مروری بر بسته بندی هوشمند در صنایع غذایی

بسته بندی هوشمند درواقع مجموعه‌ای از متدهای نوین است که برای طیف محصولات حساس مثل انواع خوراکی‌های فاسدشدنی، نوشیدنی‌ها و بعضی محصولات خانگی، تا محصولات بسیار حساس مثل محصولات کشاورزی  و دارو به وجود آمده.

نیاز به افزایش تولید موادغذایی و در دسترس قرار دادن آن برای همه، موضوعی است که حیات امروز و آینده انسان به آن وابسته است  ازاین‌جهت، امکان نگهداری موادغذایی که از راه بسته بندی مناسب مهیا  می‌شود، کلیدی‌ترین عامل تحقق این نیاز است.

در قرن نوزدهم اولین جرقه‌های بسته بندی موادغذایی زده شد؛ در این زمان بود که کم کم ایده‌های مربوط به صنعت بسته بندی موادغذایی و محافظت از موادغذایی را ابداع کردند. ایده‌هایی که حتی تا به امروز در این صنعت مطرح هستند. اما اختراعاتی مثل ساخت بطری‌های شیشه‌ای، پوشش سلفون، فویل آلومینیومی و ظروف پلاستیکی که در قرن بیستم روی داد به شکل چشمگیری، انعطاف‌پذیری صنعت موادغذایی را بالاتر برد و آن را کاربردی‌تر کرد.

پیشرفت‌های دیگری نظیر استفاده از مواد ضدمیکروبی یا جاذب اکسیژن در ساخت ظروف موادغذایی موجب شکل‌گیری رویه جدیدی در افزایش ماندگاری موادغذایی و حفاظت آنها در برابر تأثیرات محیطی شد. بااین‌حال روند فعلی عرضه محصولات غذایی درسطح جهان مانند افزایش فرآوری صنعتی غذاها، حجم بالای صادرات و واردات محصولات غذایی و همچنین کوتاه‌تر شدن زمان تهیه موادغذایی تازه، صنعت بسته بندی محصولات غذایی را وادار می‌کند که به‌دنبال راهکارهای جدیدتر و پیشرفته‌تر بسته بندی باشد.

اولین و مهم‌ترین  جنبه بسته بندی این است که با جدا کردن ماده غذایی از محیط اطرافش، از در تماس قرارگرفتن آن با عوامل آلوده‌کننده یا فاسد‌کننده خارجی جلوگیری می‌کند. هر بهبود و پیشرفتی که در تولیدات بسته بندی انجام می‌گیرد، منجر به کاهش هزینه‌ها، دسترسی بهتر و بیشتر و کاهش هدررفت خوراکی‌ها می‌شود. امروزه برای بهبود بسته بندی موادغذایی، راه‌حل‌های مختلفی ارائه می‌شود که دارای سه جنبه مهم هستند، خاصیت ضدمیکروبی بسته بندی، مناسب‌ترین مواد برای تولید بسته بندی و تکنیک‌های تولید آن.

به نظر می‌رسد که بیوتکنولوژی برای نگهداری از انسجام و کیفیت ماده‌غذایی و جلوگیری از آلوده‌شدن آن، مهم‌ترین نقش را در تولیدات موادغذایی در آینده برعهده خواهد داشت. در این زمینه هم، پروژه‌های موفقی درحال پیگیری است که یکی از آنها که تا به‌حال مراحل پیاده‌سازی موفقیت‌آمیزی را طی کرده است، بسته بندی هوشمند است.

در بازار جهانی امروز، بسته بندی هوشمند به سرعت درحال رشد و همه‌گیر شدن است زیرا این مقوله قابلیت برخورد مناسب با بسیاری از چالش‌ها، مثل حل مشکلات نگهداری موادغذایی برای مدت زمان‌های طولانی، استفاده از تجهیزات و تکنیک‌های فوق‌پیشرفته مانند نانوتکنولوژی و قابلیت تولید بسته بندی‌های نوین را فراهم می‌کند.

از آنجایی که تقاضا برای موادغذایی هر سال افزایش می‌یابد، تولید موادغذایی نیز  به‌سرعت درحال افزایش است؛ پیش‌بینی شده که تولید و مصرف جهانی گوشت که درسال ۲۰۰۰، ۲۳۳ میلیون‌تن بوده است، درسال ۲۰۲۰ به رقم ۳۰۰ میلیون‌تن خواهد رسید و این رقم در مورد شیر از ۵۶۸ به ۷۰۰ میلیون تن افزایش میابد. تولید تخم‌مرغ نیز تا سال ۲۰۲۰، ۳۰ درصد افزایش میابد و دلیل این افزایش در بخش‌های مختلف، افزایش ۷ میلیاردی جمعیت  جهان در سال‌های پیش‌روست.

