Sensor de fuga de oxígeno integrado en envase primario
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AIMPLAS trabaja en el desarrollo de un sensor de oxígeno integrado en el envase capaz de detectar fallos en el envasado en atmósfera modificada, proporcionando información en todo momento de la calidad y seguridad del alimento
Por Lola Gómez Jiménez, Departamento de Impresión Funcional y Recubrimientos, AIMPLAS (Instituto Tecnológico del Plástico).
Introducción:
Según la Organización Mundial de la Salud (OMS), cada año se detectan 600 millones de casos de enfermedad causados por el suministro de alimentos contaminados y 420.000 personas mueren cada año afectadas por dicha contaminación. (1)
Trazar, monitorizar e incluso asegurar la calidad de los alimentos es, por tanto, un objetivo prioritario para la industria alimentaria.
Actualmente, se utiliza la fecha de caducidad para estimar la vida útil y determinar la retirada de los alimentos, pero ésta es incapaz de informar en tiempo real de su condición, lo que supone un riesgo para los consumidores. Por otro lado, los retiros anticipados de alimentos generan miles de millones de dólares en desperdicios cada año, lo que es otro resultado no deseado de una fecha de vencimiento inexacta y predeterminada. (2)
Todo esto genera la necesidad de desarrollar sistemas que puedan monitorizar la calidad del alimento en tiempo real, ya que los materiales de embalaje, diseñados para proteger y preservar el contenido del envase, no son suficientes. Estos sistemas se engloban dentro de lo que se llama el envase inteligente.
Envase inteligente:
El envase inteligente (3) desempeña, por tanto, un papel clave para mejorar la seguridad alimentaria. Así, su principal objetivo es informar acerca de la historia del envase y/o de las propiedades y el estado del alimento. Habitualmente incorporan indicadores que dan respuesta a cambios físicos o químicos que tienen lugar en las características del alimento o en el entorno. (4)
Existen distintos tipos de envasado inteligente. Entre ellos se encuentran los indicadores de fuga, que monitorizan la concentración de oxígeno o dióxido de carbono dentro del envase, (5) aunque también pueden controlar otros gases. Determinar la presencia de oxígeno es de vital importancia, ya que está correlacionada con el deterioro de los alimentos. Así, participa en el crecimiento de microorganismos aerobios, en el enranciamiento oxidativo de los lípidos y destruye vitaminas liposolubles como las vitaminas A y E. (6)
La utilización de atmósferas modificadas (MAP), para incrementar la vida útil de los alimentos, se empleó por primera vez a principios de la década de 1930 y durante 50 años se consideró como una de las diez innovaciones más significativas de la Ciencia de los Alimentos. Dicho envasado consiste en sustituir la atmósfera que rodea al alimento por otra especialmente diseñada para minimizar las reacciones químicas, enzimáticas y microbianas, reduciendo, por tanto, la concentración de oxígeno. Este envasado permite mantener la máxima calidad y ampliar la conservación de los productos, favoreciendo la apertura de nuevos mercados y simplificando la logística de suministro.
Sin embargo, existen algunos factores que pueden alterar la calidad de los alimentos envasados en MAP, como un sellado insuficiente, la permeación de oxígeno en el interior del envase o una mala gestión del envase durante su transporte o almacenamiento.
El control de la hermeticidad del envase es de gran importancia y se realiza solamente en línea, de una forma destructiva, mediante el uso de instrumentos analíticos sobre un número reducido de envases. Se trata de un proceso de control caro y no homogéneo que no garantiza la integridad de la totalidad de los envases. Esa falta de control puede conllevar un mayor número de devoluciones y desperdicio del alimento. Además, no hace un seguimiento de dichos envases durante el transporte, almacenamiento y tampoco a su llegada al consumidor.
Un sistema de envasado inteligente como el sensor de fuga de oxígeno, permitirá controlar las condiciones de conservación de los alimentos en todo su ciclo de vida.
