Embalagens com atmosfera modificada

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Embalagens com atmosfera modificada
A embalagem com atmosfera modificada (EAM) consiste na substituição do ar, no interior da embalagem, por uma mistura de gases como oxigênio (O2), dióxido de carbono (CO2) e nitrogênio (N2) ao redor do produto. O aumento do prazo comercial deste método de conservação de alimentos deve-se ao efeito inibitório do CO2 sobre os diferentes tipos microbianos e à redução ou remoção do O2 do interior da embalagem. A estratégia da embalagem sob atmosfera modificada é retardar o crescimento dos micro-organismos patogênicos e deteriorantes presentes, a partir da diminuição da concentração de O2 e da aplicação de níveis elevados de CO2, que possui efeito inibidor do crescimento bacteriano. A modificação da atmosfera no interior da embalagem é determinada pela interação de três processos: respiração do produto, difusão do gás através do produto e permeabilidade do filme aos gases. 
Como dito anteriormente, embalagens com atmosfera modificada possuem utilização em alimentos como carnes, aves, pescados, queijos, massas frescas, produtos de panificação, frutas, hortaliças frescas e até mesmo pratos prontos, assim como também outras categorias de produtos representados na figura 1.
Figura 1: Exemplos de aplicações de embalagens com atmosfera modificada
Fonte: Informativo, Ital,2016 
 
Os parâmetros críticos desta tecnologia são: 
· Qualidade inicial do produto.
· Propriedades de barreira da embalagem.
· Especificidade da mistura gasosa.
· Eficiência do equipamento do acondicionamento .
· Controle da temperatura. 
 
O uso de embalagem a vácuo, figura 2 tem como definição o acondicionamento do produto em embalagens com barreira aos gases nas quais o ar é removido para prevenir o crescimento de organismos deteriorantes, a oxidação e a descoloração do produto.Desse modo o O2 residual é utilizado pela microbiota aeróbica residente, produzindo CO2 fazendo com que ocorra o potencial redox tenda a ficar negativo. 4
Figura 2: Exemplo de produtos com embalagem a vácuo 
 
