Las bebidas en polvo monodosis son un segmento de mercado en crecimiento. Para los consumidores, son prácticas y asequibles. Para los fabricantes y minoristas, son rentables, ya que su transporte y almacenamiento son mucho más baratos que los de las bebidas listas para consumir. De hecho, son el producto ideal, pero ponen el foco en el envase. Esto se debe a que los dos ingredientes principales de las bebidas deportivas en sticks son la mezcla para bebidas y... el envase.

Cada envase contiene una ración individual, por lo que el embalaje representa más del 50 % del coste de las materias primas de este producto. El objetivo principal de ese embalaje es mantener la mezcla para bebida fluida —por debajo de la actividad crítica del agua— durante la vida útil prevista del producto.

El exceso de embalaje merma los beneficios

Un embalaje insuficiente puede provocar que la actividad del agua en los productos alimenticios aumente o disminuya con el tiempo, lo que provoca cambios físicos, migración de humedad, degradación química y susceptibilidad al crecimiento microbiano. Por otro lado, el exceso de embalaje es caro y puede reducir los beneficios. ¿Cómo se puede calcular la cantidad exacta de embalaje que necesita su producto?

Históricamente, muy pocos fabricantes han tomado decisiones científicas en materia de embalaje. Han utilizado un enfoque empírico: sobreembalar para evitar problemas y solo realizar cambios cuando surgen problemas. Pero en los productos de una sola ración, el sobreembalaje puede reducir significativamente los beneficios. En casos como este, en los que se requiere un hábil equilibrio entre el coste y la calidad, la información científica precisa resulta de gran ayuda.

Un embalaje correcto requiere dos métricas sencillas.

El factor determinante más importante para lo que sucederá con la actividad del agua de su producto a lo largo del tiempo es la permeabilidad del material de envasado, es decir, su capacidad para impedir la transferencia de humedad en diferentes condiciones. Por lo tanto, para determinar el envasado adecuado para la vida útil deseada, se necesitan dos métricas sencillas: la actividad crítica del agua y la permeabilidad del envase.

Actividad crítica del agua rápida y fácil

El punto de partida de los cálculos de envasado es un valor crítico de actividad del agua. Tradicionalmente, este punto era difícil de obtener, ya que las tecnologías isotérmicas tradicionales no proporcionaban puntos de inflexión exactos. Sin embargo, la capacidad de obtener un punto preciso gracias al ANALIZADOR DE SORCIÓN DE VAPOR (VSA) hace ahora posible este tipo de cálculo de envasado.

El VSA genera una isoterma de alta resolución denominada curva de punto de rocío dinámico (DDI). Las curvas DDI ahorran mucho tiempo a la hora de identificar la actividad crítica del agua en productos alimenticios y farmacéuticos con bajo contenido de humedad, ya que ilustran claramente el cambio en las propiedades de sorción de una sustancia (véase la figura 1). Esta curva muestra el punto de transición vítrea para una formulación concreta de mezcla para bebidas.

Los alimentos con mayor contenido de humedad pueden no necesitar una curva DDI, ya que es más probable que el deterioro microbiano sea el factor que reduzca la vida útil. En el caso de los productos con mayor contenido de humedad, los límites críticos de actividad del agua que deben identificarse son los relacionados con el crecimiento microbiano y pueden consultarse en la bibliografía (0,85 aw es el límite para las bacterias patógenas, y ningún organismo crecerá por debajo de 0,6 aw).  Otros factores que reducen la vida útil y que pueden ser necesarios tener en cuenta a la hora de identificar una actividad crítica del agua son los cambios de textura, la oxidación de los lípidos, el oscurecimiento de Maillard, la pérdida de vitaminas o la pérdida de color.

¿Por qué es importante la permeabilidad de los envases?

La fuerza impulsora que hace que el agua se mueva a través del envase es la diferencia en las condiciones de actividad del agua dentro y fuera del envase. Cuando existe una diferencia, se produce una fuerza impulsora que hace que el agua entre o salga del envase y afecte al producto.

El objetivo del envasado es reducir la velocidad a la que se transfiere la humedad. Los fabricantes de envases suelen indicar esta velocidad como índice de transmisión de vapor de agua (WVTR). Utilizando la actividad crítica del agua y el WVTR del envase previsto, se pueden realizar modelos predictivos para tomar decisiones sobre la relación coste/beneficio.

El modelado predictivo suele realizarse mediante una serie de ecuaciones complicadas (disponibles en Fundamentos de las isotermas de sorción de humedad), pero existe una forma más sencilla.  Un programa de software llamado Moisture Analysis Toolkit (Kit de herramientas para el análisis de la humedad) realizará automáticamente estos cálculos por usted**.** Solo tiene que introducir las variables de un producto y el kit de herramientas determinará la situación ideal para su envase, permitiéndole incluso variar los parámetros de análisis y encontrar el envase que le ofrezca el mejor retorno de la inversión.

Modelización predictiva en acción

Mediante cálculos de embalaje, evaluamos cuatro tipos diferentes de envases para una bebida en polvo: su envase original y tres posibles alternativas. En condiciones de humedad extrema (25 °C, 75 % de humedad), estos son los resultados:

Claramente, el envase original fue el que mejor rendimiento tuvo. Pero estos resultados plantearon dos grandes preguntas. En primer lugar, ¿7812 días de vida útil es un exceso de embalaje? En segundo lugar, nos preguntamos por qué un envase con una vida útil de 7812 días falló después de solo un par de meses en el fondo de la bolsa de deporte. Así que hicimos otra prueba y obtuvimos una respuesta sencilla: el vestuario.

