WO2013149356A1 - Envase que extiende la vida útil de los alimentos que contiene, especialmente berries, al incorporar en su superficie un agente antifúngico. particularmente berries. procedimiento de preparación y usos - Google Patents

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María Paula JUNQUEIRA CONCEICÂO GONSALVES
Andrea Macarena TAPIA ULLOA
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Definitions

  • the present invention relates to an eco-active package for processed food products or fresh fruits or vegetables, its preparation and use process.
  • Fresh exportable products are highly perishable, which severely affects their quality when they reach distant destination markets and reduces their value. Then, it is a permanent challenge in the industry, extending the shelf life and maintaining the food safety and quality of fresh products for export.
  • berries are highly perishable and have high postharvest physiological activity. As a consequence, they have short periods of maturity and senescence which makes marketing a challenge. They are susceptible to the development of diseases during the postharvest, being able to observe symptoms just after 12 hours of permanence at room temperature, mainly if they are wet. In general, the shelf life of berries is limited by fungal diseases, especially Botrytis cinerea.
  • Botrytis cinerea is the causative agent of "gray rot", infects more than 200 different plant species, determining serious economic losses before and after harvesting.
  • the pathogen can attack the crop at any stage of its development and can infect any part of the plant. Due to the considerable incidence of the pathogen and the economic repercussions that it has on important crops such as vines, tomatoes, strawberries, raspberries, blueberries, among others, there have been numerous studies on the biology of this fungus, the interactions in which it participates and on the possible methods that allow its control (Benito et al., 2000).
  • the control of physiological processes and the growth of microorganisms is the key to the conservation and long life of fresh fruits and vegetables.
  • the packaging systems and the low temperature are technologies that contribute to the increase of the useful life, quality and safety of these products.
  • Packaging systems and low temperature are technologies that contribute to increasing the shelf life, quality and safety of fresh fruits.
  • the main difficulty of this technology, reported by some berry exporting companies, is the variation in gaseous mixtures on different pallets, making it difficult to homogenize the exported batch.
  • the packaging Assets arise as an excellent alternative to complement these demands, since they increase the shelf life of food, minimize the incorporation of additives, and improve food safety with minimal alteration of its characteristics, providing the possibility of developing new products.
  • active packaging can be combined with other technologies, providing a synergistic effect, extending the quality and shelf life of the product.
  • the package had a purely passive function, which consisted of separating the product from the environment, acting as a barrier to physical and / or mechanical effects, chemical reactions and invasion of microorganisms, in addition to preventing migration from its own compounds to food, with minimal interaction with food, being, therefore, an inert barrier.
  • the active packaging can be defined as a system in which food, packaging and the environment act positively to increase the shelf life or improve some property of the food, which has led to the concept of packaging as an emerging food preservation technology ( www.cyted.org).
  • the active container can be defined as a system in which food, packaging and environment act positively to increase the shelf life or improve some property of the food (Miltz et al., 1995).
  • the package can be called active when it performs any desired paper, in addition to providing an inert barrier to external conditions.
  • the desired word is important in this definition because it clearly distinguishes between unwanted interactions and desired effects (Rooney, 1995).
  • the active packaging system has been used for years in Japan, and in recent years it has been used increasingly in Europe and the United States.
  • active packaging technology is an emerging and promising area of food technology, which can provide several preservation benefits in a wide range of products.
  • the current concern regarding how to improve and ensure the safety of processed foods has aroused great interest in the use of active antimicrobial containers.
  • the main research groups in food packaging at international level and leading companies in packaging development are making an important effort to develop active packaging with antimicrobial capacity.
  • the antimicrobial package is defined as the package incorporated with active antimicrobial agents instead of the same substances added directly into food.
  • the concept of antimicrobial packaging involves the gradual release of the antimicrobial agent from the packaging towards the food, inhibiting or delaying the growth of microorganisms on their surface (Appendini & Hotchkiss, 2002). Once microbiological contamination of most foods occurs mainly on the surface, due to processing and subsequent handling, efforts have been made to improve safety, delaying food spoilage through the use of antimicrobials applied by aerosols or by immersion
  • the direct surface application of antibacterial substances in food has limited its benefits, because the active substances are neutralized at the contact or spread rapidly from the surface to the interior of the food.
  • the use of active containers containing antimicrobial agents could be more efficient, due to the slow migration of the agents from the container material to the surface of the product, thus helping to maintain high concentrations where they are most needed. If an antimicrobial can migrate from the container for a prolonged period, its activity can also be extended for the stages of transport and storage in the distribution of food.
  • antimicrobial substances used in the development of active packaging must be approved to be in contact with them, therefore, they must be considered GRAS substances, which in English means compounds generally recognized as safe by the FDA (Food and Drugs Administration).
  • antimicrobials should be incorporated into the food container in concentrations such that the concentration released in the product is allowed by the standards.
  • Bacteriocins such as nisin and pediocin have also been used (Sebti & Coma, 2002), in addition to other compounds, among which are: enzymes, such as peroxidase and lysozyme, the latter used to inhibit the microbial growth of gram-positive bacteria ( Padget et al., 1998); polysaccharides with natural antimicrobial properties, such as chitosan (Debeaufort et al., 1998); phenolic compounds, extracted from plants; chelating agents, such as ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), and metals, such as silver ions.
  • EDTA ethylenediaminetetraacetic acid
  • the triclosan compound (2,4,4'-trichloro-2 ' - hydroxy diphenyl ether) was used for food contact approved by European Union countries by the Scientific Committee for Food (SCF, 2000) with the limit of 5 mg / kg of food.
  • the antimicrobial agents present in the packages can control microbiological contamination through three mechanisms: reduction of the growth rate of microorganisms, increase of the lag phase or contact inactivation (Quintavalla & Vicini, 2002). Antimicrobials can exert their effect by inhibiting essential metabolic pathways, or by intervening in the reproductive genetics of microorganisms, while other compounds modify the functionality of the cell membrane or the structure of the cell wall, as is the case with lizosima, which destroys the cell wall, without modifying the metabolic pathways, while Iactoferrin and EDTA act as chelating agents for essential cations (Chan et al., 2004).
  • antimicrobial agents have different mechanisms of action, it is considered that mixing different types of these could increase antimicrobial activity through synergistic reactions, as long as they do not interfere with each other. Therefore, it is convenient to experiment with combinations of several antimicrobial agents, to extend their activity to a wider spectrum of microorganisms and maximize the efficacy and safety of packaging systems with antimicrobial agents. As for how to incorporate the active agent with antimicrobial capacity into the package, it could be done in different ways. In some cases, the antimicrobial agent is incorporated as a coating, in the inner part of the film that will be in direct contact with food.
  • the antimicrobial agent can be incorporated into the polymer matrix itself, in this case the agent must diffuse through the amorphous zones of the polymer or through the gaps or free spaces between the polymer chains.
  • incorporation into the polymer matrix requires studies linked to the definition of the levels of effective concentration of the antimicrobial agent, kinetics of the diffusion of the agent, distribution of the agent in the matrix and the effective kinetics of action on microorganisms.
  • the methodology for incorporating the active agent in the plastic film limits the possibilities of using antimicrobial agents.
  • the agent is incorporated into the polymer matrix by extrusion, it will be essential that it withstands high temperatures and high pressures.
  • the antimicrobial package is defined as the package that incorporates active antimicrobial agents in its structure, avoiding the addition of these substances directly into food.
  • the concept of antimicrobial packaging involves the gradual release of the antimicrobial agent from the package towards the food, inhibiting or delaying the growth of microorganisms on their surface.
  • W099 / 49823 teaches antimicrobial plastic materials such as films and meltblown webs for packaging intended for food packaging, surgical covers, facial masks and the like containing an agent such as methylene blue dispersed therein, which generates singlet oxygen which It has antimicrobial activity.
  • the materials can be made by cryogenic grinding together with the substance that generates singlet oxygen, ammonium stearate or other surfactant material that has properties such as soup and a polymeric resin to form a uniform concentrate such as a homogeneous fine powder. The concentrate is added to large batches of the polymer that are processable by conventional equipment to form plastic films, fabrics, etc.
  • WO2004 / 056214 teaches a method of preparing bioactive packaging materials of synthetic polymers or polymeric materials from natural sources that cover the packaging material with a polymer layer containing immobilized preservatives, where the application of a solution or dispersion of a polymer with preservatives in the package material is by dew and / or coating and / or submerge the package material in such solution or dispersion and / or bending or size printing followed by evaporation of the solvent under ambient or increased temperature, and the preservative is a microbicide and / or bacteriostatic preservative and / or fungicides; antibiotics and / or compounds of silver and / or derivatives of phenol and / or bacteriocins and / or esters of p-hydroxybenzoic acid and / or monoglycerides of fatty acids and / or benzoic acid and / or sorbic acid and / or chitosam and / or (2,4,4-trichloro-2
  • No. 0220036 teaches antimicrobial packaging material for food materials containing from 0.05% to 1.5% by weight of an essential oil.