Fonte: apis food solution
Este tipo de mudança no potencial redox e na composição da atmosfera suprimem o crescimento de bactérias aeróbias deteriorantes que produzem a viscosidade, rancificação e descoloração indesejáveis no produto. A condição resultante favorece o crescimento de organismos anaeróbios facultativos incluindo as bactérias ácido-láticas, porém em velocidade lenta, atrasando a deterioração da carne (HINTLIAN; HOTCHKISS, 1986, GENIGEORGIS, 1895). A embalagem a vácuo possui muitas vantagens em ser uma técnica simples, porém, a compressão que causa no alimento pode diminuir sua forma original ou ainda aumentar o exsudato da carne. 
As embalagens com atmosfera modificada podem ser divididas em dois grupos, como a ativa composta por (gás flushing ou evacuação/ injeção) ou a passiva e vácuo compensado, para produtos que respiram como as frutas e hortaliças frescas onde a permeabilidade a gases de embalagens plástica deverá ser ajustada à taxa de respiração do produto com o objetivo de induzir a formação de uma atmosfera modificada otimizada que retarde a fisiologia vegetal já para alimentos não vivos é utilizado a tecnologia de atmosfera modificada ativa. 
Na técnica do gás flushing, figura 3 o gás é introduzido continuamente na embalagem diluindo o ar presente, sendo, no fim, a embalagem selada. Na técnica do vácuo compensado ocorre a passagem do produto por uma bandeja e remoção do ar. O vácuo é rompido pela mistura de gases apropriada e a embalagem é selada com calor. A vantagem deste último método é a maior eficiência na remoção do O2 a níveis residuais menores que 1% (SMITH et al., 1990).
Figura 3: Exemplo de embalagens com o uso da técnica gás flushing em carnes
Fonte: portal educação
Para o gás flushing existe um limite de eficiência do sistema, pois a substituição do ar na embalagem é efetuada pela diluição. Na embalagem ficam em torno de 2-5% de O2 residual, assim, essa técnica não é adequada para embalar alimentos muito sensíveis ao O2. A maior vantagem do processo de gás flushing é a velocidade, visto que a operação é contínua. No caso do vácuo compensado, como são realizados dois processos a velocidade é um pouco mais lenta, entretanto, a eficiência com respeito ao O2 residual é muito superior à técnica do gás flushing (BLACKSTONE, 1999). 
Para alimentos que respiram como frutas e hortaliças figura 4 tem como foco a tecnologia de embalagem é conhecida como modificação passiva da atmosfera e visa a retardar a respiração, o amadurecimento, a senescência, a perda de clorofila, a perda de umidade, o escurecimento enzimático e, consequentemente, as alterações de qualidade advindas destes processos. Atmosferas com 3-8% de O2 e 3-10% de CO2 têm potencial para aumentar o prazo comercial destes produtos (SARANTÓPULOS, 1997 ) .
Figura 4: Exemplo de hortaliça com embalagem modificadora passiva de atmosfera
Fonte: La vita
O uso de gases para embalagens com atmosfera modificada, são divididos em três tipos, o O2, N2 e CO2. A escolha da mistura de gases utilizada é influenciada pela microbiota capaz de crescer no produto, pela sensibilidade do produto ao O2 e ao CO2 e pela estabilidade da cor desejada como por exemplo para a preservação da oximioglobina em carne fresca e nitrosomioglobina em produtos cárneos curados.
 A presença de O2 é mais importante no armazenamento de carnes frescas por manter o pigmento da carne, mioglobina em sua forma oxigenada, oximioglobina, que fornece à carne fresca a cor vermelha característica os baixos níveis de O2 podem ocasionar uma coloração marrom em carnes resfriadas. 
Além disso, o O2 é responsável por muitas reações indesejadas nos alimentos, incluindo oxidação e rancificação de gorduras e óleos, rápido amadurecimento e senescência de frutas e vegetais, alterações na cor e deterioração ocasionada pelo crescimento de bactérias aeróbias. Graças aos efeitos negativos citados, o O2 é geralmente evitado na EAM de vários produtos. Entretanto, sua presença em pequenas quantidades é necessária para alguns produtos. Por exemplo, em muitas frutas e vegetais, para permitir seus processos básicos de respiração aeróbia; em carnes vermelhas, para manter a cor vermelha das carnes frescas (FLOROS; MATSOS, 2005). 
Para a maioria dos produtos embalados em atmosfera modificada, exceto frutas frescas, vegetais e certas carnes, o O2 é excluído ou reduzido. Entretanto, a presença de O2 no início pode favorecer o crescimento de microbiota competitiva como bactérias ácido-láticas e, desse modo, ajudar a prevenir o desenvolvimento de alguns patógenos anaeróbios, principalmente Clostridium botulinum (CHURCH, 1994; OORAIKUL, 2003).
O gás CO2 é o principal responsável pelo efeito bacteriostático em EAM. Este efeito é influenciado pela carga bacteriana inicial, temperatura de estocagem e pelo tipo de produto embalado. O seu modo de ação depende da dissolução do gás no produto embalado. O efeito inibitório da embalagem em atmosfera modificada está diretamente relacionado com a quantidade de CO2 presente. A solubilidade deste gás é indiretamente proporcional à temperatura de armazenamento, logo baixas temperaturas possuem um efeito sinérgico para a ação bacteriostática do CO2 (CHURCH, 1995).
Quando o CO2 se dissolve em água, acaba acidificando o meio onde essa ação acaba gerando efeito antimicrobiano do CO2 nas concentrações maiores que 10-15%, pode suprimir o crescimento de muitos micro-organismos deteriorantes sendo assim um componente importante da EAM. Em alimentos com muita umidade como carnes vermelhas e de aves, pescados, a absorção alta de CO2 pode causar o colapso da embalagem, fazendo com que o produto fique com uma leve aparência de embalagem a vácuo além disso, embalagens contendo altas concentrações de CO2 podem ocasionar o aumento do exsudato em carne fresca . 