El maltrato de los clientes puede arruinar la vida útil.

El vestuario define prácticamente las condiciones de abuso, y las pruebas realizadas para simular el abuso (40 °C, 75 % de humedad, aunque muchos vestuarios que conocemos se acercan al 85 o 90 %) mostraron algo sorprendente:

El tubo de bebida deportiva en su envase original comenzaría a apelmazarse y aglutinarse en menos de un mes en las condiciones del vestuario. (Si se pregunta por qué sigue superando a los envases de menor conductancia 2 y 3, es porque estos envases tenían una superficie mayor que el original).

La conductancia depende de la temperatura, a veces de forma extrema, como muestran los datos del «paquete original». Y los datos sobre la tasa de transmisión de vapor de agua (WTVR) conformes con la norma ASTM no proporcionan información sobre la conductancia a ninguna temperatura, a menos que se conozcan las condiciones en las que se realizaron las pruebas.

Resuelve la ecuación del embalaje

El fabricante de bebidas pagó de más por un embalaje excesivo y aún así decepcionó a los consumidores. La única forma de resolver realmente la ecuación del embalaje es con datos concretos. Las isotermas de alta resolución de VSA le permiten utilizar ecuaciones de actividad del agua optimizadas y dependientes de la temperatura para:

• Determinar la conductancia real del vapor de un envase.
• Calcular el tiempo que tarda un producto envasado en alcanzar una actividad crítica del agua en diferentes condiciones.
• Establezca la conductancia del envase que necesita para cumplir con los requisitos de vida útil.
• Determinar la actividad del agua de un producto tras un determinado periodo de tiempo en diferentes condiciones.

Para obtener información más detallada sobre la actividad crítica del agua, las curvas DDI, la permeabilidad de los envases y los modelos predictivos, vea el seminario web: Predict Packaging Performance (Predicción del rendimiento de los envases).

Más información sobre el embalaje

En este seminario web de 30 minutos, los científicos alimentarios Mary Galloway y Zachary Cartwright hablan sobre cómo obtener respuestas a sus preguntas sobre la vida útil. Aprenda a:

• Resolver problemas y quejas para averiguar por qué la vida útil está terminando antes de lo esperado.
• Predecir cómo los cambios en la receta afectarán a la vida útil.
• Compare el efecto de diferentes opciones de ingredientes.
• Evalúa si una opción de envasado específica te ayudará a alcanzar o mejorar la vida útil.

Información adicional

Sociedad Americana para Ensayos y Materiales (ASTM). 2008. Métodos de ensayo estándar para la transmisión de vapor de agua de los materiales. ASTM E 96-00. Filadelfia, Pensilvania.

Azanha, A. B. y J. A. F. Faria. «Uso de modelos matemáticos para estimar la vida útil de los copos de maíz en envases flexibles». Packaging Technology and Science 18, n.º 4 (2005): 171-178. Enlace al artículo.

Carter, Brady P. y Shelly J. Schmidt. «Avances en la determinación de la transición vítrea en alimentos mediante isotermas de sorción de humedad». Food chemistry 132, n.º 4 (2012): 1693-1698. Enlace al artículo.

Risbo, Jens. «La dinámica de la migración de la humedad en sistemas alimentarios multicomponentes envasados I: predicciones de la vida útil de un sistema de cereales y pasas». Journal of Food Engineering 58, n.º 3 (2003): 239-246. Enlace al artículo.

Kilcast, David, y Persis Subramaniam, eds. La estabilidad y la vida útil de los alimentos. Cambridge: CRC Press, 2000. Enlace al artículo.

Koutsoumanis, Konstantinos y George-John E. Nychas. «Aplicación de un procedimiento experimental sistemático para desarrollar un modelo microbiano para la predicción rápida de la vida útil del pescado». International Journal of Food Microbiology 60, n.º 2 (2000): 171-184. Enlace al artículo.

Del Nobile, M. A., G. G. Buonocore, S. Limbo y P. Fava. «Predicción de la vida útil de alimentos secos a base de cereales envasados en films sensibles a la humedad». Revista de ciencia alimentaria 68, n.º 4 (2003): 1292-1300. Enlace al artículo.

Labuza, T. P. y C. R. Hyman. «Migración y control de la humedad en alimentos multidominio». Tendencias en Ciencia y Tecnología de los Alimentos 9, n.º 2 (1998): 47-55. Enlace al artículo.

Wong, Ee Hua, Yong Chua Teo y Thiam Beng Lim. «Modelización de la difusión de humedad y la presión de vapor en los encapsulados de circuitos integrados». En Electronic Components & Technology Conference, 1998. 48.ª IEEE, pp. 1372-1378. IEEE, 1998. Enlace al artículo.

Yuan, Xiaoda, Brady P. Carter y Shelly J. Schmidt. «Determinación de la humedad relativa crítica a la que se produce la transición de estado vítreo a gomoso en la polidextrosa utilizando un instrumento automático de sorción de vapor de agua». Journal of food science 76, n.º 1 (2011). Enlace al artículo.

‍