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La innovación en el E+E es una constante. Envases que piensan

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Los cambios en el estilo de vida, las nuevas tecnologías de procesado, la exigencia de alimentos cada vez más seguros y la preocupación por el medio ambiente son algunas de las razones por las que las tecnologías de envasado y los materiales de envase están en una evolución permanente,  gracias a la I+D+i.
Alargar la vida útil del producto, manteniendo en todo momento sus propiedades y aromas, asegurando su calidad mediante sustancias activas, o incluso indicadores que informan al consumidor de su estado en todo momento, es hoy una realidad. Además, los envases actuales y futuros incorporarán materiales sostenibles, capaces de degradarse en el ambiente

La principal función del envase desde el principio de los tiempos fue contener y proteger al alimento, siendo los envases a granel los más populares en las zonas rurales donde las poblaciones eran autosuficientes y se abastecían de sus propios productos.
La Revolución Industrial que empezó en Inglaterra alrededor del año 1700, se expandió rápidamente al resto de Europa y Norteamérica. Esta revolución vino acompañada de muchos cambios para una sociedad rural que emigró a las ciudades para trabajar en industrias. La necesidad de transportar alimentos a las zonas industriales incrementa la demanda de barriles, cajas, cestos y bolsas para transportar mercancías. Hasta el momento, los envases individuales tenían poca importancia en la sociedad de la época, sin embargo, cuando la revolución industrial empieza a disparar el crecimiento de las ciudades, aparece la necesidad de un sistema de alimentación alejado del sistema rural, produciendo un cambio en el modelo de la sociedad donde los trabajadores empiezan a comprar en pequeños comercios.
Medicinas, cosméticos, tes, bebidas alcohólicas, etc., fueron los primeros productos que se vendieron envasados, y la mayoría de los alimentos eran vendidos en envases de papel.
El desarrollo de las latas de metal a principios del siglo XIX fue un gran salto en la conservación de los alimentos ya que permitía almacenarlos durante un largo periodo de tiempo. Sin embargo los materiales plásticos, que también tuvieron su aparición en el siglo XIX, fueron reservados para uso militar y no vieron su aplicación en el área de los envases hasta el siglo XX.
El crecimiento demográfico después de la Segunda Guerra Mundial cambia la estructura y tendencias de la población siendo un factor decisivo en el diseño de productos y envases. En Europa, alrededor de 1960, la tendencia a comer fuera de casa pone en auge los productos de comida rápida o “Fast-food”, los cuales exigen nuevos tipos de envase, siendo las comidas preparadas un impulsor de los materiales plásticos.
Mientras materiales como el metal y el plástico ganaban popularidad en los 70, el envasado en vidrio se reservaba para productos de alto valor por su capacidad de protección de aromas y calidad del producto. Sin embargo, debido a su peso, fragilidad y coste, el mercado del vidrio se vio reducido a favor de los envases de plástico y metal.
Como respuesta al cambio de tendencias, y exigencias por parte de los consumidores de productos naturales o con tratamientos mínimos, ligeros, dietéticos, funcionales, libres de aditivos sintéticos, etc., y de envases adaptados a sus necesidades (funcionalidad, ergonomía, protección, seguridad, diseño, sostenibilidad, etc.), el procesado tradicional de los alimentos y las tecnologías de envase, están siendo mejorados continuamente. Asimismo, los intereses de los sectores de producción y distribución como la concentración y cambios de escala de productores de envases y alimentos envasados, la aparición de grandes superficies comerciales, nuevas formas de logística y distribución y nuevos sistemas de trazabilidad son consideradas también fuerzas directrices de la innovación en el sector del envase.
Los avances tecnológicos en nuevos materiales y tecnologías de envasado junto con la presión legislativa tanto sanitaria como ambiental que existe sobre este sector en continua evolución, suponen un reto que deben superarse gracias a la innovación y a la inversión en I+D+i  de los envases por parte de las empresas.
Los avances logrados hasta el momento en este área se caracterizan por extender la vida útil del producto y mejorar su seguridad a través del envase además de mantener o mejorar sus propiedades sensoriales y nutricionales a lo largo del periodo de almacenamiento del producto. Entre los principales desarrollos, destacan las siguientes:
-Envasado en atmósfera modificada (MAP)
-Envasado activo
-Envases inteligentes
-Tecnologías de radio frecuencia (RFID)
-Envasado a altas presiones
-Materiales sostenibles
-Composites y nanomateriales poliméricos

