Development of intelligent bio-based packaging to monitor fish quality during storage

Abstract

A embalagem inteligente é uma tecnologia emergente no sector das embalagens alimentares utilizada como ferramenta para monitorizar a qualidade e segurança dos alimentos através da deteção de alterações no produto alimentar embalado e/ou no seu ambiente circundante. O desenvolvimento de embalagens inteligentes contribui para a diminuição do desperdício alimentar, tem o potencial de melhorar a segurança dos produtos, a logística alimentar e a rastreabilidade, aumentando a eficiência da indústria alimentar. Neste contexto, o principal objetivo deste trabalho foi desenvolver uma embalagem inteligente de base biológica como indicador de frescura (através de alterações colorimétricas), a fim de monitorizar e fornecer informações relativas à qualidade de pescado utilizando uma técnica não destrutiva, in situ e em tempo real. Deste modo, filmes de goma de alfarroba (LBG)/k-carragenina (k-car) incorporando extratos de mirtilo (BLE) e/ou beterraba (BEE) foram desenvolvidos. Os filmes foram caracterizados em relação às suas propriedades estruturais, térmicas, de barreira, mecânicas e óticas. Além disso, os filmes BLE e BEE foram avaliados quanto à sua resposta colorimétrica durante o armazenamento de pescado (pescada) a 4 ⁰C e 25 ⁰C durante 8 e 3 dias, respetivamente. Verificou-se que os filmes desenvolvidos sofreram uma mudança colorimétrica de roxo escuro para azul em paralelo com o aumento da contagem microbiana (4,61 ± 0,36 para 8,61 ± 0,21 log CFU/g), do azoto básico volátil total (TVB-N) (de 10,21 ± 1,97 para 66,78 ± 4,81 mg/100 g), e do pH (de 6,60 ± 0,04 para 8,02 ± 0,03) das amostras de pescado. As propriedades de barreira à água foram melhoradas após a adição dos extratos de mirtilo (solubilidade = 39.66 ± 0.11 %, conteúdo de humidade = 23.54 ± 0.98 %, ângulo de contacto = 41.43 ± 3.32 ⁰). Os resultados deste estudo são muito promissores, uma vez que foi possível desenvolver um filme inteligente (o filme BLE) indicador colorimétrico de pH consoante o estado de degradação do pescado, de acordo com o objetivo proposto.

Intelligent packaging is an emerging technology in the food packaging sector used as a tool to monitor food quality and safety by detecting changes in the packaged food product and/or its surrounding environment. Intelligent packaging development contributes to the food waste reduction, has the potential to improve product safety, food logistics and traceability, increasing food industry efficiency. In this context, the main goal of this work was to develop a bio-based intelligent packaging as freshness indicator (by colorimetric changes), in order to monitor and provide information regarding food quality using a non-destructive, in situ and real-time technique. Locust bean gum (LBG)/k- carrageenan (k-car) films incorporating blueberry (BLE) and/or beetroot (BEE) extracts were developed. The films were characterized regarding their structural, thermal, barrier, mechanical and optical properties. Moreover, BLE and BEE films were evaluated to assess color response during fish (hake) storage under 4 ⁰C and 25 ⁰C during 8 and 3 days, respectively. A visual change in the color of the packaging label from dark purple to blue in parallel with the increase in the microbial count (from 4.61 ± 0.36 to 8.61 ± 0.21 log10 CFU/g), total volatile basic nitrogen (TVB-N) (from 10.21 ± 1.97 to 66.78 ± 4.81 mg/100 g), and pH (from 6.60 ± 0.04 to 8.02 ± 0.03) of the fish samples was detected. The water barrier properties were improved after blueberry extracts addition (WS = 39.66 ± 0.11 %, MC = 23.54 ± 0.98 %, WCA = 41.43 ± 3.32 ⁰). The results of this study are very promising, since it was possible to develop an intelligent pH responsive indicator film (BLE film) that changes its color due to fish degradation, according to the proposed thesis aim.