Dobiega końca międzynarodowy projekt badawczy, którego celem jest opracowanie opakowań, które pozwolą dłużej zachować świeżość delikatnej żywności i kwiatów. Jakie są jego rezultaty?

Rozpoczęty w 2019 roku projekt FreshInPac jest inicjatywą instytutów badawczych, uczelni i firm z Polski, Niemiec i Belgii. Zgodnie z planem jego koniec przypada na sierpień bieżącego roku, ale z powodu pandemii COVID-19, która zmusiła wiele laboratoriów do zamknięcia na jakiś czas, inicjatywa została przedłużona do lutego 2022 r.

Podsumowaniem projektu będzie publikacja 50-stronicowego informatora przeznaczonego dla potencjalnych użytkowników końcowych wywodzących się z branży opakowań, którzy będą mogli skorzystać z rezultatów projektu. Oprócz informacji o wynikach projektu będzie on również zawierał odpowiedzi na pytania oraz wskazówki związane z tematyką projektu, a więc wydłużenia przydatności produktów spożywczych, które charakteryzują się wysoką produkcją etylenu.

Badania w toku

Pomimo pandemii koronawirusa kilka ostatnich miesięcy było pracowitym okresem w firmach i jednostkach badawczych uczestniczących w projekcie. W tym czasie belgijski partner projektu, centrum badawcze Celabor opracowało arkusze papierowe dla opakowań z włókien o własnościach antybakteryjnych. Udało się to dzięki zastosowaniu naturalnych powłok zawierających substancje antymikrobiologiczne pochodzenia roślinnego. Były one skuteczne przeciwko gronkowcowi złocistemu i bakterii pseudomonas putida.

Z kolei badacze z Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV określili kolejne zestawy parametrów dla matematycznego modelu symulującego przechowywanie żywności. Wykorzystali do tego zarówno dane z literatury, jak i wyniki prac przy FreshInPac.

- Mając te parametry opracowaliśmy koncepcję opakowań dla łatwo psujących się owoców - mówi Phil Rosenow z Fraunhofer-IVV. 

Model opracowany przez instytut ma na celu obliczanie czasu ewolucji poziomu etylenu wewnątrz opakowania (jego poziom wpływa na tempo dojrzewania owoców). Model uwzględnia współczynnik wytwarzania gazu przez owoce, przenikanie etylenu przez powierzchnię opakowania i perforację, reakcję usuwania gazu przez zastosowane substancje aktywne, a także geometrię systemu opakowaniowego. Dzięki temu modelowana jest dynamika całego procesu. Wyniki pozwalają nam indywidualnie planować konkretne systemy opakowań.

Szeroką gamę materiałów testował pod kątem właściwości pochłaniania etylenu Leibniz Institute for Agricultural Engineering and Bioeconomy (ATB) w Poczdamie. Były to w ciągu ostatnich kilku miesięcy m.in.: węgiel aktywowany, zeolity modyfikowane metalami takimi jak srebro, miedź, cynk; nadmanganian potasu (KMnO4) na różnych zeolitach; katalizatory - ditlenek tytanu z palladem (Pd), MgO-Pd. Niektóre z tych materiałów, a także folie i papier (pokryte biopolimerem) sfunkcjonalizowane tymi materiałami zostały opracowane przez partnerów badawczych instytutu: Celabor i Materia Nova. Zostały one następnie przetestowane w ATB.

- Te folie i papiery były następnie badane w ATB, jednak obecnie zastosowanie folii i papierów funkcjonalizowanych materiałami usuwającymi etylen nie przyniosło pożądanych rezultatów, dlatego też będą kontynuowane dalsze testy - zapowiada dr Namrata Pathak z ATB.

Instytut prowadził również testy z opakowaniami na pomidory zawierającymi materiały pochłaniające etylen (w formie proszku) i spośród różnych testowanych pochłaniaczy nadmanganian potasu wsparty zeolitem wykazał najlepszy wynik w zakresie redukcji etylenu.

Naukowcy z Centrum Bioimmobilizacji i Innowacyjnych Materiałów Opakowaniowych Zachodniopomorskiego Uniwersytetu Technologicznego w Szczecinie wybrali na bazie analiz mikrobiologicznych cztery substancje, które hamują rozwój mikroorganizmów, a tym samym przedłużają świeżość jabłek, bananów i pomidorów. Obecnie weryfikowane są możliwości zastosowania tych substancji w materiałach opakowaniowych. Może się to odbyć poprzez bezpośrednie dodanie ich do granulatu polimerowego z którego powstaje folia opakowaniowa lub zastosowanie jako powłoki na powierzchni folii polimerowej.

