Die Verpackungsleistung vorhersagen, um den Produktnutzen zu maximieren Haltbarkeit

Einzelne Messung-Trinkpulver zum Anrühren sind ein wachsendes Marktsegment. Für Verbraucher sind sie praktisch und erschwinglich. Für Hersteller und Händler sind sie rentabel, da ihre Versand- und Lagerkosten deutlich geringer sind als bei Fertiggetränken. Sie sind in der Tat das ideale Produkt, doch dabei rückt die Verpackung in den Mittelpunkt. Das liegt daran, dass die beiden Hauptbestandteile von Sportgetränkepulver-Sticks das Getränkepulver und … die Verpackung sind.

Jeder Beutel entspricht einer Portion „ Einzelne Messung “, sodass die Verpackungskosten mehr als 50 % der Rohstoffkosten für dieses Produkt ausmachen. Das Hauptziel dieser Verpackung besteht darin, die Fließfähigkeit des Getränkepulvers – unterhalb der kritischen Wasseraktivität – über die gesamte Ziel Haltbarkeit s des Produkts hinweg aufrechtzuerhalten.

Überflüssige Verpackungen schmälern den Gewinn

Eine unzureichende Verpackung kann dazu führen, dass die Wasseraktivität in Lebensmitteln im Laufe der Zeit ansteigt oder abfällt – was zu physikalischen Veränderungen, Feuchtemigration, chemischem Abbau und einer erhöhten Anfälligkeit für Mikrobielles Wachstum führt. Eine übermäßige Verpackung ist hingegen kostspielig und kann die Gewinne schmälern. Wie können Sie die genaue Verpackungsmenge ermitteln, die Ihr Produkt benötigt?

In der Vergangenheit haben nur sehr wenige Hersteller ihre Verpackungsentscheidungen auf wissenschaftlicher Basis getroffen. Sie verfolgten einen empirischen Ansatz: Sie verpackten übermäßig, um Probleme zu vermeiden, und nahmen Änderungen erst vor, wenn Probleme auftraten. Bei Produkten im Bereich „ Einzelne Messung-serve“ kann eine übermäßige Verpackung jedoch die Gewinne erheblich schmälern. In solchen Fällen, in denen ein geschickter Spagat zwischen Kosten und Qualität erforderlich ist, helfen präzise wissenschaftliche Informationen.

Die richtige Verpackung erfordert zwei einfache Kennzahlen

Der wichtigste Faktor, der bestimmt, wie sich die Wasseraktivität Ihres Produkts im Laufe der Zeit entwickelt, ist die Permeabilität des Verpackungsmaterials – also, wie gut es den Feuchtigkeitsaustausch unter verschiedenen Bedingungen verhindern kann. Um die richtige Verpackung für eine gewünschte Haltbarkeit zu ermitteln, benötigen Sie daher zwei einfache Kennzahlen: die kritische Wasseraktivität und die Permeabilität der Verpackung.

Schnelle und einfache Bestimmung Wasseraktivität kritischen Wasseraktivität

Ausgangspunkt für Verpackungsberechnungen ist ein kritischer Wasseraktivität . Bislang war es schwierig, diesen Wert zu ermitteln – herkömmliche Isothermen-Technologien lieferten keine exakten Wendepunkte. Da es nun jedoch möglich ist, mit dem VAPOR SORPTION ANALYZER (VSA) einen präzisen Wert zu ermitteln, sind solche Verpackungsberechnungen möglich geworden.

Der VSA erzeugt eine hochauflösende Isotherme, die als „Dynamic Dewpoint Isotherm“ (DDI)-Kurve bezeichnet wird. DDI-Kurven sparen viel Zeit bei der Ermittlung der kritischen Wasseraktivität in Lebensmitteln und pharmazeutischen Produkten mit geringem Feuchtigkeitsgehalt, da sie die Veränderung der Sorptionseigenschaften einer Substanz deutlich veranschaulichen (siehe Abbildung 1). Diese Kurve zeigt den „ Glasübergang “-Punkt für eine bestimmte Getränkemischung Rezeptur.

