JESTIVA PAKIRANJA HRANE S FUNKCIONALNIM DODACIMA Mia Kurek, mkurek@pbf.hr Laboratorij za pakiranje hrane, PBF
AMBALAŽA je više od spremnika za hranu! Održava hranu s v j e ž o m Daje i n f o r m a c i j u o skladištenju i upotrebi Sadrži barkod za o l a k š a n u distribuciju Daje informaciju o n u t r i t i v n o j vrijednosti hrane Š t i t i proizvod tijekom transporta, dostave i skladištenja Međutim Većina ambalažnih materijala se ne zbrinjava na optimalan način već završava nezbrinuto u prirodi Može biti izvorom migranata u hranu, npr. bisfenol A
Kako se priprema jestivi funkcionalni premaz? Ugljikohidrati (celuloza, škrob, kolagen, alginat, kitozan, karagenan, pektin) Proteini (zein, želatina, kazein, sirutka, gluten,...) Masti i voskovi (šelak, karnauba, trigliceridi) POLIMER Plastifikatori, emulzifikatori, umrežavanje TVARI ZA POBOLJŠANJE ILI MODIFIKACIJU FIZIKALNO KEMIJSKIH SVOJSTAVA POLIMERA TVARI ZA POBOLJŠANJE KVALITETE, SIGURNOSTI I STABILNOSTI PROIZVODA Antioksidansi, antimikrobne tvari, boje, enzimi, probiotici, arome,... Dobra jestiva svojstva Topljivost u vodenom ili uljnom mediju Dobra fleksibilna svojstva Prianjanje na površinu hrane 4 Odgovarajuća propusnost na plinove Prihvatljiva boja, okus, tekstura i aroma
Što predstavlja JESTIVI FILM ili PREMAZ? FILM VS. PREMAZ DEBLJINA 25-50 µm nm - µm PRIMJENA APLICIRANJE OSTALO Kao omot za hranu ili za izradu jestivih vrećica i posudica Samostojeći film koji se može staviti na namirnicu ili koristiti kao međusloj u dvokomponentnim sustavima Mogu se kombinirati više tipova u složeni višeslojni film Kao premaz na vanjskoj strani proizvoda Potapanje, sprejanje, četkanje Višekomponentni sustavi NEDOSTACI JESTIVE AMBALAŽE Potreba za dodatnom ambalažom Loša mehanička svojstva Povećani trošak proizvodnje
Svojstva Jestivi premaz pruža više funkcija od običnog pakiranja
Aktivno pakiranje interaktivna DJELUJE na namirnicu i/ili okolinu ISPRAVNOST ZA UPORABU!! Aktivno pakiranje se smatra FCM...stoga... Aktivni ambalažni materijali moraju biti odobreni od regulatornih tijela i ne smiju predstavljati rizik za potrošača a nisu uključeni u ukupnu migraciju (čl. 8, Reg 1935/2004; 450/2009/EC)
Bioaktivne tvari u jestivim filmovima i premazima Bioaktivne tvari su ekstra nutrijenti koji se obično pojavljuju u iznimno malim količinama u hrani Uključuju karotenoide, flavonoide, fenolne kiseline, glukozinolate, dijetalna vlakna, polisterole, monoterpene i jake antioksidanse kao askorbinska kiselina (vitamin C) Prirodne tvari često izolirane iz nusproizvoda prehrambene industrije Produžuju rok valjanosti Potiču razvoj novih proizvoda sa funkcionalnim svojstvima za svježe i minimalno procesirane prehrambene proizvode
Jestivi film = Funkcionalna barijera Efikasniji sustavi nego nanošenje aktivne komponente direktno na površinu hrane jestivi premazi kontrolirano otpuštaju / dozvoljavaju migraciju komponenti sa površine, omogućujući da se održi točno određena koncentracija bioaktivnih sastojaka upravo tamo gdje je to potrebno
Pozicioniranje i otpuštanje bioaktivnih tvari iz premaza Kako ugraditi bioaktivnu tvar u jestivu ambalažu? Aktivnost neke komponente može biti poželjna u različitim fazama životnog ciklusa proizvoda (proizvodnja, distribucija i čuvanje, probava) Otpuštanje po principu u pravo vrijeme na pravom mjestu postiže se mehanizmima: topljenja, difuzije, degradacije ili parcijalnog cijepanja
Ugradnja unutar polimernog matriksa u obliku nanopunila Nano-emulzija Nanokompoziti (uglavnom kitozan; otpuštanje : difuzija ili puknuće membrane) Anorganski nanokompoziti Nanovlakna Zambrano-Zaragoza i sur., 2018