Sensores de fuga oxígeno:
Ya existen soluciones en el mercado capaces de monitorizar los cambios de oxígeno en el interior del envase. Estos sensores funcionan a través de distintos mecanismos: luminiscencia y colorimetría redox. (7) Los primeros se presentan en forma de etiqueta, pero necesitan de instrumental analítico para obtener una respuesta del sensor. Como ejemplo se puede citar el producto Oxysense (8) (ver Figura 1), que está compuesto por un equipo de medida de la señal y etiquetas indicadoras que se adhieren en el interior del envase. Estos indicadores proporcionan una medida real, rápida y no destructiva de la cantidad de oxígeno que hay dentro del envase, pero necesitan de instrumentos analíticos para ser interpretados y su precio es elevado.
Por otro lado, los indicadores colorimétricos poseen en su interior colorantes redox. En este tipo de sensores se produce un cambio de color perceptible al ojo humano al pasar de un entorno anaerobio a uno con oxígeno. Estos indicadores se pueden encontrar comercialmente en forma de etiqueta y de “tablet”. Así, como ejemplos se pueden citar el “Ageless Eye” de Mitsubishi Gas Chemical (9) en forma de “Tablet” y el OxyEye de Sorbtech International (10) en forma de etiqueta.
A nivel investigación, se ha trabajado en el desarrollo de tintas indicadoras, pero todas ellas utilizan algún reactivo que no es apto para contacto alimentario como el azul de metileno, lo que dificulta su comercialización y su uso en el sector alimentario. (11, 12)
Proyecto SafetySensO2:
A diferencia de las soluciones existentes, el proyecto SafetySensO2 desarrolla un sensor de oxígeno colorimétrico, apto para contacto alimentario, que va impreso e integrado dentro de un envase primario.
Este desarrollo supondrá una mejora en el proceso productivo (impreso y no etiqueta) y además generará mayor aceptación por parte del consumidor final, al no utilizar tablets o pastillas indicadoras. Además, permitirá monitorizar la calidad y seguridad del alimento en todo su ciclo de vida (desde la línea de envasado al consumidor final), detectando fallos en la hermeticidad del envase de una forma económica, sin la necesidad de utilizar instrumental analítico.
Las soluciones inteligentes, como el sensor de oxígeno desarrollado en este proyecto, ofrecen la posibilidad de realizar un uso más eficaz de los alimentos antes de dirigirlos al flujo de residuos, ya que permiten detectar un fallo en la hermeticidad del envase en el momento que se produce y así poder actuar en consecuencia y evitar que el alimento se estropee. Para los fabricantes, esta solución puede traducirse en una reducción de los residuos de coste completo, una mayor aceptación hacia la marca por parte de los consumidores y unos alimentos más saludables.
Este proyecto cuenta con financiación de la Agencia Valenciana de la Innovación (AVI) dentro del marco de su programa de ayudas para valorización, transferencia y explotación por las empresas de resultados de I+D+i procedentes de centros de investigación.
Referencias:
1. Food Safety, World health Organization, 2019. https://www.who.int/news-room/fact-sheets/detail/food-safety
2. Resende-Filho, M.A.; Burh, B.L. Economics of traceability for Mitigation of Food Recall Costs, 2010, SSRN Electronic Journal.
3. Han, J-W; Ruiz-García, L; Quian, J-P; Yang X-T; Comprehensive Reviews in food Science and Food Safety, 2018, 17, 860.
4. Müller, P; Schmid, M.; Foods, 2019, 8, 16.
5. Meng, S.; Kim, S.; Puligundla, P.; Ko, S. J Korean. Soc. Appl. Biol. Chem. 2014, 57, 723-733.
6. Lee, S.J.Y.; Choi, D.S.; Hur, S.J.; J. Sci. Food. Agric. 2015, 95, 2799-2810.
7. Mills, A. Chem. Soc. Rev. 2005, 34 (12), 1003.
8. https://www.oxysense.com/
9. https://www.mgc.co.jp/eng/products/sc/ageless-eye.html
10. http://www.oxyfree.com/oxyeyetrade.html#
11. Lee, S-K.; Sheridan, M.; Mills, A.; Chem. Mater. 2005, 17, 2744.
12. Lawrie, K.; Mills, A; Hazafy, D.; Sens Actuators B. 2013, 176, 1154.
