Predecir el rendimiento del envase para maximizar la vida útil del producto
Predecir el rendimiento del envase para maximizar la vida útil del producto
Para evaluar los envases sólo se necesitan dos parámetros clave: la actividad del agua y la permeabilidad del envase. Veamos cómo utilizarlas y por qué son importantes.
Las mezclas de bebidas en polvo en monodosis son un segmento de mercado en crecimiento. Para los consumidores, son prácticas y asequibles. Para los fabricantes y minoristas, son rentables, ya que cuestan mucho menos de enviar y almacenar que las bebidas preparadas. De hecho, son el producto ideal, pero centran la atención en el envase. Esto se debe a que los dos ingredientes principales de las barritas de bebidas deportivas son la mezcla y... el envase.
Cada envase es una porción individual, por lo que el envasado representa más del 50% del coste de las materias primas de este producto. El objetivo principal de este envase es mantener la mezcla de la bebida fluida -por debajo de la actividad crítica del agua- durante la vida útil prevista del producto.
El sobreenvasado merma los beneficios
Un envasado insuficiente puede permitir que la actividad del agua en los productos alimentarios aumente o disminuya con el tiempo, provocando cambios físicos, migración de humedad, degradación química y susceptibilidad al crecimiento microbiano. Por otra parte, un envasado excesivo es caro y puede mermar los beneficios. ¿Cómo puede calcular la cantidad exacta de envase que necesita su producto?
Históricamente, muy pocos fabricantes han tomado decisiones científicas en materia de envasado. Han utilizado un enfoque empírico: sobreenvasar para evitar problemas y sólo hacer cambios cuando surgen problemas. Pero en los productos monodosis, el sobreenvasado puede reducir considerablemente los beneficios. En casos como éste, en los que es preciso maniobrar hábilmente entre el coste y la calidad, la información científica precisa resulta de gran ayuda.
Un envasado correcto requiere dos sencillas medidas
El factor determinante más importante de lo que ocurrirá con la actividad del agua de su producto a lo largo del tiempo es la permeabilidad del material de envasado, es decir, lo bien que puede evitar la transferencia de humedad en diferentes condiciones. Por tanto, para determinar el envase correcto para una vida útil deseada, se necesitan dos parámetros sencillos: la actividad crítica del agua y la permeabilidad del envase.
Actividad acuática crítica rápida y sencilla
El punto de partida de los cálculos de envasado es un valor crítico de actividad del agua. Tradicionalmente, este punto era difícil de obtener: las tecnologías isotérmicas de la vieja escuela no proporcionaban puntos de inflexión exactos. Sin embargo, la capacidad de obtener un punto preciso del VAPOR SORPTION ANALYZER (VSA) hace ahora posible este tipo de cálculo de envasado.
El VSA genera una isoterma de alta resolución denominada curva de isoterma dinámica de punto de rocío (DDI). Las curvas DDI ahorran mucho tiempo a la hora de identificar una actividad crítica del agua en productos alimentarios y farmacéuticos de baja 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 de una determinada formulación de mezcla para bebidas.
Los alimentos con mayor humedad pueden no necesitar una curva DDI porque es más probable que el deterioro microbiano sea el factor que reduzca la vida útil. Para los productos con mayor humedad, los límites críticos de actividad del agua que hay que identificar son para el crecimiento microbiano y pueden encontrarse en la bibliografía (0,85aw es el límite para las bacterias patógenas, y ningún organismo crecerá por debajo de 0,6aw). Otros factores que reducen la vida útil y que deben tenerse en cuenta a la hora de identificar una actividad acuosa crítica son los cambios de textura, la oxidación de lípidos, el pardeamiento de Maillard, la pérdida de vitaminas o la pérdida de color.
Por qué es importante la permeabilidad del envase
La fuerza motriz para que el agua se desplace a través del envase es una diferencia en las condiciones de actividad del agua dentro y fuera del envase. Cuando hay una diferencia, existe una fuerza impulsora para 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 este índice como índice de transmisión de vapor de agua (WVTR). Utilizando la actividad crítica del agua y el WVTR del posible envase, se pueden realizar modelos predictivos para tomar decisiones de coste/beneficio.
El modelado predictivo se realiza a menudo 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 realizará automáticamente estos cálculos por usted. Basta con 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 proporcione el mejor rendimiento de la inversión.