 

Envasado en atmósfera modificada (MAP)
Con la finalidad de satisfacer las demandas y necesidades anteriormente mencionadas, las tecnologías van mejorando, año tras año, de forma que el desarrollo en el área del envasado ha cambiado los métodos de conservación empleados en algunos alimentos. Hace 20 años, muchos productos cárnicos crudos como la carne de pollo eran comercializados congelados debido a su vida útil tan limitada. Sin embargo, hoy en día y gracias a las tecnologías de envasado en atmósfera modificada y materiales de alta barrera, pueden comercializarse simplemente refrigerados asegurando su calidad y seguridad, consiguiendo prolongar su fecha de caducidad.
Esta tecnología tiene como objetivo mantener la calidad sensorial de estos productos y prolongar su vida útil, con respecto al envasado tradicional. Consiste en la eliminación del aire contenido en el envase seguida de la inyección de una mezcla de gases seleccionados de acuerdo a las propiedades del alimento. Los tres gases empleados principalmente en MAP son nitrógeno, oxígeno y dióxido de carbono. El nitrógeno es un gas inerte sin actividad antimicrobiana y generalmente se emplea como gas de relleno, además no es muy soluble en agua y principalmente se emplea para prevenir el colapso del envase. El oxígeno inhibe el crecimiento de los microorganismos anaeróbicos, sin embargo favorece el crecimiento de los aeróbicos. Adicionalmente es responsable de algunas reacciones indeseables que ocurren en los alimentos incluyendo oxidación y enranciamiento de grasas y aceites, senescencia acelerada de frutas y vegetales, endurecimiento de los productos de panadería y bollería, cambios de color en los alimentos y deterioro debido al crecimiento de microorganismos. Debido a los efectos negativos del oxígeno en la preservación de la calidad de los alimentos, generalmente se intenta evitar en el envasado en MAP, sin embargo, la presencia de este gas es a veces necesaria para algunos alimentos debido a su metabolismo. Por ejemplo, muchas frutas y vegetales necesitan presencia de oxígeno en el envase con la finalidad de evitar la respiración anaerobia con la consiguiente fermentación. En otros casos como en las carnes rojas, las elevadas concentraciones de oxígeno son empleadas para mantener el color rojo de la carne. Por último el dióxido de carbono es soluble tanto en agua como en lípidos, y su solubilidad incrementa al disminuir la temperatura. La disolución del dióxido de carbono en el alimento puede provocar el colapso del envase. Este gas tiene un efecto bacteriostático, y normalmente disminuye la respiración de algunos productos.
Estos gases en general son seguros, económicos y no son considerados aditivos.
Esta tecnología se puede aplicar a una gran variedad de productos resultando muy útil para alimentos mínimamente procesados como frutas y verduras y alimentos listos para consumir  (IV y V gama), de forma que el envase ejercerá de barrera aislando el producto del exterior.

