Prévoir les performances de l'emballage pour maximiser la durée de conservation du produit
Prévoir les performances de l'emballage pour maximiser la durée de conservation du produit
Pour évaluer un emballage, il suffit de disposer de deux indicateurs clés : l'activité de l'eau et la perméabilité de l'emballage. Voyons comment les utiliser et pourquoi elles sont importantes.
Les mélanges de boissons en poudre en portion individuelle constituent un segment de marché en pleine expansion. Pour les consommateurs, ils sont pratiques et abordables. Pour les fabricants et les détaillants, ils sont rentables, car ils coûtent beaucoup moins cher à expédier et à stocker que les boissons prêtes à l'emploi. Ils sont en fait le produit idéal, mais ils mettent l'accent sur l'emballage. En effet, les deux principaux ingrédients des bâtonnets de boisson pour sportifs sont le mélange pour boisson et... l'emballage.
Chaque manchon est une portion individuelle, de sorte que l'emballage représente plus de 50 % du coût des matières premières pour ce produit. L'objectif principal de cet emballage est de maintenir la fluidité de la boisson - en dessous du seuil critique d'activité de l'eau - tout au long de la durée de conservation du produit.
Le suremballage réduit les bénéfices
Un emballage insuffisant peut permettre à l'activité de l'eau dans les produits alimentaires d'augmenter ou de diminuer au fil du temps, entraînant des changements physiques, une migration de l'humidité, une dégradation chimique et une susceptibilité à la croissance microbienne. Le suremballage, quant à lui, est coûteux et peut réduire les bénéfices. Comment déterminer la quantité exacte d'emballage dont votre produit a besoin ?
Historiquement, très peu de fabricants ont pris des décisions scientifiques en matière d'emballage. Ils ont utilisé une approche empirique : suremballer pour éviter les problèmes et ne procéder à des changements qu'en cas de problème. Mais dans le cas des produits à usage unique, le suremballage peut réduire considérablement les bénéfices. Dans des cas comme celui-ci, lorsqu'il s'agit de concilier habilement coût et qualité, il est utile de disposer d'informations scientifiques précises.
Un emballage correct nécessite deux mesures simples
Le facteur le plus déterminant de l'évolution de l'activité de l'eau de votre produit dans le temps est la perméabilité du matériau d'emballage, c'est-à-dire sa capacité à empêcher le transfert d'humidité dans différentes conditions. Ainsi, pour déterminer l'emballage adéquat pour une durée de conservation donnée, vous avez besoin de deux mesures simples : l'activité critique de l'eau et la perméabilité de l'emballage.
Activité critique de l'eau rapide et facile
Le point de départ des calculs d'emballage est une valeur critique d'activité de l'eau. Traditionnellement, ce point était difficile à obtenir - les technologies isothermes traditionnelles ne permettaient pas d'obtenir des points d'inflexion exacts. Cependant, la possibilité d'obtenir un point précis grâce à l'analyseur de sorption de vapeur (VSA) rend désormais possible ce type de calcul d'emballage.
Le VSA génère une isotherme à haute résolution appelée courbe d'isotherme dynamique du point de rosée (DDI). Les courbes DDI permettent de gagner beaucoup de temps dans l'identification d'une activité critique de l'eau dans les produits alimentaires et pharmaceutiques à faible taux d'humidité, car elles illustrent clairement le changement des propriétés de sorption d'une substance (voir figure 1). Cette courbe montre le point de transition vitreuse d'une préparation de boisson particulière.
Les aliments plus humides n'ont peut-être pas besoin d'une courbe DDI car il est plus probable que la détérioration microbienne soit le facteur qui réduit la durée de conservation. Pour les produits à forte teneur en eau, les limites critiques d'activité de l'eau à identifier concernent la croissance microbienne et peuvent être trouvées dans la littérature (0,85aw est la limite pour les bactéries pathogènes, et aucun organisme ne se développera en dessous de 0,6aw). D'autres facteurs qui réduisent la durée de conservation et doivent être pris en considération lors de l'identification d'une activité critique de l'eau sont les changements de texture, l'oxydation des lipides, le brunissement de Maillard, la perte de vitamines ou la perte de couleur.
L'importance de la perméabilité des emballages
La force motrice qui pousse l'eau à se déplacer à travers l'emballage est une différence entre les conditions d'activité de l'eau à l'intérieur et à l'extérieur de l'emballage. Lorsqu'il y a une différence, l'eau est poussée à entrer ou à sortir de l'emballage et à avoir un impact sur le produit.
L'objectif de l'emballage est de réduire la vitesse à laquelle l'humidité est transférée. Ce taux est généralement indiqué par les fabricants d'emballages sous la forme d'un taux de transmission de la vapeur d'eau (WVTR). En utilisant l'activité critique de l'eau et le taux de transmission de la vapeur d'eau de l'emballage envisagé, il est possible d'effectuer une modélisation prédictive pour prendre des décisions en matière de coûts et d'avantages.
