Biodegradowalne opakowania jadalne z odpadów przetwórstwa owocowo-warzywnego
Sabina Galus, Marcelina Trojanowska, Justyna Wójcik, Agnieszka Ciurzyńska, Monika Janowicz

Biodegradowalne opakowania jadalne z odpadów przetwórstwa owocowo-warzywnego

Wprowadzenie

W obecnych czasach, w związku z bardzo wysokim poziomem produkcji, świat zmaga się z dużymi ilościami odpadów pochodzących z różnych gałęzi przemysłu, rolnictwa i przetwórstwa. Szczególnie duża ilość odpadów to materiały opakowaniowe, które w większości są wytwarzane z tworzyw sztucznych. Opakowania takie zapewniają barierowość, charakteryzują się brakiem rozpuszczalności w wodzie oraz dobrą wytrzymałością mechaniczną, jednak większość takich materiałów nie jest biodegradowalna i po spełnieniu swojej funkcji staje się obciążeniem dla środowiska naturalnego [Asgher i wsp., 2020]. Zastosowanie folii oraz powłok jadalnych może doprowadzić do zminimalizowania ilości produkowanych opakowań sztucznych. Ze względu na swoje właściwości jadalne filmy mogą zapewnić selektywną barierowość w stosunku do gazów i zapewnić modyfikowaną atmosferę wokół produktu. Dodatkowo, ze względu na swój skład, zastosowane jako powłoki ochronne mogą hamować rozwój mikroflory, co wpływa na wydłużenie daty przydatności do spożycia produktu oraz zapewnia większe bezpieczeństwo konsumentowi [Hassan i wsp., 2018]. 

Jednym z głównych związków stosowanych do produkcji folii oraz powłok jadalnych pozyskiwanych z odpadów produkcyjnych są pektyny. Są one głównym składnikiem między innymi wytłoków jabłkowych czy skórek pomarańczy. Pektyna jest polisacharydem, który posiada dobre zdolności żelujące, dzięki czemu wykazuje wysoką elastyczność i odporność na uszkodzenia mechaniczne [Valdes i wsp., 2015]. Niektóre pozostałości z przetwórstwa owocowo-warzywnego, np. wysort warzywny, nie zawierają wystarczającej ilości związków żelujących, dających możliwość wytworzenia z nich powłok lub folii o porządnych właściwościach użytkowych [Galus i wsp., 2022]. W związku z tym wprowadzenie substancji foliotwórczej wpływa pozytywnie na wytworzenie ciągłej struktury.

Marnotrawienie żywności stanowi obecnie jeden z głównych problemów przemysłu żywnościowego. Każdego roku ok. 1,3 miliarda ton żywności ulega zmarnowaniu, co stanowi 1/3 jej łącznej produkcji [Stępień i Dobrowolski, 2017]. Polska zajmuje 5 miejsce w Unii Europejskiej pod względem ilości marnotrawionej żywności. Średnia liczba zmarnowanej żywności wynosi 9 milionów ton, co przekłada się na 235 kilogramów na jednego Polaka w ciągu roku [Łaba i wsp., 2019]. Jako definicję tego zjawiska uznaje się świadome działanie człowieka prowadzące do niespożytkowania żywności zgodnie z jej pierwotnym przeznaczeniem. Natomiast pojęcie strat oraz marnowania żywności rozumiane jest jako wszystkie produkty o różnym stopniu przetworzenia, które zostały przeznaczone do spożycia przez człowieka, jednak nie zostały wykorzystane zgodnie z ich przeznaczeniem [Biernat-Jarka i Trębska, 2017]. Pełnowartościowe surowce odrzucane są ze względu na przyjęte wytyczne dotyczące ogólnego końcowego wyglądu produktu. Surowce o zbyt małej lub dużej wielkości, jak również o nieodpowiedniej barwie podczas sortowania zostają odrzucane. Wśród nich są owoce i warzywa, które wpływają pozytywnie na funkcjonowanie organizmu człowieka. Działanie to prowadzi do zmarnowania rocznie ton żywności, która mogłaby zostać zagospodarowana w inny wartościowy sposób [Kwasek, 2016]. Procesy przetwórcze oraz dystrybucja żywności są odpowiedzialne za powstawanie około 1/5 gazów cieplarnianych oraz zużycia blisko 250 km³ wody rocznie. Marnotrawienie żywności przyczynia się również do zwiększania ilości odpadów zarówno organicznych, jak i nieorganicznych [Marszałek, 2018] Jednym ze sposobów zagospodarowania odpadów z produkcji owocowo-warzywnej jest produkcja powłok i folii jadalnych. Stanowią one cienką warstwę jadalnego materiału, która nanoszona na odpowiedni produkt pozwoli na dodanie wartości dodanej spożywanym produktom lub może stanowić opakowanie biodegradowalne, które jest jednocześnie kompostowalne, tzw. biotworzywo.

