Bao bì thông minh và ứng dụng công nghệ nano

Bao bì thông minh và ứng dụng công nghệ nano

ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HCM

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC



Báo cáo:Bao bì đóng gói

công nghệ Nano

Lời mở đầu:

Ngày nay sự phát triển của xã hội đã nâng cao mức sống, mức tiêu dùng tạo nên sự thay đổi về yêu cầu hàng hóa thực phẩm, cải thiện hiệu quả trong phân phối hàng hóa thực phẩm Ngoài ra, người sử dụng còn đòi hỏi thực phẩm phải có sự thay đổi về kiểu dáng, mẫu mã, chất lượng, sự tiện lợi…Không những thế nhà sản xuất cũng quan tâm thu hút khách hàng bằng việc tiếp thị thông qua bao bì Chính vì vậy mà ngành công nghiệp bao bì đã có những bước tiến đáng kinh ngạc trong thời gian vừa qua Người ta đang tiến tới sản xuất các loại bao bì tiện lợi, có thể tái sử dụng, thân thiện với môi trường và đáng chú ý nhất

là bao bì thông minh với nhiều chức năng mới ưu việt

A: Bao bì thông minh

1 Khái Niệm Bao Bì Thông Minh

Bao bì thông minh là hệ thống bao bì có khả năng như phát hiện, cảm nhận, ghi âm,

đồ họa, truyền thông, áp dụng logic khoa học để tăng thời hạn sử dụng, nâng cao tính an toàn, nâng cao chất lượng, cung cấp thông tin và cảnh báo các vấn đề có thể xảy ra

Ở bao bì thông minh chức năng đóng mở đáp ứng sự thay đổi điều kiện bên trong và bên ngoài bao bì và có thể bao gồm một sự cảnh báo tới người tiêu dùng hoặc người sử dụng cuối cùng về tình trạng của sản phẩm Một định nghĩa đơn giản về bao bì thông minh là loại bao bì có thể cảm nhận hoặc truyền dữ liệu tới khách hàng

2 Thị trường bao bì thông minh

Ở Mỹ, Nhật Bản và Australia bao bì thông minh và bao bì năng động đã được áp dụng thành công để nâng cao thời hạn sử dụng, hoặc để giám sát chất lượng an toàn thực phẩm

Hoạt động đóng gói ước tính đạt giá trị khoảng 4,6 tỉUSD trong năm 2008 và đến năm

2013 là 6,4 tỉ USD Hoạt động đóng gói của bao bì thông minh năm 2008 là 1,4 tỷ USD

và tăng đến 2,3 tỷ USD trong 5 năm tiếp theo

Bao bì thông minh đạt 1,4 tỷ USD năm 2008, tăng đến 2,3 tỷ USD trong vòng 5 năm tới, tốc độ tăng trưởng là 11,4%

Một tương lai tươi sáng có thể được dự kiến cho hoạt động của bao bì thông minh vì

nó hoàn toàn phù hợp với chiến lược an toàn thực phẩm, liên quan đến một mức độ cải thiện an toàn thực phẩm và minh bạch cho người tiêu dùng

3 Tiêu chuân về bao bì thông minh

• Được tạo từ những nguồn nguyên liệu có thể tái tạo

• Phải trở thành phân bón khi bị phân hủy

• Tính chống thấm

• Đặc tính quang học

• Tính co giãn

• Có thể đóng dấu và in ấn dễ dàng

• Kháng nhiệt và hóa chất

• Ôn định, thân thiện với môi trường và có giá cả cạnh tranh

• Hơn nữa bao bì phải phù hợp với quy định về bao bì thực phẩm, tương tác giữa

bao bì và thực phẩm phải đảm bảo chất lượng và an toàn thực phẩm

4 Ứng Dụng Của Bao Bì Thông Minh

Ngày nay, người tiêu dùng càng muốn có nhiều thông tin cần thiết về sản phẩm tiêu thụ Và chiếc cầu nối giúp họ tiếp cận thông tin này nằm ở bao bì Đằng sau khái niệm

“bao bì”, chúng ta ngầm hiểu cả khái niệm “nhãn hàng”, “quy trình đóng gói” và “điều kiện bảo quản”

Giữa hàng loạt những hội nghị, báo cáo và kết quả nghiên cứu, tổ chức BARD (Quỹ nghiên cứu và phát triển lưỡng quốc Mỹ/Israel) gần đây tổ chức hội nghị bàn về việc tạo

sự “năng động” và “thông minh” cho bao bì của các sản phẩm nước hoa quả và rau tiện lợi cho người tiêu dùng.Hiện nay, có một số công nghệ bao bì tiên tiến cho phép nhà sản xuất có thể giảm thiểu các yếu tố như thời gian sản xuất, nhiệt độ hay địa điểm:

4.1 Kim chỉ nhiệt độ tối đa

Với công nghệ này có thể giúp người tiêu dùng biết được khi nào bao bì đang đóng băng

sẽ bị chảy nước Nếu nhiệt độ của bao bì với nhiệt độ của sản phẩm có mối tương quan với nhau thì kim chỉ nhiệt độ tối đa sẽ trở nên hữu dụng

4.2 Hệ thống quản lý nhiệt độ lên xuống của bao bì (TTI) Time temperature Indicators

TTI (Time temperature Indicators) là hệ thống hiện đại đảm bảo chất lượng, yêu cầu giám sát, kiểm soát và ghi lại các thông số quan trọng trong suốt quá trình của sản phẩm

từ sản xuất đến người tiêu dùng Điều này đã trở thành một vấn đề lớn trong việc truy xuất nguồn gốc, kiểm soát thực phẩm Để thiết lập một hệ thống cho các sản phẩm thực phẩm chế biến cần có một kiến thức sâu về mối quan hệ giữa các điều kiện bảo quản và hạn sử dụng Hơn nữa có cần phát triển các hệ thống thực tế để theo dõi và ghi lại các điều kiện từ sản xuất đến tiêu thụ, đồng thời có truy xuất nguồn gốc TTI là những hệ thống như vậy

TTI được định nghĩa là các thiết bị đo lường những thay đổi phụ thuộc vào nhiệt độ theo thời gian và tình trạng chất lượng của thực phẩm, kết quả không thể đảo ngược, chúng được gắn vào thực phẩm như là nhãn

 Cách hoạt động

Nếu tích hợp TTI được tiếp xúc với nhiệt độ trên ngưỡng nhiệt độ cho phép, một màu xanh xuất hiện và di chuyển từ trái sang phải qua một loạt các ô hiển thị màu Và màu xanh này là không đổi sau khi trở về nhiệt độ đến mức chấp nhận được Màu xanh (acid béo và este) thông qua một bấc xốp được làm bằng giấy thấm chất lượng cao Trước khi

sử dụng, thuốc nhuộm được tách ra từ bấc bằng lớp phim để khuếch tán không xảy ra Để kích hoạt chỉ thị, các rào cản được kéo ra và khuếch tán bắt đầu nếu nhiệt độ trên điểm nóng chảy của các este Máy quét có thể được sử dụng để ghi lại và tính toán khoảng cách Nó dựa trên một sự thay đổi màu sắc do pH giảm, do một enzyme thủy phân lipid Trước khi kích hoạt lipase và lipid bề mặt là hai ngăn riêng biệt Khi kích hoạt, rào cản ngăn cách chúng bị hỏng, enzyme và chất nền được pha trộn, độ pH giảm xuống và thay đổi màu sắc bắt đầu như thể hiện bởi sự hiện diện của một chỉ số pH Các màu sắc thay đổi có thể được công nhận và so sánh trực quan qua một hệ thống các ô màu (ví dụ: xanh tốt, màu vàng-thận trọng, không sử dụng)

Các thay đổi cũng có thể được sử dụng một máy quét màu điện tử đo liên tục và so sánh với một tiêu chuẩn nội bộ Màu xanh sẽ cảnh báo chất lượng sản phẩm

Hệ thống quản lý nhiệt độ lên xuống của bao bì (TTI):

– Nhãn nhỏ được sử dụng để hiển thị thay đổi nhiệt độ theo thời gian của một sản phẩm dễ hư hỏng đã tiếp xúc với nhãn

– Hoạt động của TTI là dựa trên biến đổi cơ học, hóa học, điện hóa, enzym hoặc

vi sinh vật, thường thể hiện như một phản ứng hiển thị qua hình thức biến dạng

cơ học, tăng màu sắc hoặc chuyển màu

– Các yêu cầu cơ bản của một hệ thống TTI hiệu quả là chỉ ra rõ ràng liên tục, không thể đảo ngược phản ứng với những thay đổi về nhiệt độ

– Chi phí cho TTI: 0.02 – 0.2 $ cho mỗi đơn vị

 Một số loại TTI

 Fresh-check ®: Hiển thị độ tươi của thực phẩm

– Một thiết bị tự dính đó là công thức đặc biệt phù hợp với thời hạn sử dụng của các sản phẩm thực phẩm mà nó được gắn liền làm xuất hiện vùng tối không thể phục hồi: thay đổi màu sắc để thể hiện độ tươi của sản phẩm thực phẩm

 OnVu ™: Chỉ số thời gian- nhiệt độ

– OnVu TTI cho phép các nhà sản xuất, nhà bán lẻ và người tiêu dùng kiểm tra rất nhanh sản phẩm có thể hư hỏng để có thể vận chuyển và lưu trữ đúng cách

–

– Việc sử dụng chúng giúp nâng cao sự tiện lợi cho người tiêu dùng, uy tín của thương hiệu và tối ưu hóa vòng đời sản phẩm

– Công nghệ OnVu TTI dựa trên thuộc tính của các sắc tố làm thay đổi màu sắc theo thời gian và nhiệt độ

 CheckPoint ® nhãn: enzym TTIs

thay đổi nhiệt độ theo thời gian mà có khả năng tạo điều kiện cho tác nhân gây bệnh phát triển như E coli trong sản phẩm

màu sắc gây ra bởi pH giảm do việc kiểm soát enzym thủy phân của chất chứa lipid

gây ra sự giảm pH và một sự thay đổi màu sắc tiếp theo trong chất chỉ thị pH từ màu xanh tối sang màu vàng sang

 TRACEO: chỉ số tăng trưởng vi sinh vật

Màu sắc của nó bị biến đục sau sự gián đoạn của việc trữ lạnh hoặc khi sử dụng quá hạn sử dụng và sản phẩm đã được lưu trữ đúng cách, cho phép hệ thống tự động đọc và kiểm soát các sản phẩm không phù hợp cho tiêu dùng

 MonitorMark 3M ™: Giám sát nhiệt độ tiếp xúc

– MonitorMark 3M ™ TTI: theo dõi nhiệt độ sản phẩm Chúng cung cấp một bản ghi không thể đảo ngược của nhiệt độ tiếp xúc (không phải chất lượng sản phẩm)

- Sử dụng một chất hóa học kích hoạt, không thể thay đổi màu, điều đó xảy ra khi giám sát nhiệt độ môi trường đạt đến một ngưỡng nhiệt độ quy định

– Các Mark Monitor theo dõi ngưỡng nhiệt độ trong khoảng thời gian (giờ hoặc ngày tùy thuộc vào mô hình) khi tiếp xúc với sản phẩm

 SensorQ ™: Senses hư hỏng của thịt tươi

SensorQ ™ phát hiện vi khuẩn truyền qua thực phẩm ngay bên trong các gói Nó được làm bằng vật liệu thực phẩm và có tính kinh tế: chi phí ít hơn 1% tổng số giá trị trung bình của gói thịt gia cầm

 Khi bên trong chất lượng "Q" trên nhãn là màu cam chỉ sản phẩm tươi Khi số lượng

vi khuẩn bên trong đạt đến một mức độ giới hạn thì màu da cam tan ra để chỉ ra sự hư hỏng

 Paksense: Nhãn theo dõi nhiệt độ

Các nhãn PakSense giám sát nhiệt độ và thời gian của sản phẩm dễ hư hỏng trong suốt quá trình phân phối Hiển thị cảnh báo nếu sự chênh lệch nhiệt độ xảy ra và dữ liệu thu thập bởi các nhãn có thể được tải xuống và vẽ đồ thị cho báo cáo và hồ sơ quản lý Các nhãn PakSense cho phép kiểm soát chất lượng và an toàn thực phẩm tốt hơn

 TIMESTRIP: Chỉ số ngày hết hạn

TIMESTRIP là Nhãn thông minh sử dụng một lần, tự động giám sát thời gian đã hết hạn sử dụng: từ 1 ngày đến 6 tháng Nó hoạt động dựa trên mao dẫn, cho phép chất lỏng

có màu di chuyển qua một lỗ hổng nhỏ của vật liệu xốp với tốc độ phù hợp, cung cấp một cách đơn giản và an toàn để giám sát thực phẩm tươi

B: Ứng dụng công nghệ nano trong đóng gói, bao bì

đựng thực phẩm

1 Khái niệm về bao bì công nghệ Nano

NANO là một đơn vị đo lường chiều dài cực nhỏ, ký hiệu là nm, bằng 1 phần triệu

mm Trong ngành công nghiệp đóng gói thực phẩm, đặc biệt công nghệ nano đã có một tác động lớn trong những năm gần đây và những cơ hội dường như vô hạn Các nhà nghiên cứu và các chuyên gia bao bì thực phẩm thực tế trao đổi với nhau với những ý tưởng và phát minh mới để phát triển "xanh và thông minh 'bao bì đó là sinh thái bền

vững, có thể đáp ứng với điều kiện môi trường, tự sửa chữa hoặc thậm chí người tiêu dùng cảnh báo sự hiện diện của vi trùng trong thực phẩm

Công nghệ Nano là một phương pháp kiểm soát vấn đề ở quy mô gẩn như phân tử

để sản xuất vật liệu, sản phẩm và các thiết bị độc đáo hoặc nâng cao Với một cấu trúc Nano khác nhau, khí và hơi nước thấm của nhựa có thể được thiết kế để bảo vệ trái cây, rau quả, nước giải khát, rượu và thức ăn khác.Với việc sử dụng các hạt Nano, chai và bao

bì có thể được thực hiện nhẹ hơn, hiệu suất nhiệt tốt hơn, hấp thụ khí ít hơn và làm cho

no mạnh mẽ hơn trong khi sử dụng vật liệu ít hơn.Các tính chất này có thể kéo dài thời hạn sử dụng sản phẩm, cũng như giảm chi phí vận chuyển liên quan đến thực phẩm vận chuyển

Ngày nay, bao bì thực phẩm được giám sát chủ yếu thông qua công nghệ nano R&D Packaging that incorporates nanomaterials can be “smart,” which means that it can

respond to environmental conditions or repair itself or alert a consumer to contamination and/or the presence of pathogens.Bao bì kết hợp vật liệu nano có thể được "thông minh",

có nghĩa là nó có thể đáp ứng với điều kiện môi trường hay tự sửa chữa hoặc cảnh báo người tiêu dùng để ô nhiễm hoặc sự hiện diện của tác nhân gây bệnh According to

industry analysts, the current US market for “active, controlled and smart” packaging for foods and beverages is an estimated $38 billion - and will surpass $54 billion by

2008.The following examples illustrate nanoscale applications for food & beverage

packaging.Các ví dụ sau đây minh họa cho các ứng dụng có kích thước nano cho bao bì thực phẩm và nước giải khát

Using Clay Nanoparticles to Improve Plastic Packaging for Food Products

 Sử dụng hạt nano đất sét để cải thiện bao bì nhựa chứa sản phẩm thực phẩm

Công tyChemical giant Bayer produces a transparent plastic film (called Durethan) containing nanoparticles of clay hóa chất lớn Bayer sản xuất các phim nhựa trong suốt (gọi là Durethan) có chứa các hạt nano của đất sét.The nanoparticles are dispersed throughout the plastic and are able to block oxygen, carbon dioxide and moisture from reaching fresh meats or other foods Các hạt nano được phân tán trong nhựa và có thể ngăn chặn oxy, CO2 và độ ẩm từ các loại thịt tươi hoặc các loại thực phẩm khác cũng có thể làm cho nhựa nhẹ hơn, mạnh hơn và chịu nhiệt

Các nhà nghiên cứu thuộc trường Đại học Strathclyde ở Glasgow (Scotland) đang phát triển một loại bao bì biến đổi màu sắc để cảnh báo mức độ hư hỏng của thực phẩm đóng gói bên trong

Loại bao bì này được làm từ nhựa “thông minh” sẽ đưa ra cảnh báo bằng cách biến đổi màu sắc rõ ràng trên bao bì nếu bên trong thực phẩm quá hạn sử dụng, mất dần độ tươi, sắp

hư hỏng hoặc đã ôi thiu Ngoài ra, qua màu sắc của bao bì

Các nhà khoa học Scotland hy vọng dự án phát triển bao bì thông minh sẽ tác động trực tiếp việc đóng gói các sản phẩm thịt từ chăn nuôi và hải sản Đồng thời nhằm cải thiện tình trạng mất an toàn thực phẩm và cắt giảm chất thải thực phẩm không cần thiết góp phần bảo vệ môi trường

 Tạo ra một rào cản bằng phân tử của tinh thể nano trong bao bì nhựa

Until recently, industry's quest to package beer in plastic bottles (for cheaper transport) was unsuccessful because of spoilage and flavour problems.Gần đây, ngành công nghiệp đóng gói bao bì trong chai nhựa (để vận chuyển rẻ hơn) đã không thành công vì vấn đề hư hỏng và hương vị Today, Nanocor, a subsidiary of Amcol International Corp., is producing nanocomposites for use in plastic beer bottles that give the brew a six-month shelf-life Hiện nay, Nanocor, một công ty con của Tập đoàn Quốc tế Amcol,

đã sản xuất ra nanocomposites để sử dụng trong chai nhựa cung cấp cho ngành bia.By embedding nanocrystals in plastic, researchers have created a molecular barrier that helps prevent the escape of oxygen Bằng cách nhúng các tinh thể nano vào nhựa, các nhà nghiên cứu đã tạo ra một rào cản phân tử giúp ngăn chặn sự thoát khí Sản phẩm Nanocor and Southern Clay Products are now working on a plastic beer bottle that may increase shelf-life to 18 months Nanocor và Nam Clay hiện đang thêm vào nhựa có thể tăng hạn

sử dụng đến 18 tháng

 Phương pháp sử dụng công nghệ nano để phát triển bao bì kháng sinh

Kodak, best known for producing camera film, is using nanotech to develop antimicrobial packaging for food products that will be commercially available in 2005.Kodak

đã sử dụng công nghệ nano để phát triển bao bì kháng khuẩn cho sản phẩm thực phẩm được thương mại hóa vào năm 2005.Kodak is also developing other 'active packaging,' which absorbs oxygen, thereby keeping food fresh Kodak cũng đang phát triển bao bì hấp thụ oxy, do đó giữ thực phẩm tươi sống hơn

 Sử dụng công nghệ nano trong bao bì cảm biến