  • the oil can be selected from linalool and / or methylcavicol but also from one or more citral, generiol, methyl cinnamate, methyl eugenol, 1,8-cineole, trans-a-bergamot, carvacrol and thymol mixed with one or more selected polymers of ethylene vinyl alcohol copolymer, polyacrylates, which include copolymers of ethyl acrylate methyl methacrylate, lonomers, nylons and other hydrophilic polymers or polymers having functional groups capable of partially anchoring the additives and the mixture is covered on the food contact face of a Food grade packaging film or incorporated into a food grade packaging film.
  • a bonding agent such as polyethylene glycol is added to the mixture to improve the retention of volatile oil in the polymer during the process.
  • This material has no regulatory limitations and at the concentrations referred to, it
  • No. 7,906,151 teaches a cosmetic or dermatological composition
  • a cosmetic or dermatological composition comprising potassium sorbate and at least one stabilizing agent selected from microcrystalline cellulose, talc and a lipid having an interfacial tension of at least 10 mN / m.
  • No. 7,981,408 teaches polymers for antimicrobial packaging and their use, where the antimicrobial such as quaternary ammonium and phosphonium salts, is covalently bound to the polymeric material and is used for films or food packaging, cosmetics, medical equipment and devices and others.
  • the antimicrobial can be bactericidal, fungicidal and / or antiviral.
  • Packaging materials with antimicrobial characteristics can be divided into two large groups, those that have antimicrobial agents that must migrate to the surface of the container to perform their function, and that come into direct contact with the food, or those that do not need to migrate in order to exercise your function
  • Several films with antimicrobial characteristics have been developed mainly in Japan.
  • Dupont has introduced the MicroFree TM, based on the incorporation of three types of silver or copper salts on an inorganic powder support, thermosetting agents and, therefore, can be introduced into the polymer resin itself in the process of extrusion.
  • MicroFree TM Three types of MicroFree TM are being offered, the Z-200 (silver on a zinc support), the T-558 (silver, copper oxide and zinc silicate on a titanium dioxide support), and B-558 (silver, copper oxide and zinc silicate on a barium sulfate support), which have been shown to have a beneficial effect on Escher ⁇ chia coli, Ps aeruginosa, Kb pneumoniae and St aureus. These agents, despite being approved by the EPA (Enviromental Protection Agency), have not been approved by the FDA for direct food contact. Metal, silver or copper ions, as well as quaternary ammonium salts and other compounds, are allowed in Japan, but not in the United States as safe antimicrobial agents.
  • copper ions can destroy microorganisms and viruses, and the fact that copper is essential for life because it is an enzyme constituent, it is considered toxic and is not allowed by US regulations for direct food contact. .
  • antimicrobial agents both inside the polymer matrix and in the form of a coating, must comply with the International Legislation regarding packaging materials that will be in direct contact with food.
  • the United States Legislation defines as food additive any substance that under the conditions of use can become part of the food, so that all those components that, intentionally or not, can pass to the food from the packaging material , must be previously admitted as food additives, with the exception of substances recognized as GRAS (Title 21 of the Federal Law of Regulations). Therefore, in that case the antimicrobial agents to be incorporated into the structure must be approved for use in direct contact for food by the FDA or be GRAS substances, as is the case of naturally occurring substances (plant extracts such as thymol, carvacrol, linalool, among others). In the case of using FDA-approved antimicrobial agents, the legislation that contemplates maximum global migration levels of extractable substances from the packaging material must be complied with.
  • the present invention relates to additives included in the FDA positive lists and to GRAS agents.
  • the use of plastic containers with high oxygen permeability is contemplated, which are required by US legislation to prevent the development of anaerobic bacteria during product packaging (anti-terrorism legislation, www.fda.gov).
  • the European Union has a very strict regulation about the characteristics that the containers that will be in contact with food must have, which must comply with Directive 2005/79 / EC of November 18, 2005, which regulates all aspects related to materials and articles that will be in direct contact with food, and where the maximum limits of global migration are defined (total amount of components that can pass from the plastic container to the food, regardless of its nature) and specific migration (maximum amount of a specific component that can be passed from the container to the food and that has a particular interest from the toxicological or sensory point of view) for the starting substances and additives used in the manufacture of plastic food materials.
  • the present invention directly addresses the reduction of the environmental impact caused by waste from traditional packaging While currently berries are mainly marketed in primary containers of non-biodegradable polymeric materials that generate environmental contamination after use, the exchange of this type of packaging for other recyclable and / or biodegradable ones, more in line with international legislative requirements (2005 / 20 / CE) and with the requirements of consumers internationally, will result in the fulfillment of these requirements. Therefore, the present invention has a beneficial environmental impact.
  • the combination of the active function of the container and its positive impact on the environment is the differential of this invention.
  • a proactive and positive aptitude on the packaged food is incorporated into the package by combining the antimicrobial activity on the package and reducing the environmental impact. Obtaining a solution easily adopted by the industry.
  • the present invention proposes a package that, in addition to extending the shelf life of berries, by incorporating an active agent with antifungal capacity on the surface of the package itself, so that, during the time that the fruit is packaged, it is permanently exerting an antifungal effect on its surface (place where the greatest deterioration processes occur), also be able to contribute to the preservation of the environment. It also proposes a preparation procedure and its use.
  • the main component of the present invention is the incorporation of antifungal agents to recyclable materials for the development of active packaging with positive environmental impact (eco-active) that allow to increase the shelf life of fresh berries.
  • an antimicrobial agent effective against fungi, especially Botrytis; a minimum inhibitory concentration of this compound is indicated; the ecologically correct material is selected; The antifungal agent is incorporated into recyclable materials and the shelf life of the product in the new package is determined based on its microbiological characteristics.
  • the shelf life of fresh chilled berries packed in these materials will be increased. It is possible to develop an active and environmentally friendly package, which allows the useful life of fresh berries to be increased by at least 30%, at competitive costs compared to traditional packaging used by the berry exporting industries, without modifying the line of current packaging production.
  • the material developed in the present invention is a berry container that allows for a product with a longer shelf life, covering the demands of the destination market, increasing the ability to stock berries more distant from dispatch neuralgic points. By extending the shelf life of berries, it will be possible to access more distant and aware markets of the environmental problem by replacing traditional plastic containers, which cause negative impacts on the environment.
  • This package allows the commercialization of berries to produce greater economic benefits, increase the shelf life of the fruits at a competitive cost compared to traditional packaging, with the advantage of being friendly to the environment and without demands for line transformations Current container production.
  • Figure 1 Addition of the silicone solution in water, incorporated from the antifungal agent, to the production line of the container (A). Extruded RPET sheet, receiving the solution bath (B).
  • Figure 2 Shows SEM images of PET + Antifungal B (potassium sorbate).
  • Figure 3 Civil of potassium sorbate for an initial concentration of B. cinérea of 10 5 cfu / mL.
  • Figure 4 - MIC of potassium sorbate for an initial concentration of B. cinérea of 10 3 cfu / mL.
  • Figure 5 Shows the result of the entire process (Coating and Thermoforming) at pilot level. Antifungal potassium sorbate.
  • Figure 6 Shows the Halo test on pilot scale prototypes
  • Initial concentration of B. cinerea 10 5 cfu / mL.
  • the plates were incubated for 5 days at 25 ° C.
  • the test was performed in duplicate, with 4 repetitions.
  • Figure 7 Shows the Halo - Coating test.
  • Initial concentration of B. cinerea 10 5 cfu / mL Plates were incubated for 5 days at 25 ° C. The test was performed in triplicate, with 3 repetitions.
  • Figure 9 Cranberry fruits with mycelium of Botrytis cinerea.
  • the present invention is based on the application of 100% recyclable Polyethylene terephthalate (PET), known as RPET. Its choice is because it is used in more than 90% of the fruit industry for its characteristics of cost, transparency and resistance, it is also a material that has the property of being reused and recycled.
  • PET Polyethylene terephthalate
  • the antifungal agent initially tested in this invention was potassium sorbate, for its efficiency against fungi, especially cinematic Botrytis, for its GRAS character (generally recognized as safe) and for being used directly in food products.
  • the manufacturing process of the antifungal active container does not interfere with the manufacturing process of the conventional container.
  • This invention used a water bath plus silicone, traditionally used in PET thermoforming companies, with the aim of preventing the container from being stacked from sticking together.
  • the industrial process once the PET sheet has been extruded, it is submerged in the bath containing silicone and then the excess solution is removed and the sheet is rolled up to later go on to the thermoforming and production process of the container.
  • the silicone bath was used to incorporate the antifungal agent (potassium sorbate), which is chemically soluble in water and silicone, forming a homogeneous solution (Fig. LA)
  • the RPET sheet when passing through the silicone bath is also impregnated with the antifungal agent (Fig. 1 B), which was "trapped” by the silicone deposited on the surface.
  • Figure 2 scanning electron microscopy image, SEM shows the presence of potassium on the polymer surface.
  • thermoforming process As the antifungal agent used withstands temperatures up to 270 ° C, the thermoforming process ( ⁇ 140 ° C) does not alter its stability.
  • the minimum inhibitory concentration of potassium sorbate is between 0.38 and 0.40% w / v (Fig. 3).
  • the minimum inhibitory concentration is between 0.07 and 0.10% w / v (Fig. 4).
  • Halo tests show the effectiveness of films produced, at different concentrations, against B. cinérea.
  • the tests were performed in triplicate, with 3 repetitions (Fig. 6).