Odpady przetwórstwa owocowo-warzywnego

Owoce i warzywa odgrywają kluczową rolę w zdrowo zbilansowanej diecie człowieka. Zmieniające się nawyki żywieniowe spowodowane chęcią zdrowego odżywiania powodują wzrost popytu na produkty z branży owocowo-warzywnej [Sagar i wsp., 2018]. Zwiększenie produkcji roślinnej powoduje powstawanie większej ilości odpadów generowanych podczas procesów przetwórczych. Największe straty obserwuje się w przypadku obróbki owoców i warzyw. Za odpady przemysłu owocowo-warzywnego uznaje się: skórki, nasiona, miąższ, pestki, łodygi, liście, wytłoki [Ahmad i Khan, 2019]. Odpady są skutkiem obróbki warzyw i owoców, m.in. obierania i wyciskania, których przykłady w przypadku jabłek przedstawiono na rysunku 1. Skutkiem ubocznym produkcji soków są duże ilości odpadów, które stanowią pomiędzy 30 a 40% odpadów całego przemysłu rolno-spożywczego. Nieodpowiednio magazynowane lub utylizowane odpady owocowo-warzywne mogą stanowić niebezpieczeństwo mikrobiologiczne i mieć negatywny wpływ na środowisko naturalne [Andrade i wsp., 2016]. Odrzucane fragmenty i pozostałości owoców i warzyw są bogate w składniki niezbędne w zrównoważonej diecie człowieka, które dzięki odpowiednim metodom mogą zostać odzyskane z odpadów i przeznaczone do spożycia. Wśród nich można wymienić m.in. polifenole, flawonoidy, karotenoidy, fitosterole i antocyjany. Główną kwestią, która musi być brana pod uwagę przy planowaniu odzyskiwania wartościowych składników z odpadów, jest opłacalność i ekonomiczność przedsięwzięcia [Ferreira i wsp., 2016, Ahmad i Khan, 2019].

Wytłoki

Wytłoki stanowią główną część odpadów pozostających po przerobie warzyw i owoców. Stanowią one problem dla przedsiębiorstw ze względu na powstawanie ich w dużych ilościach w stosunkowo krótkim czasie. Dodatkowo są materiałem nietrwałym, o dużej zawartości wody, co stanowi doskonałe warunki dla rozwoju mikroorganizmów [Andrade i wsp., 2016]. Wytłoki są produktem ubocznym procesu wyciskania owoców lub warzyw, produkcji pupl i dżemów, które są bogate w pektyny, błonnik oraz związki fitochemiczne. W tabeli 1 przedstawiono zawartość błonnika i pektyn w wybranych odpadach owocowych i warzywnych. W procesie produkcji soków masa wytłoków jest uzależniona od wydajności tłoczenia, która podczas tradycyjnego tłoczenia wynosi 20–25% masy surowca. Zastosowanie preparatów enzymatycznych, które upłynniają miazgę, oraz ługowanie wytłoków wodą wpływa na zmniejszenie udziału wytłoków do około 12% masy owoców. W przypadku jabłek podczas wyciskania większość polifenoli pozostaje w wytłokach i zaledwie 5% z nich przedostaje się do wyciśniętego soku [Kawecka i Galus, 2021]. Wytłoki zawierają wysoką zawartość wody, która stanowi ryzyko mikrobiologiczne podczas przechowywania tego odpadu. W celu ograniczenia powyższego ryzyka oraz przedłużenia okresu trwałości wytłoków stosuje się suszenie oraz kiszenie hamujące niekorzystne zmiany prowadzące do obniżenia jakości. Dzięki tym zabiegom nadają się one do dalszego zastosowania [Otoni i wsp., 2017; Kawecka i Galus, 2021]. Tego rodzaju odpady wykorzystywane są w przemyśle spożywczym, kosmetycznym, farmaceutycznym czy chemicznym. Resztki pozyskiwane z owoców i warzyw mogą być wykorzystywane do produkcji biogazu czy do uzyskania nawozu, jaki stanowi kompost [Sikora i wsp., 2013].

