بسته بندی هوشمند و زیستی مواد غذایی

بسته بندی هوشمند و زیستی مواد غذایی

صنعت بسته بندی علاوه بر اینکه ایمنی محصولات را تضمین می کند؛ ضایعات را به حداقل رسانده و درعین حال عمر مفید آنها را نیز افزایش می دهد. بسته بندی هوشمند مبتنی بر مواد زیستی پتانسیل دستیابی به پایداری، نظارت بر کیفیت واقعی مواد غذایی، مزایای زیست محیطی و سلامتی را دارد. بسته بندی هوشمند که باهدف افزایش ماندگاری غذاهای فاسدشدنی با فناوری های تعاملی ادغام می شود، بسیار مورد توجه محققان قرار گرفته است. بسته بندی سنتی به دلیل زیست تخریب پذیری محدود موجب افزایش آلودگی محیط زیست و انباشت زباله می شود. با این حال، به جایگزین پایداری برای این نوع بسته بندی نیاز است. تقاضای جایگزین پایدار تحت تاثیر تغییر انتظارات مصرف کننده، پیچیدگی محصول و نگرش ها به سمت پایداری قرار می گیرد. بنابراین، این مطالعه به بررسی اصول کلی، مکانیسم‌ها و چشم‌اندازهای مواد بسته بندی هوشمند پایدار مانند پلیمرهای چوبی، پروتئینی و میکروبی می پردازد. همچنین باتوجه به اهمیت بسته بندی هوشمند زیستی در صنایع غذایی با تاکید بر فاکتورهای علمی مختلف ، مانند پ هاش، نشانگرهای گاز، حسگرهای زیستی، نشانگرهای زمان و دما (TTI) و حسگرهای گاز که این شاخص‌های جدید مبتنی بر آنها هستند؛ همگی بر بهبود کیفیت و ایمنی محصولات غذایی متمرکز شده اند. درمقایسه با مواد بسته بندی فسیلی موجود، بسته بندی هوشمند زیستی عملکرد مشابهی دارد. این مواد جدید توسعه یافته ایمنی، اثربخشی، پایداری توزیع و مصرف مواد غذایی بسته بندی شده را بهبود می بخشند. با این حال، این مطالعه می تواند یک منبع علمی ارزشمند برای محققان، تولیدکنندگان و مصرف کنندگان در کاهش اثرات زیست محیطی و ترویج شیوه های استفاده از بسته بندی مواد غذایی باشد.

بسته بندی سنتی مواد غذایی از محصولات در برابر فساد ناشی از عوامل محیطی ازجمله گرما، نور، رطوبت، میکروارگانیسم ها یا گازها محافظت می کند. از دیدگاه تجاری، بسته بندی نقطه تماس اولیه بین مصرف کننده و محصول محسوب می شود. بسته بندی نوآورانه می تواند ابزاری برای افزایش فروش و جذابیت محصول باشد و ازطرفی، محصول را با ترجیحات مصرف کننده تطبیق دهد. این تطبیق پذیری بسته بندی محصول را در اشکال و اندازه های مختلف ممکن می سازد به طوری که حمل و نقل و استفاده از آن را تسهیل می کند. با این حال، بسته بندی سنتی با چالش های ناشی از تکامل انتظارات مصرف کننده، افزایش پیچیدگی محصول، تغییر نگرش به سمت پایداری و ضرورت کاهش ردپای کربن  مواجه است. درهمین راستا، بسته بندی هوشمند کاربردی به عنوان یک ابزار تحقیقاتی درحال ظهور است. اصطلاح بسته هوشمند که برای توصیف بسته بندی محصول استفاده می شود، دارای فناوری های تعاملی است؛ با این حال، اصطلاح "اسمارت" اغلب در مقالات علمی اشتباه به جای اصطلاحات "فعال" یا "هوشمند" استفاده می شود. بسته بندی فعال به عناصری اشاره دارد که برای افزایش ماندگاری محصول، مواد را در محیط حذف یا آزاد می کنند. هدف از بسته بندی هوشمند (IP) نظارت بر کیفیت غذاهای بسته بندی شده یا محیط آنها است؛ به این معنا که مواد غذایی بدون تعامل مستقیم با خود محصول بسته بندی می شوند. از بسته بندی هوشمند اساسا برای موادغذایی به منظور کاهش ضایعات ناشی از جابجایی، حمل و نقل، نگهداری و همچنین متغیرهای ذاتی ناشی از واکنش‌های شیمیایی، آنزیم های مختلف و فساد توسط میکروب‌ها استفاده می شود. همچنین در بسته بندی دارو و سایر کالاهای فاسد شدنی کاربرد دارد. امروزه یافتن جایگزین‌های پایدار برای بسته بندی سنتی ضرورت دارد.

