Envases activos e inteligentes: una visión de futuro

Una autentica revolución tecnológica está a punto de llegar a la industria del envase y el embalaje. Envases que controlan la temperatura, etiquetas inteligentes, agentes antibacterianos, nanosensores que permiten la detección de gérmenes, nanochips, hologramas de seguridad… Estas son algunas de las nuevas innovaciones que se encuentran cada vez más cerca de los supermercados, ¿os habéis encontrado con alguna?

Cuando éramos pequeños soñábamos con embalajes de alimentos que llevasen en el interior algún tipo de regalo como tatuajes, muñecos, cromos… Pero, ¿alguna vez te habías topado con pequeñas bolsitas blancas denominadas “sachet”, como las que encontramos en los zapatos con las palabras “no ingerir”? Hoy en día es posible.

Envase activo de productos cárnicos con sachet │Fuente

Y no solo lo que va en el interior está cambiando. La sociedad actual demanda envases creativos, sostenibles y más funcionales. El crecimiento en el consumo de platos preparados hace que se demanden cada vez más recipientes que sean fáciles de transportar y abrir, resistan al calor de los microondas, sirvan de plato y puedan cerrarse una vez abiertos. Cada vez es más frecuente encontrarnos en los supermercados envases activos o inteligentes. Estos nuevos embalajes ofrecen un gran abanico de posibilidades, y se les ha considerado como la próxima generación en el área de “packaging”. Pero, ¿de qué estamos hablando concretamente? Para comprender su funcionamiento y las ventajas que pueden ofrecer frente a los envases tradicionales, es fundamental aclarar primero el significado de estos conceptos y distinguir entre ellos.

Los envases tradicionales realizan la función básica de contenedores de alimentos, y los protegen del ambiente exterior, evitando así su deterioro por acción de distintos factores ambientales como luz, humedad, gases, microorganismos, polvo, suciedad y otros contaminantes. Además, contienen importante información sobre el producto alimenticio, e indican su forma de preparación y su composición nutricional.

Los envases activos pueden considerarse como “envases en los cuales se han incluido deliberadamente componentes secundarios (agentes o elementos activos) para mejorar las condiciones de conservación del alimento y prolongar su vida útil”. El envase participa activamente en la conservación del producto y en mantener o potenciar sus propiedades organolépticas, bien absorbiendo compuestos que deterioran el producto o bien emitiendo sustancias que ayudan a su conservación.

Por otro lado, los envases inteligentes son “aquellos que contienen indicadores externos o internos para proporcionar información acerca de la historia de envase y/o de las propiedades y el estado del alimento envasado” Habitualmente incorporan dispositivos que son sensibles a los cambios de temperatura, composición gaseosa o modificaciones biológicas, y son capaces de comunicar estos cambios al consumidor. Por tanto, mientras que los envases activos incorporan medios para mantener las condiciones adecuadas de conservación de los productos, mejorando sus características mecánicas o sus propiedades barrera frente a los factores externos, los envases inteligentes facilitan la monitorización de la calidad de los productos, bien directa o indirectamente.  Los primeros envases activos se remontan a las antiguas culturas mesopotámicas, donde se encontraron restos de recipientes similares al actual “botijo”, que es un envase “auto-enfriable” basado en la refrigeración por evaporación. El botijo está hecho de una arcilla muy porosa por la que se filtra el agua que contiene en el interior, y al entrar en contacto con el ambiente seco exterior se evapora. Para pasar al estado gas, el agua necesita calor que toma del líquido del interior, bajando así su temperatura.

Representación de la refrigeración por el efecto “botijo” │Fuente

Hace ya más de un siglo se desarrollaron otro tipo de envases activos que permiten calentar o enfriar los productos que incorporan sin necesidad de fuentes de calor o frío. Estos envases suelen disponer de tres cámaras: una de ellas contiene el alimento que se desea enfriar o calentar y las otras los compuestos necesarios para llevar a cabo la reacción química que producirá o absorberá calor. El alimento y los reactivos químicos están separados por una pared metálica conductora del calor, mientras que los reactivos están separados entre sí por una membrana perforable. Al pulsar un determinado punto del envase, los reactivos se mezclan y se produce la reacción química.