Lebensmittel mit höherem Feuchtigkeitsgehalt benötigen möglicherweise keine DDI-Kurve, da es wahrscheinlicher ist, dass mikrobieller Verderb der Faktor ist, der die Wasseraktivität ( Haltbarkeit) verringert. Bei Produkten mit höherem Feuchtigkeitsgehalt sind die zu ermittelnden kritischen Wasseraktivitätsgrenzwerte für die Wasseraktivität ( Mikrobielles Wachstum ) maßgeblich und in der Fachliteratur zu finden (0,85 aw ist der Grenzwert für pathogene Bakterien, und unter 0,6 aw wachsen keine Organismen).  Weitere Faktoren, die Haltbarkeit verringern und bei der Bestimmung einer kritischen Wasseraktivität möglicherweise berücksichtigt werden müssen, sind Texturveränderungen, Lipidoxidation, Maillard-Bräunung, Vitaminverlust oder Farbverlust.

Warum die Durchlässigkeit von Verpackungen wichtig ist

Die treibende Kraft, die bewirkt, dass Wasser durch die Verpackung wandert, ist ein Unterschied in Wasseraktivität innerhalb und außerhalb der Verpackung. Besteht ein solcher Unterschied, entsteht eine treibende Kraft, die bewirkt, dass Wasser entweder in die Verpackung eindringt oder diese verlässt und so auf das Produkt einwirkt.

Das Ziel einer Verpackung besteht darin, die Geschwindigkeit des Feuchtigkeitstransports zu verringern. Diese Geschwindigkeit wird von Verpackungsherstellern in der Regel als Wasserdampfdurchlässigkeitsrate ( Wasserdampfdurchlässigkeit , WVTR) angegeben. Anhand der kritischen Wasseraktivität und der WVTR der in Frage kommenden Verpackung können Sie eine Kosten-Nutzen-Analyse ( prädiktive Modellierung ) durchführen, um Entscheidungen hinsichtlich des Verhältnisses von Kosten und Nutzen zu treffen.

prädiktive Modellierung Dies geschieht oft mithilfe einer Reihe komplizierter Gleichungen (zu finden in „Fundamentals of Moisture Sorption Isotherms“), doch es gibt einen einfacheren Weg. Ein Softwareprogramm namens „Moisture Analysis Toolkit“ übernimmt diese Berechnungen automatisch für Sie**.** Geben Sie einfach die Variablen für ein Produkt ein, und das Toolkit ermittelt die ideale Lösung für Ihre Verpackung. Sie können sogar die Analyseparameter variieren und so die Verpackung finden, die Ihnen die beste Kapitalrendite bietet.

prädiktive Modellierung in Aktion

Anhand von Verpackungsberechnungen haben wir vier verschiedene Verpackungsarten für ein Getränkepulver bewertet – die Originalverpackung und drei mögliche Alternativen. Unter extremen Feuchtigkeitsbedingungen (25 °C, 75 % Luftfeuchtigkeit) ergaben sich folgende Ergebnisse:

Es liegt auf der Hand, dass die Originalverpackung am besten abgeschnitten hat. Diese Ergebnisse warfen jedoch zwei wichtige Fragen auf. Erstens: Ist eine Haltbarkeit von 7.812 Tagen („ Haltbarkeit “) übertrieben? Zweitens: Wir fragten uns, warum eine Verpackung mit einer Haltbarkeit von 7.812 Tagen („ Haltbarkeit “) bereits nach wenigen Monaten am Boden der Sporttasche versagte. Also führten wir einen weiteren Test durch und erhielten eine einfache Antwort: der Umkleideraum.

Kundenmissbrauch kann alles ruinieren Haltbarkeit

Der Umkleideraum entspricht so ziemlich den Bedingungen für Missbrauch, und Tests, die durchgeführt wurden, um Missbrauch zu simulieren (40 °C, 75 % Luftfeuchtigkeit, obwohl viele uns bekannte Umkleideräume Werte von 85 oder 90 % erreichen), zeigten etwas Erschreckendes:

Der Sportgetränkestick in der Originalverpackung würde unter Umkleidekabinenbedingungen in weniger als einem Monat die Werte Verklumpung und Verbackung erreichen. (Falls Sie sich fragen, warum er dennoch die Verpackungen 2 und 3 mit geringerer Leitfähigkeit übertraf: Diese Verpackungen hatten eine größere Oberfläche als die Originalverpackung.)

Die Leitfähigkeit ist temperaturabhängig, manchmal sogar in extremem Maße, wie die Daten der „Originalverpackung“ zeigen. Und die ASTM-konformen WTVR-Daten ( Wasserdampfdurchlässigkeit ) liefern keine Informationen über die Leitfähigkeit bei einer bestimmten Temperatur, es sei denn, man kennt die Bedingungen, unter denen die Tests durchgeführt wurden.