  • Sodium benzoate was studied as another alternative of antifungal, and also the mixture of potassium sorbate plus sodium benzoate (commercial preparation, for direct use in food), to verify the cost / benefit ratio for the preparation of the final package (Fig.
  • This test consisted of the determination of contamination by the post-harvest fungus B. cinérea in export cranberry fruits from two producers from different regions of the country, identified as A (Locality of Panguipulli, Republic of Valdivia, Los R ⁇ os Region) and B (Collipulli Town, province of Malleco, Araucan ⁇ a Region).
  • the treatments to which the fruit was subjected were two storage temperatures, 4 and 10 ° C, in cold chambers with 85% humidity and two types of containers, conventional (RPET) and active (RPET with addition of 20% of the agent antifungal potassium sorbate), with 11 repetitions (each consisting of a well of 125 gr) and 5 evaluation date (0, 7, 14, 21 and 28 days).
  • the experimental design was completely random. At the time of establishing the test, the initial contamination of the fruit was determined, by observation visual of all the 10-well fruit, as well as 400 fruits that were subjected to favorable conditions for the development of post-harvest pathogens, this is a wet chamber in plastic trays with wet absorbent paper and covered with plastic for 7 days (Fig. 8 ).
  • the fruit was taken out of the chamber and evaluated in the phytopathology laboratory, counting the total number of fruits in the wells, separating the number of fruits contaminated with the Botrytis fungus cinerea (Fig. 9), visually or with the help of a stereoscopic magnifying glass. Subsequently the percentage of infection in each treatment was calculated. These values were analyzed statistically, after transformation of the data to V n + 0.5. The LSD test was used to separate the significance between the means, considering p ⁇ 0.05.
  • Tables 2 and 3 show the results for the contamination by Botrytis cinerea according to the type of container for the different sampling dates, it is observed that in producer A there was no effect of the type of container on the contamination and this was very low not reaching 1% most of the time. For the fruit of producer B, which had a greater contamination, a positive and promising effect of the container was observed especially at 21 and 28 days of storage.
  • the fruit from producer B had greater contamination by cinematic Botrytis and a positive effect of the active container was found, in reducing the contamination by the fungus especially at 21 and 28 days of storage.

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Abstract

La presente invención propone un envase que, además de extender la vida útil de alimentos, particularmente berries, por la incorporación de un agente activo con capacidad antifúngica en la superficie del propio envase, de tal forma que, durante el tiempo que el fruto está envasado, se esté ejerciendo de forma permanente un efecto antifúngico sobre su superficie (lugar en donde ocurren los mayores procesos de deterioro), sea también capaz de contribuir con la preservación del medio ambiente. También propone un procedimiento de preparación y su uso.

Description

ENVASE QUE EXTIENDE LA VIDA ÚTIL DE LOS ALIMENTOS QUE CONTIENE, ESPECIALMENTE BERRIES. AL INCORPORAR EN SU SUPERFICIE UN AGENTE ANTIFÚNGICO. PARTICULARMENTE BERRIES. PROCEDIMIENTO DE PREPARACIÓN Y USOS CAMPO DE LA INVENCION
La presente invención se relaciona a un envase eco-activo para productos alimenticios elaborados o frutos u hortalizas frescas, su procedimiento de preparación y uso.
ESTADO DEL ARTE
En los últimos años, ha habido una permanente modernización de la actividad agropecuaria enfocada a incrementar productividad y calidad, lo que ha permitido un desarrollo continuo y la capacidad de adecuar la oferta a la evolución de los hábitos y preferencias de los consumidores.
Dentro de este contexto, especial interés tiene la incorporación de estándares de calidad, sanidad e inocuidad en los alimentos, el fortalecimiento del patrimonio fito y zoo-sanitarios locales, el respeto por el medio ambiente, la responsabilidad social empresarial, la innovación tecnológica y la gestión de los mercados. Todos ellos entendidos como herramientas que favorecen la diferenciación de la producción.
Los productos frescos exportables son de gran perecibilidad, lo que afecta severamente su calidad cuando llegan a mercados de destino lejanos y reduce su valor. Luego, es un desafío permanente en la industria, extender la vida útil y mantener la seguridad alimentaria y calidad de los productos frescos para exportación.
Básicamente, se deben enfrentar dos problemas cuando el objetivo es mantener la frescura de frutas y hortalizas. En primer lugar, están vivos y están ocurriendo muchas reacciones químicas y bioquímicas. Algunas reacciones, si no son controladas pueden llevar rápidamente a la senescencia de los vegetales y a la pérdida de la frescura. En segundo lugar, se debe retrasar al máximo el riesgo de contaminación microbiológica, una vez que se compromete la seguridad alimentaria, así como la calidad final del producto, el crecimiento microbiológico puede conducir a graves alteraciones, como la aparición de olores y sabores extraños y/o la alteración del color y/o textura de los vegetales ( ing & Bolín, 1989).
En particular, los berries son altamente perecibles y tienen elevada actividad fisiológica post- cosecha. Como consecuencia, tienen cortos períodos de madurez y senescencia lo que hace la comercialización un desafío. Son susceptibles al desarrollo de enfermedades durante la postcosecha, pudiéndose observar síntomas apenas transcurridas 12 horas de permanencia a temperatura ambiente, principalmente si se encuentran húmedos. En general, la vida útil de los berries es limitada por las enfermedades causadas por hongos, especialmente Botrytis cinérea.
Estudios realizados en USA demuestran que anualmente las pérdidas de berries frescos a lo largo de la cadena de comercialización pueden llegar hasta un 40% de la producción nacional, lo cual trae consigo la pérdida de muchos millones de dólares, a pesar de que este país se caracteriza por poseer una alta tecnología y por presentar muchos medios para el transporte refrigerado.
Botrytis cinérea es el agente causal de la "podredumbre gris", infecta a más de 200 especies vegetales distintas, determinando serias pérdidas económicas antes y después de la recolección. El patógeno puede atacar al cultivo en cualquier estado de desarrollo del mismo y puede infectar cualquier parte de la planta. Debido a la considerable incidencia del patógeno y a las repercusiones económicas que tiene en cultivos de importancia tales como vid, tomate, frutilla, frambuesa, arándano, entre otros, son muy numerosos los estudios que se han realizado sobre la biología de este hongo, las interacciones en las que éste participa y sobre los posibles métodos que permiten su control (Benito y col., 2000).
A pesar de que se disponga de berries de alta calidad, estos presentan una corta vida útil, principalmente debido al desarrollo de hongos (Botrytis), lo que supone pérdidas importantes por rechazo de producto y además por dar una imagen de mala calidad del mismo en los mercados de destino. Por otro lado, los berries son exportados en envases no acordes con las tendencias de los mercados internacionales.
Considerando las tendencias internacionales, es de vital importancia, el desarrollo de envases reciclables y/o biodegradables activos con capacidad antimicrobiana que permitan incrementar la vida útil de los berries así como su calidad e inocuidad, con un precio competitivo con respecto al de los envases que de forma tradicional utiliza la industria actual. Todo ello sin modificar significativamente la línea de producción actual de los envases ni su forma de uso habitual.
El control de los procesos fisiológicos y del crecimiento de microorganismos es la clave para la conservación y larga vida de frutas y hortalizas frescas. Así, los sistemas de envase y la baja temperatura son tecnologías que contribuyen al aumento de la vida útil, calidad y seguridad de estos productos.
Los sistemas de envase y la baja temperatura son tecnologías que contribuyen en el aumento de la vida útil, calidad y seguridad de las frutas frescas.
Los frutos frescos, en su mayoría, son exportados utilizando la tecnología de Atmósfera Modificada para reducir los procesos metabólicos y la carga microbiana. Comúnmente se usan las coberturas enteras de pallets para contener la atmósfera modificada. Estas condiciones, sin embargo, son complejas en la práctica, costosas y pueden verse afectadas por factores externos, como caídas de energía o fugas, haciendo muchas veces inviable el mantenimiento de los procedimientos para períodos superiores a 30-35 días, en el caso de los arándanos. La principal dificultad de esta tecnología, informada por algunas empresas exportadoras de berries, es la variación en las mezclas gaseosas en distintos palettes, dificultando la homogenización del lote exportado.
En la actualidad, uno de los principales requerimientos en la industria de alimentos es el desarrollo de procesos no invasivos que provoquen la mínima alteración en las características físico-químicas y sensoriales de los mismos. En este contexto, los envases activos surgen como una excelente alternativa para complementar estas demandas, ya que incrementan la vida útil de los alimentos, minimizan la incorporación de aditivos, y mejoran la seguridad alimentaria con una mínima alteración de sus características, brindando la posibilidad del desarrollo de nuevos productos. Además, los envases activos pueden ser combinados con otras tecnologías, aportando un efecto sinérgico, alargando la calidad y la vida útil del producto.
Hasta hace algunos años, el envase tenía una función puramente pasiva, la cual consistía en separar el producto del ambiente, actuando como una barrera a los efectos físicos y/o mecánicos, las reacciones químicas y la invasión de microorganismos, además de impedir la migración de sus propios compuestos a los alimentos, con mínima interacción con el alimento, siendo, por lo tanto, una barrera inerte.