Wysort produkcyjny

Ze względu na rosnące wymagania konsumentów dotyczące spożywanej przez nich żywności producenci decydują się na zastosowanie szeregu kryteriów pozwalających na dobór surowca idealnego do dalszego przetwórstwa. Produkty muszą spełniać zarówno wymagania jakościowe, jak i estetyczne, obejmujące odpowiedni kształt, wielkość czy barwę surowca. Dlatego niektóre owoce lub warzywa pomimo odpowiedniej daty przydatności do spożycia nie nadają się do dalszej sprzedaży. Jednakże surowce te stanowią pełnowartościowy produkt, który wciąż może być wykorzystany do produkcji innych przetworów. Takie odpady generowane przez przemysł owocowo-warzywny nazywane są wysortem produkcyjnym [Buzby i wsp., 2014]. W przypadku przemysłu warzywnego odpad taki nazywany jest wysortem warzywnym, który stanowi jeden z odpadów produkcyjnych w przemyśle spożywczym. Podczas przetwarzania może się zdarzyć, że część owocu lub warzywa, jak np. różyczka kalafiora czy brokułu, jest uznana jako zbyt mała i nie spełnia wymagań klasyfikacji. Z drugiej strony jest to nadal pełnowartościowe warzywo. W tym wypadku różyczki brokułu można wykorzystać np. w produkcji wielu przetworów, m.in. roślinnych burgerów lub past warzywnych [Petruzzelli, 2015]. Przykładowy wysort warzywny w postaci zamrożonej przedstawiono na rysunku 2. Warzywa nie zawierają wystarczającej ilości związków żelujących, dających możliwość wytworzenia z nich powłok lub folii o porządnych właściwościach użytkowych. Natomiast włączenie substancji strukturotwórczych w połączeniu z purée warzywnym stanowi po wysuszeniu pożądany pod względem funkcjonalności materiał opakowaniowy [Galus i wsp., 2022]. Rozdrobnione warzywa lub owoce przy produkcji folii jadalnych nie tracą swoich właściwości, dzięki czemu stanowią dodatkowe źródło wartości odżywczych, które mogą znaleźć zastosowanie w powlekaniu żywności bądź stanowić podstawę opracowania suszonej przekąski warzywnej lub owocowej.

Zagospodarowanie odpadów owocowo-warzywnych w przemyśle spożywczym

Głównym kierunkiem zagospodarowywania odpadów przemysłu owocowo-warzywnego jest odzyskiwanie wartościowych składników [Kawecka i Galus, 2021]. Skórki ziemniaków po odpowiedniej obróbce stają się źródłem błonnika, niezbędnego do prawidłowej pracy układu pokarmowego człowieka. Polifenole, będące składnikiem bioaktywnym, odzyskiwane są ze skórek cytrusów, jabłek oraz winogron, zaś z odpadów otrzymanych podczas produkcji soku z pomidorów można odzyskać likopen i β-karoten. Skórki banana, stanowiące około 35% masy owocu, są używane m.in. do produkcji wina. Dodatkowo zaobserwowano, że składniki obecne w skórce granatu posiadają właściwości bakteriobójcze m.in. w stosunku do Bacillus cereus i Staphylococcus aureus. Ze skórek ananasa można wyprodukować etanol, a odpowiednio przetworzone odpady z pomidorów mogą służyć jako zamiennik mąki pszennej [Ahmad i Khan, 2019]. Odpady przemysłu owocowo-warzywnego można użytkować także w celu otrzymania enzymów. Przykładowo skórkę banana można wykorzystać do produkcji α-amylazy, natomiast miazga truskawkowa została użyta jako substrat do wyprodukowania poligalakturonazy, która ma zastosowanie m.in. przy klarowaniu win i soków, a także przy produkcji dżemów [Stabnikova i wsp., 2010]. Pestki nasion mango, z których ekstrahuje się olej, w swoim składzie zawierają polifenole, fitosterole oraz tokoferole [Ahmad i wsp., 2019]. Odpady ananasowe mogą zostać wykorzystane do produkcji kwasu mlekowego oraz cytrynowego. Ponadto skórki ananasa ze względu na wysoką zawartość białka i węglowodanów zastosowanie znajdą przy produkcji biogazu. Wyekstrahowany błonnik pokarmowy ze skórek ziemniaka jest również wykorzystywany w przemyśle piekarniczym [Ahmad i wsp., 2019].