 

Envasado activo
Tradicionalmente, el término “envase” se ha definido como una barrera pasiva que sirve para retrasar el efecto adverso del ambiente sobre los alimentos envasados. Sin embargo, tal y como se ha comentado, en las últimas décadas están emergiendo nuevas tecnologías de conservación de alimentos basadas en potenciar o aprovechar las posibles interacciones del envase con el producto y/o el ambiente que lo rodea, lo que se conoce como envase activo. Los materiales y objetos activos han sido definidos por el Reglamento (CE) Nº 450/2009 sobre materiales y objetos activos e inteligentes destinados a entrar en contacto con alimentos, aquellos destinados a prolongar la vida útil o a mantener o mejorar el estado del alimento envasado. Están diseñados para incorporar intencionadamente componentes que liberarán sustancias en el alimento envasado o en su entorno o absorberán sustancias del alimento o de su entorno.
Así pues, se considera que un envase es activo cuando incorpora de forma deliberada una sustancia activa que o bien retiene sustancias indeseables del producto o de su entorno como, por ejemplo, oxígeno, vapor de agua, etileno, dióxido de carbono etc., o bien se libera al producto o su entorno porque es beneficiosa como antioxidantes, antimicrobianos, etileno, etc., con la intención de mantener o alargar la calidad del producto envasado.
Los primeros desarrollos de envase activo se basaron en elementos independientes los cuales eran incorporados junto con el producto en un envase convencional. Este es el caso de los saquitos usados principalmente en países como Japón, Estados Unidos y Australia. Sin embargo, este sistema se encuentra en desuso por la mala aceptación por parte de los consumidores debido a la presencia de un elemento extraño en el interior del envase y, por parte de la industria, debido a la incorporación de un elemento adicional dentro de la cadena de envasado. La alternativa a estos elementos adicionales es la incorporación de agentes activos directamente en el material de envase, que puede realizarse a través de varios procesos como por ejemplo incorporarlos como casting, extrusión y funcionalización de superficies. Como consecuencia, el agente activo puede ser liberado en el alimento, actuando de forma positiva a través del espacio de cabeza del envase, o bien por contacto directo con el alimento, con el fin de interactuar con el alimento, y por tanto alargar su vida comercial logrando además un alimento más seguro. Además cabe destacar que esta nueva tecnología de envasado activo muestra una clara tendencia al empleo de agentes activos de origen natural, lo cual aumenta las posibilidades aceptación por parte de los consumidores finales.

 

Envasado inteligente
Además de los envases activos, también surgen con fuerza los envases inteligentes, los cuales son definidos por el Reglamento (CE) Nº 450/2009 como aquellos que controlan el estado de los alimentos envasados o de su entorno. Entre sus funciones se encuentran detectar, grabar, memorizar, trazar, comunicar y aplicar la lógica científica para facilitar la toma de decisiones, extender y/o garantizar la vida útil de los productos, aumentar la seguridad, mejorar la calidad, suministrar información y advertir sobre posibles problemas. Por tanto, un envase es inteligente si es capaz de controlar el producto a lo largo de la cadena de suministro, dar información de las condiciones internas o externas a él y comunicarse con los usuarios.
Los dispositivos que se insertan en los envases para dotarlos de nuevas funciones “inteligentes” se pueden clasificar en dos grupos bien diferenciados, los que indican mediante un cambio de color que son dispositivos indicadores y se emplean para monitorizar las condiciones ambientales externas y advertir en caso de que sea necesario, y los que transportan datos, como por ejemplo los dispositivos de identificación por radio frecuencia (RFID).
Entre los dispositivos indicadores más empleados en la actualidad destacan los indicadores tiempo-temperatura (TTis). Estos indicadores informan de forma medible sobre la relación entre temperatura a la que ha sido expuesto el producto y el tiempo que ha durado la exposición. En la actualidad se han desarrollado y patentado una gran cantidad de tipos de TTis. Normalmente, los indicadores comerciales existentes son aplicados en los envases en forma de etiqueta, pero existen estudios e investigaciones dirigidos a optimizar su aplicación mediante la impresión directa en el material de envase. El logro de este último punto permitiría que el indicador fuese impreso durante el propio proceso de impresión del envase, y no en una etapa separada, con la consecuente reducción en los costes de aplicación.
Por otro lado, dentro de los envases inteligentes se encuentran los indicadores de frescura que indican la calidad / vida útil del producto en función de la concentración de metabolitos que hay en el espacio de cabeza de los envases.