En los últimos años, en el área de envases de alimentos se ha dado un avance radical en el desarrollo de nuevas tecnologías de envasado. De un sistema tradicional, centrado en la búsqueda de la máxima inercia entre el envase y el alimento, se ha pasado al desarrollo de los denominados envases activos, envases que interactúan con el alimento con el objetivo de mejorar sus propiedades. Así el envase activo pude ser definido como un sistema en que alimento, envase y medio ambiente actúan de manera positiva para aumentar la vida útil o mejorar alguna propiedad del alimento, lo que ha llevado al concepto de envases como tecnología emergente de conservación de alimentos (www.cyted.org).
Sin embargo, en los últimos años, con la demanda por productos frescos y de mejor calidad el concepto de envase ha cambiado para ofrecer una protección activa al producto. Así, el envase activo pude ser definido como un sistema en que alimento, envase y medio ambiente actúan de manera positiva para aumentar la vida útil o mejorar alguna propiedad del alimento (Miltz y col., 1995).
El envase puede denominarse activo cuando realiza algún papel deseado, además de proporcionar una barrera inerte a las condiciones externas. La palabra deseado es importante en esta definición porque distingue claramente entre interacciones indeseadas y efectos deseados (Rooney, 1995).
Las más importantes concepciones de envases activos son: envases antimicrobianos; recubrimiento comestible; absorbedores de oxígeno, etileno, sabores y olores; reguladores de humedad; liberadores de dióxido de carbono, agentes antimicrobianos, antioxidantes y sabores. Sus aplicaciones son numerosas y su uso está en franco crecimiento.
El sistema de envase activo ha sido utilizado durante años en Japón, y en los últimos años ha sido utilizado de forma creciente en Europa y Estados Unidos.
Así, la tecnología de envase activo es una emergente y prometedora área de la tecnología de alimentos, que puede aportar varios beneficios de preservación en una amplia gama de productos. La preocupación que actualmente se tiene respecto a como mejorar y garantizar la inocuidad de los alimentos procesados ha despertado un gran interés por el uso de envases activos antimicrobianos. En los últimos años los principales grupos de investigación en envase de alimentos a nivel internacional y empresas líderes en desarrollo de envases están haciendo un esfuerzo importante por desarrollar envases activos con capacidad antimicrobiana.
Sin embargo, muchos desarrollos patentados apuntan a la utilización de compuestos cuya utilización para envases en alimentos está condicionada, ya que la legislación de muchos países no aprueba tales compuestos en contacto directo con el alimento, como es el caso de iones de plata, por ejemplo.
Dentro del concepto de envase activo, el envase antimicrobiano está definido como el envase incorporado con agentes antimicrobianos activos en lugar de las mismas sustancias adicionadas directamente en los alimentos. El concepto de envase antimicrobiano supone la liberación gradual del agente antimicrobiano del envase hacia el alimento, inhibiendo o retrasando el crecimiento de microorganismos en la superficie de éstos (Appendini & Hotchkiss, 2002). Una vez que la contaminación microbiológica de la mayoría de los alimentos ocurre principalmente en la superficie, debido al procesamiento y posterior manipulación, se han hecho esfuerzos para mejorar la seguridad, retardando la deterioración de los alimentos mediante el uso de antimicrobianos aplicados por aerosoles o por imersión. Sin embargo, la directa aplicación superficial de sustancias antibacterianas en alimentos ha limitado sus beneficios, porque las sustancias activas se neutralizan en el contacto o se difunden rápidamente de la superficie hasta al interior de los alimentos. Por otra lado, la incorporación de una sustancia bactericida o bacteriostática en formulaciones de alimentos puede resultar en inactivación parcial de las sustancias activas por constituyentes del propio producto y se espera un efecto limitado sobre la microflora superficial (Quintavalla & Vicini, 2002).
Por lo tanto, el uso de los envases activos que contienen agentes antimicrobianos podría ser más eficiente, debido a la lenta migración de los agentes del material del envase hacia la superficie del producto, ayudando así a mantener altas concentraciones donde son más necesarios. Si un antimicrobiano puede migrar desde el envase durante un período prolongado, su actividad también puede ser prorrogada para las etapas de transporte y almacenamiento en la distribución de los alimentos.
Desde el punto de vista de la seguridad de alimentos, las sustancias antimicrobianas utilizadas en el desarrollo de envases activos deben ser aprobadas para estar en contacto con ellos, por lo tanto, deben ser consideradas sustancias GRAS, que en Inglés significa compuestos generalmente reconocidos como seguros por la FDA (Food and Drugs Administration). Al respecto es importante destacar que los antimicrobianos deben ser incorporados al envase de alimentos en concentraciones tales que la concentración liberada en el producto sea permitida por las normas.
Los agentes antimicrobianos más utilizados en envases de alimentos son: ácido sórbico, ácido propiónico, sorbato de potasio, ácido benzoico, benzoato de sodio y ácido cítrico (Quintavalla & Vicinl, 2002). Bacteriocinas, como nisina y pediocina también han sido utilizadas (Sebti & Coma, 2002), además de otros compuestos, entre los cuales se destacan: enzimas, como peroxidasa y lisozima, esta última utilizada para inhibir el crecimiento microbiano de bacterias gram-positivas (Padget et al., 1998); polisacáridos con propiedades antimicrobianas naturales, como el quitosano (Debeaufort et al., 1998); compuestos fenólicos, extraído de plantas; agentes quelantes, como ácido etilenodiaminotetracético (EDTA), y metales, como iones de plata. Más recientemente, el compuesto triclosan (2,4,4'-tricloro-2'- hidroxidifenil-éter) tuvo su uso para contacto con alimentos aprobado por los países de la Unión Europea por Scientific Committee for Food (SCF, 2000) con el límite de 5 mg/kg de alimento.
Los agentes antimicrobianos presentes en los envases pueden controlar la contaminación microbiológica a través de tres mecanismos: reducción de la tasa de crecimiento de los microorganismos, incremento de la fase lag o inactivación por contacto (Quintavalla & Vicini, 2002). Los antimicrobianos pueden ejercer su efecto inhibiendo rutas metabólicas esenciales, o bien interviniendo en la genética reproductiva de los microorganismos, mientras que otros compuestos modifican la funcionalidad de la membrana celular o la estructura de la pared celular, como es el caso de la lizosima, que destruye la pared celular, sin modificar las rutas metabólicas, mientras que la Iactoferrina y EDTA actúan como agentes quelantes de cationes esenciales (Chan y col., 2004).
Considerando que la mayoría de los agentes antimicrobianos poseen diferentes mecanismo de acción, se considera que la mezcla de distintos tipos de éstos podrían aumentar la actividad antimicrobiana a través de reacciones sinérgicas, siempre y cuando éstos no interfieran entre sí. Por lo tanto, es conveniente experimentar con combinaciones de varios agentes antimicrobianos, para extender su actividad a un espectro más amplio de microorganismos y maximizar la eficacia y la seguridad de los sistemas de envasado con agentes antimicrobianos. En cuanto a la forma de incorporar el agente activo con capacidad antimicrobiana al envase, esta podría ser realizada de diferentes maneras. En algunos casos, el agente antimicrobiano se incorpora en forma de recubrimiento, en la parte interna del film que estará en contacto directo con alimentos. Así mismo, se puede incorporar el agente antimicrobiano en la propia matriz polimérica, en este caso el agente debe difundir a través de las zonas amorfas del polímero o a través de los huecos o espacios libres entre las cadenas poliméricas. Indudablemente, la incorporación en la matriz polimérica requiere de estudios vinculados con la definición de los niveles de concentración efectiva del agente antimicrobiano, cinética de la difusión del agente, distribución del agente en la matriz y la cinética efectiva de acción sobre los microorganismos. Por otro lado, la metodología de incorporación del agente activo en el film plástico limita las posibilidades de uso de los agentes antimicrobianos. Así en caso de que el agente sea incorporado dentro de la matriz polimérica mediante extrusión, será indispensable que éste resista altas temperaturas y altas presiones.
La tecnología de envase activo es una emergente y prometedora área de la tecnología de alimentos, que puede aportar varios beneficios de preservación en una amplia gama de productos. Dentro del concepto de envase activo, el envase antimicrobiano está definido como el envase que incorpora agentes antimicrobianos activos en su estructura, evitando la adición de estas sustancias directamente en los alimentos. El concepto de envase antimicrobiano supone la liberación gradual del agente antimicrobiano del envase hacia el alimento, inhibiendo o retrasando el crecimiento de microorganismos en la superficie de éstos.
La aplicación de envases activos para la conservación de alimentos se ha utilizado para el incremento en la vida útil y la calidad de varios productos tales como: zanahoria (Villadiego, 2004), brócoli (Yamashita y col., 2006), frutilla (Ribeiro y col., 2007), queso (Panuwat et al., 2007), ajo (Geraldine y col., 2008), entre otros. En la actualidad existe un gran interés a nivel internacional respecto al uso de envases activos orientados hacia la industria de alimentos, y entre ellos los envases con capacidad antimicrobiana. No en tanto la gran mayoría de las investigaciones está orientada a la incorporación de agentes antimicrobianos en envases plásticos no-reciclables o no- biodegradables o a recubrimientos comestibles, aplicados directamente sobre los alimentos. La presente invención responde a las tendencias de desarrollo en innovaciones tecnológicas para aumentar la productividad.