اما اهمیت بسته بندی از جایی آغاز می‌شود که بسیاری از این موادغذایی به خاطر حساسیت بالا به عوامل‌محیطی، بلافاصله بعد از تولید باید در بسته بندی‌های مخصوص خود قرار بگیرند و انواع موادغذایی غیر حساس نیز برای پخش و صادرات به بسته بندی معمولی‌تر محتاج هستند. در این میان تبلیغات برند محصول نیز از اهمیت بالایی برخوردار است که تقریبا تمام طیف محصولات حوزه موادغذایی را دربرمی‌گیرد.

حفاظت از محصول که مهمترین جنبه موجودیت بسته بندی است، در سال‌های آینده نیز همچنان اهمیت خود را حفظ می‌کند، به‌گونه‌ای که می‌توان گفت بیشترین  درصد از پیشرفت‌های تکنولوژیکی که در صنعت بسته بندی اتفاق می‌افتد، در راستای بهتر حفظ‌کردن کیفیت و تازگی محصول و جلوگیری از فساد آن است و مابقی آن برای بهتر کردن جذابیت و تنوع بسته بندی هاست.

وقتی عمر یک بسته بندی افزایش میابد، یعنی مقدار زمانی که محصول می‌تواند در قفسه فروشگاه و یا انبار نگهداری شود بیشتر است، و همین باعث کاهش دور ریخت موادغذایی و به تبع آن کاهش هزینه‌ها می‌شود. کاغذ، مقوا و پلاستیک، عمده‌ترین مواد مصرفی بسته بندی‌های امروزی را تشکیل می‌دهند که جدا از اینکه هزینه‌های هنگفتی را به تولید‌کننده و به تبع آن مصرف‌کننده متحمل می‌کنند، پروسه بازیافت سخت و هزینه‌بری هم دارند که برای محیط‌زیست نیز بسیار مضر است.

در ایجاد راه‌حلی برای همه این مشکلات، نوآوری‌ای به‌نام «بسته بندی هوشمند» به‌وجود آمد؛ بسته بندی هوشمند درواقع مجموعه‌ای از متدهای نوین است که برای طیف محصولات حساس مثل انواع خوراکی‌های فاسدشدنی، نوشیدنی‌ها و بعضی محصولات خانگی، تا محصولات بسیار حساس مثل محصولات کشاورزی  و دارو به وجود آمده.

کاربرد بسته بندی هوشمند، تنها نگهداری محصول از فساد نیست، بلکه دیگر جنبه‌های یک بسته بندی خوب مانند استقامت و استحکام، پایداری و عوامل مربوط به‌ظاهر آن از جمله رنگ، ظرف بسته بندی و دیگر جلوه‌های زیبایی شناسی آن را هم تا حد بسیار زیادی بهبود می‌دهد. ویژگی‌هایی مثل واکنش سریع به تغییر کیفیت محصول داخل آن مثل رنگ، بو و مزه، واکنش به غیر مجاز بودن محصول و حتی امنیت در مقابل سرقت، از دیگر ویژگی‌های حرفه‌ای بسته بندی‌های هوشمند است.

کهکشان بسته بندی هوشمند، به‌سرعت مراحل تحقیق و توسعه را از سر می‌گذراند و هرروز با جنبه‌های جالب‌تر و کاربردی‌تری وارد بازار صنعت بسته بندی می‌شود. مهم‌ترین عهدی که بسته بندی هوشمند با محصول می‌بندد، حفاظت حرفه‌ای از کیفیت محصول و کاهش چشمگیر هدررفت و هزینه‌هاست؛ درواقع این نوع بسته بندی می‌تواند عمر محصولات را بدون اضافه کردن هیچ‌گونه افزودنی و نگهدارنده‌ای به محصول، افزایش دهد؛ به‌عبارت دیگر تمام محصولاتی که با این تکنولوژی بسته بندی می‌شوند، می‌توانند تمام نگهدارنده‌های شیمیایی و مضر را از ساختار خود حذف کنند و همچنان نسبت به محصولاتی که با روش‌های سنتی بسته بندی شده‌اند، عمر بیشتری داشته باشند.