 

Tecnologías RFID
Gracias a la tecnología de identificación por radio frecuencia (RFID) se pueden detectar e identificar elementos sin necesidad de que exista contacto visual directo, lo cual marca una clara diferencia frente al código de barras.
De manera general, un sistema RFID se compone de una etiqueta RFID formada por una antena y por un circuito integrado o chip y un lector RFID. El lector es el dispositivo encargado de emitir la energía para activar las etiquetas y de recibir la información transmitida por ellas. El lector incluye también una antena para la generación y recepción de las ondas de radiofrecuencia. El lector se conecta a un PC para poder transferir la información recibida y un software o middleware que sea capaz de gestionarla según las necesidades de la aplicación.

 

Envasado a altas presiones
En la conservación de los alimentos, el tratamiento mediante temperatura (pasteurización o esterilización), ha sido uno de los procesos tecnológicos más utilizados para garantizar la seguridad de los alimentos, buscando siempre un compromiso entre la calidad microbiológica y la calidad organoléptica y nutritiva.
Actualmente, se tiende a desarrollar productos con nuevos métodos de tratamiento y conservación que sean menos agresivos con el alimento, con el fin de no modificar el contenido de sustancias no estables térmicamente como vitaminas y antioxidantes y más eficaces contra enzimas y microorganismos alterantes y patógenos. Entre las tecnologías que se han ido desarrollando para la conservación e higienización de los alimentos se encuentran la pasteurización hiperbárica (HPP), pulsos eléctricos de alta intensidad, campos magnéticos oscilantes, pulsos luminosos de alta intensidad y ultrasonidos. La tecnología HPP ha resultado ser efectiva en la inactivación de esporas y enzimas, pudiéndose tratar los alimentos a bajas o moderadamente altas temperaturas, conservándose los parámetros de calidad del producto original. La presión se transmite de forma instantánea y uniforme, independientemente del tamaño, forma o composición del alimento. El tiempo de aplicación varía entre unos pocos segundos e incluso milisegundos (pulsos de alta presión) y 30 minutos. Cuanto mayor sea la presión, el tiempo de mantenimiento y la temperatura del proceso, más cambios tendrán lugar en la estructura química de los productos y por lo tanto, más cambios sufrirán en su apariencia.
Los parámetros y condiciones propias del tratamiento de altas presiones generan también la necesidad del uso de materiales de envase que soporten estos tratamientos, a la vez que mantengan sus cualidades o propiedades funcionales y sensoriales.

 

Materiales sostenibles
En las últimas décadas, la producción y el consumo de envases plásticos procedentes de fuentes no renovables se ha incrementado considerablemente generando una gran preocupación por el medio ambiente.
Como respuesta a estas preocupaciones y exigencias, la población, la industria, la comunidad científica, las autoridades y las organizaciones nacionales están tomando conciencia del problema que suponen estos materiales para el medio ambiente. Por ello, surge la necesidad de desarrollar materiales de envase poliméricos fabricados a partir de componentes que permitan su degradación mediante procesos naturales.
La ASTM (American Society of Testing and Materials) define un material biodegradable como aquel capaz de descomponerse en dióxido de carbono, metano, agua, componentes inorgánicos o biomasa, mediante la acción enzimática de microorganismos que puede ser medida por tests estandarizados en un periodo específico de tiempo, en condiciones normalizadas de depósito.
Dependiendo del proceso de síntesis, encontramos polímeros directamente extraídos de fuentes naturales como polisacáridos (almidón, celulosa) y proteínas (caseína, gluten), polímeros producidos por microorganismos o bacterias modificadas genéticamente como los polihidroxialcanoatos (PHAs) ( polihidroxibutirato (PHB) y sus copolímeros) y polímeros obtenidos por síntesis química clásica a partir de monómeros biológicos renovables como es el ácido poliláctico (PLA).
No obstante, la principal desventaja de estos materiales es su elevado precio frente al envase convencional y propiedades mecánicas y de procesado poco satisfactorias.