Por otra parte, la globalización del comercio internacional abre claras posibilidades para que se fortalezca el desarrollo de producción y comercialización de la fruticultura, en particular, en aquellas especies de incorporación o crecimiento más reciente y que pueden llegar a ser relevantes en los mercados mundiales, no tanto por su volumen, sino por algunos atributos especiales, ya sea de calidad, oportunidad, cuestiones ambientales u otros.
De esta forma, los temas de calidad y sustentabilidad constituyen conceptos relativamente recientes, pero que rápidamente se han ido posicionando en la preocupación de los consumidores, así como también de las autoridades, los agentes productivos y el mundo académico, entre otros actores de la sociedad. Esta nueva realidad que se ha comenzado a imponer paulatinamente en los mercados y en el comercio de productos, ha implicado el desarrollo de dos categorías básicas de regulaciones: (i) aquellas relativas a la calidad de los productos, donde las medidas buscan controlar efectos perjudiciales, tanto en la salud de los consumidores como en el medio ambiente del país importador, y (ii) aquellas relativas a los procesos, donde las medidas incorporan exigencias que tienden a desarrollar procesos productivos que no deterioren el medio ambiente y la seguridad de los trabajadores en el país de origen. Se agrega a lo anterior la exigencia de técnicas en los procesos que garanticen las condiciones de inocuidad de los productos (ODEPA, 2005).
Este fenómeno, si bien es cierto que abre nuevos nichos de mercado, tales como los mercados verdes, los mercados ecológicos, los sellos ambientales, las certificaciones de calidad, entre otros, también es cierto que está generando nuevas exigencias a la producción industrial, agropecuaria, forestal y pesquera, lo cual obliga a impulsar una estrategia basada en la calidad, para efectos de ampliar el acceso a los mercados y mejorar las condiciones de competitividad, a través de innovaciones tecnológicas y nuevas inversiones.
Hoy, una de las más serias preocupaciones ambientales es la cantidad de residuos producidos y acumulados como consecuencia de la utilización de envases y embalajes. La mayor parte de los materiales utilizados en las industrias de envase se produce a partir de combustibles fósiles, materiales reconocidos por su escasa degradabilidad. Por causa de esto, los materiales de envase de alimentos, como cualquier otro material de envase de almacenamiento de corto plazo, representan un grave problema ambiental mundial (Kirwan & Strawbridge, 2003). Así, se estima que un 25% de los residuos producidos en el mundo son provenientes de los envases (Miltz, 2008, Comunicación Personal).
El actual consumo mundial de plástico es de más de 200 millones de toneladas, con un crecimiento anual de alrededor de 5%, que representa el mayor campo de aplicación de petróleo crudo (Siracusa y col., 2008).
En la industria de envases de alimentos, mantenerse competitiva y ofrecer las mejores soluciones plásticas significa ser capaz de tratar con elementos claves, tales como aprobación de contacto alimento-material (FDA) y gestión de los residuos generados, en acuerdo con la mayoría de las legislaciones vigentes.
La creciente conciencia ambiental impone a los envases y procesos atributos de uso ecológicamente amigables. Como consecuencia, la reciclabilidad y/o biodegradabilidad de los materiales de envase no sólo son requisitos funcionales, sino también importantes atributos medio ambientales.
El reciclaje de residuos sólidos es una práctica común en los países comprometidos con el desarrollo sostenible. El Parlamento Europeo y la Directiva 94/62/CE, de 20 de Diciembre de 1994, requiere para los envases y residuos de envases que un mínimo del 15% de plástico sea reciclado a finales de 2005, mientras la Directiva 2004/12/CE del Parlamento Europeo y del Consejo, de 11 de Febrero de 2004 establece que un mínimo de 22,5% deben ser reciclados para fines de 2011 (Carvalho y col., 2007).
Actualmente existe un gran interés por materiales reciclables, que son aquellos reutilizados por la industria con el objetivo de minimizar los residuos ambientales o incluso biodegradables, definiéndose como tal, aquellos materiales que se degradan debido a la acción de microorganismos naturalmente presentes en el ambiente como las bacterias, hongos y algas (ASTM D6400-04). De este modo, un gran esfuerzo para extender la vida útil y mejorar la calidad alimentaria reduciendo residuos de envases ha alentado la exploración de nuevos materiales de envase.
A la luz de los antecedentes analizados es evidente que existe abundante información que respalda la posibilidad de usar agentes antimicrobianos en los envases para alimentos, especialmente para frutas frescas, con el objetivo de mejorar la seguridad e inocuidad y alargar la vida útil de este producto. Además, que el uso de materiales ecológicamente favorables es una exigencia mundial. Sin embargo, no existen publicaciones donde se reporte la aplicación de agentes antimicrobianos en envases a nivel industrial, sobre todo en los aspectos de formas de fijación del agente al envase y menos todavía, la utilización de un envase que, además de antimicrobiano, sea amigable con el medio ambiente, siendo este el reto del presente proyecto: extender la vida útil de berries mediante la incorporación de un agente antimicrobiano a un material ecológicamente favorable.
Aunque hay pocas patentes de envases antimicrobianos para alimentos, sí hay sobre envases activos con capacidad antioxidante - no antimicrobiana - pero con microencapsulación de agentes activos, esto es incorporándolo en el propio alimento, en productos farmacéuticos y cosméticos. Particularmente, USNo.2008/0169217 enseña un envase activo y/o cierre de envase activo bajo diferentes formatos, hecho de metal y/o materiales sintéticos y/o naturales asociados donde al menos un elemento y/o componente del envase contiene y distribuye uno o varios aditivos alimenticios y complementos y/o ingredientes o auxiliares tecnológicos usados para producir alimentos y cosméticos. El aditivo puede cumplir funciones antimicrobianas con respecto al producto envasado.
W099/49823 enseña materiales plásticos antimicrobianos por ejemplo películas y redes de fusión por soplado para envolturas destinadas a envasar alimentos, cubiertas quirúrgicas, máscaras faciales y lo similar que contienen un agente tal como azul de metileno dispersado en él, el que genera oxígeno singlete que tiene actividad antimicrobiana. Los materiales pueden ser hechos por molienda criogénica junto con la sustancia que genera oxígeno singlete, estereato de amonio u otro material surfactante que tiene propiedades como sopa y una resina polimérica para formar un concentrado uniforme como un polvo fino homogéneo. El concentrado se agrega a lotes grandes del polímero que son procesables por equipos convencionales para formar películas plásticas, telas, etc.
WO2004/056214 enseña un método de preparación de materiales de envases bioactivos de polímeros sintéticos o materiales poliméricos de fuentes naturales que recubren el material de envase con una capa de polímero que contiene preservantes inmobilizados, donde la aplicación de una solución o dispersión de un polímero con preservantes en el material de paquete es por rocío y/o recubrimiento y/o sumergir el material de paquete en tal solución o dispersión y/o impresión de doblez o talla seguida por evaporación del solvente bajo temperatura ambiental o incrementada, y el preservante es un microbicida y/o preservante bacterioestatico y/o fungicidas; antibióticos y/o compuestos de plata y/o derivados de fenol y/o bacteriocinas y/o esteres de ácido p-hidroxibenzoico y/o monoglicéridos de ácidos grasos y/o ácido benzoico y/o ácido sórbico y/o quitosám y/o (2,4,4-tricloro-2- hidroxidifenileter y/o lisozima y/o nisina y/o hexametilentetramina. USNo.0220036 enseña material de envase antimicrobiano para materiales alimenticios que contienen de 0,05% a 1,5% en peso de un aceite esencial. El aceite puede ser seleccionado de linalol y/o metilcavicol pero también de uno o más de citral, generaniol, metil cinamato, metil eugenol, 1 ,8-cineol, trans-a-bergamota, carvacrol y timol mezclado con uno o mas polímeros seleccionados de copolimero etilen vinil alcohol, poliacrilatos, que incluyen copolimeros de etil acrilato metil metacrilato, lonomeros, nylons y otros polímeros hidrofílicos o polímeros que poseen grupos funcionales capaces de parcialmente anclar los aditivos y la mezcla es cubierta en la cara de contacto de alimento de una película de envase de grado alimenticio o incorporado en una película de envase de grado alimenticio. Se agrega a la mezcla, un agente de unión tal como polietilenglicol para mejorar la retención del aceite volátil en el polímero durante el proceso. Este material no tiene limitaciones regulatorias y en las concentraciones referidas, no forma sabores indeseables detectables.
USNo.7.906.151 enseña una composición cosmética o dermatológica que comprende sorbato de potasio y al menos un agente estabilizante seleccionado de celulosa microcristalina, talco y un lípido que tiene una tensión interfacial de la menos 10 mN/m.
USNo.7.981.408 enseña polímeros para envase antimicrobiano y su uso, donde el antimicrobiano tal como amonio cuaternario y sales de fosfonio, es covalentemente unido al material polimérico y este se usa para películas o envases de alimentos, cosméticos, equipos y dispositivos médicos y otros. El antimicrobiano puede ser bactericida, fungicida y/o antiviral.