Ugradnja unutar polimernog matriksa u obliku nanopunila - primjeri Metoda Aktivna tvar Funkcionalnost Jestivi polimer Hrana Literatura Karvakrol Antimikrobna Kitozan Krastavci Tastan i sur., 2017 Nano-emulzija Anorganski nanokompoziti Nanokompoziti Origano Antimikrobna Vlakna mandarina Sir Ulje limunske trave Ulje klinčića i origana Antimikrobna Antioksidans Artiga Artigas i sur., 2018 Kitozan Grožđe Oh i sur., 2017 Antimikrobna Metilceluloza Narezani kruh Otoni i sur., 2014 Montmorilonit Antimikrobna Whitemouth croaker TiO 2 Nano ZnO 2 Srebrni ioni Zataria multiflora Mikrokapsule bakra Antimikrobna Antimikrobna Zadržavanje hlapivih tvari Celuloza, izolat proteina sirutke Karboksimetil celuloza Karboksimetil celuloza/ guar guma Papaja, kruška (svježe narezano voće) Cortez-Vega i sur., 2014 Janjetina Sani i sur., 2017 Oguljeni šipak Antioksidans Kitozan Krastavci Očuvanje vlage i teksture Kousheh Saba i ur., 2017 Citrusi Shah i sur., 2016 Mohammadi i sur., 2016 Kitozan Svježe jagode Eshghi i sur., 2014 Zambrano-Zaragoza i sur., 2018
Primjeri JESTIVI FILM S VITAMINIMA S ANTIOKSIDANSIMA S ANTIMIKROBNIM SVOJSTVIMA S PROBIOTIČKIM BAKTERIJAMA S DIJETALNIM VLAKNIMA S DODACIMA ZA SMANJENJE APSORPCIJE MASTI U PRŽENOJ HRANI
S ANTIOKSIDANSIMA U prisutnosti kisika hrana OKSIDIRA Gubitak vitamina i drugih nutrijenata Promjene senzorskih svojstava proizvoda Opasno za konzumaciju Kraći rok valjanosti Primjena antioksidansa u prehrambenoj industriji često je limitirana slabom topljivošću hidrofobnih komponenti Rješenje? : ugradnja u jestive filmove Karotenoidi (βkaroten i likopen) Fenoli (fenolne kiseline i flavonoidi) Askorbinska kiselina (vitamin C) Primjer: Alginat/ pektin Tokoferoli (vitmain E) Pojačana antioksidativna aktivnost u usporedbi s etanolom
S ANTIOKSIDANSIMA ph osjetljiv film Funkcionalnost Komina voća Ekstrakt s aktivnim tvarima Ekstrakcija KITOZAN Antioksidativni film Indikatori mikrobnog kvarenja Sprečava oksidaciju vitamina, masti
S VITAMINIMA askorbinska kiselina se koristi kao inhibitor posmeđivanja Koncentracija ne prelazi 20% (w/w polimer), jer više koncentracije mogu uzrokovati povećanu propusnost na vodenu paru Primjeri: Vitamin Jestivi film Funkcija Aplikacija Literatura Askorbinska i limunska kiselina Askorbinska kiselina α-tokoferol α-tokoferol i kalcij Metilceluloza Koncentrat proteina sirutke Kitozan Povećana propusnost na O 2 i smanjena aktivnost polifenol oksidaze Kontrolira posmeđivanje Smanjuje gubitak na masi i produžuje valjanost Gljive i cvjetača Svježe narezani krumpir i jabuke Ayranci i Tunc, 2003 Perez-Gago i sur., 2006 Jagode i maline Han i sur., 2004 Ksantan guma Poboljšana boja Baby mrkva Mei i sur., 2002
S ANTIMIKROBNIM SVOJSTVIMA Eterična ulja (cimet, đumbir, limunska trava, origano, timijan, kadulja, klinčić, eukaliptus, i sl.) i začini (sjemenke, korijenje, cvjetovi, lišće, peteljke) Aktivnost se pripisuje fenolnim sastojcima (katehin, tanini, ferulična kiselina, kafeinska kiselina, galna kiselina, karvakrol) Aktivnost Gram + >>>> Gram - Inhibicija rasta patogena na površini voća Trajnost mljevenog mesa pri 4 C tijekom 7 dana tretiranih sa filmom od želatine i sa ekstraktom ulja nima (Azadirachta indica) ili upakiranih u PVC
S ANTIMIKROBNIM SVOJSTVIMA Eterična ulja (cimet, đumbir, limunska trava, origano, timijan, kadulja, klinčić, eukaliptus, i sl.) i začini (sjemenke, korijenje, cvjetovi, lišće, peteljke) Aktivnost se pripisuje fenolnim sastojcima (katehin, tanini, ferulična kiselina, kafeinska kiselina, galna kiselina, karvakrol) Aktivnost Gram + >>>> Gram - Enzimi (lizozim) Aktivnost Gram + >>>> Gram - Često se kombinira i sa drugim antimikrobnim tvarima
