embalagens ativas para alimentos 1
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EMBALAGENS ATIVAS PARA ALIMENTOS 1
Henriette Monteiro Cordeiro de AZEREDO2,*; José de Assis Fonseca FARIA2; Alberto Monteiro Cordeiro de AZEREDO3
1 - INTRODUÇÃO
Ao longo do tempo, a indústria de alimentos tem sofrido constantes mudanças para se adaptar às crescentes exigências dos consumidores. A demanda por produtos minimamente processados, sensorialmente similares aos alimentos in natura, tem imposto novos requerimentos às embalagens, que devem assegurar uma vida-de-prateleira adequada aos produtos.
Tradicionalmente, os materiais de embalagens têm sido selecionados no sentido de ter mínima interação com o alimento que acondicionam, constituindo assim barreiras inertes. Entretanto, nas últimas décadas, diversos sistemas de embalagem têm sido desenvolvidos com o objetivo de interagir de forma desejável com o alimento – são as embalagens ativas, geralmente planejadas para corrigir deficiências das embalagens passivas [14]. ROONEY [12] define embalagem ativa como aquela que exerce algum outro papel na preservação de alimentos que não o de promover uma barreira inerte a influências externas. Segundo GONTARD [4], uma embalagem ativa é aquela que, além de proteger, interage com o produto e, em alguns casos, responde realmente a mudanças.
No sentido convencional, uma embalagem aumenta a segurança do alimento de acordo com os seguintes mecanismos: barreiras a contaminações (microbiológicas e químicas) e prevenção de migração de seus próprios componentes para o alimento. Já os sistemas de embalagem ativa devem acumular funções adicionais, entre as quais podem ser destacadas: (a) absorção de compostos que favorecem a deterioração, (b) liberação de compostos que aumentam a vida-de-prateleira, e (c) monitoramento da vida-de-prateleira [7].
2- ALGUMAS APLICAÇÕES DE EMBALAGENS ATIVAS
2.1 - Sistemas de atmosfera modificada
Os sistemas com atmosfera modificada consistem basicamente em estocagem de produtos ainda em respiração em ambiente com níveis geralmente reduzidos de O2 e elevados de CO2, comparativamente ao ar. A atmosfera modificada reduz as taxas de respiração e de produção de etileno, promovendo um retardamento na deterioração desses produtos [22].
A atmosfera modificada pode ser criada por meios ativos ou passivos. Na modificação passiva, a atmosfera é criada por meio da própria respiração do produto dentro da embalagem, até que se atinja um equilíbrio. No caso de uma modificação ativa, a atmosfera é criada inflando-se o espaço livre da embalagem com uma mistura gasosa pré-determinada, ou ainda por meio de um material, contido em um sachê ou incorporado diretamente à embalagem, capaz de promover alterações na composição gasosa. Em ambos os casos, uma vez que a atmosfera modificada se estabeleça, ela é mantida por um equilíbrio dinâmico entre respiração e permeação [7, 22].
Os requerimentos de permeabilidade da embalagem variam em função das características do produto a ser acondicionado. Por exemplo, produtos com altas taxas de respiração requerem o uso de embalagem com altas permeabilidades [24]. Tendo em vista que as taxas respiratórias de frutas e hortaliças in natura aumentam em função da temperatura, existem sistemas de embalagem ativa planejados para controlar a permeabilidade de embalagens para frutas e hortaliças in natura em função da temperatura de estocagem. Isso pode ser feito por meio de poros bloqueados com ceras, que se fundem a uma dada temperatura e são absorvidas pelo material de embalagem [4].
2.2 - Absorção de O2
A redução da pressão parcial de O2 em um sistema de embalagem resulta em redução das taxas de metabolismo (no caso de frutas e hortaliças in natura), crescimento de microrganismos aeróbios e oxidação, e, em conseqüência, promove um aumento na vida-de-prateleira dos alimentos. Entretanto, existem exceções - por exemplo, quando existe a possibilidade de deterioração por respiração anaeróbia ou crescimento de bactérias anaeróbias [21].
Uma das formas de controlar os níveis de O2 em um sistema é por meio do uso de absorvedores de O2. Estes são geralmente incorporados ao sistema na forma de sachês, mas, em alguns casos, podem ser incorporados diretamente à face interna de embalagens, ou ainda na forma de discos acoplados à tampa de garrafas [13, 21]. Os absorvedores incorporados na forma de sachês não são adequados para utilização em produtos líquidos; além disso, podem não conferir proteção uniforme ao produto; já os absorvedores adicionados diretamente à embalagem protegem todo o produto da entrada de O2 por permeação [13]. Tampas de garrafa contendo o absorvedor são adequadas quando se pretende remover o O2 do espaço livre, que geralmente contém cerca de dois terços do O2 de uma garrafa [21]. Em relação ao uso de sachês, devem ser considerados dois riscos potenciais: risco de ingestão (especialmente por parte de crianças), mesmo se o conteúdo do sachê não for tóxico, e mesmo que exista um rótulo com instruções claras para que o sachê não seja ingerido; e "vazamento" do conteúdo para o alimento, com conseqüente adulteração do produto [18].
Podem-se destacar as seguintes vantagens dos absorvedores de O2: têm fácil utilização; são aprovados pelo FDA; previnem crescimento de microrganismos aeróbios; retardam oxidação de lipídios e de compostos de sabor; podem substituir pesticidas químicos para prevenção de danos por insetos. Entre as desvantagens, podem ser mencionadas: a possibilidade de colapsagem da embalagem (que pode ser evitada pelo uso de um sistema absorvedor de O2 e gerador de CO2); possível favorecimento ao crescimento de microrganismos anaeróbios; no caso da utilização de absorvedores na forma de sachês,
pode-se ainda citar a necessidade de um fluxo livre de ar em torno do sachê para melhorar a eficiência seqüestrante do O2 do interior da embalagem [18, 19].
Os sistemas de embalagem ativa utilizados para absorção de O2 englobam:
2.2.1 - Sistemas enzimáticos
Envolvem a incorporação, na superfície interna de filmes, de enzimas oxidantes, juntamente com o respectivo substrato a ser oxidado. Ex: glicose oxidase + glicose, álcool oxidase + etanol [9, 10].
2.2.2 - Sistemas químicos
a) Oxidação controlada de Fe+2, por meio do uso de sachês contendo Fe+2, que é oxidado, em presença de O2 e vapor de água, a hidróxido férrico. Como a água participa na reação, a efetividade desse tipo de filme é função da atividade de água [9]. b) Oxidação catalítica de H2 por O2, com formação de vapor de água, por meio do uso de platina como catalisador [13].
2.2.3. Sistemas fotoquímicos
ROONEY et al [15] descreveram um processo de remoção fotoquímica de O2 do espaço livre de embalagens, no qual um pigmento fotossensibilizante e um aceptor de O2 singlete foram imobilizados em filmes de etilcelulose ou diacetato de celulose. O fotossensibilizante promove a formação de O2 no estado singlete (o mais reativo) a partir de O2 triplete (estado fundamental); o O2 singlete então reage com o aceptor, sendo assim consumido.
A maior parte dos absorvedores de O2 tem como única função a absorção de O2; entretanto, absorvedores de dupla função são indicados para produtos específicos. Existem sachês absorvedores de O2 e CO2, constituídos por uma mistura de ferro e Ca(OH)2, que podem ser usados para prolongar a vida-de-prateleira de café torrado [9]. Sistemas absorvedores de O2 e geradores de CO2 (que geram a mesma quantidade de CO2 que aquela de O2 absorvido) são usados quando se tem o objetivo de evitar a colapsagem da embalagem; esses sistemas são constituídos por sachês contendo carbonato de ferro e ácido ascórbico [18].
Alguns fatores interrelacionados têm influência sobre a escolha do tipo de absorvedor: estado físico do alimento; atividade de água; quantidade de O2 dissolvido; vida-de-prateleira desejada; nível inicial de O2 no espaço livre; permeabilidade a O2 da embalagem [18,19].
2.3 - Controle dos níveis de etileno
O etileno é um composto liberado durante o metabolismo das frutas climatéricas, que estimula o amadurecimento e senescência. Já que, uma vez maduras, as frutas se deterioram rapidamente, o controle dos níveis de etileno pode prolongar sua vida-de-prateleira [10]. Isso é feito geralmente por meio de remoção do etileno por algum agente oxidante (ex: permanganato de potássio), geralmente incorporado ao sistema na forma
de sachês com alta permeabilidade ao etileno, ou adicionado diretamente ao material de embalagem [23].
2.4 - Redução dos níveis de umidade
O metabolismo de carboidratos e gorduras produz água, o que pode acarretar a presença de níveis inadequados de água no interior de um sistema de embalagem [9]. Como conseqüências, pode haver: crescimento microbiano; prejuízo às propriedades de barreira a gases de filmes hidrofílicos; acúmulo de água condensada na superfície de hortaliças [13].
Uma das formas de reduzir os níveis de umidade de um sistema é por meio da incorporação de umectantes (ex: poliálcoois, carboidratos) entre duas camadas de um filme plástico de alta permeabilidade a umidade [13]. Outra alternativa seria a utilização de sachês contendo compostos dissecantes [17].
2.5 - Liberação de etanol
Existem sistemas que liberam etanol, que se condensa na superfície do alimento e inibe o crescimento microbiano, podendo ser usados para produtos de panificação e queijos 9, 10]. Alguns sachês consistem de sílica gel e etanol, quando expostos ao vapor de água do espaço livre da embalagem, o etanol é liberado, já que a água se liga mais fortemente à sílica gel do que o etanol [4].
2.6 - Liberação de aditivos
Vários aditivos químicos podem ser liberados a partir de uma embalagem, a fim de aumentar a vida-de-prateleira do produto. A maior parte dos compostos assim liberados são os conservantes (especialmente ácidos orgânicos ou peróxidos). Tais compostos, capazes de prevenir o crescimento de microrganismos deterioradores e patogênicos, podem ser liberados controladamente sobre a superfície de um alimento, através de difusão e evaporação a partir do filme ou através de reação química ou enzimática [10]. A liberação de conservantes químicos pode ser de grande utilidade, por exemplo, no caso de frutas, às quais a pasteurização é contra-indicada, pois pode conferir sabor cozido, indesejável [9]. Filmes comestíveis impregnados com conservantes podem ser utilizados para reduzir o crescimento microbiano superficial [9].
Além dos conservantes, outros agentes químicos têm sido incorporados às embalagens, para prolongar a vida-de-prateleira dos alimentos – por exemplo, antioxidantes, usados para alguns cereais [10].
A liberação de aditivos por embalagens ativas aumenta a segurança do consumidor, já que esses compostos, ao invés de diretamente adicionados ao alimento, são liberados controladamente; com isso, estão presentes em menores quantidades, e apenas onde sua presença é requerida, a saber, na superfície do produto, onde a maior parte das reações de deterioração ocorrem [4].
2.7 - Incorporação de enzimas
Enzimas específicas podem ser incorporadas ao material de embalagem, com objetivos específicos. Alguns exemplos de aplicações foram mencionados por BRODY & BUDNY [1]: adição de glicose oxidase mais catalase, para remoção de O2 e de produtos de degradação microbiológica; incorporação de lactase, para remoção de lactose do leite; uso de enzimas modificadoras de colesterol, para remoção de colesterol de produtos ricos nesse composto; indicadores tempo-temperatura à base de enzimas.
2.8 - Sistemas monitoradores de temperatura
Constituem recursos muito úteis para se monitorar a vida-de-prateleira de alimentos. Esses indicadores fornecem uma história do produto através de integradores tempo-temperatura aos quais o alimento foi exposto, fornecendo uma indicação visual da vida-de-prateleira remanescente ou apenas uma indicação de se o tempo-temperatura total excedeu um valor pré-determinado [7, 9].
Os indicadores podem se basear em uma série de princípios físicos e químicos, mas são poucos os comercialmente utilizados, devido às características requeridas dos indicadores, a saber: fácil ativação e utilização; resposta rápida, precisa, irreversível, e de boa correlação com taxas de deterioração; mecanismo baseado em uma alteração facilmente mensurável, com boa reprodutibilidade e dependente de tempo e temperatura. Alguns princípios utilizados são: temperatura de fusão do gelo; taxa de difusão de um composto em géis; reações químicas dependentes de temperatura ou do grau de exposição a tempo-temperatura [16]. Entretanto, como diferentes alimentos perdem qualidade a diferentes taxas, é importante que a reação na qual se baseia o indicador tenha uma energia de ativação similar àquela que determina a deterioração do alimento em questão [20].