Pero no hay documentos que divulguen envases eco-activos de bajo costo y un método de fácil preparación para el mismo que comprenda recubrir el envase plástico (PET) ya formado con un conservante, especialmente sorbato de potasio, mediante la inmersión del envase ya formado en un baño de agua-silicona conteniendo el conservante. Como se ha dicho anteriormente, existe en los últimos años un gran interés por el desarrollo de envases activos con capacidad antimicrobiana que ejerzan esta función sobre la superficie de los alimentos durante el tiempo en que el alimento está en contacto directo con el envase. Los materiales de envase con características antimicrobianas pueden dividirse en dos grandes grupos, aquellos que poseen agentes antimicrobianos que deben migrar a la superficie del envase para ejercer su función, y que entran en contacto directo con el alimento, o aquellos que no requieren migrar para poder ejercer su función. Varias películas con características antimicrobianas se han desarrollado principalmente en Japón. Así, Dupont ha introducido el MicroFree™, basado en la incorporación de tres tipos de sales de plata o cobre sobre un soporte de polvo inorgánico, agentes termoestables y que, por lo tanto, pueden ser introducidos en la propia resina polimérica en el proceso de extrusión. En la actualidad, se están ofertando tres tipos de MicroFree™, el Z-200 (plata en un soporte de zinc), el T-558 (plata, óxido de cobre y silicato de zinc en un soporte de dióxido de titanio), y el B-558 (plata, óxido de cobre y silicato de zinc en un soporte de sulfato de bario), los que han demostrado tener un efecto beneficioso sobre Escheríchia coli, Ps aeruginosa, Kb pneumoniae y St aureus. Estos agentes a pesar de estar aprobados por la EPA (Enviromental Protection Agency), no lo han sido por la FDA para contacto directo con alimentos. Los iones metálicos, de plata o cobre, así como las sales de amonio cuaternario y otros compuestos, son permitidos en Japón, pero no en los Estados Unidos como agentes antimicrobianos seguros.
Para aplicación en envases de alimentos, estos agentes no sólo deben ser seguros, sino además deben migrar con dificultad hacia el alimento. A pesar de que los iones de cobre pueden destruir microorganismos y virus, y el hecho de que el cobre sea indispensable para la vida por ser un constituyente de enzimas, es considerado como tóxico y no está permitido por las regulaciones norteamericanas para contacto directo con alimentos. Como se señala anteriormente, en Japón las regulaciones por el uso de iones metálicos no es tan estricto como ocurre en USA, por lo que se ha trabajado bastante en la incorporación de iones de plata en muchos casos en soportes inertes como zeolitas sintéticas (minerales del tipo: xMn2O.AI203.yS¡02 zH20), tales como el Apacider A® en el que los iones de plata se enlazan química y físicamente con fosfato cálcico en un soporte de zeolita. Sin embargo, este agente presenta problemas en su incorporación como aditivo de extrusión requiriendo un gran número de agentes surfactantes que deben adicionarse a la vez en el proceso de extrusión, para favorecer de este modo su dispersión en la matriz plástica y su migración hacia la superficie del alimento. La compañía Japan's Shinanen New Ceramics junto con Mitsubishi, desarrollaron el Zeomic® donde incorporan iones de plata en un soporte de zeolita, con un amplio espectro de acción. Aunque con un buen comportamiento en el proceso de extrusión, se mantienen las restricciones de uso por la incompatibilidad para contacto directo con alimentos.
Otros compuestos han sido propuestos y se ha evaluado su capacidad antimicrobiana, así por ejemplo, se encuentra en el mercado el Microban® antimicrobiano (5-cloro-2-(2,4 diclorofenoxi) fenol) ampliamente utilizado en poliolefinas con aplicaciones en juguetes, bolsas de basura, planchas de corte para cocina, entre otros. No obstante, hay que resaltar que el Microban no está aceptado por las autoridades regulatorias de Estados Unidos como material para contacto directo con alimentos, e incluso está siendo cuestionado por la EPA. La compañía Japonesa Sumimoto, desarrolló una resina termoplástica para films destinados al envasado de alimentos, con incorporación de benomyl, uno de los fungicias sistémicos de mayor espectro de acción; sin embargo, es muy improbable que las autoridades reguladoras de USA acepten el benomyl para contacto directo con alimentos.
Otras estructuras con características antimicrobianas, hacen referencia a la formación en el interior del envase de dióxido de cloro. Este desarrollo del Southwest Research Institute and Bertrand Technologies, Inc. ha dado origen al sistema de envasado denominado Microatmosphere TM, habiéndose aceptado la utilización del dióxido de cloro para envasado de alimentos en Estados Unidos.
Son muchos los esfuerzos que se están haciendo en la búsqueda de agentes activos de origen natural con capacidad antimicrobiana, y muchos de ellos se están probando por su efectividad ¡n Vitro en ensayos de laboratorio; sin embargo, falta el desarrollo tecnológico para poder aplicar estos agentes en procesamiento de envases de alimentos, lo que va a ser abordado por esta patente a través del proceso de extrusión o coating.
La incorporación de agentes antimicrobianos tanto en el interior de la matriz polimérica como en forma de recubrimiento, debe cumplir con la Legislación internacional referente a materiales de envase que van a estar en contacto directo con alimentos. Por ejemplo, la Legislación de Estados Unidos define como aditivo alimentario a toda sustancia que bajo las condiciones de uso pueden pasar a formar parte del alimento, por lo que todos aquellos componentes que, intencionalmente o no, puedan pasar al alimento desde el material de envase, deben ser admitidas previamente como aditivos alimentarios, a excepción de las sustancias reconocidas como GRAS (titulo 21 de la Ley Federal de Regulaciones). Por lo tanto, en ese caso los agentes antimicrobianos a incorporar en la estructura deben estar aprobados para su uso en contacto directo para alimentos por la FDA o bien ser sustancias GRAS, como es el caso de las sustancias de origen natural (extractos de plantas como thymol, carvacrol, linalool, entre otros). En el caso de utilizar agentes antimicrobianos aprobados por la FDA, habrá que cumplir la legislación que contempla niveles de migración global máxima de sustancias extraíbles desde el material de envase.
Estas reglamentaciones y exigencias respecto a los materiales de envase para alimentos están incluidas en forma de listas positivas en el Code Federal of Regulations (CFR) en las partes 174-179. Las reglamentaciones están subdivididas en secciones para polímeros, adhesivos, recubrimientos, coadyuvantes, entre otros, estableciendo la identidad del aditivo, las condiciones de inocuidad para su utilización, y en el caso de resinas poliméricas se especifican límites de todas las sustancias extraíbles del artículo acabado.
La presente invención se relaciona con aditivos incluidos en las listas positivas de la FDA y con agentes GRAS. Paralelamente, se contempla la utilización de envases plásticos con alta permeabilidad al oxígeno que son los exigidos en la legislación norteamericana para evitar el desarrollo de bacterias anaeróbicas durante el envasado del producto (legislación antibioterrorista, www.fda.gov).
La Unión Europea tiene una regulación muy estricta acerca de las características que deben tener los envases que van a estar en contacto con alimentos, los cuales deben cumplir con la Directiva 2005/79/CE del 18 de noviembre de 2005, la cual regula todos los aspectos relacionados con materiales y artículos que van a estar en contacto directo con alimentos, y donde se definen los límites máximos de migración global (cantidad total de componentes que pueden pasar del envase plástico al alimento, independientemente de cual sea su naturaleza) y migración específica (cantidad máxima de un componente específico que puede pasar del envase al alimento y que tiene un interés particular desde el punto de vista toxicológico o sensorial) para las sustancias de partida y aditivos utilizados en la fabricación de materiales plásticos para alimentos.
No obstante, la legislación europea en el Reglamento 1935/2004 autoriza dos tipos de envases: uno que reacciona de manera "inteligente" con el producto indicando si el producto ha caducado o está degradado y otro que reacciona de manera "activa" introduciendo modificaciones químicas favorables en los alimentos, lo que prolonga el tiempo de conservación. Este Reglamento se ajusta a los últimos desarrollos en innovaciones en el área de envases de alimentos. En cualquier caso, la incorporación de agentes antimicrobianos se va a llevar a cabo siguiendo y cumpliendo la legislación vigente internacionalmente. Cuando es descartado, el envase de alimento puede convertirse en la más obvia fuente de basura generada por el público. Esto ha provocado aumento en las preocupaciones ambientales, resultando en el fortalecimiento de la legislación europea (Envases y residuos - Directiva (94/62/CEE)) y Reglamentos de Embalaje (Requisitos esenciales, 2003), con el fin de reducir los importes de residuos de envases. Así, el reciclaje de residuos sólidos es una práctica común en los países comprometidos con el desarrollo sostenible. El Parlamento Europeo y la Directiva 94/62/CE, de 20 de Diciembre de 1994, requiere para los envases y residuos de envases que un mínimo del 15% de plástico sea reciclado a finales de 2005, mientras que la Directiva 2004/12/CE del Parlamento Europeo y del Consejo, de 11 de Febrero de 2004 establece que un mínimo de 22,5% debe ser reciclados para fines de 2011. Indudablemente, la presente invención aborda de forma directa la disminución del impacto medioambiental causado por los residuos de envases tradicionales. Mientras que actualmente los berries se comercializan principalmente en envases primarios de materiales poliméricos no biodegradables y que generan contaminación medioambiental después de su uso, el cambio de este tipo de envases por otros reciclables y/o biodegradables, más acordes con las exigencias legislativas internacionales (2005/20/CE) y con los requerimientos de los consumidores a nivel internacional, resultará en el cumplimiento de dichas exigencias. Por lo tanto, la presente invención presenta un impacto ambiental beneficioso.