O N2 é um gás quimicamente inerte, insípido e menos predisposto a acidentes do que os outros gases comumente usados em EAM. O N2 é usado como um gás de enchimento, substituindoo O2 como uma alternativa da embalagem a vácuo, visto que, por ser pouco solúvel em água e gordura, é utilizado para limitar o colapso da embalagem causado pela absorção do CO2 pelo produto. Além disso, retarda a rancificação oxidativa e inibe o crescimento de microrganismos aeróbios (CHURCH, 1995; BLAKISTONE, 1999).
Utilizado em embalagens com atmosfera modificada, para cortes de carnes frescas, temos os emissores de dióxido de carbono que ao entrar em contato com exsudato do alimento acabam liberando gás carbônico em combinação com os auxiliadores de absorvedores de oxigênio o gás carbônico ao ser emitido entra em contato com a umidade do produto cárneo transformando-se em ácido carbônico que acidifica o meio reduzindo a taxa de crescimento bacteriano. 
 Um exemplo disso são embalagens que possuem a tecnologia ultra zap tenda Park, que um ativo é incorporado em absorvedor de líquido à base de celulose, que em contato com umidade exsudada pelo produto permite liberação CO₂. Outro ativo antimicrobiano, também incorporado no pad absorvedor de líquido, reduz o crescimento bacteriano no próprio pad no exsudado como pode-se observar na figura 5. 
Figura 5: exemplo do processo de tecnologia ultra zap xtenda park de emissor de gás carbônico
Fonte: Ital, informativo, 2016. 
A utilização de sachês emissores de etanol é um procedimento que possibilita estender, o prazo de validade de produtos de panificação e confeitaria que possuem uma vida de prateleira curta devido a sua alta atividade de água que pode ocasionar a geração de bolores, fungos, leveduras e bactérias. Esse tipo de sachê na embalagem, absorvem a umidade do produto e difundem o vapor do etanol para o espaço livre inibindo o crescimento microbiano e aumentando o tempo de prateleira do produto como visto logo abaixo na figura 6. 
Figura 6: Exemplo de sachês emissores de etanol em produtos de panificação
Fonte: Ital, Informativo, 2016
Os emissores de dióxido de enxofre têm como função ação antimicrobiana no controle da deterioração de uva por fungos (Botrytis Cinerea). Conforme a umidade proveniente da respiração da fruta é absorvida pelo sistema ativo há emissão, de forma controlada - Controlled Release Packaging (CRP), de dióxido de enxofre gasoso com ação antimicrobiana, sendo capaz de inativar os esporos fúngicos. A emissão de SO2 pode ser feita em duas fases onde a fase rápida faz o controle imediato da qualidade da fruta e a fase lenta faz o controle de doenças durante estocagem na figura 7
Figura 7: exemplos de emissores de dioxido de enxofre
Fonte: Ital, Informativo, 2016
Embalagens ativas e inteligentes 
As embalagens ativas são aquelas que além de atuarem, como uma barreira a agentes externos, procuram corrigir deficiências presentes na embalagem passivas dos produtos sendo adicionadas componentes adicionais no material ou no espaço livre da embalagem para melhoria de desempenho (ROBERTSON,2006). Em contrapartida, as embalagens inteligentes têm a função de captar e medir as variações do ambiente na embalagem ou no seu conteúdo, sinalizando estas alterações. A criação de tecnologias associadas a embalagens ativas e inteligentes tem como propósito controlar o ambiente ao redor do produto permitindo que os alimentos sejam apresentados de novas formas. Novas propostas de embalagens tem como objetivo auxiliar nas práticas de venda e distribuição final de alimentos. 
Muito utilizada em produtos cárneos, massas frescas e pães, nozes e similares, queijos, frutas, hortaliças frescas e sucos. Importante ressaltar que cada alimento possui um processo diferente de deterioração em relação a aparência e cheiro podendo ficar visíveis no interior da embalagem que se encontra o produto que vai ser distribuído e comprado pelo consumidor final. 
De acordo com SARANTÓPOULOS et al. (1996), a embalagem ativa deve atender aos seguintes requisitos: 
· Ser segura em termos de saúde pública. 
· Absorver/emitir o gás ou vapor de interesse em velocidade apropriada e apresentar alta capacidade de absorção do gás ou vapor de interesse. 
· Não acarretar reações paralelas desfavoráveis. 
· Não causar alterações organolépticas no produto. 
· Manter-se estável durante a estocagem. 
· Ser compacta; e apresentar custo compatível com a aplicação. 
· 
 Sendo importante ressaltar que as embalagens ativas têm diferenças nas suas especificações tais como: 
Os absorvedores de oxigênio bastante utilizado em produtos alimentícios que são sensíveis ao oxigênio (O2) e a presença de altos níveis pode facilitar o crescimento microbiano, desenvolvimento de sabores e odores indesejáveis, mudanças na cor e perda nutricional, causando redução significativa na vida-de-prateleira do alimento (OZDEMIR e FLOROS, 2004). Com o objetivo de minimizar o contato do alimento com o oxigênio, os métodos de acondicionamento a vácuo processo bastante feito em embalagens com atmosfera modificada, inertização e atmosfera modificada, entre outros, são aplicados na indústria de alimentos para a exclusão de O2 no espaço livre da embalagem. 
 
