Slimme verpakking waarborg voor kwaliteit en veiligheid

Intelligente en actieve verpakkingen binden de strijd aan met voedselverspilling

Het verpakken van voedsel kent al een lange traditie, maar wordt een steeds belangrijker wapen bij het borgen van de voedselkwaliteit en -veiligheid en bij het voorkomen van voedselverspilling. Een voorbeeld daarvan is het gebruik van de intelligente en actieve verpakkingen. Onder de roepnaam 'slimme verpakkingen' leveren zij elk op hun eigen wijze – de een door te waken over houdbaarheid, de ander door te interageren met de voeding – een bijdrage aan onze voedselbeleving én aan het terugdringen van voedselverspilling.

KENTERING

De voedings- en verpakkingsindustrie staat voortdurend voor uitdagingen. Dit vanwege de aanhoudende vraag naar verbetering van de productkwaliteit en -veiligheid en de traceerbaarheid van voedingsmiddelen. Een belangrijke te nemen "horde" daarbij is de consument die voortdurend worstelt met de houdbaarheidsdatum en bovendien niet echt geporteerd is van een "overkill" aan verpakkingsmateriaal.

De (op)komst van de slimme verpakking kon wel eens een kentering betekenen in de voedselverspilling

Zo stuit de individueel verpakte komkommer nog steeds op veel onbegrip. Dit ondanks het feit dat dit folie de houdbaarheid al gauw met 10 dagen verlengt en daarmee voedselverspilling voorkomt. En dat is hard nodig ook, want; alleen al in Europa is dat 92 miljoen ton. De (op)komst van de slimme verpakking kon wel eens een kentering betekenen.

FUNCTIONALITEIT

Hoewel er duidelijk sprake is van een professionaliseringsslag zijn de functies van de verpakking nagenoeg onveranderd gebleven:

• Bescherming: de primaire verpakking (zie kader 'Verpakkingsniveaus') vormt een barrière tussen het product en de buitenomgeving, bijvoorbeeld het chipszakje en het bierblikje.
• Het verlengen van de houdbaarheid: verpakkingsmaterialen doen dit onder meer door een barrière op te werpen tegen zuurstof en waterdamp. Het effect van die barrière verschilt per materiaal.
• Het vergemakkelijken van het transport, bijvoorbeeld door het gebruik van speciale transport- en bulkverpakkingen.
• Informatievoorziening: op de verpakking is informatie te lezen over onder meer de ingrediënten, de bereidingswijze en de aanwezigheid van allergenen.

Gaandeweg is verpakking ook een krachtig marketinginstrument geworden dat de merkbekendheid een flinke boost kan geven. Van (veel) recentere datum zijn de slimme verpakkingen. Deze maken het mogelijk de houdbaarheid van voedsel te verlengen en verspilling te voorkomen. De belangstelling voor deze verpakkingen groeit dan ook gestaag. Bij dit type verpakkingen wordt een onderscheid gemaakt tussen de intelligente verpakking en de actieve verpakkingen.

Verpakkingsniveaus
Men onderscheidt een drietal verpakkingsniveaus:
– Het eerste verpakkingsniveau, de primaire verpakking, is het materiaal dat in rechtstreeks contact staat met het voedingsproduct. Dit komt meestal overeen met de verkoopeenheid.
– Het tweede verpakkingsniveau, de secundaire verpakkingen, heeft betrekking op multiverpakkingen: bijvoorbeeld een grote zak met daarin verpakte chocolaatjes, krimpfolie om drinkpakken, of een kartonnen doos met blikjes bier.
– Bij het derde verpakkingsniveau, de tertiaire verpakking, valt onder meer te denken aan met krimpfolie omwikkelde pallets voor het vervoer van bulkproducten, waarbij de pallet zelf ook valt onder de tertiaire verpakking.
Als het gaat om intelligente verpakkingen, biedt elk niveau mogelijkheden richting recycleerbaarheid en hergebruik.