بسته بندی‌های هوشمند موادغذایی علاوه بر به تأخیر انداختن عوامل محیطی مؤثر بر موادغذایی، روشـی پویاتر را برای نگهداری محصول به‌کار می‌گیرد. به‌عنوان مثال دو مقوله مهم در حفظ کیفیت مـاده غـذایی بسته بندی شده، کنترل میزان رطوبت و اکسیژن است. وجود اکسیژن در ظرف حاوی مـاده غـذایی موجـب رشد میکروب‌های هوازی و کپک‌های قارچی می‌شود. به‌علاوه فعالیت‌های اکسیدی درون ظرف باعـث ایجاد طعم و بوی ناخواسته و تغییر در رنگ و خصوصیات تغذیه‌ای ماده‌غذایی می‌شوند.

تقسیم بندی مواد غذایی

بسته بندی موادغذایی را به چهار گروه متفاوت تقسیم بندی می‌کنند: بسته بندی منفعل، فعال، اینتلیجنت و هوشمند. اهداف بسته بندی‌ها نیز در سه گروه اساسی تعریف می‌شوند: نگهداری، حفاظت و اطلاعات و تبلیغات. بسته بندی‌های نوع منفعل (Passive) همان بسته بندی‌های سنتی هستند که از قدیم وجود داشته اند و با سیستم‌ها و تجهیزات قدیمی‌تر ساخته می‌شوند؛ هنوز هم برای بسیاری از محصولات غیرحساس به محیط از این نوع بسته بندی‌ها استفاده می‌شود.

این نوع بسته بندی‌ها نمی‌توانند از موادغذایی و دارویی به شکل مناسب حفاظت کنند و به‌همین خاطر، یکی از بزرگترین دلایل هدررفت و فساد زودهنگام این محصولات همین نوع بسته بندی است. کشورهای جهان سوم و درحال توسعه، بزرگترین مصرف‌کنـنـدگان این نـوع بسته بندی هستند. بسته بندی‌های فعال (Active)، به بسته بندی‌های اطلاق می‌شود که می‌توانند به محرک‌های محیطی (که می‌توانند عامل‌های میکروبی یا غیرمیکروبی باشند) واکنش نشان دهند و از محصول در مقابل آنها حفاظت کنند.

برای فعال‌کردن بسته بندی‌های موادغذایی، معمولا از گازها و روکش‌های اکسیژنی در داخل بسته بندی استفاده می‌شود که عمر محصول بسته بندی شده را افزایش می‌دهد. anti-ROS نیز نوع دیگری از مواد هستند که برای فعال‌کردن بسته بندی استفاده می‌شوند.

فـرآیـند سـاخـت بسته بندی‌هـای هوشمند

در فـرآیـند سـاخـت بسته بندی‌هـای هوشمند(Smart) اما، داستان کمی متفاوت است؛ این فناوری از فرآیندهای شیمیایی، الکتریکی، الکترونیکی و ترکیبات آنها استفاده می‌کند. مشخصا، بسته بندی هوشمند را می‌توان فرایندی قلمداد کرد که ویژگی‌هایی به محصول اضافه می‌کند که از آن جدایی‌ناپذیر است. بسته بندی هوشمند به سیستمی اطلاق می‌شود که قابلیت ایجاد، دریافت، ثبت، ترسیم، برقـراری ارتبـاط و به‌کارگیری علم منطق را داشته باشد و نیز به تجهیزاتی هوشمند می‌گویند که قابلیت تصمیم گیری، افزایش مدت ماندگاری، امنیت بالا، کیفیت ممتاز، تهیه اطلاعات و نگرانی در مورد مشکلات ممکن را دارا باشد.

نمونه‌هایی از تکنیک‌هایی که به سیستم بسته بندی هوشمند وابسته است شامل شاخص‌های دما و زمـان، شاخص اندازه گیری گاز، نوارها و برچسب‌های حسگر و فرکانس‌های رادیـویی بـرای مشـخص کـردن ویژگی‌های بصری محصول، مشخص کـردن شرایـط محــصول و شرایــط در معـرض قـراردادن بسته بندی با محصول است. مثلا محصولات تازه کشاورزی، که قبل‌تر برای بسته بندی آنها از بسته بندی‌های سنتی استفاده می‌شد، امروز یکی از زمینه‌های کاربردی بسته بندی هوشمند محسوب می‌شود.