Modelos predictivos en acción
Mediante cálculos de envasado, evaluamos cuatro tipos diferentes de envases para una mezcla para bebidas: su envase original y tres posibles alternativas. En condiciones de abuso de humedad (25 °C, 75% de humedad), estos son los resultados:
| Almacenado a 25°C | Conductancia | Días de caducidad |
|---|---|---|
| Paquete 1 | 14.46 | 41.24 |
| Paquete 2 | 13.20 | 47.51 |
| Paquete 3 | 13.41 | 44.52 |
| Paquete original | 0.13 | 7812.90 |
Claramente, el paquete original fue el que obtuvo mejores resultados. Pero estos resultados suscitaron dos grandes preguntas. En primer lugar, ¿es un envase con 7.812 días de caducidad excesivo? En segundo lugar, nos preguntábamos por qué un envase con 7.812 días de caducidad fallaba tras sólo un par de meses en el fondo de la bolsa del gimnasio. Así que hicimos otra prueba y obtuvimos una respuesta sencilla: el vestuario.
El abuso del cliente puede arruinar la vida útil
El vestuario define en gran medida 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:
| Almacenado a 40°C | Conductancia | Días de caducidad |
|---|---|---|
| Paquete 1 | 18.77 | 10.74 |
| Paquete 2 | 15.56 | 12.46 |
| Paquete 3 | 13.69 | 13.56 |
| Paquete original | 16.41 | 28.01 |
El stick de bebida deportiva en el envase original empezaba a apelmazarse y formar grumos en menos de un mes de condiciones de vestuario. (Si te preguntas por qué superó a los envases 2 y 3 de menor conductividad, es porque estos envases tenían una superficie mayor que el original).
La conductancia depende de la temperatura, a veces en gran medida, como muestran los datos del "embalaje original". Y los datos de la tasa de transmisión de vapor de agua (WTVR) conforme a ASTM no proporcionan información sobre la conductancia a ninguna temperatura, a menos que se conozcan las condiciones en las que se realizaron las pruebas.
Resolver la ecuación de embalaje
El fabricante de bebidas pagó de más por envasar de más y aun así defraudó a los consumidores. La única forma de resolver realmente la ecuación del envasado es con datos concretos. Las isotermas de alta resolución de VSA le permiten utilizar ecuaciones de actividad del agua racionalizadas y dependientes de la temperatura para:
- Determinar la conductancia de vapor real de un envase
- Calcular el tiempo que transcurre antes de que un producto envasado alcance la actividad crítica del agua en diferentes condiciones.
- Establezca la conductancia del envase que necesita para cumplir los requisitos de caducidad
- Determinar la actividad acuosa de un producto tras un cierto 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: Predecir el rendimiento de los envases.
Más información sobre envases
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 cómo:
-Solución de problemas y reclamaciones para averiguar por qué la vida útil se acaba antes de lo previsto.
-Predecir cómo afectarán los cambios en la receta a la vida útil
-Comparar el efecto de diferentes opciones de ingredientes.
-Evaluar si una opción de envasado específica le ayudará a alcanzar o mejorar la vida útil
Información adicional
Sociedad Americana de Pruebas y Materiales (ASTM). 2008. Métodos de ensayo estándar para la transmisión de vapor de agua de los materiales. ASTM E 96-00. Filadelfia, PA.
Azanha, A. B., y J. A. F. Faria. "Uso de modelos matemáticos para la estimación de la vida útil de copos de maíz en envases flexibles". Packaging Technology and Science 18, no. 4 (2005): 171-178. Enlace del artículo.
Carter, Brady P., y Shelly J. Schmidt. "Developments in glass transition determination in foods using moisture sorption isotherms". Química de los alimentos 132, no. 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 cereal-pasas". Journal of Food Engineering 58, no. 3 (2003): 239-246. Enlace del 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. "Application of a systematic experimental procedure to develop a microbial model for rapid fish shelf life predictions". International Journal of Food Microbiology 60, nº 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 películas sensibles a la humedad". Journal of food science 68, no. 4 (2003): 1292-1300. Enlace al artículo.
Labuza, T. P., y C. R. Hyman. "Migración y control de la humedad en alimentos multidominio". Trends in Food Science & Technology 9, no. 2 (1998): 47-55. Enlace del artículo.
Wong, Ee Hua, Yong Chua Teo, y Thiam Beng Lim. "Moisture diffusion and vapour pressure modeling of IC packaging". En Electronic Components & Technology Conference, 1998. 48th IEEE, pp. 1372-1378. IEEE, 1998. Enlace del artículo.
Yuan, Xiaoda, Brady P. Carter y Shelly J. Schmidt. "Determinación de la humedad relativa crítica a la que se produce la transición vítrea a gomosa en la polidextrosa utilizando un instrumento automático de sorción de vapor de agua". Journal of food science 76, nº 1 (2011). Enlace del artículo.