Persiste así aún la necesidad de consolidar o mejorar la presencia de productos alimenticios en los mercados de alta exigencia, meta que podrá ser alcanzada en la medida que los alimentos, además de ser competitivos y atractivos, se caractericen por la comercialización de alimentos seguros, de calidad y con una vida útil adecuada a la lejanía de los mercados a los que se quiere alcanzar. Así, se requiere el desarrollo de tecnologías de conservación de alimentos en donde los sistemas de envases tienen un papel fundamental en incrementar la vida útil, calidad y seguridad alimentaria, permitiendo, de este modo, la incorporación de un valor adicional al producto.
Para ser líder en la industria de alimentos, no sólo se debe ser líder en el área de producción y exportación sino que también debe serlo en Innovación y Desarrollo de Sistemas de Envase capaces de resguardar la calidad de éstos, teniendo especial atención en las exigencias de los consumidores a nivel internacional. Es así como una de las exigencias en países desarrollados, en donde los consumidores son altamente conscientes del daño medioambiental que generan los residuos de envases, está vinculada con los envases amistosos con el medio ambiente, área en la cual juegan un papel muy importante los envases biodegradables y/o reciclables.
Es posible desarrollar envases totalmente reciclables o biodegradables con capacidad antimicrobiana, que inhiba el crecimiento microbiológico en la superficie del producto envasado, permitiendo ofrecer alimentos más seguros, de mayor calidad y con mayor vida útil, reduciendo las pérdidas y rechazos de frutos frescos refrigerados. Esta innovación también permitirá alcanzar nuevos mercados que requieren cada vez más envases amigables con el medio ambiente.
La combinación de la función activa del envase y su impacto positivo en el medio ambiente es el diferencial de esta invención. Se incorpora al envase una aptitud proactiva y positiva sobre el alimento envasado combinando la actividad antimicrobiana sobre el envase y la disminución del impacto ambiental. Obteniendo una solución de fácil adopción por la industria.
BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCIÓN
La presente invención propone un envase que, además de extender la vida útil de los berries, por la incorporación de un agente activo con capacidad antifúngica en la superficie del propio envase, de tal forma que, durante el tiempo que el fruto está envasado, se esté ejerciendo de forma permanente un efecto antifúngico sobre su superficie (lugar en donde ocurren los mayores procesos de deterioro), sea también capaz de contribuir con la preservación del medio ambiente. También propone un procedimiento de preparación y su uso.
La principal componente de la presente invención es la incorporación de agentes antifúngicos a materiales reciclables para el desarrollo de envases activos con impacto ambiental positivo (eco-activos) que permitan incrementar la vida útil de berries frescos. En la presente invención se ha seleccionado un agente antimicrobiano, efectivo contra hongos, especialmente Botrytis; se indica una concentración mínima inhibitoria de este compuesto; se selecciona el material ecológicamente correcto; se incorpora el agente antifúngico a materiales reciclables y se determina la vida útil del producto en el nuevo envase en función de sus características microbiológicas.
El crecimiento de microorganismos, especialmente de hongos como Botrytis cinérea, es factor limitante de la vida útil de berries frescos. El impacto negativo del envase en el ambiente es una preocupación mundial y los consumidores demandan cada vez más por envases amigables con el medio ambiente. Por lo tanto, si se envasan los berries en envases activos reciclables y/o biodegradables, que posean la capacidad de reducir el desarrollo de microorganismos se puede incrementar la vida útil del producto y minimizar el problema de los residuos de los envases en el ambiente.
Al disponer de envases semi-rígidos con propiedades para inhibir el crecimiento de Botrytis y que además sea amigable con el medio ambiente se incrementará la vida útil de berries frescos refrigerados envasados en estos materiales. Es posible desarrollar un envase activo y amigable con el medio ambiente, que permita incrementar en al menos un 30% la vida útil de berries frescos, a costos competitivos con respecto a los envases tradicionales que utilizan las industrias exportadoras de berries, sin modificar la línea de producción actual de envases. El material desarrollado en la presente invención es un envase de berries que permite disponer de un producto con mayor vida útil, cubriendo las exigencias del mercado de destino incrementando la capacidad de abastecerse de berries más distantes de puntos neurálgicos de despacho. Al extender la vida útil de berries será posible acceder a mercados más lejanos y concientes del problema ambiental por la sustitución de los envases plásticos tradicionales, que causan impactos negativos en el ambiente.
El presente envase permite que la comercialización de berries produzca mayores beneficios económicos, incremente la vida útil de los frutos a un costo competitivo con respecto a los envases tradicionales, con la ventaja de ser amigable con el medio ambiente y sin exigencias de transformaciones de las líneas actuales de producción del envase.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
Figura 1 - Adición de la solución de silicona en agua, incorporada del agente antifúngico, a la línea de producción del envase (A). Lamina de RPET extruida, recibiendo el baño de la solución (B).
Figura 2 - Muestra Imágenes SEM de la película PET + Antifúngico B (sorbato de potasio). Figura 3 - Civil de sorbato de potasio para una concentración inicial de B. cinérea de 105 ufc/mL.
Figura 4 - CMI de sorbato de potasio para una concentración inicial de B. cinérea de 103 ufc/mL.
Figura 5 - Muestra el resultado del proceso completo (Coating y Termoformación) a nivel piloto. Antifúngico sorbato de potasio.
Figura 6 - Muestra la prueba Halo en prototipos en escala piloto Concentración Inicial de B. cinérea: 105 ufc/mL. Las placas fueron incubadas por 5 días a 25°C. El ensayo fue realizado en duplicado, con 4 repeticiones. Figura 7 - Muestra la prueba Halo - Coating. Concentración Inicial de B. cinérea: 105 ufc/mL Las placas fueron incubadas por 5 días a 25°C. El ensayo fue realizado en triplicado, con 3 repeticiones.
Figura 8 - Vista de arándonos en cámara húmeda.
Figura 9 - Frutos de arándano con micelio de Botrytis cinérea.
DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCIÓN
La presente invención parte de la aplicación de Polietilentereftalato (PET), 100% reciclable, conocido como RPET. Su elección se debe a que es utilizado en más del 90% de la industria frutícola por sus características de costo, transparencia y resistencia, además es un material que tiene la propiedad de ser reutilizado y reciclado.
El agente antifúngico inicialmente probado en esta invención fue el sorbato de potasio, por su eficiencia contra hongos, especialmente Botrytis cinérea, por su carácter GRAS (generalmente reconocido como seguro) y por ser usado directamente en productos alimenticios.
El proceso de elaboración del envase activo antifúngico no interfiere con el proceso de fabricación del envase convencional. Esta invención utilizó un baño de agua más silicona, tradicionalmente utilizado en las empresas termo formadoras de PET, con el objetivo de evitar que el envase al ser apilado, se pegue entre sí. En el proceso industrial, una vez extruida la lamina de PET esta es sumergida en el baño conteniendo silicona y en seguida es retirado el exceso de la solución y la lámina es enrollada para posteriormente pasar al proceso de termoformación y producción del envase.
Con el objetivo de producir el envase activo, se aprovechó el baño de silicona para incorporar el agente antifúngico (sorbato de potasio), que químicamente es soluble en agua y silicona, formando una solución homogénea (Fig. lA)
Así, la lamina de RPET al pasar por el baño de silicona queda también impregnada del agente antifúngico (Fig. 1 B), que fue "atrapado" por la silicona depositada en la superficie. La Figura 2 (imagen de microscopía electrónica de barrido, SEM) evidencia la presencia del potasio en la superficie del polímero.
Como el agente antifúngico utilizado soporta temperaturas de hasta 270°C, el proceso de termoformación (±140°C) no altera su estabilidad.
Estudios de laboratorio utilizando cromatografía liquida (HPLC) demostraron que al envase se adhiere aproximadamente 0,1% del agente antifúngico agregado al baño (para un baño de silicona conteniendo entre 18-20% p/v de agente antifúngico en la solución de silícona en agua).
Estudio de la Concentración Mínima Inhibitoria (CMl)
Estudios de la concentración mínima inhibitoria del sorbato de potasio contra B. cinérea fueron realizados utilizando agar papa dextrosa, conteniendo 10 concentraciones del agente antifúngico, que van desde 0,0 a 1 ,0% p/v (agente antifúngico en solución de silicona en agua), para una concentración inicial de B. cinérea de 105 ufc/mL y desde 0,0 a 0,2% p/v, para una concentración inicial de B. cinérea de 103 ufc/mL Al centro de las placas fueron incorporados 30 μΐ de una suspensión conteniendo 105 y 103 ufc/mL de esporas de B. cinérea, con 5 días de crecimiento a 25°C. Las placas fueron incubadas a 25°C por 5 días y posteriormente observado el crecimiento en las diversas concentraciones.