بسته بندی‌های اینتلیجنت می‌توانند مصرف کنندگان را از وضعیت محصول خود آگاه کنند؛ مثلا برای نوعی گوشت‌ماهی بسیار حساس، از بسته بندی‌های اینتلیجنتی استفاده می‌شوند که دارای علامت هشدار هستند، به این ترتیب که تا زمانی که گوشت سالم و تازه است علامت به رنگ سبز دیده می‌شود، ولی در صورت وجود هرگونه فساد در گوشت، این علامت به رنگ قرمز درمی‌آید و مصرف کنندگان را از استفاده از محصول منع می‌کند. بسته بندی هوشمند اما پا را فراتر می‌گذارد؛ این نوع فرایند بسته بندی با تمهیداتی که در ساختار بسته بندی به کار می‌برد، می‌تواند بدون نیاز به هیچگونه افزودنی به محصول، از آن در مقابل هرگونه فساد و خرابی احتمالی جلوگیری کند.

به این ترتیب میتوان عمر محصول بسته بندی شده را تا چندین ماه افزایش داد. بسته بندی‌های اینتلیجنت برای تشخیص علائم فساد مثل مزه، بو و رنگ، از تکنولوژی‌های رادیویی مثل RFID استفاده می‌کنند درحالی‌که بسته بندی هوشمند به این قابلیت‌ها، امکان جدیدتری اضافه می‌کند که توسط فناوری اینتلیجنت حمایت می‌شود؛ در واقع می‌توان فناوری اینتلیجنت را آغاز پروسه نوین‌سازی بسته بندی به حساب آورد که فناوری هوشمند، درحال ادامه‌دادن این راه است.

در زنجیره تامین موادغذایی و دارویی -از زمان برداشت مواد اولیه آنها از زمین‌های کشاورزی یا دامداری تا تبدیل این مواد به محصول نهایی –  حجم بسیار زیادی از مواد فاسد شده و به هدر می‌روند که تخمین زده شده که این هدررفت از تولید تا مصرف، گاهی به ۵۰درصد می‌رسد. مقدار قابل‌توجهی از این هدررفت به خاطر عدم بسته بندی مناسب مخصوصا در کشورهای درحال توسعه اتفاق می‌افتد. حتی گفته می‌شود که بسیاری از کشورهای فقیر آفریقایی، در تولید موادغذایی خود، خودکفا هستند ولی به دلیل عدم وجود بسته بندی مناسب برای محصولات که به عدم امکان توزیع مناسب می‌انجامد، این کشورها به کشورهای اروپایی و آمریکایی وابسته هستند.

حفظ کیفیت موادغذایی، مهمترین عاملی است که نیاز به بسته بندی را در این زمینه ضروری می‌کند؛ هنوز بسیاری از مشتریان نمی‌توانند به کیفیت تازه و اصیل موادغذایی دست بیابند و همچنین بسیاری از موادغذایی به‌خاطر حساسیت بالا به محرک‌های محیطی، نمی‌توانند به شکل انبوه تولید و توزیع شوند، این موادغذایی را به ناچار با انواع روش‌های حفاظتی مانند انجماد، کنسرواسیون و غیره به دست مشتری می‌رسانند. در فرایند بسته بندی، انبارداری و جایگیری در قفسه فروشگاه‌ها، موادغذایی مدام در معرض میکروارگانیزم‌هایی قرار می‌گیرند که سلامتی محصول را به خطر می‌اندازند.

برای جلوگیری از این اتفاق، در بسته بندی‌های غیرهوشمند از فرایندهای ترمودینامیکی مانند ایجاد شرایط دمایی مناسب در بسته بندی استفاده می‌شود. برای از بین بردن عوامل میکروبی، وجود هوای مرطوب و اکسیژنه در داخل بسته بندی ضروری است. جنس این نوع بسته بندی‌ها نیز غالبا پلاستیکی است که از پایداری محیط‌زیستی برخوردار نیستند. همچنین برای ایجاد شرایط مناسب برای داخل بسته بندی نیز به ناچار از انرژی‌های فسیلی استفاده می‌شود که بازهم آسیب رسان است.

همانطور که گفتیم، سنتی‌ترین هدف بسته بندی، حفاظت از محصول در برابر خطرات فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی است. اولین قدم برای تحقق این امر، وکیوم کردن داخل بسته بندی و یا پر کردن آن با هوای ضدمیکروبی است که به تولید بسته بندی فعال می‌انجامد. بسته بندی محصولاتی مانند چیپس مثال خوبی برای این نوع بسته بندی است.

