Die Verpackungsleistung vorhersagen, um Haltbarkeit des Produkts zu maximieren

Einzelportionen von Getränkepulvern sind ein wachsendes Marktsegment. Für Verbraucher sind sie praktisch und erschwinglich. Für Hersteller und Einzelhändler sind sie profitabel, da sie deutlich weniger Versand- und Lagerkosten verursachen als Fertiggetränke. Sie sind in der Tat das ideale Produkt, aber sie rücken die Verpackung in den Mittelpunkt. Das liegt daran, dass die beiden Hauptbestandteile von Sportgetränkesticks Getränkepulver und ... Verpackung sind.

Jede Hülle entspricht einer Einzelportion, 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 angestrebte Haltbarkeit Produkts hinweg zu gewährleisten.

Überflüssige Verpackungen schmälern den Gewinn

Eine unzureichende Verpackung kann dazu führen, dass die Wasseraktivität Lebensmitteln im Laufe der Zeit ansteigt oder abfällt – was physikalische Veränderungen, Feuchtemigration, chemischen Abbau und eine erhöhte Anfälligkeit für Mikrobielles Wachstum zur Folge hat. 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 wissenschaftlich fundierte Entscheidungen in Bezug auf Verpackungen getroffen. Sie haben einen empirischen Ansatz verfolgt: Überverpackung, um Probleme zu vermeiden, und Änderungen nur dann vornehmen, wenn Probleme auftreten. Bei Einzelportionsprodukten kann Überverpackung jedoch zu erheblichen Gewinneinbußen führen. In solchen Fällen, in denen ein geschicktes Manövrieren zwischen Kosten und Qualität erforderlich ist, helfen präzise wissenschaftliche Informationen.

Die richtige Verpackung erfordert zwei einfache Kennzahlen

Der wichtigste Faktor, der darüber entscheidet, wie sich Wasseraktivität Ihres Produkts Wasseraktivität Zeit entwickelt, ist die Durchlässigkeit 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: Wasseraktivität kritische Wasseraktivität die Verpackungsdurchlässigkeit.

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 Lebensmitteln und pharmazeutischen Produkten Wasseraktivität geringem Feuchtigkeitsgehalt, da sie die Veränderung der Sorptionseigenschaften einer Substanz deutlich veranschaulichen (siehe Abbildung 1). Diese Kurve zeigt den Glasübergang für eine bestimmte Rezeptur eines Getränkemischungsprodukts.

Lebensmittel mit höherem Feuchtigkeitsgehalt benötigen möglicherweise keine DDI-Kurve, da es wahrscheinlicher ist, dass mikrobieller Verderb der Faktor ist, der Haltbarkeit verringert. Bei Produkten mit höherem Feuchtigkeitsgehalt sind die kritischen Wasseraktivität für Mikrobielles Wachstum zu ermitteln Mikrobielles Wachstum sind 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 Haltbarkeit bei der Bestimmung einer kritischen Wasseraktivität möglicherweise berücksichtigt werden müssen, Wasseraktivität 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 Wasserdampfdurchlässigkeit WVTR) angegeben. Anhand der kritischen Wasseraktivität der WVTR der geplanten Verpackung können Sie prädiktive Modellierung durchführen, prädiktive Modellierung Kosten-Nutzen-Entscheidungen zu treffen.

prädiktive Modellierung häufig anhand einer Reihe komplizierter Gleichungen (zu finden in „Fundamentals of Moisture Sorption Isotherms“), doch es gibt einen einfacheren Weg.  Ein Softwareprogramm namens „Moisture Analysis Toolkit“ führt diese Berechnungen automatisch für Sie durch**.** 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 der Praxis

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 war eindeutig die Originalverpackung, die am besten abschnitt. Diese Ergebnisse warfen jedoch zwei wichtige Fragen auf. Erstens: Ist Haltbarkeit von 7.812 Tagen Haltbarkeit ? Zweitens: Wir fragten uns, warum eine Verpackung mit Haltbarkeit 7.812 Tagen bereits nach wenigen Monaten am Boden der Sporttasche Haltbarkeit . Also führten wir einen weiteren Test durch und erhielten eine einfache Antwort: der Umkleideraum.

Kundenmissbrauch kann Haltbarkeit beeinträchtigen

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 Verbackung weniger als einem Monat zu Verklumpung Verbackung neigen. (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 auf der „Originalverpackung“ zeigen. Und die ASTM-konformen Daten Wasserdampfdurchlässigkeit WTVR) liefern keine Informationen über die Leitfähigkeit bei bestimmten Temperaturen, 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 Haltbarkeit erforderliche Verpackungsleitfähigkeit
• 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 Haltbarkeit erhalten. Erfahren Sie, wie Sie:

• Beheben Sie Probleme und bearbeiten Sie Beschwerden, um herauszufinden, warum Haltbarkeit früher als erwartet Haltbarkeit
• Prognostizieren Sie, wie sich Rezeptänderungen auf Haltbarkeit auswirken werden
• Vergleichen Sie die Wirkung verschiedener Inhaltsstoffoptionen
• Prüfen Sie, ob eine bestimmte Verpackungsoption dazu beiträgt, Haltbarkeit zu erreichen oder zu verbessern

Zusätzliche Informationen

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

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

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

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