H. C., Kim K., Lee S. J., 2013, Calibrations Between the Variables of Microbial TTI Response and Ground Pork Qualities, Meat Science 95, 362-367
8. Korzeniowski, A., Cierpiszewski, R., 2016, Determining the suitability of TTI indicator in the supply chain of pork, TPJ w druku
9. Kuswandi, B., Wicaksono, Y., Jayus; Abdullah, A., Heng, L. Y., Ahmad, M., 2011, Smart Packaging: Sensors for Monitoring of Food Quality and Safety, Sensory and Instrumentation for Food Quality, 5, 137-146
10. Labuza, T. P, Taoukis, P. S., 1990, The relationship between processing and shelf life, w: Foods for the 90’s, London and New York, 73-105
11. Lee, D. S., Yam, K. L., Piergiovanni, L., 2008, Food Packaging Science and Technology, CRC Press, Boca Raton – New York
12. Lisińska-Kuśnierz, M., 2010, Społeczne aspekty w opakowalnictwie, Wydawnictwo Uniwersytetu Ekonomicznego w Krakowie, Kraków
13. Rutkowski, K., 2003, Technologia RFID w zarządzaniu łańcuchem dostaw, Gospodarka Materiałowa i Logistyka, 11-12
14. Smolander, M., Alakomi, H. L., Ritvanen, T., Vainionpaa, J., Ahvenainen, R., 2004, Monitoring of the Quality of Modified Atmosphere Packaged Broiler Chicken Cuts Stored in Different Temperature Conditions. A. Time-Temperature Indicators as Quality-Indicating Tools, Food Control,
15, 217-229 15. Taoukis P. S., Labuza T. P., 2003, Time-Temperature Indicators (TTIs), w: Ahvenainen, R., (ed.), Novel Food Packaging Techniques, Woodhead Publishing Limited, Cambridge, 122-145
16. Tsironi, T., Gogou, E., Velliou, E., Taoukis, P. S. 2008, Application and validation of the TTI based chill chain management system SMAS (Safety Monitoring and Assurance System) on shelf life optimization of vacuum packed chilled tuna, International Journal of Food Microbiology, 128, 108-115
17. www.onvu.com [data dostępu: 31.03.2015]
18. www.portalrfid.pl [data dostępu: 7.04.2015]
19. Yam, K. L., Inteligent packaging, w: The Wiley Encyclopedia of Packaging Technology, 3rd Edition, red. Yam, K. L.,. 2009, 603-616
Ryszard Cierpiszewski
Alfa-Print Sp. z o.o.
ul. Świętokrzyska 14A
00-050 Warszawa