Una de las reacciones más utilizadas en los envases “autocalentables” es la reacción exotérmica del óxido de calcio (CaO) con el agua, que son reactivos económicos. Algunas bebidas calientes comerciales han adquirido esta tecnología, consiguiéndose un aumento de la temperatura de aproximadamente 40 °C por encima de la inicial. En el caso de envases “autoenfriables”, se recurre a la evaporación del agua contenida en un gel acuoso y la absorción de la misma por un absorbente de zeolita. De esta forma, la energía necesaria para evaporar el agua es retirada del alimento, lográndose un enfriamiento de unos 15 °C.

Esquema de un envase de bebida autocalentable │Fuente

Recientemente, los compuestos activos se han empezado a introducir en los envases en forma de etiquetas, sachets, tarjetas o simplemente en el mismo plástico contenedor del producto. Algunos ejemplos de dispositivos incorporados a este tipo de envases son los eliminadores de oxígeno, que se basan principalmente en el proceso de oxidación de hierro. Son muy útiles para productos de panadería, ya que éstos por su naturaleza esponjosa mantienen un oxígeno residual que es difícil de eliminar y es el principal causante de su deterioro. Su uso permite reducir casi por completo el oxígeno en un período entre 1 y 4 días, impidiendo la actividad microbiana aeróbica.

Envase activo con eliminadores de oxígeno │Fuente

Otros compuestos activos muy utilizados son los controladores de humedad, polímeros súper absorbentes situados dentro de los envases que absorben el agua, impidiendo así el crecimiento bacteriano por un período más prolongado. Los absorbedores de humedad están especialmente pensados para productos donde puedan aparecer exudados (carnes, pescados, vegetales frescos) o aquellos que deben ser crujientes (galletas, snaks).

Por otro lado, los liberadores de compuestos antimicrobianos y antioxidantes que ralentizan el proceso de deterioro se utilizan especialmente con productos ecológicos, donde el propio recipiente sustituye a los conservantes químicos. Con este objetivo, se han desarrollado muy recientemente películas biodegradables de almidón de maíz y quitosano, un polisacárido obtenido a partir de exoesqueletos de crustáceos con actividad antimicrobiana, las cuales podrán emplearse para el envasado de frutas ecológicas frescas. En relación al coste, estos envases encarecen el producto final, por eso solo se utilizan cuando los alimentos adquieren un valor añadido o una ventaja competitiva debido al contenedor.

En los envases inteligentes la forma preferida para transmitir la información es visual. Fundamentalmente se utilizan (o se van a utilizar en un futuro cercano) dos tipos de sistemas: portadores de datos (etiquetas de códigos de barras o placas de identificación por radiofrecuencia) que proporcionan información acerca del tipo de producto, fecha de envasado y precio, ofreciéndonos multitud de aplicaciones e indicadores de incidencias en el envasado (indicadores de tiempo/temperatura, indicadores de frescura, indicadores de gases o biosensores, etc.) que permiten el control del medio y del producto envasado.

Placa de identificación por radiofrecuencia │Fuente

Los indicadores de tiempo/temperatura son habitualmente etiquetas adheridas a los envases que controlan la temperatura y el tiempo de conservación del alimento envasado. Así, cambian de color si la cadena de frío se ha roto, o si el producto lleva mucho tiempo esperando a ser consumido. Cuando la cadena de frío no sufre modificaciones, las etiquetas se mantienen inalteradas. Por tanto, nos indicarán si es aconsejable adquirir ese producto del supermercado o consumirlo en el caso de que lo tuviésemos en nuestra nevera.

