Consideraţii privind potenţialele efecte alergice asupra consumatorilor
De-a lungul istoriei, evoluția procesării și ambalării alimentelor a condus la o creștere constantă a calității și siguranței alimentelor, îmbunătățind astfel calitatea vieții omului [1]. Conceptul de Tehnologii alimentare a fost redefinit luând în calcul trei direcții majore de cercetare:
- Înlocuirea metodelor termice de preparare și a dezinfectării chimice cu alternative “verzi” în scopul diminuării consumului de resurse și a impactului asupra calității alimentelor.
- Extragerea de compuși cu valoare adăugată din surse regenerabile (de exemplu, deșeuri alimentare) și aplicarea lor ca alternative la conservanții și aditivii convenționali.
- Dezvoltarea de ambalaje active pe bază de biopolimeri regenerabili, cu scopul de a reduce utilizarea materialelor plastice derivate din petrol în sectorul ambalajelor alimentare și de a prelungi durata de valabilitate a produselor, prevenind sau diminuând generarea/cantitatea de deșeuri alimentare.
La nivel mondial, se estimează că aproximativ o treime din hrana produsă este eliminată în fiecare an din diverse motive, inclusiv proceduri incorecte de recoltare, deteriorare mecanică și condiții de depozitare inadecvate, ceea ce duce la descompunere microbială, oxidare, degradarea nutrienților și pierderea acceptabilității. Prin urmare, găsirea soluțiilor de ambalare adecvate, capabile să protejeze fiecare produs și să îi mențină calitatea, este crucială pentru a extinde durata de valabilitate a alimentelor, prevenind astfel generarea de deșeuri.
Ambalajele convenționale sunt în mod obișnuit constituite dintr-un obiect de uz unic, care este imediat aruncat după ce ajunge la utilizatorul intermediar sau final [1, 2]. Materialele plastice din sursă fosilă au dominat industria ambalajelor alimentare începând cu apariția lor în timpul celui de-al Doilea Război Mondial, datorită proprietăților îmbunătățite de barieră și mecanice, rezistenței chimice, durabilității, naturii ușoare, disponibilității și rentabilității.
În ultimii ani, cercetarea științifică și industria au devenit conștiente de impactul economic, social și de mediu al ambalajelor de plastic convenționale/clasice și al modului lor de reciclare. Această conștientizare a orientat eforturile către materiale mai durabile, cum ar fi biopolimerii, deschizând calea către “era verde” a ambalajelor alimentare [1, 2]. Studii recente au arătat că ambalajele active din sursă biologică pe bază de compuși naturali pot fi o alternativă viabilă materialele din sursă de petrol. Compușii naturali pot modula proprietățile de barieră, performanțele optice și mecanice și pot conferi în același timp caracter antioxidant și antimicrobian ambalajelor.
Cercetarea și industria își îndreaptă atenția către utilizarea polimerilor biodegradabili în scopuri de ambalare a alimentelor. În plus, exploatarea extensivă a resurselor regenerabile are potențialul de a reduce utilizarea petrolului și a altor combustibili. Bioplasticele sunt compuse din mai mult de 50% (în greutate) din surse regenerabile [3]. Acestea includ amestecuri de compuși sintetici pentru a îmbunătăți proprietățile tehnice ale produsului final, extinzându-i aplicațiile. Cu toate acestea, tendința actuală este de a înlocui aditivii sintetici cu compuși naturali cu proprietăți funcționale comparabile și de a îmbunătăți utilizarea biopolimerilor în detrimentul materialelor derivate din combustibili fosili pentru a produce plastic aproximativ 100% regenerabil și biodegradabil.
Bioplasticele se descompun mai repede, reduc consumul de combustibili fosili, creează noi fluxuri pentru reciclarea deșeurilor de plastic, reduc spațiul necesar pentru gestionarea deșeurilor și reduc cantitatea de emisii de gaze cu efect de seră. Acestea cuprind o gamă de materiale pe bază de biomasă dintr-o varietate de surse regenerabile, cum ar fi proteinele, lemnul, cartofii, porumbul, uleiurile vegetale și deșeurile alimentare.
Mulți factori influențează producția și caracteristicile (bio)plasticelor. Acidul polilactic (PLA) este produs din materii prime regenerabile, cum ar fi porumbul și cartofii. Biopolietilentereftalatul (BIOPET) biopolicaprolactona (BIOPCL) folosesc resurse neregenerabile în procesul lor de producție. PET-ul folosește unele culturi, cum ar fi trestia de zahăr, și unele materiale pe bază de petrol. La fel ca PET-ul, PCL-ul folosește materii prime complet sintetice. PCL-ul nu provine din sursă biologică, dar este biodegradabil, PET-ul provine parțial din sursă biologică, dar nu este biodegradabil, iar PLA-ul provine din sursă biologică și este compostabil.
Datorită disponibilității sale ridicate, biocompatibilității, degradabilității, procesabilității excelente și proprietăților mecanice apropiate de polimerii convenționali din sursă fosilă, PLA are cea mai mare cotă în capacitatea globală de producție a tuturor bioplasticelelor. PLA (sau PLA modificat) poate fi folosit ca alternativă la PET, LDPE, HDPE și PS, iar PLA este utilizat în principal în industria ambalajelor [3].
Polizaharidele sunt o opțiune bună pentru a înlocui ambalajele plastice tradiționale [4]. Aceste filme/acoperiri au fost dezvoltate folosind amidon, gumă de xantan, carragenan, pectină și alginat, care au compuși organici ce permit permeabilitatea selectivă la oxigen și dioxid de carbon, cu o toxicitate scăzută. Amidonul reprezintă o altă parte importantă din bioplasticele produse anual. Amidonul este o resursă naturală biodegradabilă, ieftină și larg disponibilă. Natura sa fragilă și hidrofilă face amidonul nativ nepotrivit pentru domeniul ambalajelor. Cu toate acestea, amidonul poate fi transformat în material termoplastic prin amestecare cu plastifianți și/sau apă în procese termice și mecanice. Amidonul thermoplastic care se obține (TPS) este un material biodegradabil și rentabil care poate înlocui polimerii sintetici în ambalaje [3, 5-7].
Carboximetil celuloza (CMC) este un material celulozic remarcabil cu capacitatea de gelificare termică și formare de filme solubile în apă, care poate fi folosit pentru a fabrica filme. Formulările de carragenan, alginat de sodiu și metilceluloză au fost folosite pentru a îmbunătăți durata de păstrare a legumelor [4].
În ultimii ani, cercetarea în domeniul ambalajelor a dezvoltat filme și acoperiri comestibile (pe bază de proteine, polizaharide, substanțe active fenolice naturale, etc.) ca alternative eficiente la ambalajele plastice tradiționale. Ambalajele realizate din proteine au început să joace un rol potențial în acest domeniu. Eliberarea ingredientelor este declanșată de schimbările biochimice de pe suprafața produsului, ceea ce contribuie la creșterea prospețimii și duratei de păstrare. Un exemplu în acest sens este gelatina extrasă din colagen. Este un material adecvat pentru ambalajele alimentare datorită avantajelor sale versatile, cum ar fi prețul redus, biodegradabilitatea, proprietățile bune antibacteriene și antioxidante. Filmele de gelatină au proprietăți mecanice și de impermeabilitate scăzute, ceea ce limitează dezvoltarea și aplicațiile lor în ambalajele alimentare. Studiile au arătat că gelatina pură poate fi modificată prin adăugarea de ingrediente active și biopolimeri pentru a îmbunătăți proprietățile sale mecanice, cu scopul de a obține efectul dorit de conservare.
De asemenea zeinele și glutenul sunt alte exemple de proteine care pot fi folosite cu succes în domeniul ambalajelor alimentare. Ambalajele pe bază de proteine sunt un tip de ambalaj alimentar realizat din proteine derivate din surse vegetale și animale, precum glutenul, zeina, gelatina și caseina. Filmele pe bază de gluten sunt un tip de ambalaj alimentar realizat din gluten, o proteină găsită în grâu, orz și secară. Aceste filme au proprietăți bune de barieră, ceea ce înseamnă că pot proteja alimentele de oxigen, umiditate și alte factori ambientali care pot cauza deteriorarea sau pierderea calității [4]. Filmele de gluten au proprietăți mecanice adecvate, cum ar fi rezistența mare la tracțiune, flexibilitatea și viteza mare de difuzie a vaporilor de apă, ceea ce îi face o opțiune bună pentru ambalarea produselor alimentare sensibile la vaporii de apă.
Zeina, un izolat din porumb, este o proteină de tip prolamină care constituie aproximativ 60–70% din proteina din porumb. Zeina este considerată o proteină netoxică și comestibilă și a fost folosită în mod extensiv pentru a dezvolta filme și acoperiri alimentare.
Filmele pe bază de proteină de soia sunt obținute din izolat proteic de soia (SPI). Aceste filme sunt biodegradabile, prietenoase cu mediul și pot fi utilizate ca alternativă la materialele de ambalare sintetice.
Ca o concluzie putem afirma că utilizarea filmelor pe bază de proteine pentru ambalarea alimentelor este un domeniu de cercetare în dezvoltare. Explorarea unor proteine naturale, biodegradabile și prietenoase cu mediul, cu proprietăți fizico-chimice și mecanice îmbunătățite, din surse variate precum insecte, alge și microorganisme, poate genera noi filme de ambalaje alimentare la scară largă.
După cum putem observa în cele prezentate mai sus există o varietate de materiale sintetice și naturale care pot fi folosite în domeniul ambalajelor alimentare, care răspund nevoilor actuale în acest domeniu. O preocupare importantă este legată de posibilele efecte alergice pe care le pot induce astfel de materiale utilizate în industria ambalajelor alimentare, în special pentru persoanele care suferă de diverse forme de alergie.
Deși ingredientele alimentare nu sunt utilizate în mod obișnuit pentru fabricarea materialelor destinate contactului cu alimentele, în ultimii ani a existat un interes tot mai mare în utilizarea ambalajelor mai prietenoase cu mediul, cum ar fi ambalajele realizate din polimeri pe bază de plante și animale. Cele mai des utilizate materiale includ polizaharidele precum amidonul de grâu și proteinele din lapte, ouă, soia și gluten. Aceste materiale au avantajul de a fi biodegradabile și uneori pot fi produse din deșeurile industriei alimentare. Cu toate acestea, unul dintre dezavantajele lor este că pot conține alergeni și epitopi alergenici (regiunile alergenice și moleculele care stimulează răspunsul alergic), în special dacă sunt utilizate materiale pe bază de proteine, ceea ce crește riscul de migrare a alergenilor de la ambalaj la alimente. De asemenea, este necesar să se țină cont că polimerii extrași direct din biomasă pot fi contaminați cu proteine alergenice și pot provoca o reacție alergică.
Conform legislației europene, toate materialele destinate să fie utilizate în contact cu alimentele trebuie să îndeplinească cerințele Regulamentului (CE) nr. 1935/2004. Articolul 3 al acestui regulament prevede că „materialele și articolele […] trebuie să fie produse în conformitate cu practicile de fabricație corecte, astfel încât, în condiții normale sau previzibile de utilizare, să nu transfere constituenții lor în alimente în cantități care ar putea pune în pericol sănătatea umană”.
Prin urmare, operatorii în domeniul alimentar trebuie să informeze consumatorii despre alergenii pe care alimentul îi conține sau ar putea să îi conțină. Cu toate acestea, producătorii de materiale pentru contactul cu alimentele nu sunt în prezent obligați să furnizeze clienților aceste informații. În unele cazuri, există suficiente informații disponibile despre alergenii specifici, astfel încât companiile să poată lua decizii proprii cu privire la declararea acestor alergeni, pe baza documentelor științifice care confirmă că nivelurile potențiale implicate nu prezintă un risc de reacție alergică.
Ca un exemplu, în timp ce reglementările UE pentru materialele destinate contactului cu alimentele stipulează în prezent că acestea „trebuie să fie sigure”, nu există nicio luare în considerare a materialelor pentru contactul cu alimentele care conțin gluten sau alte proteine vegetale alergenice, nici o cerință de etichetare a ambalajului cu informații despre conținutul său.
Contaminarea cu gluten a fost raportată frecvent în produse fără gluten [8]. Pacienții cu boala celiacă sunt foarte sensibili la efectul toxic al glutenului. S-a demonstrat că ingestia prelungită a urmelor de gluten (10–50 mg zilnic) poate afecta integritatea mucoasei intestinale, un număr crescut de limfocite intraepiteliale fiind primul marker al deteriorării mucoasei [8]. S-a calculat că produsele fără gluten cu mai puțin de 20 mg/kg (sau părți per milion = ppm) de contaminare cu gluten sunt sigure într-o gamă largă de consum zilnic. Pragul de 20 ppm pentru alimentele fără gluten a fost aprobat de Codex Alimentarius [9] și de alte agenții, cum ar fi Administrația Alimentelor și Medicamentelor din SUA (FDA) și Autoritatea Europeană pentru Siguranța Alimentară (EFSA).
Gelatina este un alt exemplu de proteină utilizată în domeniul filmelor alimentare [10]. Adăugarea de plastifianți poate îmbunătăți flexibilitatea filmului de gelatine prin reducerea interacțiunilor lanțurilor în timpul procesului de deshidratare. În comparație cu alți plastifianți, glicerina și sorbitolul au efecte mai bune asupra ajustării proprietăților mecanice ale filmelor de gelatină. Gelatina este combinată cu substanțe active precum uleiuri esențiale, extracte de plante și nanoparticule pentru a pregăti filme compozite pe bază de gelatină cu proprietăți mecanice bune și proprietăți antibacteriene și antioxidante. Filmele compozite pe bază de gelatină pot inhiba eficient creșterea și reproducerea microorganismelor și oxidarea lipidelor în alimente. Cu toate aceste avantaje certe, există riscul conatminării produselor alimentare cu diverse substante folosite în fabricarea ambalajelor pe bază de gelatină în special pentru persoanele cu alergii alimentare. Un alt risc evident este pentru persoanele cu alergie la gelatină. Este cunoscut faptul că reacțiile anafilactice după administrarea vaccinului combinat pentru rujeolă, oreion și rubeolă au fost identificate pentru prima dată ca alergie la gelatină de către Kelso și colab. Începând cu anul 1993, au fost raportate tot mai multe reacții anafilactice după administrarea vaccinurilor care conțin gelatină în Japonia. Anticorpii IgE împotriva gelatinei au fost detectați cel mai frecvent la pacienții cu reacții anafilactice și mai puțin frecvent la cei cu erupții urticariene. Aceleași efecte au fost observate și după ingestia de capsule pe bază de gelatină, fluide plasmatice sau supozitoare [11-13].
După cum am mai menționat mai sus, cererea pentru materiale din sursă biologică crește constant, ceea ce înseamnă că legislația actuală probabil se va schimba în viitorul apropiat. Noile reglementări ar putea lua în considerare potențialul alergic al substanțelor utilizate și ar putea impune pentru producătorii de materiale aflate în contact cu alimentele să furnizeze informații adecvate despre acest aspect utilizatorilor pe întreg lanțul de aprovizionare.
AUTOR: Prof. Dr. Ing. Cătălin Zaharia
Referințe bibliografice
[1] E. Maurizzi, F. Bigi, A. Quartieri, R. De Leo, L.A. Volpelli, A. Pulvirenti, The Green Era of Food Packaging: General Considerations and New Trends, Polymers (Basel) 14(20) (2022).
[2] B. Geueke, K. Groh, J. Muncke, Food packaging in the circular economy: Overview of chemical safety aspects for commonly used materials, Journal of Cleaner Production 193 (2018) 491-505.
[3] X. Zhao, Y. Wang, X. Chen, X. Yu, W. Li, S. Zhang, X. Meng, Z.-M. Zhao, T. Dong, A. Anderson, A. Aiyedun, Y. Li, E. Webb, Z. Wu, V. Kunc, A. Ragauskas, S. Ozcan, H. Zhu, Sustainable bioplastics derived from renewable natural resources for food packaging, Matter 6(1) (2023) 97-127.
[4] R. Bhaskar, S.M. Zo, K.B. Narayanan, S.D. Purohit, M.K. Gupta, S.S. Han, Recent development of protein-based biopolymers in food packaging applications: A review, Polymer Testing 124 (2023) 108097.
[5] H. Cheng, L. Chen, D.J. McClements, T. Yang, Z. Zhang, F. Ren, M. Miao, Y. Tian, Z. Jin, Starch-based biodegradable packaging materials: A review of their preparation, characterization and diverse applications in the food industry, Trends in Food Science & Technology 114 (2021) 70-82.
[6] Y. Chen, K. Lu, H. Liu, L. Yu, Starch-Based Packaging Materials, Bio‐based Packaging2021, pp. 1-26.
[7] S.P. Bangar, W. Scott Whiteside, S. Suri, S. Barua, Y. Phimolsiripol, Native and modified biodegradable starch-based packaging for shelf-life extension and safety of fruits/vegetables, International Journal of Food Science & Technology 58(2) (2023) 862-870.
[8] A.K. Verma, S. Gatti, T. Galeazzi, C. Monachesi, L. Padella, G.D. Baldo, R. Annibali, E. Lionetti, C. Catassi, Gluten Contamination in Naturally or Labeled Gluten-Free Products Marketed in Italy, Nutrients 9(2) (2017).
[9] M. Xhaferaj, T.O. Alves, M.S.L. Ferreira, K.A. Scherf, Recent progress in analytical method development to ensure the safety of gluten-free foods for celiac disease patients, Journal of Cereal Science 96 (2020) 103114.
[10] L. Lou, H. Chen, Functional modification of gelatin-based biodegradable composite films: a review, Food Additives & Contaminants: Part A 40(7) (2023) 928-949.
[11] D. Vervloet, M. Senft, P. Dugue, A. Arnaud, J. Charpin, Anaphylactic reactions to modified fluid gelatins, J Allergy Clin Immunol 71(6) (1983) 535-40.
[12] M. Sakaguchi, H. Kaneda, S. Inouye, A case of anaphylaxis to gelatin included in erythropoietin products, J Allergy Clin Immunol 103(2 Pt 1) (1999) 349-50.
[13] F. Purello-D’Ambrosio, S. Gangemi, G. La Rosa, R.A. Merendino, F. Tomasello, Allergy to gelatin, Allergy 55(4) (2000) 414-5.