INTELLIGENTE VERPAKKINGEN

Dit type verpakking – feitelijk een 'containerbegrip' voor uiteenlopende technieken − vervult alle functies van een traditionele verpakking, maar verstrekt daarnaast informatie over de houdbaarheid. De verpakking is in staat productverandering te monitoren, te meten en te 'melden' zonder daarbij het voedingsmiddel zelf te beïnvloeden. De devices die daarbij het meest worden toegepast zijn:

Gegevens- of informatiedragers

Deze zijn bedoeld om het ketenbeheer te vergemakkelijken. Eenvoudige voorbeelden daarvan zijn de bar- en de QR-code; gecompliceerder gaat het eraan toe bij:

• Radiofrequentie-identificatie (RFID): een elektronisch systeem waarmee gegevens op etiketten of tags worden gelezen via radiofrequenties.
• Near-field communication (NFC): een systeem om binnen een straal van 10 cm draadloos kleine hoeveelheden informatie uit te wisselen.
• Elektroluminescente displays (ELD's), waarin atomen met behulp van elektrische stroom in een aangeslagen toestand (hoger excitatieniveau) worden gebracht. Het zichtbaar licht dat dan wordt uitgestraald verandert van kleur zodra het excitatieniveau van de atomen wijzigt.
• Augmented reality (AR), waarbij als het ware een digitale laag aan de verpakking wordt toegevoegd, bijvoorbeeld met additionele informatie in verschillende talen.

Indicatoren

Deze verschaffen kwalitatieve of semikwantitatieve productinformatie middels een kleurverandering (irreversibel) of een verandering van kleurintensiteit; ze kunnen die informatie echter niet opslaan. Er zijn diverse soorten indicatoren:

• Indicatoren voor datum/temperatuur controleren de koude keten: of de verpakte levensmiddelen en/of het product temperatuur-technisch gezien onder de juiste condities is opgeslagen.
• Indicatoren die signaalstoffen traceren, vluchtige stoffen die een maat zijn voor de versheid: bijvoorbeeld CO₂ of ammoniak.
• Indicatoren voor het opsporen van lekken in de verpakking. Deze reageren op de aan- of afwezigheid van gassen als zuurstof of CO₂.
• Thermochrome inkt: een 'intelligent' soort inkt die de optimale consumptietemperatuur van een product weergeeft.

Sensoren

Deze zitten op of in de verpakking en detecteren, registreren, verzenden en leggen informatie vast over de veranderingen in de omgeving, de conditie en/of de 'historie' van het verpakte product. Daarvoor geëigende sensoren bewaken parameters als pH, tijd en temperatuur, de aanwezigheid van waterstofsulfide, zuurstof, CO₂ en ethyleen. Het gebruik is echter niet zonder risico's: een niet (goed) werkende sensor kan ten onrechte veiligheid suggereren met alle gevolgen van dien. Verder zijn de complexere sensoren nog te duur, wat vooralsnog een drempel is voor grootschalige commerciële toepassing.

Dergelijke devices worden in de primaire verpakking verwerkt wanneer de gevraagde informatie samenhangt met de voedselkenmerken. Voor informatie over verzend- of opslagomstandigheden zijn de secundaire en tertiaire verpakkingen de aangewezen plek. Het vastleggen en analyseren van dergelijke informatiestromen vormt een enorme uitdaging, waarbij artificiële intelligentie – algoritmen die zelfstandig patronen en correlaties leren uit beschikbare data (hierna 'AI') – in toenemende mate een rol gaan spelen.

ACTIEVE VERPAKKINGEN

Actieve verpakkingen zijn verpakkingen met een vocht- of gasregulerende dan wel een antimicrobiële werking. Ze gaan actief een interactie aan met het product en/of de atmosfeer binnenin de verpakking, waardoor kwaliteitsverlies wordt voorkomen en de shelf life wordt verlengd.

Actief element

Het actieve element kan additioneel aan de verpakking worden toegevoegd, bijvoorbeeld een droogmiddel – een vochtabsorber die binnendringend vocht direct absorbeert – zodat producten als koekjes knapperig blijven én schimmelgroei wordt voorkomen. Het actieve element kan ook volledig in de verpakking zijn geïntegreerd zoals bij een ESD-verpakking (tegen statische ontlading). Aangezien de oorzaak van kwaliteitsverlies per producttype verschilt, is er een brede variëteit aan actieve verpakkingen voorhanden.