 
Temos também atualmente no mercado que complementa os métodos físicos de eliminação de O2 é o uso do absorvedor de oxigênio (do inglês, “oxygen scavenger”), com o objetivo de reduzir o teor de oxigênio no interior da embalagem para níveis inferiores a 0,01% (100 ppm) e, ainda, mantém esses níveis durante a estocagem, o que conserva a qualidade original do produto embalado e prolonga sua vida de prateleira (ABE e KONDOH, 1989; VERMEIREN et al., 1999). 
 
Os absorvedores de oxigênio demonstrados na figura 1 podem, estruturalmente, ser encontrados nas formas de sachês, etiquetas ou rótulos (labels), filmes, cartão e vedantes para tampas. Em geral, as tecnologias de absorção de oxigênio existentes envolvem um dos seguintes mecanismos: oxidação do ácido ascórbico, do ferro em pó, oxidação enzimática de ácidos graxos insaturados (ácido oleico e linoleico, por exemplo) e combinações desses processos (KRUIJF et al., 2002). 
 Figura 1: Exemplo em sachês de absorvedores de oxigênio 
 	
Fonte: Internet
 
 
 
Os absorvedores de etileno (C2H4) muito utilizado com absorvedor é um produto natural do metabolismo vegetal, seu efeito em relação ao tecido vegetal pode obter resultados benéficos e maléficos dependendo da dosagem utilizada. Pode favorecer o crescimento, maturação e envelhecimento assim como também a morte do tecido vegetal devendo sempre considerar a sensibilidade da fruta e hortaliça em relação ao uso do etileno. A remoção do etileno, gradativamente produzido pelo produto, pode ser feita por meio de embalagens plásticas à base de poliolefinas e poliamidas com minerais incorporados na matriz do polímero, que atuam como absorvedores de etileno. 
O bom desempenho dessas embalagens, quando aplicadas ao acondicionamento de frutas e hortaliças deve-se, provavelmente, à sua capacidade de adsorção de etileno e ao aumento das taxas de permeabilidade ao próprio etileno, ao oxigênio, ao gás carbônico e ao vapor d’água, comparativamente aos filmes convencionais. 
 
 Além de controlar a taxa de respiração das frutas e hortaliças embaladas, as embalagens ativas com incorporação de minerais absorvedores de etileno visam controlar o teor de etileno no espaço livre da embalagem ao redor do produto para reduzir seu metabolismo e aumentar sua vida útil. Esse tipo de embalagem ativa pode ser usado em complementação às embalagens com atmosfera modificada (ITAL, 2001). 
 
À medida que ocorre o aumento da concentração de etileno no interior da embalagem, a taxa de respiração do produto também aumenta, sendo que a concentração relativa do gás na atmosfera ao redor do produto é mais importante do que sua quantidade absoluta. Quando se reduz a concentração de etileno na embalagem, com auxílio de um absorvedor de etileno, em formas de sachês ou filme plástico figura 2 o processo de senescência se torna mais lento e há um aumentoda vida de prateleira do produto. 
 