Jakie plany mają uczestnicy projektu względem prowadzonych badań? Celabor będzie uczestniczył w opracowaniu opakowania demonstracyjnego. Najbardziej obiecujące arkusze papieru zostaną przekształcone w tacki kartonowe. Wydajność produkowanych tacek kartonowych w kontekście przedłużenia okresu przydatności pomidorów do spożycia zostanie zbadana i przetestowana w realnych warunkach. Ocenione zostaną również możliwości zakończenia cyklu życia takich tacek papierowych poprzez zbadanie możliwości ich recyklingu i kompostowania.

Dr Namrata Pathak przypomina, że od września 2020 r., wraz z badaniami nad materiałami pochłaniającymi etylen, rozpoczęto również doświadczenia nad przechowywaniem owoców i pomidorów: - Ponieważ nie zakończono jeszcze prac nad folią opakowaniową zawierającą pochłaniacz etylenu, rozważamy wykorzystanie w badaniach nad przechowywaniem żywności pochłaniaczy etylenu w postaci wkładek lub saszetek.

FreshInPac przyniósł swoim uczestnikom wiele odpowiedzi, ale i dostarczył nowych pytań i wyzwań. Co ważne, zbliżający się do końca projekt przynosi obiecujące rezultaty.

- Dotychczasowe testy wykazały ogromny potencjał opracowanych metod w zakresie zwiększenia trwałości i czasu przechowywania wrażliwych produktów. Wpływ, jaki może to mieć na zmniejszenie ilości odpadów żywnościowych, wydaje się bardzo obiecujący. Z naukowego punktu widzenia, a w szczególności z perspektywy modelowania matematycznego, możliwości precyzyjnego dostrojenia opakowania wydają mi się bardzo interesujące - mówi Phil Rosenow z Fraunhofer-IVV.

Dr Namrata Pathak zauważa, że zeolity modyfikowane metalami takimi jak srebro, miedź, cynk czy nadmanganian potasu (KMnO4) wspierany zeolitami wykazały najlepsze i najszybsze wyniki w zakresie pochłaniania etylenu: - Kolejnym krokiem będzie wprowadzenie tych materiałów do folii za pomocą różnych metod, takich jak wytłaczanie. Obecnie wprowadzanie materiałów do matrycy polimerowej jest wyzwaniem, ponieważ tylko ograniczona ilość substancji pochłaniających może być wprowadzona do folii tak, aby zachować jej przezroczystość i przepuszczalność. Innym rozwiązaniem może być wprowadzenie materiałów do wkładek lub saszetek.

Dr Sandro Gennen z Celabor scrl wiąże nadzieje z opracowaniem w pełni biodegradowalnej i kompostowalnej tacki kartonowej z wykorzystaniem materiałów pochodzenia biologicznego (roztwory powlekające i środki przeciwdrobnoustrojowe).

Wiedza dla nauki i przemysłu

Ważnym aspektem projektu FreshInPac jest dzielenie się wiedzą. W tym celu jego twórcy organizowali m.in. webinary przygotowane z myślą o przedstawicielach biznesu zainteresowanych tematyką projektu.

- W każdym z krajów, z którego pochodzą partnerzy projekty organizowane są spotkania Komitetu Użytkowników, czyli firm, które w założeniu będą bezpośrednimi beneficjentami projektu. Na 21 września zaplanowany jest webinar na poziomie europejskim, podczas którego wszyscy partnerzy projektu przedstawią wyniki dotychczasowych prac - mówi Łukasz Kruszyński, członek zarządu stowarzyszenia Natureef.

Projekt angażuje również studentów. We Fraunhofer-IVV studentka studiów magisterskich ukończyła niedawno pracę dyplomową w ramach projektu, testując model matematyczny IVV w odniesieniu do niektórych testów w zakresie przechowywania żywności z i bez dostępnych na rynku pochłaniaczy etylenu.

O projekcie

Projekt FreshInPac ma na celu opracowanie nowoczesnego, aktywnego i funkcjonalnego bio-opakowania przeznaczonego do pakowania świeżych produktów (takich jak owoce, warzywa lub kwiaty). Opracowane opakowanie poprzez swoje specjalne właściwości (zdolność pochłaniania etylenu, uwalnianie substancji antymikrobiologicznych, regulację wilgotności) poprawi jakość oraz bezpieczeństwo zapakowanej żywności i wydłuży jej okres trwałości.

Partnerzy projektu to: IVV, ATB – Niemcy, Celabor, Materia Nova – Belgia, KCPK – Holandia, ZUT, Natureef – Polska. Członkowie w Komitecie Użytkowników to: CDM Sp. z o.o., Hadepol Flexo Sp. z o.o., KB Folie, Polska Sp. z o.o., Oboya Horticulture Poland Sp. z o.o., Yanko Sp. z o.o., Veroni Sp. z o.o. Projekt realizowany jest w okresie: 01.09.2019 – 31.08.2021.