مواد پلاستیکی به دلیل تطبیق پذیری، مقرون به صرفه بودن، سبکی و خواص مکانیکی مطلوب کاربرد گسترده ای در صنعت بسته بندی دارند. با این حال، بیشتر پلاستیک های بسته بندی از منابع نفتی تولید شده اند که در برابر تجزیه محیطی مقاوم هستند. به گزارش آژانس حفاظت محیط زیست (EPA)، ظروف و مواد بسته بندی سهم قابل توجهی در ترکیب زباله های جامد شهری (MSW) دارند که در سال 2018، درمجموع 82.2 میلیون تن بود و از این میزان 28.1 درصد زباله های جامد شهری بود. علاوه براین، شیوع کووید-19 نیز پویایی بسته بندی موادغذایی را تغییر داد؛ به طوری که مصرف کنندگان به تحویل موادغذایی بدون آلودگی، طبیعی، با کیفیت و ماندگاری بالا متکی شدند. درنتیجه، صنعت بسته بندی در سراسر جهان رشد خوبی را تجربه کرد. باتوجه به یافته های آماری و همانطور که در شکل زیر نیز نشان داده شده است، صنعت بسته بندی موادغذایی در سراسر جهان در سال 2022 نزدیک به 358 میلیارد دلار ارزش داشت که انتظار می رود تا سال 2030، این رقم به 592.8 میلیارد دلار برسد.

شکل 1:

علاوه براین، ارزش بازار پیش بینی شده برای بسته بندی هوشمند مواد غذایی انتظار می رود تا سال 2028 به 48.97 میلیارد دلار برسد. پیش بینی می‌شود این رشد با نرخ رشد سالانه مرکب (CAGR) 4.49 درصدی درطول دوره 2023 تا 2028 اتفاق بیفتد. با این حال، بیشتر بسته‌بندی‌های پلاستیکی یا به خشکی ختم می‌شوند که تجزیه آنها ممکن است صدها سال طول بکشد و یا در اقیانوس ریخته می شوند که به میکروپلاستیک های مضر تجزیه شده و وارد زنجیره غذایی می شوند.

جمع بندی آنچه بیان شد

استفاده از بسته بندی هوشمند زیستی می‌تواند راه حلی برای چالش‌های به وجود آمده از بی اثری کربن و ایمنی موادغذایی باشد. بسته بندی هوشمند زیستی همچنین پایداری را با استفاده از مواد و فناوری‌های تجدیدپذیر ترویج داده و هدر رفتن موادغذایی را به حداقل می رساند. این نوع بسته بندی از سه عنصر کلیدی تشکیل شده است: خود مواد بسته بندی، مکانیسم های هوشمند درگیر و مواد افزودنی به منظور نگهداری از موادغذایی، و حسگرهای تجدیدپذیر کاربردی. بسته بندی هوشمند موادغذایی که دارای نشانگرهای پیشرفته pH و گاز است، پتانسیل تحول در صنعت غذایی را دارد. استفاده از سیستم‌های الکتروشیمیایی و رنگ سنجی با رنگدانه‌های طبیعی تشخیص pH را تضمین می‌کند. بسترهای سازگار با محیط زیست نیز مانند نشاسته و کیتوزان پایداری را افزایش می دهند. علاوه براین، حسگرهای زیستی الکتروشیمیایی با آنزیم ها و آنتی بادی ها ازجمله حسگرهای زیستی مبتنی بر DNA ویژگی به تشخیص عوامل سرطان زا کمک می کنند. بیوسنسورهای آکوستیک نیز صدا را به سیگنال الکتریکی تبدیل می کنند درحالی که حسگرهای گاز همچون حسگرهای تشخیص آمونیاک و PPC فاسد شدن موادغذایی را کنترل می کنند. استفاده از حسگرهای گازی-زیستی در مواد تجدید پذیر راهکارهای زیست سازگاری را برای محاغظت از موادغذایی ارائه می دهند درحالی که اکسیدهای فلزی رسانا و پلیمرهای نیمه رسانا اثربخشی بیشتری دارند اما در دما بالا عملکرد مطلوبی ندارند. برای تعیین محیط واقعی و تاثیرات اجتماعی-اقتصادی به تحلیل و پژوهش بیشتری نیاز است. این مواد می توانند ایمنی، اثربخشی، پایداری، توزیع و مصرف محصول را بهبود بخشند. با این حال، سرمایه گذاری درجهت تحقیق و توسعه باهدف کشف تکنیک های نوآورانه درحال ظهور به کالا و خدمات برای استفاده از این فرصت‌ها نیاز دارد. با این وجود، انتظار می رود بسته بندی هوشمند زیستی بتواند فرصت های کسب و کار را افزایش دهد، تولید زباله را کاهش داده و ایمنی محصول را در تمام صنایع تضمین کند. به طور کلی، بسته بندی هوشمند از پتانسیل افزایش رضایت مشتری و افزایش ایمنی، اثربخشی و پایداری توزیع و مصرف محصول برخوردار است.