Упаковка нанотехнологии

Продовольственные товары нуждаются в соответствующей упаковке для поддержания качества и свежести при транспортировке и хранении, а также для продления срока годности путем контроля перемещения влаги, газов (кислорода, углекислого газа) и некоторых летучих компонентов, таких как ароматизаторы. Требования к упаковке в Европейском союзе продуктов питания менялись с годами с ростом спроса на упаковочные материалы, которые являются более прочными, но легкими, биоразлагаемыми или подлежащими вторичной переработке и имеют определенные функциональные свойства. Предполагается также, что этикетки на упаковке продуктов питания будут служить средством для контроля качества, безопасности и прослеживаемости пищевых продуктов в цепочке поставок. Появление нанотехнологий, которые включает в себя применение материалов в диапазоне размеров частиц до 100 нанометров (нм), открыло новые возможности для разработки инновационных упаковочных материалов, которые могут удовлетворить многие потребности отрасли. Нанотехнологии начали оказывать влияние на глобальные пищевые продукты и связанные с ними секторы, хотя многие приложения для производства продуктов питания и напитков в настоящее время находятся на стадии исследований и разработок.

Включение наночастиц (ЕПС) в упаковочные материалы для пищевых продуктов приводит к большим преимуществам. Из-за чрезвычайно малых размеров, ENP имеют очень большую площадь реактивной поверхности на эквивалентной основе по сравнению с обычными сыпучими материалами. Таким образом, в отличие от обычных наполнителей и добавок, гораздо меньшее количество ENP обычно является достаточным для улучшения свойств упаковочных материалов без какого-либо существенного изменения плотности, прозрачности или характеристик обработки. Композиции ENP-полимера (также называемые нанокомпозитами) обычно усиливаются до 5% (мас. / Мас.) ENP, что может значительно улучшить свойства полимера. Сообщалось, например, что введение определенных ЕПС в пластиковые полимеры делает их легкими, огнеупорными, более прочными с точки зрения механических и тепловых характеристик и обеспечивает эффективный барьер против диффузии газов. Включение некоторых металлов и оксидов металлов в полимеры также привело к разработке «активных» упаковочных материалов, которые препятствуют росту микроорганизмов и, следовательно, сохраняют качество пищевых продуктов во время транспортировки и хранения. Полимеры, используемые для разработки нанокомпозитов, представляют собой полиамиды (ПА), нейлоны, полиолефины, полистирол (ПС), сополимер этилен-винилацетат (EVA), эпоксидные смолы, полиуретан, полиимиды и полиэтилентерефаталат (ПЭТ).

Ряд нанотехнологических пищевых упаковочных материалов уже доступен в некоторых странах, хотя и в значительной степени вне ЕС. Тем не менее, широко ожидается, что в ближайшие годы они будут все более доступны в ЕС.

Улучшенные FCM, включающие ENP для улучшения упаковочных свойств с точки зрения гибкости, долговечности и температуры или стабильности влажности. Типичные примеры улучшения упаковочных свойств включают диоксид кремния (для стойкости к абразивному износу), диоксид титана (для защиты от ультрафиолетового излучения) и нитрид титана (в качестве вспомогательного средства для обработки или для механической прочности).

«Активные» FCM, включающие металлические или оксиды металлов (например, серебро, оксид цинка, оксид магния) для противомикробных свойств. Примеры включают полимерные композиты с наносиликатом, которые, как утверждается, сохраняют пищу в материалах, стареющих дольше, за счет ингибирования роста микроорганизмов. Надеемся, что недавнее открытие антимикробных свойств ЕПС оксида цинка и оксида магния позволит использовать их в качестве более доступного решения для упаковки пищевых продуктов. Нано-цинковые оксидные пленки для пищевых продуктов с пингом уже доступны коммерчески. «Интеллектуальная» и «Умная» пищевая упаковка, включающая в себя наносенсоры для контроля состояния продуктов питания во время транспортировки и хранения. Особый интерес представляют нанотехнологические показатели безопасности и качества пищевых продуктов, которые можно применять в качестве этикеток или покрытий и которые добавляют интеллектуальную функцию для упаковки пищевых продуктов с точки зрения обеспечения целостности упаковки путем обнаружения утечек (для пищевых продуктов, упакованных под вакуумом или (например, замораживание-оттаивание) или безопасность. Одним из примеров является чернила для обнаружения кислорода, содержащие светочувствительные (TiO2) ENP, которые обнаруживают кислород, когда они «включены» с УФ-светом. Другим примером показателя качества пищевых продуктов является этикетка, основанная на обнаружении сульфида водорода, которая предназначена для использования со свежей домашней птицей. Индикатор основан на реакции между сероводородом и нанослоем из серебра, который непрозрачный светло-коричневый. Если мясо начинает ухудшаться, образуется сульфид серебра, и слой становится прозрачным.

Биоразлагаемые полимерно-наноматериалы. Это новая область исследований и разработок, где было установлено, что внедрение определенных ЭПС улучшает свойства биоразлагаемых полимеров. Примеры нанокомпозитных композитов с полимерами крахмала или полимолочной кислоты, которые имеют значительно улучшенные механические и влагобарьерные свойства по сравнению с полимерами. Несмотря на потенциал нанотехнологий для революционизации пищевого сектора от производства до переработки, упаковки, транспортировки и хранения, такие заявки также подняли ряд вопросов безопасности потребителей, экологических, этических, политических и нормативных вопросов. Основные проблемы связаны с отсутствием знаний о потенциальных воздействиях ЕПС на здоровье человека и окружающую среду. Это связано с тем, что физико-химические и биологические свойства материалов на наноразмерности могут существенно отличаться от обычных объемных форм, и их эффекты и воздействия могут быть неточно предсказаны из существующих знаний, полученных из обычных сыпучих материалов.

Существует множество научных данных, свидетельствующих о том, что некоторые свободные ЕПС могут нанести вред биологическим системам из-за их способности проникать в клеточные барьеры и индуцировать образование радикалов кислорода, которые могут вызвать окислительное повреждение клетки. Тем не менее, токсикологические исследования по ЕПС в отношении потребления желудочно-кишечного тракта являются скудными, и доступная информация в значительной степени относится к воздействию через ингаляционный путь. Таким образом, характер и степень риска для обеспечения здоровья от употребления ЕПС через продукты питания и напитки в настоящее время неизвестны. Кроме того, несмотря на заявленные антимикробные эффекты некоторых ЕПС, в настоящее время нет опубликованных исследований их вероятного воздействия на желудочно-кишечный тракт или естественную микрофлору кишечника при проглатывании через продукты питания или напитки.

Вероятность заражения потребителей от потребления пищевых продуктов, упакованных в материалы из нанокомпозитов, зависит от миграции ЕПС в продукты питания и напитки. Экспериментальные данные о миграции ENP из FCM практически отсутствуют. В настоящее время существует только одно опубликованное исследование, в котором была определена миграция минералов из биоразлагаемых крахмальных и наноклавных нанокомпозитных пленок. Однако в этом исследовании предоставляется только небольшая информация по отношению к биоразлагаемому материалу, а не к другим пластическим полимерам, которые обычно используются для FCM, таких как ПЭТ, ПЭ или ПП. Отсутствие данных миграции в настоящее время представляет собой важный камень преткновения для оценки рисков для среднего потребителя из потребления пищевых продуктов, упакованных в материалы на основе нанокомпозита.