Coraz częściej można spotkać się z użyciem wytłoków oraz skórek owoców i warzyw, stanowiących odpad przemysłowy, do produkcji pasz dla zwierząt. Wytłoczyny stanowią pełnowartościowe pożywienie ze względu na dużą zawartość błonnika, który przyczynia się do powstawania uczucia sytości oraz poprawia perystaltykę jelit. Dodatkowo zastosowanie takiego rozwiązania powoduje zmniejszenie kosztów żywienia zwierząt. Do produkcji pasz wykorzystuje się również płynne odpady przemysłu ziemniaczanego [Tarko i wsp., 2012]. Z odpadów karczocha, który wykazuje wysokie działanie przeciwutleniające, wydobywany jest ekstrakt bogaty w polifenole. Obecnie znajduje zastosowanie przy produkcji kosmetyków, win oraz dodawany jest do herbaty [Kowalska i wsp., 2015]. Wysort produkcyjny warzyw może znaleźć zastosowanie przy produkcji past warzywnych czy roślinnych burgerów [Buzby i wsp., 2014]. Odpady przemysłu owocowo-warzywnego mogą również znaleźć zastosowanie w produkcji folii oraz powłok jadalnych. Owoce i warzywa stanowią bogate źródło różnych związków, które mogą zostać wyizolowane poprzez zastosowanie ekstrakcji. Jednym z przykładów są jabłka, których odpady wykorzystywane są w celu uzyskania pektyny jabłkowej, stanowiącej materiał powłokotwórczy.
 

Powłoki i folie jadalne

Powłoki jadalne to cienkie warstwy jadalnego materiału uformowane bezpośrednio na produkcie. Powlekanie produktu może zachodzić poprzez naniesienie roztworu powłokotwórczego, 

zazwyczaj poprzez zanurzenie lub spryskanie [Mohamed i wsp., 2020]. Zgodnie z Dyrektywą Parlamentu Europejskiego i Rady nr 95/2/WE [1995] w sprawie dodatków do żywności innych niż barwniki i substancje słodzące, powłoki i folie jadalne są klasyfikowane jako produkty spożywcze, składniki żywności, dodatki do żywności, materiały opakowaniowe oraz materiały mające kontakt z żywnością. Ponadto powłoki jadalne powinny również spełniać szereg wymagań, m.in. nie powinny wpływać na właściwości sensoryczne żywności oraz nie mogą wywierać negatywnego wpływu na środowisko. Dodatkowo powinny charakteryzować się łatwością wytwarzania oraz aplikowania, odpowiednimi właściwościami mechanicznymi, rozpuszczalnością oraz barwą. Powłoki wykorzystywane w przemyśle spożywczym muszą wykazywać wysoką barierowość w stosunku do czynników zewnętrznych. Ponadto materiały, z których są wykonane, powinny być łatwo dostępne oraz stosunkowo tanie [Galus, 2014]. Główną funkcją jadalnych powłok jest zabezpieczenie produktu przed transmisją gazów oraz zapewnienie zmodyfikowanej atmosfery, dzięki czemu można np. opóźnić proces dojrzewania owoców oraz warzyw. Pozwala również na ograniczenie rozwoju drobnoustrojów, co zwiększa bezpieczeństwo mikrobiologiczne powlekanych produktów. Dodatkowo stanowią one aktywny nośnik antyoksydantów czy substancji przeciwdrobnoustrojowych [Santhosh i wsp., 2020].

Dobrymi właściwościami charakteryzują się folie i powłoki kompozytowe, czyli wytworzone na bazie co najmniej dwóch rodzajów substancji powłokotwórczych. Zazwyczaj jest to połączenie tłuszczów z białkami lub polisacharydami, aby uzyskać właściwości barierowe względem wody i tłuszczów oraz lepsze właściwości mechaniczne. Po połączeniu uzyskuje się strukturę dwuwarstwową lub emulsję, jednak powłoki dwuwarstwowe stosowane są rzadziej ze względu na brak odporności, który skutkuje rozwarstwianiem się oraz pękaniem. Strukturę dwuwarstwową uzyskuje się poprzez pokrycie warstwy hydrofilowej warstwą hydrofobową i proces taki składa się z czterech etapów, mianowicie dwukrotnego wylania filmu oraz dwukrotnego suszenia. Emulsja to struktura, w której związki tłuszczowe rozproszone są równomiernie w fazie hydrofilowej, i na wytworzenie filmu o strukturze emulsji składa się jedno wylanie oraz jedno suszenie. Właściwości kompozytów zależą od użytych składników, ich wzajemnej kompatybilności oraz technik przygotowania [Rhim i Shellhammer, 2005].

Biotworzywa z odpadów przetwórstwa owocowo-warzywnego

Odpady przemysłu rolno-spożywczego to nie tylko fragmenty owoców i warzyw pozostałe po procesach przetwórczych, to także surowce odrzucone przez konsumenta z powodu nieodpowiedniego wyglądu owoców, partie niesprzedane lub przejrzałe. Folie na bazie purée owocowych mają średnią wytrzymałość mechaniczną oraz elastyczność, dlatego muszą być wzmacniane dodatkiem pektyn, nanowłókien celulozy czy nanocząsteczek chitozanu. Takie materiały są bogatym źródłem błonnika, stanowiącego ważny składnik diety człowieka [Ferreira i wsp., 2016]. Obecnie można obserwować na rynku opakowania lub jednorazowe naczynia pochodzenia roślinnego, m.in. z otrąb pszennych, które są wyprodukowane z materiałów konsumpcyjnych mogących być również pełnowartościowym surowcem żywnościowym, a nie wyłącznie odpadem. 

