Bao bì thông minh và ứng dụng trong bảo quản thực phẩm

Bao bì thông minh và ứng dụng trong bảo quản thực phẩm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC & THỰC PHẨM

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 hàngbằng việc tiếp thị thông qua bao bì Chính vì vậy mà ngành công nghiệp bao bì đã có nhữngbước tiến đáng kinh ngạc trong thời gian vừa qua Người ta đang tiến tới sản xuất các loạibao bì tiện lợi, có thể tái sử dụng, thân thiện với môi trường và đáng chú ý nhất là bao bìthông minh với nhiều chức năng mới ưu việt Để hiểu rõ thêm nhóm chúng tôi tiến hành tìmhiểu về bao bì thông minh qua bài tiểu luận này

MỤC LỤC

Mục lục 3

Danh mục hình 4

I GIỚI THIỆU BAO BÌ THỰC PHẨM 5

1.1 Định Nghĩa Bao Bì Thực Phẩm 5

1.2 Tình Hình Bao Bì Thực Phẩm 5

1.3 Lịch Sử Phát Triển Kỹ Thuật Bao Bì Thực Phẩm 5

1.4 Xu hướng bao bì thực phẩm 6

1.5 Chức Năng Của Bao Bì Thực Phẩm 6

II BAO BÌ THÔNG MINH 7

2.1 Khái Niệm Bao Bì Thông Minh 7

2.2 Thị trường bao bì thông minh 7

2.2 Ứng Dụng Của Bao Bì Thông Minh 7

2.2.1 Kim chỉ nhiệt độ tối đa 8

2.2.2 Hệ thống quản lý nhiệt độ lên xuống của bao bì (TTI) Time temperature Indicators8 2.2.3 Bao bì thông minh sử dụng công nghệ nano 13

2.2.4 Nhận dạng tần số vô tuyến Radio Frequency Identification (RFID) 15

2.2.5 Mã vạch thông minh 19

2 2.6 Cảm ứng 21

2.2.7 Bao bì thông minh nhờ vào ứng dụng OLED 22

2.2.8 Các chỉ số 24

2.2.9 Làm nổi bật tính an toàn thực phẩm và an toàn sinh học 25

III KẾT LUẬN 27

TÀI LIỆU THAM KHẢO 28

DANH MỤC HÌNH

Hình 13 RFID thực hiện truy xuất nguồn gốc và tính xác thực thịt 19

1.1 Định Nghĩa Bao Bì Thực Phẩm

Bao bì là vật chứa đựng, bao bọc thực phẩm thành đơn vị để bán Bao bì có thể bao gồmnhiều lớp bao bọc có thể phủ kín hoàn toàn hay chỉ bao bọc một phần sản phẩm.[1]

– Đặc tính của bao bì thực phẩm thể hiện qua chức năng

– Đảm bảo số lượng và chất lượng thực phẩm

– Thông tin giới thiệu sản phẩm, thu hút người tiêu dùng

– Thuận tiện trong phân phối lưu kho, quản lí và tiêu dùng

1.2 Tình Hình Bao Bì Thực Phẩm

Việc đóng bao bì nhằm mục đích bảo quản sản phẩm đạt chất lượng sau khi ra khỏi quy trìnhchế biến, sắp xếp thứ lớp sản phẩm thành từng khối, kiện có khối lượng, số lượng lớn để lưukho, dễ dàng trong kiểm tra số lượng chủng loại và chuyên chở phân phối đến các đại lí, cửahàng, siêu thị Ngoài ra sự trang trí các thông tin của bao bì sẽ đưa đến giá trị cảm quan củasản phẩm

Ở Việt Nam, các doanh nghiệp cũng đã bắt đầu chú trọng đến việc phát triển bao bì, tuymuộn màng, nhưng cũng phần nào kịp thời đáp ứng được yêu cầu phát triển của nền côngnghiệp hàng tiêu dùng và vấn đề bao bì được đề cập đến như một chiến lược kinh doanh