Indicador de tiempo/temperatura utilizado en envases inteligentes │Fuente

Existen también indicadores de humedad, fabricados con materiales como el cloruro de cobalto o de cobre que cambian de color en función de la humedad, indicadores que se activan cuando la concentración de microorganismos en el alimento envasado supera un determinado valor que representa un riesgo para la salud, e indicadores de  frescura/vida útil basados en la detección de compuestos volátiles tales como dióxido de carbono, acetatos, aminas, amoniaco y sulfuro de hidrógeno, producidos por el envejecimiento de alimentos. Por ejemplo, se han comercializado adhesivos con forma de semáforo que captan el etileno que desprenden las frutas para mostrar su mayor o menor estado de maduración.

Indicador de frescura útil │Fuente

Muy recientemente se han desarrollado indicadores de fugas basados en oxígeno y dióxido de carbono, que cambian de color como resultado de una reacción química o enzimática inducida por la presencia o ausencia de estos gases, así como indicadores con tintas sensibles al calor, que muestran la temperatura óptima de consumo del alimento o garantizan su conservación a baja temperatura. Tienen un intervalo de cambio pequeño para suministrar la máxima precisión y decirnos, por ejemplo, si la cerveza está lo suficientemente fría, o si el café está demasiado caliente y nos va a quemar. Además de incorporarse al envasado, se pueden utilizar en accesorios como tazas o vasos.

Indicador con tinta sensible al calor │Fuente

Por otro lado, el aumento de una conciencia social de respeto hacia el medio ambiente está haciendo que los nuevos envases tengan esto en cuenta en su diseño y composición. Esto es el denominado “ecodiseño”, metodología que analiza el ciclo de vida del producto para lograr resultados que reduzcan su impacto ambiental sin disminuir su funcionalidad. Así, se buscan envases sostenibles, que tengan una huella de carbono mínima, que el consumo de recursos sea bajo, y sobre todo, la posibilidad de reciclar o reutilizar el producto.

Así, la American Chemical Society ha presentado un nuevo envase sostenible que reduce de forma efectiva el desperdicio alimentario. Está elaborado con una proteína de la leche, y es hasta 500 veces más eficaz que los embalajes tradicionales para proteger los alimentos del oxígeno, la humedad y las altas temperaturas. Este envase, además de ser comestible y biodegradable, tiene numerosas ventajas: su apariencia es similar a la de los envases de plástico, aunque es algo menos flexible, casi no tiene sabor y no cambia las propiedades organolépticas de los alimentos.

Envase sostenible elaborado a partir de la proteína de la leche│ Fuente

Los recubrimientos comestibles se aplican en una amplia gama de productos tales como frutas y hortalizas, carnes, pescados, productos de panadería y repostería, productos lácteos, frutos secos, etc. Son películas biodegradables que se adhieren a la superficie del alimento creando una atmósfera libre de oxígeno; además, protegen frente a los gases y la humedad, evitan la pérdida de aromas y la deshidratación de los productos y, en muchos casos, mejoran su textura y apariencia. Las propiedades barrera de estos recubrimientos dependen de los compuestos empleados en su fabricación, siendo los más frecuentes polisacáridos, lípidos y proteínas o combinaciones de éstos.

Otra tendencia en crecimiento son los envoltorios y utensilios comestibles, una forma eficaz de reducir la cantidad de desechos no degradables. Así, ya es posible que al terminar de tomarnos una bebida podamos comernos el vaso, fabricado con un gel de algas llamado Agar. También se han comercializado botellas de agua comestibles y económicas hechas de algas y cloruro cálcico, como alternativa a los millones de botellas de plástico que se desechan cada día. Se trata de recipientes que contienen agua en una doble membrana, y están diseñadas basándose en una técnica para dar forma a los líquidos en esferas denominada “esferificación”. Esta técnica encapsula alimentos con texturas de gelatina, de manera que tengan consistencia similar a la hueva de pescado.