 

Composites y materiales nanocompuestos
Los materiales biodegradables ofrecen una posible alternativa a los materiales convencionales derivados del petróleo, pero es necesario tener en cuenta sus limitaciones técnicas. Desafortunadamente, las propiedades de los polímeros renovables actualmente son inferiores a los derivados del petróleo, por tanto, se requiere el desarrollo de nuevos materiales que sean capaces de competir con los polímeros derivados del petróleo, y que puedan ser transformados en procesos industriales convencionales tales como la extrusión.
Esta meta se está consiguiendo gracias all desarrollo de nuevos polímeros mediante mezclas, incorporación de aditivos y refuerzos tales como arcillas modificadas o cristales de celulosa (composites), entre otras opciones, con el fin de modificar e incrementar las propiedades de partida. El desarrollo de composites presenta un elevado interés ya que posibilita el incremento de las propiedades mecánicas y barrera de las matrices de partida. Si se trata de nanocomposites, el refuerzo una vez dispersado de forma uniforme en la matriz,  presenta al menos una de sus dimensiones en escala nanométrica.
Otra alternativa es la producción de mezclas de polímeros, con propiedades mejoradas frente a sus polímeros de partida. Estas mezclas requieren de un cuidadoso ajuste del procesado y una adecuada miscibilidad de los polímeros, incrementando el coste final del producto.

 

Conclusiones
Las tecnologías de envasado y los materiales de envase están en continuo desarrollo y mejora para satisfacer las necesidades de los consumidores. Los cambios en el estilo de vida, nuevas tecnologías de procesado, exigencia de alimentos cada vez más seguros y la preocupación por el medio ambiente son algunas de las razones por las que este mercado está avanzando continuamente. 
La industria del envase y embalaje se ha visto sometida a un profundo cambio y evolución en los últimos años. Tal y como se ha descrito en este artículo, nuestra sociedad ha pasado de consumir alimentos suministrados a granel, a disponer de alimentos envasados de manera unitaria y con materiales muy diversos. Todo ello ha supuesto un enorme reto, que gracias a la I+D+i llevada a cabo por las empresas del sector se consigue mejorar día a día con nuevos desarrollos.
Asimismo, el envase ya no solo se limita a cumplir su función principal de contener y proteger al alimento, sino los nuevos materiales y tecnologías de envasado son capaces de alargar la vida útil del producto, manteniendo en todo momento sus propiedades y aromas, alargando su vida útil y asegurando su calidad mediante sustancias activas, o incluso indicadores que informan al consumidor de su estado en todo momento.
Por otro lado, existe una creciente preocupación en la sociedad referente a aquellos temas que están relacionados con el medio ambiente. Por ello, los envases actuales y futuros incorporarán materiales sostenibles, capaces de degradarse en el ambiente.
Con todo, en este artículo se han nombrado algunos de los desarrollos más importantes logrados en los últimos años, siendo el sector del envase y embalaje, uno de los más dinámicos en cuanto a desarrollo e innovación a nivel global.

Marta Lara Lledó,  Instituto Tecnológico del Embalaje, transporte y logística (ITENE).

Referencias
-Han J. H. Innovations in Food Packaging. Elsevier Academic Press (2005).
-Ahvenainen R. Novel Food Packaging Techniques. CRC Press (2003).
          -Soroka W. Fundamentals of Packaging Technology. The Institute of Packaging (1999).
-Reglamento (CE)  Nº 450/2009 de la Comisión de 29 de mayo de 2009 sobre materiales y objetos activos e inteligentes destinados a entrar en contacto con alimentos.

 

Publicado en la Guía de la Tecnología Alimentaria 2011

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