Các công ty bảo hộ bản quyền cũng hình thành kịp thời nhằm lập trật tự và đã góp phần trợgiúp cho việc bảo vệ bản quyền mẫu mã nhãn hiệu sản phẩm của các doanh nghiệp Việc đòihỏi các sản phẩm khi sản xuất ra phải có những bao bì đẹp hấp dẫn và thu hút khách hàngcàng trở thành vấn đề bức thiết Bao bì lúc này như là một món thời trang cho hàng hoá, đểdành được sự quan tâm của người tiêu dùng Bao bì hội tụ đầy đủ cả 3 yếu tố cơ bản trongthiết kế đạt được sự tổng hợp của nghệ thuật, khoa học và kỹ thuật

Hiện nay ngoài một số doanh nghiệp có đã có kinh nghiệm và truyền thống bán hàng thìkhông ít các doanh nghiệp vì quá vội vã và cũng có thể do tiết kiệm mà nghiên cứu tìm hiểukhông đến nơi để rồi đưa ra thị trường những mẫu bao bì kém hiệu quả dẫn tới không ít rủi

ro trong bán hàng và chi phí tốn kém cho việc sản xuất bao bì Bởi vậy trước khi để hìnhthành một mẫu bao bì thì doanh nghiệp và các nhà thiết kế cần phải chọn phương án thíchhợp cả về cấu trúc và đồ họa cho từng loại sản phẩm của mình Đồng thời, sự tinh tế trongthiết kế là vấn đề hết sức quan trọng và rất cần thiết, bao bì đẹp cuốn hút người mua, và theothời gian dài nó tạo một dấu ấn sâu sắc trong thị trường thương mại

1.3 Lịch Sử Phát Triển Kỹ Thuật Bao Bì Thực Phẩm [1

Lịch sử bao bì thực phẩm đã nói lên sự tiến bộ của công nghệ thực phẩm cùng với công nghệvật liệu làm bao bì, đồng thời phản ánh sự phát triển của xã hội loài người qua các thời kỳ

Từ thời kỳ đồ đá vật chứa đựng thức ăn thức uống chính là khúc gỗ rỗng, quả bầu, bí để khô,

vỏ sò ốc, da, xương, sừng của thú rừng… biết dệt lông thú, cành lá thành túi đựng

Đến thời kỳ đồ đá mới, loài người biết chế tạo đồ chứa bằng kim loại, đồ gốm Bên cạnh đóthủy tinh cũng được con người phát hiện rất sớm khoảng 1500 năm trước công nguyên

Vào thế kỷ thứ II người Trung Quốc phát minh ra giấy viết Vào thế kỷ 16 họ phát minh ragiấy bìa cứng và đến thế kỷ 19 bìa carton gợn sóng được phát minh mở ra kỷ nguyên mớicho ngành bao bì

Thế kỷ thứ 13 người ta phát minh ra phương pháp mạ thiếc lên những tấm sắt mỏng Thế kỷ

20 là sự ra đời của các loại bao bì bằng nhôm, thiếc, chì và các kim loại khác và sự phát triểncủa bao bì bằng chất dẻo Đây là những bước tiến quan trọng trong sự phát triển các loại bao