 Figura 2: Exemplo em sachê de absorvedor de etileno 
 	
 Fonte: Internet 
 
 
O etileno apresenta uma dupla ligação na molécula, o que a torna altamente reativa, desse modo várias alternativas são propostas para a remoção deste gás do interior de embalagens. O meio mais usual de remoção de etileno se dá pela sua oxidação por permanganato de potássio (KMnO4). Tipicamente utilizam- se sachês de materiais permeáveis ao etileno, com 4 a 6% de KMnO4 disperso em uma substância inerte e porosa, como a sílica gel ou o carbono ativado (ABELES et al., 1992 apud ZAGORY, 1995). As moléculas de etileno ficam presas no substrato, permitindo a ação do permanganato de potássio. Esse desempenho do sachê ou de mantas e pads absorvedores de etileno depende da área superficial do substrato, do tamanho e volume dos poros e da concentração de KMnO4. 
Absorvedores de umidade por vapor de água, são empregados em alimentos com baixo teor de água, são utilizados em forma de sachês, para a manutenção destes alimentos com baixo teor de umidade. Para alimentos com alta atividade de água, são utilizados absorvedores líquidos, em formas de pads. Absorvedores de umidade são bastante utilizados em produtos como frutas e vegetais íntegros, produtos de panificação frescos enquanto os absorvedores líquidos são bastante utilizados em carnes frescas, aves, pescados, frutas e vegetais minimamente processados que exsudam líquidos figura 3 e 4. 
Figura 3: Exemplo de absorvedor em forma líquida 
 	
 Fonte: Ital, Informativo, 2016
 
 Figura 4: Exemplo de absorvedor de umidade com baixo teor de atividade de água. 
 	
 Fonte: Ital, Informativo, 2016
 
Os absorvedores de odor têm como objetivo a mascaração do odor muito utilizado em produtos como as carnes frescas, pescados e frangos. Os produtos de origem animal podem gerar a degradação das proteínas e a formação de aminas voláteis de forte odor, levando ao consumidor não querer consumir ou comprar o produto. Com o objetivo de evitar esse desperdício absorvedores são colocados no fundo da bandeja ou incorporados a filmes plásticos havendo a retenção do mau cheiro figura 5. 
 Figura 5: Exemplo de absorvedor de odor em filme plástico 
 	
 Fonte: Ital, Informativo, 2016
 
 
Esse tipo de técnica é muito controverso pois mascara o odor natural de deterioração do alimento e acaba levando o consumidor final a um falso julgamento na compra do produto podendo ainda acarretar danos à saúde humana no cliente final. 
Os sistemas controladores de umidade, podem ser utilizados em vários produtos alimentícios que requerem controle da quantidade de água, seja na forma líquida ou vapor. A alta umidade ambiente em contato com o produto é suscetível a flutuações da temperatura durante o transporte, resultando na formação de condensado. A presença de níveis inadequados de água no alimento embalado frequentemente favorece o crescimento de bactérias, microrganismos e o aparecimento de manchas na embalagem plástica. Isso também causa o amolecimento de produtos secos e crocantes, tais como: biscoitos e bolachas, leite em pó, café instantâneo e produtos higroscópicos como doces e balas (KRUIJF et al., 2002). 
A utilização de absorvedores de umidade como: sílica gel, peneira molecular, argila natural (por exemplo, montmorilonita), óxido de cálcio, cloreto de cálcio e amido modificado ou outras substâncias que absorvem a umidade é a forma efetiva para o controle do excesso de água dentro de embalagens com alta barreira ao vapor de água (OZDEMIR e FLOROS, 2004). 
 
Os absorvedores de umidade podem ser encontrados comercialmente na forma de filmes com apropriada permeabilidade ao vapor d’água, filme dessecante ou sachê controlador de umidade (VERMEIREN et al., 1999). 
 
As embalagens inteligentes se baseiam com o uso se sensores. Os sensores são dispositivos capazes de fornecer continuamente informação química ou física do sistema, convertendo-a em sinal elétrico de saída contínua (TREVISAN e POPPI, 2006). A maioria dos sensores desempenha as funções de preceptor e transdutor. No preceptor, informações físicas e químicas são transformadas em energia, que pode ser medida pelo transdutor. Esse dispositivo é capaz de transformar a energia que contém a informação física ou química de uma amostra em sinal analítico útil, ou que pode ser interpretado mais facilmente. 
 
 
 
 
Os indicadores de tempo e temperatura, são sistemas inteligentes que integram a exposição à temperatura ao longo do tempo, registrando o efeito cumulativo desta exposição podendo indicar uma alteração de cor ou outra característica física sendo muito utilizado em alimentos que possuem maior processo de deterioração de forma sensível a variações de temperatura. Há indicadores de tempo temperatura que só respondem se determinadas temperaturas forem excedidas identificando temperaturas abusivas, mas não há uma correlação direta entre a resposta do indicador e a qualidade do produto figura 1. 
 