Vasos comestibles hechos de agar │Fuente

Las últimas investigaciones se dirigen hacia la aplicación de la nanotecnología en la industria alimentaria. Así, algunos nanomateriales como la nano-plata, el dióxido de nano-titanio, el óxido de nano-cobre, los nanotubos de carbono y el óxido de nano-magnesio se han utilizado como aditivos en envases activos para proporcionar propiedades antimicrobianas. También, algunas nanopartículas como las nanoarcillas se añaden a los plásticos que constituyen el embalaje para mejorar su resistencia a la humedad y la barrera a los gases. Además, se han desarrollado nanosensores biodegradables que controlan la temperatura y la humedad, o que permiten detectar la contaminación por bacterias. Una de las tendencias más recientes es incorporar en los envases  “nanochips”  capaces de interactuar con los electrodomésticos, permitiendo por ejemplo que una nevera inteligente realice un inventario completo y comunique al propietario los productos que debe reponer o dar las órdenes al microondas para que el alimento se caliente con la potencia y el tiempo recomendados por el fabricante.

En la actualidad, el ritmo de la investigación en nanotecnología aplicada al envasado de alimentos es muy intenso, y así seguirá en los próximos años. No obstante, existe un vacío legal que obstaculiza la investigación, así como incertidumbre sobre el nivel de toxicidad de las diferentes nanopartículas. Es fundamental que estos componentes “nano”sean sometidos a una evaluación de los riesgos asociados para garantizar la seguridad del alimento que está contenido en este tipo de envases. En Europa existe un claro retraso en la incorporación de estas nuevas tecnologías alimentarias debido al desconocimiento por parte del consumidor de la eficacia de estos sistemas.

Con todos estos avances, nos preguntamos ¿cómo serán los envases del futuro? ¿Podrán “hablar” con el consumidor? En el mercado podemos encontrar ya algún envase “parlante”, que contiene información y sonido introducidos junto a las imágenes usando códigos especiales en las tintas de impresión. El comprador, con un lápiz especial, puede tocar determinados puntos del envase, leer la información almacenada y oírla en forma de audio. La comunicación con el consumidor es uno de los campos más novedosos e interesantes, que progresa a pasos gigantescos debido a los avances tecnológicos y el “boom” de la web social. Por tanto, cabe esperar que en el futuro los envases interactúen cada vez más con el consumidor y con el mismo producto. Probablemente serán completamente sostenibles, renovables y con una gestión de residuos ya resuelta. Además, ofrecerán características que actualmente no podemos ni imaginar.

 

Este artículo nos lo envía Ana María Diez Pascual. Se licenció en Química en el año 2001 en la Universidad Complutense de Madrid, donde realizó su tesis doctoral con una Beca de Formación de Profesorado Universitario. En 2005 trabajó en el “Max Planck Institute of Colloids and Interfaces” (Alemania) sobre la caracterización reológica de polímeros y tensioactivos. Fue investigadora postdoctoral (2006-2008) en el Instituto de Química Física de la Universidad de Aachen (Aquisgrán, Alemania), donde trabajó en el ensamblaje de polielectrólitos sobre microgeles termoresponsivos. En 2008 se trasladó al Instituto de Ciencia y Tecnología de Polímeros del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (ICTP-CSIC) donde participó en un proyecto de colaboración con el “National Research Council of Canada” para desarrollar nanocompuestos poliméricos reforzados con nanotubos de carbono para aplicación en la industria del transporte. En 2014 se incorporó a la Universidad de Alcalá con un contrato de investigación “Ramón y Cajal” donde actualmente está trabajando en el desarrollo de sistemas polímero/tensioactivo con nanotubos de carbono y grafeno para evaluar su aplicabilidad como sensores ópticos o en dispositivos electrónicos. Ha participado en 24 proyectos de investigación, tanto nacionales como internacionales, y ha publicado más de 90 artículos en revistas internacionales de alto prestigio. Ha sido miembro del comité organizador de diversos congresos nacionales y es miembro del comité editorial de las revistas “Nanomaterials” y “Polymers”. En 2012 fue galardonada con el premio TR35 del Massachusetts Technological Institute (MIT) por su trabajo innovador en el campo de la nanotecnología.

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Por Colaborador Invitado
Publicado el ⌚ 15 noviembre, 2018
Categoría(s): ✓ Divulgación • Tecnología