SVEUČILIŠTE JOSIPA JURJA STROSSMAYERA U OSIJEKUPREHRAMBENO-TEHNOLOŠKI FAKULTET OSIJEKDIPLOMSKI STUDIJ PROCESNO INŽENJERSTVO

ANTIMIKROBNO PAKIRANJE HRANE

Darko Adžić

Ivan Kovač

Goran Miljić

U Osijeku,

6.6.2012.

Zahtjevi za svježu i minimalno procesiranu hranu

Globalizacija trgovine hranom

http://www.medicaldaily.com/news/20120601/10125/food-poisoning-outbreak-complex-trade-network.htm

Bolesti uzrokovane hranom

NAJČEŠĆI UZROČNICI:

Salmonella spp.

• najčešći uzročnik trovanja hranom• može se naći u sirovom mlijeku, jajima i proizvodima od sirovih jaja

i mesu• bakterija preživljava ako hrana

nije pravilno termički obrađena

http://www.pigprogress.net/background/benzoic-acid-and-salmonella-the-latest-knowledge-7491.html

Campylobacter spp.

• vrlo često uzročnik trovanja hranom• najčešće se nalazi u mesu peradi, crvenom mesu, nepasteriziranom

mlijeku i netretiranoj vodi• vrlo se brzo razmnožava u probavnom sustavu domaćina

http://microbewiki.kenyon.edu/index.php/File:Semc.jejuni.gif

Clostridium perfringens

• u mnogim vrstama hrane, posebno u mesu i mesnim prerađevinama

• ne uništava se u potpunosti termičkom obradom odnosno kuhanjem

http://microbewiki.kenyon.edu/index.php/File:Clostridium_perfringens.jpg

Listeria monocytogenes

• sirevi i paštete koji polagano dozrijevaju

(Camembert, Brie, plavi sir)• bolest nastupa unosom hrane koja sadrži veliki broj ovih bakterija

http://www.sciencephoto.com/media/11666/enlarge

Escherichia coli O157

• nedovoljno pečena, mljevena govedina• nepasterizirano mlijeko• nepravilno pasterizirano mlijeko• mlijeko zagađeno ovom bakterijom nakon pasterizacije

http://www2.cedarcrest.edu/academic/bio/hale/bioT_EID/lectures/foodecoli.html

SAD

• u razdoblju od 2000. do 2007 god. (CDCP):

-47.8 mil. slučajeva bolesti uzrokovanih hranom

-127 839 hospitaliziranih slučajeva

-3 037 smrtnih slučajeva

AUSTRALIJA

• godišnje:

-5.4 mil. slučajeva bolesti uzrokovanih hranom

-18 000 hospitaliziranih slučajeva

-300 000 recepata za antibiotike

-120 smrtnih slučajeva

ANTIMIKROBNE TVARI

• ALKOHOLI: etanol• ANTIBIOTICI: natamicin• BAKTERIOCINI: brevicin, lakticin• ENZIMI: laktoperoksidaza, glukoza-oksidaza• MASNE KISELINE: laurinska kiselina• FUNGICIDI: sumporni dioksid• METALI: bakar, srebro• PRIRODNI FENOLI: katehin• ORGANSKE KISELINE: benzojeva kiselina

VRSTE ANTIMIKROBNE AMBALAŽE1. Ambalaža s dodatkom vrećica (kesica) ili jastučića koji sadrže

hlapiva antimikrobna sredstva

- najčešće upotrebljavana vrsta antimikrobne ambalaže

- dodatak zatvorenih vrećica koje mogu biti spojene s unutrašnjosti ambalaže ili slobodne

- vrećice sadrže apsorbere kisika, vlage ili generatore para etanola

- apsorberi kisika i vlage koriste se za pekarske proizvode, tjesteninu, meso itd.