استفاده از این نوع بسته بندی‌ها که دهه هاست مورد استفاده قرار می‌گیرد، نه تنها خطر فاسد شدن محصول را به شکل قابل‌توجهی کاهش می‌دهد، بلکه عمر محصول را هم تا چندین برابر افزایش می‌دهد. اما امنیت و درجه حفاظت بسته بندی‌های فعال برای همه محصولات کافی نیست؛ مثلا بسیاری از محصولات تازه کشاورزی، دامداری و دریایی برای توزیع و صادرات نیازمند بسته بندی‌هایی هستند که نه تنها از کیفیت و تازگی (که از اهمیت

فوق العاده‌ای برخوردار است) محصول محافظت کند، بلکه پتانسیل مدت زمان نگهداری در انبار آن را هم تا چند برابر افزایش دهد. همینجاست که پای بسته بندی هوشمند به میان می‌آید؛ این فناوری قول حفظ کیفیت بالای محصول، حتی با ماندن با مدت زیاد در انبار را به مشتری می‌دهد. همچنین نیاز به ایجاد بسته بندی‌های پایدارتر و دوست‌دار محیط‌زیست، صاحبان این صنعت را ملزم کرده است که مواد و بسترهای مضر قدیمی را کنار گذاشته و به‌دنبال موادی باشند که علاوه بر پایداری، با ویژگی مهم بسته بندی موادغذایی که به‌خاطر در تماس‌بودن با محصول خوراکی، خود نیازمند تمیزی و غیرسمی‌بودن هستند، سازگار باشند. بسته بندی هوشمند دراین‌زمینه نیز انتخاب مناسبی است.

اثربخشی و کارایی این سیستم‌های نوین به خاطر استفاده از فیلم‌هایی با لایه‌های آنتی باکتریال و محافظ‌های طبیعی و شیمیایی در داخل بسته بندی، بهبود یافته است. در سال‌های اخیر استفاده از بسته بندی‌های فعال برای استفاده در صنایع گوشت و مرغ افزایش چشمگیری داشته است. همچنین، استفاده از فیلم‌های ضدباکتری طبیعی و قابل خوردن که فناوری جدیدتری است، علاقه و توجه تولیدکنندگان را بسیار بیشتر از گذشته جذب کرده است.

فیلم‌های خوردنی فیلم‌هایی هستند که در حین اینکه  قابل خوردن هستند، از محصول در مقابل تهدیدات محیطی  نیز محافظت می‌کنند. این فیلم‌ها مانع عبور اکسیژن و رطوبت می‌شوند و محصول را تازه نگه می‌دارند. همچنین اگر این فیلمها خورده نشده و دور ریخته شوند، به راحتی و بدون آسیب رساندن، به محیط‌زیست برمی‌گردند.

از دیگر موادی که به تازگی در بسته بندی‌های هوشمند استفاده می‌شود، پلی ساکاریدهای چند سلولی است؛ این مواد که بهترین بستر برای نگهداری موادغذایی و دارویی فوق‌حساس است، موادی طبیعی و غیرسمی است که قابل برگشت به محیط‌زیست هستند. این مواد امنیت و سلامت محصول را به شکل ویژه‌ای تامین می‌کند ولی ازآنجایی‌که ساختار این مواد پیچیده و گران است، از آنها در موارد بسیار محدود و نه به شکل انبوه استفاده می‌شود.

فناوری‌های جدید تولیدات بسته بندی و پیشرفت‌هایی که در انتخاب مواد و بسترهای آن صورت گرفته مانند بسترهای نانوتکنولوژیک،  منجر به ایجاد راه‌های اطمینان بخش‌تری برای تولید و توزیع مناسب و کارآمد موادغذایی و دارویی شده است که از جمله آنها می‌توان به کاهش هدررفت موادغذایی، توزیع و صادرات مناسب‌تر و پایداری بیشتر محیط‌زیست اشاره کرد.

استفاده از سیستم‌ها و تجهیزات سازگاز با محیط‌زیست که بر روی محصول با نام «لیبل سبز» شناخته می‌شوند نیز در اثربخشی بیشتر این صنعت تاثیر قابل‌توجهی دارند. بسته بندی هوشمند، با حذف تمامی فرایندهای غیراثربخش در بسته بندی و استفاده از بسترهای کاملا ارگانیک و غیرسمی مانند چیتسوان، فرن، آلیگ و… به‌جای مواد پلاستیکی و مقوایی، قدم‌های بزرگی در این راه برداشته است. ویژگی‌هایی مانند جلوگیری از ورود اکسیژن، خاصیت آنتی میکروبیال، جلوگیری از گرمایش و سرمایش موادغذایی، جذب رطوبت و نمایش تمام تغییرات محصول از جمله مزیت‌های این فناوری مدرن است.

منبع: مجله صنعت چاپ