Zastosowanie folii na bazie purée z owoców i warzyw jest wciąż dużym wyzwaniem technologicznym i wymaga dokładnego opracowania szczegółowych receptur, uwzględniających rodzaj oraz charakterystykę powlekanej żywności. Jednak wdrożenie tego alternatywnego dla opakowań rozwiązania do życia codziennego pozwoli na zagospodarowanie odpadów, a także na zmniejszenie kosztów utylizacji wszelkich opakowań [Matheus i wsp., 2020]. Celuloza oraz pektyna to główne składniki tkanki roślinnej owoców. Do wytwarzania folii z owocowego purée można zastosować dodatek plastyfikatorów, który poprawia elastyczność oraz wytrzymałość materiału. Jednym z przykładów surowców, z których można wytworzyć powłoki jadalne, jest banan. Stanowi on bogate źródło skrobi oraz pektyn, dzięki czemu folie oraz filmy wyprodukowane na bazie purée bananowego spełniają wymagania dotyczące ich właściwości mechanicznych [Mohamed i wsp., 2020]. Arquelau i wsp. [26] opracowali i scharakteryzowali folie na bazie mąki z dojrzałych skórek banana i skrobi kukurydzianej. Folie bananowe mogą być przeznaczone do powlekania produktów suszonych. Powłoki wytworzone na bazie przecieru z mango są elastyczne, przezroczyste oraz o smaku owocu. Posiadają właściwości barierowe dla tlenu, dzięki czemu pozwalają na wydłużenie terminu przydatności do spożycia powlekanych produktów. Dzięki dodatkowi plastyfikatorów pulpa marchwiowa może również znaleźć zastosowanie w powlekaniu żywności. Wykazuje barierowość w stosunku do tlenu, a dzięki dodatkowi plastyfikatora jej struktura jest elastyczna [Mohamed i wsp., 2020]. Pulpę marchwiową połączono z wcześniej wytworzonym materiałem powłokotwórczym z wykorzystaniem gronorostów. Uzyskano produkt o odpowiednim smaku oraz właściwej konsystencji. W celu wyprodukowania biodegradowalnej folii jadalnej o odpowiednich właściwościach sensorycznych wykorzystano również przecier z papai. Uzyskana folia charakteryzowała się wysoką zdolnością przeciwutleniającą, co pozwala na wydłużenie okresu przydatności do spożycia łatwo utleniającej się żywności, np. gruszki. Resztki pozostałe po obróbce sałaty również znalazły zastosowanie przy produkcji jadalnych folii. Wzbogacane były w olejki eteryczne, pełniące funkcje plastyfikatorów i wykazujące dodatkowo działanie przeciwdrobnoustrojowe [Jiang i wsp., 2021]. W ciągu ostatnich lat Simonutti i wsp. [2020] opracowali kilka metod otrzymywania biodegradowalnych folii nowej generacji. Jedną z nich było połączenie ze sobą odpadów warzywnych o różnym składzie chemicznym. Pierwszym etapem produkcji folii jest rozdrobnienie i sproszkowanie surowca, a następnie jego rozpuszczenie aż do uzyskania jednorodnej masy, pozwalającej na jej 