- generatori para etanola sadrže etanol na nosaču zatvoren u polimernim paketićima (za pekarske proizvode i proizvode od sušene ribe)

1. Ambalaža s dodatkom vrećica (kesica) ili jastučića koji sadrže hlapiva antimikrobna sredstva

- jastučići se najčešće koriste kod pakiranja mesa za upijanje eksudata

- u jastučiće se umeću organske kiseline i površinski aktivne tvari kako bi se spriječio razvoj mikroorganizama u eksudatima koji su bogati nutrijentima

2. Ugradnja antimikrobnih tvari u polimere- najčešća upotreba supstituiranih zeolita (osobito u

Japanu)

- Na ioni prisutni u zeolitima se zamijenjuju Ag ionima koji imaju antimikrobno djelovanje

- mikroorganizmi unose Ag ione u svoje stanice te dolazi do poremećaja enzimske aktivnosti i odumiranja mikroorganizama

- upotrebljavaju se i antimikrobni enzimi (laktoperoksidaza, laktoferin), antimikrobni peptidi (magainin, cekropin), prirodni fenoli (hidrokinoni, katehini), esteri masnih kiselina, antibiotici, metali; moguće i u kombinacijama

2. Ugradnja antimikrobnih tvari u polimere- ugradnja antimikrobnih tvari može se odvijati pri samoj proizvodnji polimera(zeoliti –podnošenje visokih temperatura), ili otapanjem (za antimikrobne tvari osjetljive na povišene temperature – lizozim)

- razvijeni su i polimeri koji otpuštaju hlapive antimikrobne tvari ( ClO2 , SO2, CO2)

-prednosti: mogu prodrijeti u unutrašnjost hrane, nije potreban direktan kontakt sa hranom

-mane: neugodan miris, visoka hlapivost

3. Premazivanje ili adsorpcija antimikrobnih tvari na površinu polimera

- antimikrobne tvari osjetljive na povišenu temperaturu često se nanose na površinu polimera

- premazi od nizina/metilceluloze za PE ambalažu

- adsorpcija nizina na PE, PP, PET, PVC

- bolja adsorpcija se postiže dodatkom NaOH, acetona, poliamidnih smola, polivinil alkohola, škroba i kazeina

4. Imobilizacija antimikrobnih tvari ionskim ili kovalentnim vezama s polimerima-obavezna prisutnost funkcionalnih skupina na antimikrobnoj tvari i polimeru

-antimikrobne tvari s funkcionalnim skupinama: peptidi, enzimi, poliamini, organske kiseline

-polimeri s funkcionalnim skupinama: ionomerni filmovi, polistiren, polivinil alkohol itd.

-zbog imobilizacije može doći do smanjene antimikrobne aktivnosti (potrebna zaštita aktivnih mjesta)

4. Imobilizacija antimikrobnih tvari ionskim ili kovalentnim vezama s polimerima

- ionska veza - sporo otpuštanje antimikrobne tvari u hranu

- kovalentna veza – olakšana difuzija

- enzimi: glukoza oksidaza, beta galaktozidaza, laktoferin itd.

- peptidi: životinjski, biljni, mikrobni, peptidi insekata, kemijski sintetizirani peptidi

- inhibicijski učinak na E. Coli

5. Upotreba prirodno antimikrobnih polimera- hitozan – štiti svježe voće i povrće od gljivica

- filmovi izrađeni od Ca-alginata

- baktericidni akrilni polimeri

- obrada poliamidnih filmova i filmova od najlona UV zračenjem

PRIMJENA ANTIMIKROBNIH TVARI

ANTIMIKROBNA TVAR AMBALAŽNI MATERIJAL NAMIRNICA

kalijev sorbat PE-LD sir

kalcijev sorbat CMC/papir kruh

anhidrid benzojeve kiseline PE riblji fileti

BHT PE-HD žitarice

glukoza-oksidaza alginat riba

Primjena antimikrobne ambalaže u pakiranju hrane

Direktni doticaj s hranom (čvrsta) ili “u masi” (tekuće)

Samosterilizirajući ambalažni materijalZnatno smanjena mogućnost rekontaminacije

Npr. Moguća zamjena za tretman peroksidom

Samosterilizirajuće namirnice (tekuće) pića (kisele namirnice – voćni sokovi)

Procesna oprema

• Pri korištenju ambalaže s antimikrobnim svojstvima važno je uzeti u obzir: sastav namirnice i svojstva ciljanog mikroorganizma

• Svojstva antimikrobno aktivnoe tvari (spoja):– Spektar djelovanja (aktivnosti)– Kemijski sastav (svojstva)– Reaktivna skupina na spoju

• Mora biti aktivan i kad se “prikači” na polimer (reaktivna skupina)