Soorten actieve verpakkingsoplossingen

De twee meest gebruikte zijn:

• Scavengers die stoffen uit de atmosfeer binnenin de verpakking of in de directe omgeving daarvan opnemen, bijvoorbeeld: zuurstof, vocht of ethyleen. De scavenger gaat hiermee een reactie aan waardoor het gehalte in de verpakking daalt.
• Adaptors of emitters die zijn gefixeerd in of op de verpakking. Ze laten daarin stoffen los – bijvoorbeeld CO₂ of oxidanten – die vervolgens migreren richting het product, en brengen een gewenste chemische of biologische verandering teweeg aan het product zelf of aan de atmosfeer in de verpakking. Doel daarbij is onder meer het tegengaan van respiratie van versproducten of het afremmen van de groei van micro-organismen.

VERPAKKINGSCONCEPTEN

De verpakkingsindustrie is inmiddels alweer druk bezig met nieuwe verpakkingsconcepten. Te denken valt aan het gebruik van nanotechnologie, fotonica en geprinte elektronica teneinde te komen tot goedkope materialen met een hoge capaciteit om veranderingen in voedselproducten te detecteren en te meten. Bij elektronica is het zaak al bij het verpakkingsontwerp rekening te houden met de factoren 'hergebruik' en 'recycleerbaarheid' (ecodesign). Dit vergt behalve standaardisatie ook innovaties ten aanzien van dataverwerking en de toepassing van AI.

Slimme verpakkingen vereisen een slimme consument

Ook is men druk doende reeds bestaande verpakkingsconcepten te verbeteren. Een voorbeeld daarvan is een waterdicht materiaal dat is gemaakt van zeïne – een soort maïsproteïne – zetmeel en andere natuurlijk afgeleide biopolymeren. Deze verpakkingsvezels worden 'doordrenkt' met een cocktail van natuurlijke antimicrobiële middelen die worden afgescheiden en de aanwezige micro-organismen doden. Twee zaken staan grootschalige invoering vooralsnog in de weg:

• De focus ligt de komende jaren op hoogwaardige recycling van verpakkingsmaterialen waaraan de aanwezigheid van biologisch afbreekbare componenten mogelijk afbreuk doet.
• De Europese wetgeving staat dergelijke toepassingen slechts in beperkte mate toe. Alleen wanneer de veiligheid is gegarandeerd en de maatschappelijke impact voldoende aantoonbaar is (gemaakt), zal aanpassing van de bestaande wetgeving worden overwogen.

Wetgeving
Verpakkingen kunnen ook zelf een risico vormen, bijvoorbeeld doordat het verpakkingsmateriaal stoffen afgeeft aan het voedsel (migratie) of doordat inkt door de verpakking dringt en in het voedsel terechtkomt. De wet is hierover duidelijk: er mogen geen schadelijke stoffen vanuit de verpakking in het voedsel terechtkomen noch mogen smaak, geur, kleur en/of textuur van het verpakte product worden beïnvloed. Voor onder andere plastics, geregenereerde cellulose (bijvoorbeeld cellofaan) en keramiek bestaan er speciale Europese richtlijnen. De eisen ten aanzien van andere materialen zijn vastgelegd in de nationale wetgeving.

GEDEELDE VERANTWOORDELIJKHEID

De verpakkingsindustrie is een grootverbruiker van synthetische kunststoffen, en daardoor mede verantwoordelijk voor het overgrote deel van het plastic afval. Om die reden wordt momenteel gewerkt aan circulaire verpakkingen. Deze worden ontworpen op basis van ecodesign: dat wil zeggen dat productverpakkingscombinaties – waaronder slimme verpakkingen – zo worden ontworpen dat de grondstoffen (kunnen) blijven circuleren.

Het zijn echter niet alleen de verpakkingsbedrijven en levensmiddelenproducenten die een bijdrage dienen te leveren. Ook de consumentenhouding ten aanzien van verpakkingen dient te veranderen. De consument zal een actieve(re) rol moeten spelen, niet alleen als het gaat om de acceptatie, ook en vooral door zich bereid te tonen wat meer te betalen zodat innovatieve verpakkingstechnieken gemeengoed worden: slimme verpakkingen vereisen een slimme consument.

Met medewerking van Imec en Pack4Food