rozlanie do foremek oraz wysuszenie. Innym dobrym przykładem wykorzystania produktów ubocznych w produkcji są skórki owoców cytrusowych, m.in. z grejpfruta i pomelo [Galus i wsp., 2020]. Janowicz i wsp. [2020] wytworzyli i badali folie jadalne zbliżone w grubości do skóry owocowej (z ang. leather fruit) z purée z jabłek, czarnej porzeczki i śliwek. Autorzy wskazali, że parametry mechaniczne, takie jak wytrzymałość na rozciąganie i wydłużenie, mogą charakteryzować strukturę otrzymanego produktu owocowego strukturą zbliżoną do rozpuszczalnej gumy owocowej, co podnosi atrakcyjność produktu pod względem spożycia jako przekąski o określonych cechach, które można kształtować w kierunku żywności o cechach prozdrowotnych z tzw. czystą etykietą. W późniejszej pracy [Galus i wsp., 2022] autorzy zastosowali mrożony wysort warzywny z kalafiora, brokułu, żółtej i zielonej fasolki szparagowej jako surowiec do wytworzenia folii jadalnych, który z uwagi na niską zawartość związków żelujących wymagał dodatku substancji foliotwórczej (zastosowano pektynę jabłkową). Andrade i wsp. [2016] badali nowe jadalne folie na bazie mąki złożonej z różnych pozostałości, m.in. z pomarańczy, marakui, arbuza, sałaty, cukinii, marchwi, szpinaku, mięty, taro, ogórka i rukoli. Autorzy uzyskali jednorodne, elastyczne folie bez dodatku plastyfikatorów. Ponadto włączenie mąki z resztek skórek ziemniaków spowodowało zwiększenie wytrzymałości mechanicznej. Brito i wsp. [29] otrzymali jadalne folie na bazie stałych pozostałości po przygotowaniu napoju izotonicznego, w tym zarówno owoców (słodka pomarańcza, marakuja, arbuz), jak i warzyw (cukinia, sałata, marchew, szpinak, mięta, bataty, ogórek, rukola). Folie były jednorodne, żółtawe i plastyczne, o wysokiej rozpuszczalności w wodzie, a wzbogacone pektyną wykazały bardzo dobre właściwości użytkowe. Ponadto filmy zawierające niewielki dodatek pektyny wykazywały lepszą barwę, właściwości mechaniczne i barierowe oraz znacznie niższą higroskopijność. Guo i wsp. [2020] zastosowali, w połączeniu z chitozanem, do tworzenia folii celulozę mikrokrystaliczną wydzieloną z nierozpuszczalnego błonnika pokarmowego obecnego w wytłokach ze skórki pomidorów. Podobne badania prowadzone były z zastosowaniem ekstraktów owocowych wyodrębnionych z wytłoków z żurawiny [Park i Zhao, 2006]; [Singh i wsp., 2020] i borówek [Singh i wsp., 2020]. Innym przykładem pozostałości z przetwórstwa owocowo-warzywnego mogą być mąki uzyskane po ekstrakcji oleju z nasion. Mikus i wsp. [2021] w swoich badaniach zastosowali mąki z nasion oleistych (m.in. z pestek dyni) w produkcji folii jadalnych, które w połączeniu z izolatem białka sojowego jako substancji foliotwórczej dały możliwość 

wytworzenia materiałów o pożądanych właściwościach użytkowych.

Bhargava i wsp. [2020] zaprezentowali wyniki badań dotyczące zastosowania barwników pochodzących z odpadów spożywczych jako alternatywę dla barwników syntetycznych stosowanych w barwnych foliach jadalnych, które mogą znaleźć zastosowanie w kolorymetrycznych wskaźnikach świeżości. Połączenie funkcji biopolimerów z bioaktywnymi barwnikami uzyskanymi z odpadów umożliwia produkcję biodegradowalnych opakowań inteligentnych. Barwniki te pochodzą z odpadów, takich jak np. wytłoki z jagód i borówek, otręby z czarnego ryżu, skórka winogronowa oraz pozostałości kurkumy. Kurek i wsp. [2019] do wytworzenia folii barwnych zastosowali antocyjanowe barwniki pochodzące z poprodukcyjnych wytłoków borówki i czerwonych winogron, które wykazywały wysoką aktywność przeciwutleniającą i wysoką wrażliwość na zmianę pH, która jest pożądana w przypadku kolorymetrycznych wskaźników jakości żywności. Samer i wsp. [2019] wykorzystywali obierki ziemniaczane do produkcji materiałów opakowaniowych. Na podstawie przeprowadzonych badań stwierdzono, że wraz ze wzrostem zawartości gliceryny biotworzywo staje się coraz bardziej elastyczne, a wraz ze spadkiem w zawartości gliceryny twardnieje. Ponadto zaobserwowano, że przy użyciu mniejszej ilości skrobi, potrzeba więcej energii, która jest konieczna do odparowania większej ilości wody i uzyskania stabilności.

Podsumowanie

Spożywanie owoców i warzyw wiąże się z powstawaniem odpadów. Stanowią one bogate źródło składników odżywczych, związków bioaktywnych czy substancji barwiących. Ze względu na wysokie koszty wiążące się z ich utylizacją producenci szukają innych możliwości na zastosowanie poszczególnych odpadów przemysłu owocowo-warzywnego. Jednym z nich jest wyodrębnienie wartościowych składników lub zastosowanie w produkcji pasz dla zwierząt. Jednakże takie pozostałości mogą również znaleźć zastosowanie w produkcji biodegradowalnych materiałów opakowaniowych (biotworzyw). Generalnie pozostałości roślinne to złożone materiały, a więc poszczególne frakcje mogą mieć różne zastosowania w zależności od ich składu i wielkości cząstek. Folie jadalne wytworzone z odpadów owocowo-warzywnych mogą znaleźć zastosowanie jako powłoki ochronne, owijki, arkusze warzywne do sushi lub przekąski owocowo-warzywne w postaci cienkich warstw.