Lösen Sie die Verpackungsgleichung

Der Getränkehersteller hat zu viel bezahlt, um seine Produkte übermäßig zu verpacken, und dennoch die Verbraucher enttäuscht. Die einzige Möglichkeit, das Verpackungsproblem wirklich zu lösen, sind konkrete Daten. Mit den hochauflösenden Isothermen von VSA können Sie optimierte, temperaturabhängige Wasseraktivität nutzen, um:

• Bestimmen Sie die tatsächliche Dampfdurchlässigkeit einer Verpackung.
• Berechnung der Zeit, bis ein verpacktes Produkt Wasseraktivität verschiedenen Bedingungen Wasseraktivität kritische Wasseraktivität erreicht
• Ermitteln Sie die für die Einhaltung der Anforderungen der „ Haltbarkeit “ erforderliche Gehäuseleitfähigkeit
• Ermitteln Sie die Wasseraktivität Produkts nach einer bestimmten Zeitspanne unter verschiedenen Bedingungen

Weitere ausführliche Informationen zu kritischer Wasseraktivität, DDI-Kurven, Verpackungsdurchlässigkeit und „ prädiktive Modellierung “ finden Sie im Webinar: „Predict Packaging Performance“.

Erfahren Sie mehr über Verpackungen

In diesem 30-minütigen Webinar sprechen die Lebensmittelwissenschaftler Mary Galloway und Zachary Cartwright darüber, wie Sie Antworten auf Ihre Fragen zu „ Haltbarkeit “ erhalten. Erfahren Sie, wie Sie:

• Beheben Sie Probleme und gehen Sie Beschwerden nach, um herauszufinden, warum „ Haltbarkeit “ früher als erwartet endet.
• Prognostizieren Sie, wie sich Änderungen am Rezept auswirken werden Haltbarkeit
• Vergleichen Sie die Wirkung verschiedener Inhaltsstoffoptionen
• Prüfen Sie, ob eine bestimmte Verpackungsoption Ihnen dabei helfen wird, Folgendes zu erreichen oder zu verbessern Haltbarkeit

Zusätzliche Informationen

Amerikanische Gesellschaft für Materialprüfung (ASTM). 2008. Standardtestmethoden für die Wasserdampfdurchlässigkeit von Materialien. ASTM E 96-00. Philadelphia, PA.

Azanha, A. B. und J. A. F. Faria. „Verwendung mathematischer Modelle zur Schätzung der Haltbarkeit von Cornflakes in flexiblen Verpackungen.“ Packaging Technology and Science 18, Nr. 4 (2005): 171–178. Link zum Artikel.

Carter, Brady P. und Shelly J. Schmidt. „Entwicklungen bei der Bestimmung des Gehalts an Glasübergang in Lebensmitteln mithilfe von Feuchtigkeitssorptionsisothermen.“ Food Chemistry 132, Nr. 4 (2012): 1693–1698. Link zum Artikel.

Risbo, Jens. „Die Dynamik der „ Feuchtemigration “ in verpackten Mehrkomponenten-Lebensmittelsystemen I: Vorhersagen zur „ Haltbarkeit “ für ein Getreide-Rosinen-System.“ Journal of Food Engineering 58, Nr. 3 (2003): 239–246. Link zum Artikel.

Kilcast, David, und Persis Subramaniam, Hrsg. Die Stabilität und Haltbarkeit von Lebensmitteln. Cambridge: CRC Press, 2000. Link zum Artikel.

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Del Nobile, M. A., G. G. Buonocore, S. Limbo und P. Fava. „Haltbarkeit -Vorhersage für getrocknete Getreideprodukte, die in feuchtigkeitsempfindlichen Folien verpackt sind.“ Journal of Food Science 68, Nr. 4 (2003): 1292–1300. Link zum Artikel.

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Wong, Ee Hua, Yong Chua Teo und Thiam Beng Lim. „Moisture diffusion and vapour pressure modeling of IC packaging” (Feuchtigkeitsdiffusion und Dampfdruckmodellierung bei IC-Gehäusen). In: Electronic Components & Technology Conference, 1998. 48. IEEE, S. 1372–1378. IEEE, 1998. Link zum Artikel.

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