S ANTIMIKROBNIM SVOJSTVIMA Eterična ulja (cimet, đumbir, limunska trava, origano, timijan, kadulja, klinčić, eukaliptus, i sl.) i začini (sjemenke, korijenje, cvjetovi, lišće, peteljke) Aktivnost se pripisuje fenolnim sastojcima (katehin, tanini, ferulična kiselina, kafeinska kiselina, galna kiselina, karvakrol) Aktivnost Gram + >>>> Gram - Enzimi (lizozim) Aktivnost Gram + >>>> Gram - Često se kombinira i sa drugim antimikrobnim tvarima Bakteriocini Sintetiziraju ih bakterije mliječne kiseline Jestivi film na bazi agara s bakteriocinom Produžena valjanost mekom i polu-tvrdom siru
S PROBIOTIČKIM BAKTERIJAMA Obogaćivanje hrane probioticima Tradicionalno (farmaceutski proizvodi) Ne-tradicionalno (proizvodi bazirani na hrani) Filmovi i premazi s probiotičkim bakterijama alternativa mliječnim proizvodima I n d i r e k t n i način unošenja probiotika hranom NEZAOIBALZNO! Mikroenkapsulacija najistraživaniji pristup vitalnost i metabolička aktivnost održive tijekom proizvodnje i distribucije kao i tijekom prolaza kroz probavni trakt = koncept jestive ambalaže koji štiti i dostavlja vitalne probiotičke bakterije do ciljanog mjesta u probavnom traktu čovjeka
Primjeri primjene jestivih filmova u znanstvenim studijama provedenim na hrani Jestivi film Probiotik Hrana Vitalnost Alginat + gelan Kazeinat B. lactis Bb-12 L. sakei Svježe narezane jabuke i papaja Svježa govedina > 6 log CFU/g, 10 dana pri 2 C > 6 log CFU/cm 2, 21 dan pri 4 C Inhibicija rasta drugih bakterija Literatura x Tapia i sur., 2007 L. monocytogenes Gialamas i sur., 2010 Alginat C. maltaromaticum Dimljeni losos Alginat Alginat + konc. proteina sirutke L. rhamnosus Kruh > 7 log CFU/cm 2, 28 dana pri 4 C > 10 6 log CFU/g, 7 dana pri 20 C x Concha-Meyer i sur., 2011 x Soukoulis i sur., 2014 Želatina L. acidophilus B. bifidum Oslić > 8 log CFU/g, 6 dana pri 2 C x López de Lacey i sur., 2012 Guimar i sur., 2018
S PROBIOTIČKIM BAKTERIJAMA Dobra održivost živućih bakterija (>6 log CFU/g) NE-MLIJEČNI IZVOR PROBIOTIKA JESTIVI PREMAZ Alginat Inulin / oligofruktoza Lactobacillus rhamnosus REZULTATI Preživljavanje probiotičkih bakterija zbog prisutstva vlakana NOVI FUNKCIONALNI PROIZVOD Antimikrobna aktivnost (Listeria innocua) Dobra senzorska svojstva
S PROBIOTIČKIM BAKTERIJAMA Nedefinirani proizvod NE-MLIJEČNI IZVOR PROBIOTIKA JESTIVI PREMAZ Kefiran Lactobacillus paracasei CIDCA 8339 i Kluyveromyces marxianus CIDCA 8154 REZULTATI Jestivi, prozirni film, bez promjena u debljini, boji i mehaničkim svojstvima Filmovi s (a, c) ili bez (b, d) L. paracasei i K. marxianus K. marxianus 7.1x10 5 CFU/cm 2 L. paracasei 1.65x10 7 CFU/cm 2
S DIJETALNIM VLAKNIMA Vlakna iz jabuka / Inulin Vlakna iz jabuke + geraniol & vanilin 12 dana pri 51 C Jestivi premaz (gelan) Jestivi premaz (gelan) REZULTATI Poboljšana boja i tvrdoća = pozitivni učinak na senzorska svojstva Dijetalna vlakna održala antoksidacijsku aktivnost u jabukama Poboljšana vizualna svojstva, senzorska svojstva, produžen rok valjanosti za 4 dana
S DODACIMA ZA SMANJENJE APSORPCIJE MASTI U PRŽENOJ HRANI Istovremeno inhibicija stvaranja akrilamida i apsorbirane masti u prženoj hrani Hrana Sprejanj e Premaz (otopina) Hrana s premazom REZULTATI Poboljšana senzorska svojstva Smanjen udio masti Bogatiji nutritivni profil
JESTIVI FILMOVI IZ OSTATAKA VALORIZACIJA Ostaci nakon guljenja voća/povrća obrada osnovni polimer jestivi film valorizacija otpada Jestivi film od povrća Jestivi film od manga Origami Wraps napravljeni od manga, paprike i drugog voća i povrća
ZAKLJUČAK Sigurnost i kvaliteta hrane kod aktivnih pakiranja ovise o kemijskim interakcijama hrane i jestivog polimera/premaza Očito je da prirodni aditivi (ekstrakti bogati polifenolima), mogu promijeniti strukturu i morfologiju jestivog filma što utječe na njihovu biodostupnost Kombiniranjem funkcionalnih i/ili bioaktivnih svojstava je temeljeno za predviđanje funkcionalnosti jestivih filmova sa prirodnim dodacima
Hvala na pažnji!