Literatura

Ahmad F., Khan S.T.: Potential Industrial Use of Compounds from By-Products of Fruits and Vegetables. Health and Safety Aspects of Food Processing Technologies, 2019.

Andrade R.M.S., Ferreira M.S.L., Goncalves E.C.B.A.: Development and Characterization of Edible Films Based on Fruit and Vegetable Residues. Journal of Food Science, 81(2)/2016.

Arquelau P.B.F., Silva V.D.M., Garcia M.A.V.T., de Araújo R.L.B., Fante C.A.: Characterization of edible coatings based on ripe „Prata” banana peel flour. Food Hydrocoll. 2019, 89.

Asgher M., Qamar S.A., Bilal M., Iqbal H.M.N.: Bio-based active food packaging materials: Sustainable alternative to conventional petrochemical-based packaging materials. Food Res Int, 137, 2020.

Bhargava N., Sharanagat V.S., Mor R.S., Kumar K.: Active and intelligent biodegradable packaging films using food and food waste-derived bioactive compounds: A review. Trends in Food Science & Technology, 105, 2020.

Biernat-Jarka A., Trębska P.: Problem marnotrawstwa w perspektywie unijnej polityki bezpieczeństwa żywności. Roczniki Naukowe Stowarzyszenia Ekonomistów Rolnictwa i Agrobiznesu, 19(3)/2017.

Brito T.B., Carrajola J.F., Gonçalves E.C.B.A., Martelli-Tosi M., Ferreira M.S.L.: Fruit and vegetable residues flours with different granulometry range as raw material for pectin-enriched biodegradable film preparation. Food Res. Int. 2019, 121.

Buzby J.C., Farah-Wells H., Hyman J.: The estimated amount, value, and calories of postharvest food losses at the retail and consumer levels in the United States. SSRN Electronic Journal, 1–39, 2014.

Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady nr 95/2/WE z dnia 20 lutego 1995 r. w sprawie dodatków do żywności innych niż barwniki i substancje słodzące.

Ferreira M.S.L., Linhares R., Martelli M.: Films and coatings from agro-industrial residues [w:] Edible films and coatings fundamentals and applications [red.] M.P. Garcia, M.C. Gomez-Guillén, M.E. López-Caballero, G.V. Barbosa-Cánovas. Taylor & Francis Group, 2016.

Galus S.: Pod ochronną powłoką. Agro Przemysł 1(570)/2014.

Galus S., Ciurzyńska A., Janowicz M.: An attempt to develop edible packaging films based on vegetable outgrades. Postępy Techniki Przetwórstwa Spożywczego, 32/60 (1), 2022.

Galus S., Arik Kibar E.A., Gniewosz M., Kraśniewska K.: Novel Materials in the Preparation of Edible Films and Coatings – A Review. Coatings, 10(7), (2020). 

Guo Y.T., Wang H.Q.: Preparation and Properties of Edible Packaging Films Based on Chitosan with Microcrystalline Cellulose from Tomato Peel Pomace. Journal of Biobased Materials and Bioenergy, 14(1), 2020. 

Hassan B., Chatha S.A.S., Hussain A.I., Zia K.M., Akhtar N.: Recent advances on polysaccharides, lipids and protein based edible films and coatings: A review. Int J Biol Macromol, 109, 2018.

Janowicz M., Galus S., Ciurzyńska A., Kurek M., Michalska M.: Evaluation of selected properties of products (leather fruits) based on fruit purée. Postępy Techniki Przetwórstwa Spożywczego, tom 30/57, 2, 2020.

Jiang G., Zhang Z., Li F., Rui X., Aisa H.A.: A comprehensive review on the research progress of vegetable edible films. Arabian Journal of Chemistry, 14(4), 2021.

Kawecka L., Galus S.: Wytłoki owocowe – charakterystyka i możliwości zagospodarowania. Postępy Techniki Przetwórstwa Spożywczego, tom 31/58, 1, 2021.

Kowalska H., Lenart A., Marzec A., Ciurzyńska A., Cichowska J., Czajkowska K., Wojnowski M., Hankus M.: Rozwój zrównoważonych technologii w przetwarzaniu produktów ubocznych w prozdrowotne składniki wzbogacające i produkty spożywcze. Postępy Techniki Przetwórstwa Spożywczego 2, 2015.