bì đang phổ biến hiện nay

1.4 Xu hướng bao bì thực phẩm

– Các loại bao bì làm bằng chất dẻo ngày càng tăng cao

– Bao bì có khả năng tái sinh

– Bao bì thân thiện với môi trường

– Bao bì năng động

– Bao bì thông minh

– An toàn vệ sinh thực phẩm

– Hạn chế ô nhiễm

1.5 Chức Năng Của Bao Bì Thực Phẩm [1]

Chức năng chủ yếu của bao bì trong ngành công nghiệp thực phẩm là bảo quản và bảo vệthực phẩm bên trong không bị nhiễm bẩn Nó bao gồm sự an toàn của thực phẩm đóng gói,duy trì chất lượng, tăng thời hạn sử dụng và ngăn ngừa sự phát triển của vi sinh vật Bao bìbảo vệ thực phẩm tránh những ảnh hưởng của môi trường như ánh sáng, oxy, độ ẩm,enzyme, vi sinh vật, côn trùng, bụi, áp suất, khí thải… Các yếu tố này sẽ làm giảm chấtlượng của các loại thực phẩm và đồ uống Thời hạn sử dụng của các loại thực phẩm đượctăng cường bằng cách giảm vi sinh vật, hóa sinh, và các phản ứng enzyme thông qua các quátrình khác nhau như kiểm soát độ ẩm, kiểm soát nhiệt độ, loại bỏ oxy, bổ sung các chất phụgia, chất bảo quản Để tránh tái nhiễm đảm bảo sự nguyên vẹn của sản phẩm thì quy trìnhđóng gói và phân phối là quan trọng Ngoài ra bao bì còn có chức năng quan trọng khác làngăn chặn, thuận tiện, tiếp thị và truyền thông Bao bì được sử dụng để bảo vệ sản phẩmchống lại những tác động của môi trường bên ngoài, truyền đạt đến người tiêu dùng như mộtcông cụ quảng cáo, đem đến cho người tiêu dùng cảm giác thoải mái của sự thuận tiện vàchứa đựng sản phẩm ở mọi kích cỡ, mọi hình dạng Tuy nhiên, những chức năng này thườngkhông tách biệt nhau hoàn toàn trên một cái bao bì, ví dụ: chức năng truyền đạt thông tintrên bao bì thường cảnh báo trên nhãn, hướng dẫn chế biến cũng có thể giúp tăng khả năngbảo vệ thức ăn và sự thuận tiện

II BAO BÌ THÔNG MINH

2.1 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, nângcao 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 bênngoài bao bì và có thể bao gồm một sự cảnh báo tới người tiêu dùng hoặc người sử dụngcuối cùng về tình trạng của sản phẩm Một định nghĩa đơn giản về bao bì thông minh là loạibao bì có thể cảm nhận hoặc truyền dữ liệu tới khách hàng

Phân biệt bao bì thông minh và bao bì năng động

- Bao bì thông minh: là hệ thống giám sát các điều kiện đóng gói của thực phẩm để cung cấpthông tin về chất lượng sản phẩm trong khi vận chuyển và phân phối

- Bao bì năng động: là bao bì có thể thay đổi các điều kiện đóng gói của thực phẩm để giatăng hạn sử dụng hoặc để cải thiện tính an toàn, đặc tính cảm quan, trong khi đó vẫn duy trìchất lượng sản phẩm

2.2 Thị trường bao bì thông minh [5]

Ở Mỹ, Nhật Bản và Australia bao bì thông minh và bao bì năng động đã được áp dụng thànhcông 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 tỉ USD trong năm 2008 và ước tính đếnnăm 2013 là 6,4 tỉ USD Hoạt động đóng gói của bao bì thông minh năm 2008 là 1,4 tỷ USD

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

Bao bì thông minh sẽ 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 hoàntoàn phù hợp với chiến lược an toàn thực phẩm, liên quan đến một mức độ cải thiện an toànthực phẩm và minh bạch cho người tiêu dùng

Source: BCC Research (January 2008)

2.2 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 Vàchiếc 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 bảoquản”

Giữa hàng loạt những hội nghị, báo cáo và kết quả nghiên cứu, tổ chức BARD (Quỹ nghiêncứu và phát triển lưỡng quốc Mỹ/Israel) gần đây tổ chức hội nghị bàn về việc tạo sự “năngđộng” và “thông minh” cho bao bì của các sản phẩm nước hoa quả và rau, hội nghị đặc biệttập trung đến việc làm sao có thể có một bao bì thông minh tiện lợi cho người tiêu dùng

Hiện nay, có một 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

2.2.1 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 vớinhau thì kim chỉ nhiệt độ tối đa sẽ trở nên hữu dụng