La modélisation prédictive est souvent réalisée à l'aide d'une série d'équations compliquées (disponibles dans Fundamentals of Moisture Sorption Isotherms), mais il existe une méthode plus simple. Un logiciel appelé Moisture Analysis Toolkit effectue automatiquement ces calculs pour vous. Il suffit d'introduire les variables d'un produit et la boîte à outils déterminera la situation idéale pour votre emballage, vous permettant même de varier les paramètres d'analyse et de trouver l'emballage qui vous donne le meilleur retour sur investissement.
La modélisation prédictive en action
À l'aide de calculs d'emballage, nous avons évalué quatre types d'emballages différents pour un mélange de boissons - son emballage d'origine et trois alternatives possibles. Dans des conditions d'abus d'humidité (25 °C, 75 % d'humidité), voici les résultats :
| Stocké à 25°C | Conductance | Durée de conservation Jours |
|---|---|---|
| Paquet 1 | 14.46 | 41.24 |
| Paquet 2 | 13.20 | 47.51 |
| Paquet 3 | 13.41 | 44.52 |
| Emballage d'origine | 0.13 | 7812.90 |
Il est clair que le paquet d'origine a été le plus performant. Mais ces résultats ont suscité deux grandes questions. Tout d'abord, une durée de conservation de 7 812 jours est-elle un suremballage ? Deuxièmement, nous nous sommes demandé pourquoi un emballage ayant une durée de conservation de 7 812 jours avait échoué après seulement quelques mois au fond d'un sac de sport. Nous avons donc effectué un autre test et obtenu une réponse simple : le vestiaire.
Les abus des clients peuvent nuire à la durée de conservation
Les vestiaires définissent pratiquement les conditions d'abus, et les tests effectués pour simuler un abus (40 °C, 75 % d'humidité, bien que de nombreux vestiaires que nous connaissons approchent les 85 ou 90 %) ont montré quelque chose d'étonnant :
| Stocké à 40°C | Conductance | Durée de conservation Jours |
|---|---|---|
| Paquet 1 | 18.77 | 10.74 |
| Paquet 2 | 15.56 | 12.46 |
| Paquet 3 | 13.69 | 13.56 |
| Emballage d'origine | 16.41 | 28.01 |
Le bâton de boisson pour sportifs dans l'emballage d'origine commençait à s'agglomérer et à s'agglutiner après moins d'un mois d'utilisation dans les vestiaires. (Si vous vous demandez pourquoi il a encore battu les emballages 2 et 3 à faible conductivité, c'est parce que ces emballages avaient une surface plus grande que l'emballage d'origine).
La conductance dépend de la température, parfois extrêmement, comme le montrent les données de l'"emballage d'origine". Et les données sur le taux de transmission de la vapeur d'eau (WTVR) conformes à l'ASTM ne vous donnent pas d'informations sur la conductance à n'importe quelle température, à moins que vous ne connaissiez les conditions dans lesquelles les tests ont été effectués.
Résoudre l'équation d'emballage
Le fabricant de boissons a surpayé pour sur-emballer et a encore déçu les consommateurs. La seule façon de résoudre l'équation de l'emballage est de s'appuyer sur des données concrètes. Les isothermes haute résolution de VSA vous permettent d'utiliser des équations d'activité de l'eau rationalisées et dépendantes de la température pour.. :
- Déterminer la conductance de vapeur réelle d'un emballage
- Calculer le temps nécessaire pour qu'un produit emballé atteigne une activité critique de l'eau dans différentes conditions.
- Déterminer la conductance de l'emballage nécessaire pour répondre aux exigences en matière de durée de conservation
- Déterminer l'activité de l'eau d'un produit après une certaine période de temps dans différentes conditions.
Pour plus d'informations sur l'activité critique de l'eau, les courbes DDI, la perméabilité des emballages et la modélisation prédictive, regardez le webinaire : Prédire les performances des emballages.
En savoir plus sur l'emballage
Dans ce webinaire de 30 minutes, les scientifiques de l'alimentation Mary Galloway et Zachary Cartwright expliquent comment obtenir des réponses à vos questions sur la durée de conservation. Apprenez à :
-Dépanner les problèmes et les plaintes afin de déterminer pourquoi la durée de conservation s'achève plus tôt que prévu.
-Prévoir l'impact des changements de recettes sur la durée de conservation
-Comparer l'effet de différentes options d'ingrédients
-Évaluer si une option d'emballage spécifique vous permettra d'atteindre ou d'améliorer la durée de conservation.
Informations complémentaires
Société américaine pour les essais et les matériaux (ASTM). 2008. Méthodes d'essai standard pour la transmission de la vapeur d'eau des matériaux. ASTM E 96-00. Philadelphie, PA.
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Carter, Brady P., et Shelly J. Schmidt. "Developments in glass transition determination in foods using moisture sorption isotherms". Food chemistry 132, no. 4 (2012) : 1693-1698. Lien vers l'article.
Risbo, Jens. "The dynamics of moisture migration in packaged multi-component food systems I : shelf life predictions for a cereal-raisin system". Journal of Food Engineering 58, no. 3 (2003) : 239-246. Lien vers l'article.
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