Npr.: reaktivna skupina pričvršćena na membrani stanice ili mikroorganizmu -> djeluje na stanice ali ako je potreban ulazak u citosol neće biti djelovanja

• Komponente hrane koje ograničavaju aktivnost antimikrobnih spojeva:– lizin, sulfati, sulfiti, aminokiseline sa sumporom– Općenito: nutritivno bogate namirnice– > Primjena antimikrobne ambalaže pogodna

za pića siromašna nutrijentima kao što su čaj i mineralna voda

• Aditivi u polimerima– Moguć negativni utjecaj: često mjenjaju

konformaciju polinoma što otežava difuziju (antimikrobnog agenta u hranu) ili direktna interakcija s reaktivnom skupinom

Utjecaj antimikrobnih tvari na svojtva polimera

- Općenito negativno utječu na mehanička svojstva polimera (čvrstoća, tvrdoća)

- Mijenjaju otpornost na toplinu, adhezijska svojstva i pogodnost za printanje

- Biljni ekstrakti često utječu (pojačavaju) boju i neprozirnost polimera

- Sorbati smanjuju prozirnost LDPE filmova

- LDPE koji sadrži citosan ima smanjenu propusnost kisika i pare

- LDPE koji sadrži benzojevu kiselinu ima povećanu propusnost kisika i pare

Određivanje učinkovitosti antimikrobne ambalaže

• Mnogo službenih metoda za određivanje otpornosti plastičnih materijala na mikrobiološku dedgradaciju ali ne postoji priznata metoda za određivanje učinkovitosti anitimikrobne aktivnosti polimera

• Minimal inhibitory concentrations (MIC)• Agar plate methods• Dynamic shake flask

• MIC– U niz epruveta s hranjivom podlogom nacijepi

se mikroorganizam i polimer različitih koncentracija antimikrobne tvari

– Inkubira se određeno vrijeme i vizualno ocjenjuje rast mikroorganizma

• Agar plate method– Na čvrstoj hranjivoj podlozi koja sadrži

mikroorganizme stavi se antimikrobni film– Inkubacija

• Područje oko flima ukazuje na difuziju antimikrobno aktivne tvari iz filma i na njeno djelovanje

• Za nestanak mikroorganizama ispod filma može se okriviti nedostatak kisika

• Dynamic shake flask– U tikvicu se stavi tekućina (hranjiva

podloga,hrana) nacijepi se mikroorganizam i polimer s antimikrobnim djelovanjem

– Inkubacija uz lagano miješanje (tresenje)– Daje više informacija o kinetici antimikrobnog

djelovanja

Zakonska regulativa

• U većini zemalja svijeta su zakoni vezani za pakiranje hrane dobro razvijeni

• Antimikrobne tvari koje bi mogle prijeći iz ambalaže u hranu promatraju se kao aditivi stoga moraju udovoljavati pravilnicima o aditivima u hrani

• Pravilnik o ambalaži i ambalažnom otpadu NN 97/05

• Pravilnik o prehrambenim aditivima

NN 62/10• Pravilnik o provođenju monitoringa hrane radi

utvrđivanja razina nutrijenata, kontaminata, aditiva, drugih sastojaka i tvari NN 135/04

• Pravilnik o preradi, pakiranju, prijevozu i skladištenju ekoloških proizvoda NN 129/09

Buduća istraživanja

• Korištenje biološki aktivnih derivata antimikrobnih tvari koji se vežu na polimere

• Povećanje potrebe za novim antimikrobnim spojevima širokog spektra i male toksičnosti

• Razvoj “pamtenih” odnosno “inteligentnih” pakovanja koja će prepoznati prisutnost mikroorganizma u hrani i potom djelovati

HVALA NA PAŽNJI!!!

LITERATURA:

• REVIEW OF ANTIMICROBIAL FOOD PACKAGING; Paola Appendini, Joseph H. Hotchkiss

• ACTIVE PACKAGING TECHNOLOGIES WITH AN EMPHASIS ON ANTIMICROBIAL PACKAGING AND ITS APPLICATIONS;

P. Suppakul, J. Miltz, K. Sonneveld, and S.W. Bigger

• http://www.prdc.dost.gov.ph/tutorial/tutorial_materials/antimicrobial_food_pkg.PDF• http://www.hah.hr/• http://en.wikipedia.org/wiki/Foodborne_illness