2.2.2 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 giámsát, kiểm soát và ghi lại các thông số quan trọng trong suốt quá trình của sản phẩm từ sảnxuất đến người tiêu dùng Điều này đã trở thành một vấn đề lớn trong việc truy xuất nguồngốc, kiểm soát thực phẩm Để thiết lập một hệ thống cho các sản phẩm thực phẩm chế biếncần có một kiến thức sâu về mối quan hệ giữa các điều kiện bảo quản và hạn sử dụng Hơnnữa có cần phát triển các hệ thống thực tế để theo dõi và ghi lại các điều kiện từ sản xuất đếntiêu 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 theothời gian và tình trạng chất lượng của thực phẩm, kết quả không thể đảo ngược, chúng đượcgắn 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 xanhxuất hiện và di chuyển từ trái sang phải qua một loạt các ô hiển thị màu Và màu xanh này làkhông 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, thuốcnhuộm 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 cáceste Máy quét có thể được sử dụng để ghi lại và tính toán khoảng cách Nó dựa trên một sựthay đổi màu sắc do pH giảm, do một enzyme thủy phân lipid Trước khi kích hoạt lipase vàlipid 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 trựcquan 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 vớimột 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 sinhvật, thường thể hiện như một phản ứng hiển thị qua hình thức biến dạng cơ học, tăngmàu sắc hoặc chuyển màu

– Các yêu cầu cơ bản của một hệ thống TTI hiệu quả là chỉ ra rõ ràng liên tục, không thểđảo 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 phẩmthực 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

Hình 1 Fresh-check

 LifeLinesFresh-check: Căn cứ vào phản ứng trùng hợp

 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 sảnphẩm 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 vàtối 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

Hình 2Chỉ số thời gian- nhiệt độ (OnVu TTI)

 CheckPoint ® nhãn: enzym TTIs

– Cảnh báo về bất kỳ sự thay đổi nhiệt độ theo thời gian mà có khả năng tạo điều kiệncho tác nhân gây bệnh phát triển như E coli trong sản phẩm

– Dựa trên một sự thay đổi màu sắc gây ra bởi pH giảm do việc kiểm soát enzym thủyphân của chất chứa lipid

– Sự thủy phân của bề mặt gây ra sự giảm pH và một sự thay đổi màu sắc tiếp theo trongchất chỉ thị pH từ màu xanh tối sang màu vàng sang

Hình 3 Nhãn CheckPoint

 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 soátcác 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 ghikhông 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 giámsát 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 tùythuộc 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 làmbằng vật liệu thực phẩm và có tính kinh tế: chi phí ít hơn 1% tổng số giá trị trung bình củagói thịt gia cầm

Khi bên trong chất lượng "Q" trên nhãn là màu cam chỉ sản phẩm tươi Khi số lượng vikhuẩn bên trong đạt đến một mức độ giới hạn thì màu da cam tan ra để chỉ ra sự hư hỏng

Hình 6 SensorQ ™

 Paksense: Nhãn theo dõi nhiệt độ

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

Hình 8 TIMESTRIP

2.2.3 Bao bì thông minh sử dụng công nghệ nano

Ngày nay, bao bì thực phẩm được giám sát chủ yếu thông qua công nghệ nano R&D Bao bìkết hợp vật liệu nano có thể được "thông minh", có nghĩa là nó có thể đáp ứng với điều kiệnmôi trường hay tự sửa chữa hoặc cảnh báo người tiêu dùng để ô nhiễm hoặc sự hiện diện củatác nhân gây bệnh Các ví dụ sau đây minh họa cho các ứng dụng có kích thước nano chobao bì thực phẩm và nước giải khát

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

Công ty hóa chất lớn Bayer sản xuất các phim nhựa trong suốt (gọi là Durethan) có chứa cáchạt nano của đất sét 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 nhẹhơn, mạnh hơn và chịu nhiệt

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

Loại bao bì này được làm từ nhựa “thông minh” sẽ đưa ra cảnhbáo bằng cách biến đổi màu sắc rõ ràng trên bao bì nếu bêntrong thực phẩm quá hạn sử dụng, mất dần độ tươi, sắp hư hỏnghoặc đã ôi thiu Ngoài ra, qua màu sắc của bao bì cũng nhận biếtđược thực phẩm đã được làm lạnh đúng tiêu chuẩn hay chưa

Các nhà khoa học Scotland hy vọng dự án phát triển bao bìthông 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 phẩmkhông cần thiết góp phần bảo vệ môi trường

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