Kurek M., Hlupić L., Garofulić I.E., Descours E., Ščetar M., Galić K.: Comparison of protective supports and antioxidative capacity of two bio-based films with revalorised fruit pomaces extracted from blueberry and red grape skin. Food Packaging and Shelf Life, 20, 2019.

Kwasek M.: Zrównoważona konsumpcja żywności sposobem na zmniejszenie marnotrawstwa żywności [w:] Analiza strat i marnotrawstwa żywności, Warszawa: IERiGŻ-PIB, 2016.

Łaba S., Niedek M., Szczepański K., Łaba R., Kamińska-Dwórznicka A.: Regulation of the Food Waste Measuring in the EU in the Light of the Need of Counteracting the Food Wastage. Environmental Protection and Natural Resources 4(82), 2019.

Marszałek A.: Czy możliwe jest przezwyciężenie problemu marnotrawienia żywności? Nierówności społeczne a wzrost gospodarczy, 54, 2018.

Matheus J.R.V., Miyahira R.F., Fai A.E.C.: Biodegradable films based on fruit puree: a brief review. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 61(12), 2021.

Mikus M., Galus S., Ciurzynska A., Janowicz M.: Development and Characterization of Novel Composite Films Based on Soy Protein Isolate and Oilseed Flours. Molecules, 26(12), 2021.

Otoni C.G., Avena-Bustillos R.J., Azeredo H.M.C., Lorevice M.V., Moura M.R., Mattoso L.H.C., McHugh T.H.: Recent Advances on Edible Films Based on Fruits and Vegetables-A Review. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety, 16(5), 2017.

Park S., Zhao Y.Y.: Development and characterization of edible films from cranberry pomace extracts. Journal of Food Science, 71(2), 2006.

Petruzzelli D.A.: Too Ugly to eat? Consumer perceptions and purchasing behavior regarding low-grade produce. Market for Low-Grade Produce, 2015.

Rhim J.W., Shellhammer T.H.: Lipid-based edible films and coatings [w:] Innovations in Food Packaging [red.] J.H. Han, Academic Press, 2005.

Sagar N.A., Pareek S., Sharma S., Yahia E.M., Lobo M.G.: Fruit and Vegetable Waste: Bioactive Compounds, Their Extraction, and Possible Utilization. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety, 17(3), 2018.

Samer M., Khalefa Z., Abdelall T., Moawya W., Farouk A., Abdelaziz S., Soliman N., Salah A., Gomaa M., Mohamed M.: Bioplastics production from agricultural crop residues. CIGR J 21(3), 2019.

Santhosh R., Tiwari A., Rawson A.: Biopolymers as Edible Coating for Food:Recent Trends [w:] Polymers Coatings: Technology and Applications [red.] Inamuddin, Boddula R., Ahamed M.I., Asiri A.M. Wiley-Scrivener Publishing LLC, 2020.

Sikora E., Szczech M., Kowalska B.: Odpady z przetwórstwa warzyw i owoców – możliwości ich zagospodarowania. Przemysł Fermentacyjny i Owocowo-Warzywny, 57, 2013.

Simonutti R., Perotto G., Bertolacci L., Athanassiou A.: Bioplastics from vegetable waste: a versatile platform for the fabrication of polymer films [w:] Sustainabillity & Green Polymer Chemistry 2: Biocataylysis and Biobased Polymers [red.] Cheng HN., Smith B.P, Gross A.R. Oxford University Press, USA, 2020.

Singh A., Gu Y.X., Castellarin S.D., Kitts D.D., Pratap-Singh A.: Development and Characterization of the Edible Packaging Films Incorporated with Blueberry Pomace. Foods, 9(11), 2020. 

Stabnikova O., Wang JY., Ivanov V.: Value-added biotechnological products from organic wastes [w:] Environmental biotechnology. Handbook of environmental engineering [red.] L. Wang, V. Ivanov, JH. Tay. Humana Press, Totowa, NJ, 2010.

Stępień S., Dobrowolski D.: Straty i marnotrawstwo w łańcuchu dostaw żywności – propedeutyka problemu. Progress in Economic Sciences 4, 2017.

Tarko T., Duda-Chodak A., Bebak A.: Aktywność biologiczna wybranych wytłoków owocowych oraz warzywnych. Żywność. Nauka. Technologia. Jakość 4(83), 2012.

Valdes A., Burgos N., Jimenez A., Carmen Garrigos M.: Natural Pectin Polysaccharides as Edible Coatings. Coatings, 5(4), 2015.
 

Sabina Galus, Marcelina Trojanowska, Justyna Wójcik, Agnieszka Ciurzyńska, Monika Janowicz
Instytut Nauk o Żywności, Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie