În cadrul unei populații urbanizate în creștere, ambalajele alimentare sunt necesare pentru transportul, depozitarea și consumul produselor alimentare. În 2050, populația lumii este estimată a ajunge la 9,7 miliarde, dintre care două treimi vor fi locuind în zonele urbane, cu creșterea ulterioară a cerințelor alimentare și schimbări în modele de consum de alimente. Oamenii care trăiesc în orașe tind să ducă un stil de viață mai agitat, petrecând puțin timp cumpărând sau pregătind alimente, preferând alimentele procesate alimentelor proaspete și cumpărând în principal din supermarketuri sau magazine universale pentru a economisi timp. Astfel de modele sunt evidentiat în zilele noastre în țările cu venituri mari, deși magazinele mici și tradiționale sunt înlocuite de supermarketuri chiar și în țările în curs de dezvoltare, conducând astfel la lanțuri de aprovizionare mai mari, dependente strict de ambalate alimente. Cum va răspunde industria ambalajelor acestor noi cerințe? La această întrebare a căutat să răspundă studiul cu titlul ”Sustainable and Bio-Based Food Packaging: A Review on Past and Current Design Innovations”, realizat de o echipă de cercetători formată din Florencia Versino, Florencia Ortega, Yuliana Monroy, Sandra Rivero, Olivia Valeria López și María Alejandra García, de la Universitatea Politehnică din Madrid.

Rolul cheie al proiectării

Avand în vedere ca peste 80% din impactul asupra mediului al unui produs este determinat în etapa de proiectare, proiectarea și designul joacă un rol cheie în sustenabilitatea sa. În ambalajele alimentare, designul eficient poate crește durabilitatea produsului alimentar prin reducerea la minimum a deșeurilor alimentare și reciclarea de ambalaje la sfârșitul duratei de viață.

Cu toate acestea, conservarea alimentelor reprezintă o parte mai mare din mediul global al ciclului de viață impactul produsului alimentar ambalat. În medie, se estimează că ambalajul cuprinde doar 10% din consumul de energie necesar pentru consumul alimentar săptămânal al unei singure persoane și poate asigura că 90% din aliment nu este irosit de-a lungul lanțului de aprovizionare.

Impactul relativ de mediu pe care îl are ambalajul asupra unui produs alimentar depinde de tipul alimentului, în principal, de perisabilitatea, costul și emisiile generale și epuizarea resurselor în producție. De exemplu, emisiile de gaze cu efect de seră (GES) din produsele lactate și carne este mai mare decât cea din fructe și legume cu 13-18%, depășind cu mult GES în fabricarea ambalajelor și sfârșitul vieții lor.

Prin urmare, concentrați-vă pe minimizarea deșeurilor de alimente pentru produsele alimentare de origine animală. Aceasta ar aduce beneficii mai mari sistemului, în timp ce accentul ar trebui pus pe reducerea impactului ambalajului fructelor și legumelor.

Evaluarea ciclului de viață (LCA), atât a produsului alimentar, cât și a sistemului de ambalare preferat, ar trebui efectuate în fiecare caz pentru o mai bună luare a deciziilor, având în vedere realitatea disponibilă a sistemelor de management al deșeurilor și posibile alternative optimizate. În consecință, în afară de protecția produsului, proiectarea celui mai eficient și durabil ambalaj este un proces complex care implică numeroase sectoare implicate în întregul lanț de aprovizionare, inclusiv piața vizată.

Impactul asupra mediului

Pentru a minimiza impactul asupra mediului al sistemului de ambalare, este important să luați în considerare capacitatea sa de a conține, proteja și conserva produsul pentru a prelungi perioada de valabilitate a acestuia și să garanteze siguranța alimentară, dar ar trebui, de asemenea, să fie dimensionat adecvat, ușor de deschis și ușor de golit și cu informații clar accesibile, pentru a preveni risipirea alimentelor.

În plus, materialele de ambalare ar trebui să îndeplinească bariera și mecanica dorită, proprietățile rămânând cât mai facile posibil și sigure pentru alimente, în mod ideal reutilizabile sau reciclabile, și eliminate cu poluare minimă până la zero. Mai multe eforturi de cercetare s-au concentrat asupra îmbunătățirea proprietăților de barieră a materialelor pentru ambalarea durabilă a alimentelor .

Majoritatea deciziilor de proiectare au ca scop reducerea ambalajelor și a risipei alimentare și toate au indirect un impact economic. O mare parte din risipa domestică de alimentele ar putea fi pentru că ambalajul nu satisface nevoile consumatorilor, cum ar fi ambalajele care sunt prea mari sau greu de golit.

De exemplu, ambalajele care se golesc ușor reduc, atât risipa de produs, cât și costul pe unitate, și fac curățarea mai ușoară pentru o mai bună reciclabilitate a materialului de ambalare, reducând astfel utilizarea apei în acest sens.

În acest sens, s-a lansat un material nou, pe bază biologică, durabil, superhidrofob pentru aplicații de ambalare. Atributele suplimentare de ambalare care pot influența deșeurile alimentare includ resigilabilitatea, ușor de deschis, prinderea, porționarea sau dozarea și comunicarea informațiilor privind siguranța/prospețimea alimentelor.

Materiale cu proprietăți de barieră

Materialele cu proprietăți de barieră au fost studiate pe scară largă pentru a reduce perisabilitatea alimentelor. În funcție de caracteristicile matricei alimentare, difuzia sau transmiterea de diferite substanțe, de exemplu, oxigen, dioxid de carbon, etilenă, azot, vapori de apă și moleculele volatile, microorganismele, lumina sau căldura, vor trebui controlate pentru a evita efectele nedorite reacții chimice și fizice în produsul alimentar care ar putea duce la neplăcute mirosuri sau arome, sau chiar deteriorare.

Sistemele de ambalare cu mai multe straturi au potențialul de a oferi simultan proprietăți de barieră mai multor compuși nedoriți sau periculoși sau să asigure materialelor de barieră rezistența mecanică sau termică necesară și invers. În prezent, ambalajele multistratificate sunt utilizate pe scară largă în produsele alimentare și băuturi, cum ar fi cutiile de suc și lapte, constând de obicei din 75% carton, 20% din plastic (în cea mai mare parte PE) și 5% folie de aluminiu.

În ciuda potențialului lor de a crește perioada de valabilitate a alimentelor, în mare parte, implică mai puțin material pentru a obține aceeași funcționalitate ca monomateriale, dar reciclabilitatea lor este destul de dificilă.

Palombini și colab. au studiat durabilitatea ambalajelor utilizate pentru alimente organice, arătând că cea mai dominante caracteristici ale ambalajelor din polimeri săraci sau nereciclabili au fost metalizarea și utilizarea materiale opace, amestecurile de polimeri, prezența adezivilor pentru etichetare, ambalajul multistratificat și etichetarea imprimată peste ambalaj.

O mai bună sortare a multistraturilor eliminate ambalajul ar fi necesară pentru materialele reciclate de înaltă calitate, deși acestea se găsesc în prezent în diferite căi de reciclare, împiedicând reciclabilitatea acestora. Kiaser și colab. Au prezentat în mod clar două tehnologii principale disponibile pentru reciclarea ambalajelor cu mai multe straturi: metode de compatibilizare (pentru ambalaje pe bază de polimeri) și separarea componentelor prin tehnica de dizolvare-reprecipitare sau delaminare pentru reciclarea independentă a fiecărei componentă, atunci când este posibil.

Limitările majore ale acestor metode sunt următoarele:

-compatibilizarea nu pare a fi fezabilă pentru ambalajele post-consum din cauza fluctuațiilor în compoziție și nevoia de etichetare și sortare mai riguroasă a deșeurilor de ambalaje curent;

-chiar dacă metoda de dizolvare-reprecipitare ar putea fi disponibilă pentru reciclarea materialelor existente în viitorul apropiat, este un proces de cerere foarte mare de energie;

-delaminarea sistematică ar putea fi mai durabilă din punct de vedere ecologic și economic soluție dacă este posibilă separarea și sortarea adecvată a straturilor delaminate.

În acest sens, investigarea suplimentară a optimizării reciclării ambalajelor multistratificate este absolut necesară. Alternativ, sunt concepute sisteme de ambalare multistrat complet biodegradabile, pentru a fi compostate la sfârşitul duratei de viaţă. Aceasta ar putea probabil să reducă risipa alimentară şi, în același timp, să evite problemele de reciclare, dar și să reducă impactul asupra mediului.

Noile materiale

Cu toate acestea, este nevoie de mai multe cercetări, considerând că o mare parte din ambalajele eliminate sunt etichetate ca fiind compostabile sau biodegradabile.  Direcționarea greșită apare, fie pentru că acestea materialele se aruncă fără o clasificare corespunzătoare sau nici măcar nu intră în urban, fie fluxurile de tratare a deșeurilor, de exemplu, ambalajele din plastic nebiodegradabil sunt respinse din instalațiile de reciclare din cauza lipsei tehnologiilor de procesare disponibile sau a deficitului de volum necesare pentru o reciclare eficientă din punct de vedere al costurilor.

În plus, au fost studiate noi materiale compozite sau nanocompozite, pentru îmbunătățirea proprietăților de barieră a materialelor destinate ambalării alimentelor. Un accent pe materiale mai durabile complet biobazate și biodegradabile, urmărind în special utilizarea subproduselor și a deșeurilor din industria agroalimentară este raportată pe larg în revizuirea literaturii de specialitate.

De exemplu, Báscón-Villegas et al. au publicat recent o lucrare pe compozitul PLA și polibutilen adipat-co-tereftalat (PBAT) cu nanofibre obținute din paie de grâu. În mod similar, Silva dos Santos și colab. au formulat acoperirea ambalajelor din carton pe bază de chitosan, acid palmitic și cărbune activ, care oferă bariera crescută de grăsime și umezeală pentru ambalajele din hârtie, păstrând biodegradabilitatea și reciclabilitatea.

În plus, multe proprietăți active noi pot fi conferite ambalajului, pentru a prelungi durata de valabilitate a alimentelor. De exemplu, Manfredi et al. a subliniat că economiile de deșeuri de lapte în cadrul lanțului de aprovizionare cu lapte proaspăt se pot face prin aplicarea unui antimicrobian pulverizat pe ambalajele obișnuite din carton multistrat, fiind mai mari decât impactul generat prin producția de acoperire.

La rândul său, ambalajul activ conține compuși care pot conserva caracteristicile organoleptice sau senzoriale pentru a asigura calitatea produsului alimentar. De interes special  sunt materialele active de ambalare care conțin antioxidanți naturali și antimicrobieni care nu numai că prelungesc perioada de valabilitate a produselor ambalate prin prevenirea reacțiilor de râncezire, dar realizează și prevenirea creșterii agenților patogeni de origine alimentară.

Nanocompozitele pe bază biologică au fost studiate pentru inovare în senzori pentru o mai bună detectare a degradării alimentelor cu markeri și astfel se determină o reducere a pierderilor de alimente. În acest sens, ambalaje active și inteligente primesc un mare interes, deși încă sunt cercetate și nu comercializate pe scară largă.

Dezvoltarea reciclării

Dezvoltarea unor metode avansate de reciclare și remanufactură ar trebui să fie luate în considerare în proiectarea de noilor sisteme circulare și durabile. Câteva aspecte cheie legate includ materiale reciclabile și nepericuloase, sisteme eficiente de logistică și transport, tehnologii eficiente din punct de vedere energetic și al resurselor și un design de produs care vizează reciclabilitatea, remanufacturabilitatea și reutilizarea.

Chiar dacă scopul reutilizării și reciclării este implicat în modelul economiei circulare, acest lucru este slab realizat pentru ambalarea alimentelor, întrucât este dificil să se garanteze calitatea și siguranța materialelor pentru contactul cu alimentele din sistemele de gestionare a deșeurilor disponibile. În prezent, reutilizarea este viabilă doar pentru reîncărcabile și recipientele care pot fi curățate (de exemplu, sticle, recipiente din oțel inoxidabil).

Pe termen lung, siguranța chimică a ambalajelor alimentare reciclate ar putea fi realizată prin înlocuirea substanțelor nesigure din proiectarea materialelor, evitând intrarea acestora în fluxul de reciclare. Cu toate acestea, o perioadă de 10–30 de ani este estimată pentru o reducere semnificativă a nivelurilor de contaminanți.

Pe termen scurt, etichetarea clară a materialelor de ambalare, educația consumatorilor pentru a identifica mai multe alternative de ambalare durabile și sisteme de siguranță și sortare mai eficientă în cadrul sistemelor de management și reciclare a deșeurilor, ar putea contribui la o utilizare mai durabilă a ambalaje alimentare.

În plus, sistemele durabile de reciclare trebuie să fie rentabile, în termenii tehnologiei de reciclare selectate, calitatea materialului produselor reciclate (în funcție de tipul și condițiile materiilor prime secundare colectate din fluxul de deșeuri), disponibilitatea (în termeni de economie de scară) și costul de colectare și sortare.

Beneficii economice și de mediu

Facilitarea reciclabilității are nu numai beneficii de mediu și economice, ci și o contribuție socială, având în vedere că sortarea și vânzarea deșeurilor uscate constituie venit sursă pentru lucrătorii cu venituri mici în unele țări. În plus, designul ambalajului poate afecta considerabil logistica în transport, manipulare și depozitare pe tot parcursul lanțul de aprovizionare.

Astfel de decizii au implicații directe asupra timpilor de distribuție și a conservării produsului. Cu toate acestea, cele mai bune sisteme de ambalare depind de frecvența de reutilizare, rute și distanțe de transport și tratament la sfârșitul vieții.

În ce privește reducerea resurselor, tehnologiile de economisire a apei și a energiei, revalorizarea produselor secundare și a deșeurilor biologice sunt realizate prin dezvoltarea de noi materiale de ambalare pe bază de bio și materiale termoizolante noi, care pot ajuta la reducerea energiei în conservarea alimentelor termosensibile, precum și reducerea ratei de alterare a acestora.

Rolul compostării

Pentru a reduce impactul asupra mediului al bioplasticelor biodegradabile și compostabile, calea preferată de eliminare și tratare este compostarea. Cu toate acestea, cele mai multe materialele în prezent raportate ca fiind compostabile (conform legislaţiei în vigoare), necesită condiții specifice de compostare (termofile: 58 C), să fie compostate în totalitate și în siguranță, și că sunt fezabile numai în instalațiile de compostare industrială.

Prin urmare, ambalajele alimentare pe bază de bioplastic compostabile se confruntă cu unele obstacole pentru a-și îndeplini scopul. Un volum mare al bioplasticului nu intră în sistemele de compostare din cauza lipsei facilităților industriale sau sortarea proastă a acestor materiale.

În plus, direcționarea greșită a deșeurilor rezultă din etichetarea necorespunzătoare, lipsa de experiență a lucrătorilor în tratarea materialelor plastice biodegradabile, lipsa adecvată a tehnologiilor de sortare în instalațiile de sortare sau lipsa educației consumatorilor cu privire la separarea deșeurilor sau protecția mediului.