Figura 1: Exemplo de indicador de tempero e temperatura em frutas 
Fonte: Zebra.com 
Os biossensores, tabela 2, podem ser colocados no interior da embalagem de alimentos ou integrados dentro do material da embalagem. Dois exemplos de sistemas biossensores tecnológicos disponíveis no mercado são: a) ToxinGuardTM desenvolvido pela Toxin Alert (Ontário, Canadá), sistema de diagnóstico visual que incorpora anticorpos numa embalagem plástica à base de polietileno que é capaz de detectar Salmonella sp., Campylobacter sp., E. coli 0517 e Listeria sp.; e b) Food Sentinel System TM (SIRA Technologies, Califórnia, EUA), sistema biossensor capaz de detectar contínuas contaminações mediante reações imunológicas que ocorrem em parte no código de barras (BODENHAMER, 2002; KERRY, O’GRADY e HOGAN, 2006). 
FIgura 2: Tabela representativa exemplos de biossensores aplicados na avaliação da qualidade dos alimentos 
 Fonte: Universidade Federal de São João, 2014 
Etiqueta de identificação por radiofrequência (IRF) figura 3 pode ser considerada como sensor avançado para obtenção, transporte e armazenamento de informações, visando à identificação automática de produtos e sua rastreabilidade. Embora a etiqueta IRF já esteja disponível há muitos anos para rastrear itens com alto valor agregado, sua primeira aplicação comercial ocorreu no fim da década de 60 e início da década de 70 em sistema simples para evitar furtos. O setor de eletrônicos vem apresentando crescimento acelerado dos avanços tecnológicos como, por exemplo, a miniaturização de chips no sentido de permitir custo mais acessível da produção das etiquetas de IRF e com isso tornar essa ferramenta mais atraente para diferentes aplicações nas indústrias. As etiquetas de IRF utilizadas apresentam tamanho reduzido figura 9 e capacidade de leitura de apenas alguns milímetros de distância, não oferecem problemas de compatibilidade com os alimentos e permitem fácil aplicação em embalagens alimentícias (REGATTIERI, GAMBERI e MANZINI, 2007; OZTAYSI, BAYSAN e AKPINAR, 2009). 
 
 Figura 3: Exemplo de IRF em embalagens alimentícias 
 	
 Fonte: abre.com.br 
 
Nos Estados Unidos são comercializados produtos alimentícios que contêm sensor IRF em sua embalagem que faz alerta visual ou sonoro para informar ao consumidor que o alimento ou o medicamento está fora do prazo de validade. Como exemplo desse tipo de aplicação pode-se citar embalagens cartonadas de leite com sensor de temperatura que emite aviso sonoro ao consumidor alertando que o leite está fora da geladeira e que o produto deve retornar para a geladeira (REXAM, 2005). 
Os indicadores de amadurecimento e frescor figura 4 são bastante utilizados em frutas que não apresentam alteração na coloração ao amadurecer,dificultando a verificação do seu grau de maturação. A utilização dos indicadores de amadurecimento consegue exibir sinais visuais de alerta ao consumidor, como a mudança de cor por meio de reações devido a liberação de substâncias voláteis das frutas. A partir desse indicador é possível a verificação do grau de maturação da fruta. 
 	Figura 4: Exemplo de indicador de amadurecimento em embalagem 
 	
 
 	Fonte: Ital, informativo, 2016 
 
As válvulas de alívio de pressão de vapor permitem o aquecimento das refeições prontas de maneira segura no forno micro-ondas. Acopladas em tampas de bandejas, esse tipo de válvula tem como função manter de forma constante a pressão do vapor interno na embalagem durante o aquecimento ou cozimento do alimento permitindo que o alimento seja cozinhado ou aquecido de maneira mais rápida e de forma homogênea aliviando ainda a pressão após aquecimento ainda dentro do forno micro-ondas figura 5. 
 
Figura 5: Exemplo de válvulas para alívio de pressão de vapor em forno micro-ondas 
 
 
Fonte: Informativo, Itaú,2016