Para una concentración de 105 ufc/mL de B. cinérea, la concentración mínima inhibitoria del sorbato de potasio está entre 0,38 y 0,40% p/v (Fig. 3). Para 103 ufc/mL (recuento más cercano al observado en la fruta de exportación) la concentración mínima inhibitoria está entre 0,07 y 0,10% p/v (Fig. 4).
En escala piloto fueron producidos envases con las respectivas concentraciones del agente antifúngico: 0,0 (control); 10,0; 15,0 y 20,0% p/v (Fig. 5).
Estudio de la eficiencia del envase eco-activo contra B.cinerea
Estudios de la eficiencia de los envases eco-activos producidos contra B. cinérea fueron basados en el Test del Halo, utilizando agar papa dextrosa. Al centro de las placas fueron incorporados 30 μΙ_ de una suspensión conteniendo 105 ufc/mL de esporas de B. cinérea, con 5 días de crecimiento a 25°C y, en posiciones equidistantes, en las extremidades de la placa fueron puestos cuatro discos del envase, con 1 cm de diámetro. Las placas fueron incubadas a 25°C por 5 días y posteriormente observado el crecimiento del hongo frente a diferentes concentraciones del antifúngico incorporado al envase.
Las pruebas de Halo evidencian la efectividad de los filmes producidos, en las diferentes concentraciones, frente a B. cinérea. Los ensayos fueron realizados en triplicado, con 3 repeticiones (Fig. 6).
Se estudió el benzoato de sodio como otra alternativa de antifúngico, y también la mezcla sorbato de potasio más benzoato de sodio (preparado comercial, para uso directo en alimento), para verificar la relación coste/beneficio para la elaboración del envase final (Fig.
7). Los ensayos fueron realizados en triplicado, con 3 repeticiones.
Estudio de la eficiencia del envase eco-activo conteniendo arándanos
Para verificar la eficiencia del envase eco-activo desarrollado a través del proceso descrito, contra S. cinérea, en condiciones reales de comercialización, se realizaron pruebas del envase conteniendo arándanos.
Este ensayo consistió en la determinación de contaminación por el hongo de postcosecha B. cinérea en frutos de arándano de exportación provenientes de dos productores de diferentes regiones del país, identificados como A (Localidad de Panguipulli, Provincia de Valdivia, Región de Los Ríos) y B (Localidad Collipulli, Provincia de Malleco, región de la Araucanía). Los tratamientos a los que se sometió la fruta fueron dos temperaturas de almacenaje, 4 y 10°C, en cámaras frías con 85% de humedad y dos tipos de envases, convencional (RPET) y activo (RPET con adición de 20% del agente antifúngico sorbato de potasio), con 11 repeticiones (constituidas cada una por un pocilio de 125 gr) y 5 fecha de evaluación (0, 7, 14, 21 y 28 días). El diseño experimental fue completamente al azar. Al momento de establecer el ensayo, se determinó la contaminación inicial de la fruta, por observación visual de toda la fruta de 10 pocilios, como también en 400 frutos que fueron sometidos a condiciones favorables para el desarrollo de patógenos de postcosecha, esto es cámara húmeda en bandejas plásticas con papel absorbente húmedo y cubierto con plástico por 7 días (Fig. 8).
Concluido el tiempo de permanencia en condiciones de almacenaje para cada fecha de evaluación, la fruta fue sacada de la cámara y evaluada en el laboratorio de fitopatología, realizando un recuento del número total de frutos en los pocilios, separando el número de frutos contaminados con el hongo Botrytis cinérea (Fig. 9), visualmente o con la ayuda de una lupa estereoscópica. Posteriormente fue calculado el porcentaje de infección en cada tratamiento. Estos valores fueron analizados estadísticamente, previa transformación de los datos a V n+0,5. Se utilizó la prueba LSD para separar la significancia entre las medias, considerando p≤0,05.
Al inicio del ensayo no se observaron diferencias visuales de la sanidad de los frutos de ambos productores, pero en cámara húmeda luego de 5 días se observó una leve diferencia donde el productor A tuvo un 1,25% de contaminación por B. cinérea y el productor B un 3%.
Los resultados para las diferentes fechas de evaluación de acuerdo al análisis estadístico y los parámetros evaluados se señalan en el cuadro 1 , en el se observa que para el productor A (frutos muy sanos) solo se encontraron diferencias a partir de la evaluación de 21 días de almacenaje y para temperatura, no así para el tipo de envase. Mientras que para el productor B, desde el día 7 de almacenaje, hubo efecto de la temperatura en la contaminación de frutos por el hongo. También se encontraron diferencia para el tipo de envase a los 21 y 28 días e interacción entre ambos factores en dos fechas de evaluación. Cuadro 1. Efecto de diferentes factores en la contaminación de Botrytis cinérea en arándanos de dos productores, resultados de análisis estadístico. Productor A Productor B
% de B. cinérea a % de B. cinérea a
Parámetro diferentes días de diferentes días de
evaluación evaluación
7 14 21 28 7 14 21 28
T° NS NS ** ** ** ** ** **
Envase NS NS NS NS NS NS ** **
Τ° * envase NS NS NS NS ** NS NS **
NS= valores no significativos estadísticamente, según prueba LSD P<0,05 ** = valores diferentes estadísticamente, según prueba LSD P<0,05.
En los cuadros 2 y 3 se señalan los resultados para la contaminación por Botrytis cinérea según el tipo de envase para las diferentes fechas de muestreo, se observa que en el productor A no hubo ningún efecto del tipo de envase en la contaminación y esta fue muy baja no llegando a 1% en la mayoría del tiempo. Para la fruta del productor B, que tenía una contaminación mayor, se observó un efecto positivo y promisorio del envase especialmente a los 21 y 28 días de almacenamiento.
Cuadro 2. Porcentaje de contaminación de frutos de arándano del productor A por B. cinérea en diferentes envases.
Figure imgf000028_0001
*valores con distinta letra en cada columna son diferentes estadísticamente, según prueba LSD P<0,05.
Cuadro 3. Porcentaje de contaminación de frutos de arándano del productor B por B. cinérea en diferentes envases.
I Tipo de Productor B
envase % de B. cinérea a diferentes días de evaluación
7 14 21 28
Activo 0,11 *a 3,43 * a 5,35 *b 12, 13 *b
Convencional 1 ,02 a 5,22 a 7,69 a 17,85 a
*valores con distinta letra en cada columna son diferentes estadísticamente, según prueba LSD P<0,05.
Los resultados permitieron concluir que la sanidad de los frutos al momento de establecer el ensayo fue determinante en los resultados obtenidos.
La fruta del productor A desarrollo porcentajes de infección por Botrytis cinérea muy bajos durante todo el periodo de evaluación, por lo tanto no se pudo determinar diferencias entre los tratamientos.
La fruta proveniente del productor B tuvo mayor contaminación por Botrytis cinérea y se encontró un efecto positivo del envase activo, en reducir la contaminación por el hongo especialmente a los 21 y 28 días de almacenaje.

Claims

REIVINDICACIONES
1. Envase para alimentos que tiene propiedades antifúngicas, que comprende un envase de Polietilentereftalato (PET) con un agente antifúngico incorporado a su superficie. 2. El envase de la reivindicación 1 , en donde el antifúngico es un antifúngico contra Botrytis cinérea.
3. El envase de la reivindicación 1 , en donde el antifúngico es sorbato de potasio.
4. El envase de la reivindicación 1 , en donde el envase de PET es un envase de PET reciclado (RPET).
5. El envase de la reivindicación 1 , en donde el antifúngico está presente en una cantidad de 0,1 % de la cantidad de antifúngico agregado.
6. Un procedimiento para preparar el envase de la reivindicación 1 , que comprende a) agregar a una solución de silicona en agua, el agente antifúngico en una cantidad menor o igual que 20% p/v, y con ello, formar una solución homogénea como baño, y b) sumergir en dicho baño, láminas de PET previamente eximidas, para posteriormente realizar las etapas de termoformado y producción final del envase.
7. El procedimiento de la reivindicación 6, en donde se agrega menos del 15% p/v del agente antifúngico en la solución de silicona en agua.
8. El procedimiento de la reivindicación 7, en donde se agrega menos del 10% p/v del agente antifúngico en la solución de silicona en agua.
9. El procedimiento de la reivindicación 6, en donde de las láminas PET o RPET previamente extruidas, se sumergen en una baño de silicona en agua que contiene entre 18- 20% p/v del antifúngico.
10. El procedimiento de la reivindicación 6, en donde el antifúngico es un antifúngico contra Botrytis cinérea.
11. El procedimiento de la reivindicación 6, en donde el antifúngico es sorbato de potasio.
12. El procedimiento de la reivindicación 6, en donde las láminas de PET extruido son láminas de PET reciclado (RPET).
13. Uso del envase de la reivindicación 1, que sirve para extender la vida útil y mantener la calidad de los alimentos que contiene.
14. El uso de la reivindicación 13, en donde el alimento es una verdura o fruta fresca. 5. El uso de la reivindicación 14, en donde la fruta fresca es un berrie.
16. El uso de la reivindicación 15, en donde el berrie es un arándano.
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