2.9 - Absorção de radiação
A incorporação de absorvedores de radiação, especialmente ultravioleta (UV), a sistemas de embalagem, podem ser benéficos para se retardar processos de oxidação. Os absorvedores de UV são compostos orgânicos que absorvem energia incidente e inativam cromóforos fotoexcitados, protegendo assim produtos fotossensíveis da ação pró-oxidante da luz solar e outras fontes de luz UV [11].
2.10 - Absorção de odores e sabores desagradáveis
Alguns sabores estranhos (off-flavors) podem se desenvolver no alimento durante sua estocagem, levando o produto à rejeição pelo consumidor, antes mesmo que sua segurança seja comprometida. Como exemplo, podem-se mencionar aldeídos resultantes da degradação de peróxidos formados durante a autoxidação de óleos e gorduras. Uma embalagem ativa pode incorporar compostos que interagem com um grupo funcional presente em componentes de sabores estranhos; um exemplo seria a incorporação de certos ácidos orgânicos, como ácido cítrico, ao material de embalagem, para interagir com aminas resultantes de degradação protéica em pescados, neutralizando seu efeito [13].
2.11 - Preservação de cor
Alguns sistemas são compostos por filmes que liberam metais que auxiliam na preservação da cor. LABUZA & BREENE [10] mencionaram a utilização de filmes que liberam zinco ou magnésio, que promovem a manutenção da cor verde conferida pela clorofila, no caso de hortaliças enlatadas.
3 - REVESTIMENTOS COMESTÍVEIS COMO EMBALAGENS ATIVAS
O uso de revestimentos - filmes e coberturas - comestíveis tem recebido bastante atenção de pesquisadores nos últimos anos, graças principalmente às suas propriedades de barreira e de melhoria da aparência, da integridade estrutural e das propriedades mecânicas do alimento [8]. Filmes e coberturas diferem em sua forma de aplicação: as coberturas são aplicadas e formadas diretamente sobre o alimento, enquanto os filmes são pré-formados separadamente e posteriormente aplicados sobre o produto [5].
Revestimentos comestíveis são formados por pelo menos um componente capaz de formar uma matriz contínua e coesa – polissacaridios, proteínas ou lipídios [2]. Os polissacaridios têm boas propriedades para formação de filmes. Sendo hidrofílicos, formam revestimentos com eficiente barreira contra compostos de baixa polaridade, tais como lipídios; entretanto, não constituem boa barreira a umidade [8]. Os revestimentos à base de proteínas têm geralmente propriedades mecânicas e de barreira superiores às dos formados por polissacarídeos, graças à estrutura das proteínas, capaz de conferir maiores propriedades funcionais [2]. Os revestimentos lipídicos são geralmente usados por sua excelente barreira a umidade; entretanto, apresentam algumas desvantagens no que se refere a estabilidade (susceptibilidade a oxidação) e características sensoriais (sabor e textura às vezes desagradáveis) [2].
São diversas as possíveis aplicações dos revestimentos comestíveis, a depender de suas propriedades (principalmente de barreira): controle das trocas gasosas com o ambiente, no caso de alimentos frescos; controle da entrada de O2, no caso de alimentos oxidáveis; controle de transferência de umidade, em casos de alto gradiente de umidade relativa entre o alimento e o ambiente [2]; retenção de aditivos, promovendo uma resposta funcional mais significativa na superfície do produto [6]; controle da incorporação de óleos e solutos para os alimentos durante o processamento [3]. Além disso, essas embalagens têm a vantagem da biodegradabilidade, que as torna "ambientalmente corretas" [4].
4 - CONCLUSÕES
As embalagens ativas constituem uma importante ferramenta tecnológica para aumentar a vida-de-prateleira de alimentos acondicionados, em especial no caso dos minimamente processados e dos produtos susceptíveis a oxidação; além disso, podem ter a função adicional de monitorar essa vida-de-prateleira em função das condições de estocagem (no caso dos monitoradores de temperatura). Com isso, essas embalagens são ativas na manutenção das mais importantes características de um alimento: qualidade e segurança.
5 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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Recebido para publicação em 01/10/99. Aceito para publicação em 05/02/01.
2 DTA, FEA, UNICAMP. C.P. 6121- CEP 13083-970 - Campinas-SP. e-mail: [email protected] / [email protected]
3 DANONE S.A. (Supervisor de embalagens) – R. Antônio Bortolan, 163 – CEP 37000-000 - Poços de Caldas - MG
*A quem a correspondência deve ser enviada