Les boissons en poudre en portion individuelle constituent un segment de marché en pleine croissance. Pour les consommateurs, elles sont pratiques et abordables. Pour les fabricants et les détaillants, elles sont rentables, car leur transport et leur stockage coûtent nettement moins cher que les boissons prêtes à boire. Elles sont en fait le produit idéal, mais elles mettent l'emballage sous les feux de la rampe. En effet, les deux principaux ingrédients des boissons énergétiques en stick sont la poudre à dissoudre et... l'emballage.

Chaque sachet contient une portion individuelle, ce qui signifie que l'emballage représente plus de 50 % du coût des matières premières de ce produit. L'objectif principal de cet emballage est de maintenir la poudre en vrac (en dessous du seuil critique d'activité de l'eau) pendant toute la durée de conservation prévue du produit.

Le suremballage grève les profits

Un emballage insuffisant peut entraîner une augmentation ou une diminution de l'activité de l'eau dans les produits alimentaires au fil du temps, provoquant des changements physiques, une migration de l'humidité, une dégradation chimique et une susceptibilité à la croissance microbienne. À l'inverse, un emballage excessif 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 adopté une approche empirique : suremballer pour éviter les problèmes et n'apporter des changements que lorsque des problèmes surviennent. Mais dans le cas des produits à portion individuelle, le suremballage peut réduire considérablement les profits. Dans de tels cas, lorsqu'il faut trouver le juste équilibre entre coût et qualité, des informations scientifiques précises sont utiles.

Un emballage correct nécessite deux critères simples

Le facteur déterminant le plus important pour l'évolution de l'activité de l'eau de votre produit au fil du 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 approprié pour la durée de conservation souhaitée, 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 relatifs à l'emballage est une valeur critique d'activité de l'eau. Traditionnellement, ce point était difficile à obtenir, car les technologies isothermes traditionnelles ne fournissaient pas de points d'inflexion exacts. Cependant, la possibilité d'obtenir un point précis grâce à l'ANALYSEUR DE SORPTION DE VAPEUR (VSA) rend désormais ce type de calcul possible.

Le VSA génère une isotherme 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 teneur en humidité, car elles illustrent clairement l'évolution des propriétés de sorption d'une substance (voir figure 1). Cette courbe montre le point de transition vitreuse pour une formulation particulière de mélange pour boisson.

Les aliments à forte teneur en humidité peuvent ne pas nécessiter de courbe DDI, car il est plus probable que la détérioration microbienne soit le facteur qui réduit leur durée de conservation. Pour les produits à forte teneur en humidité, les limites critiques d'activité de l'eau à identifier concernent la croissance microbienne et peuvent être trouvées dans la littérature (0,85 aw est la limite pour les bactéries pathogènes, et aucun organisme ne se développe en dessous de 0,6 aw).  D'autres facteurs qui réduisent la durée de conservation et peuvent devoir être pris en compte lors de l'identification d'une activité de l'eau critique sont les changements de texture, l'oxydation des lipides, le brunissement de Maillard, la perte de vitamines ou la perte de couleur.

Pourquoi la perméabilité des emballages est-elle importante ?

La force motrice qui pousse l'eau à se déplacer à travers l'emballage est la différence entre les conditions d'activité de l'eau à l'intérieur et à l'extérieur de l'emballage. Lorsqu'il existe une différence, une force motrice pousse l'eau à entrer ou à sortir de l'emballage et à avoir un impact sur le produit.

L'objectif de l'emballage est de réduire le taux de transfert d'humidité. Ce taux est généralement indiqué par les fabricants d'emballages sous forme de taux de transmission de vapeur d'eau (WVTR). En utilisant l'activité critique de l'eau et le WVTR de l'emballage envisagé, vous pouvez réaliser une modélisation prédictive afin de prendre des décisions en matière de coûts/bénéfices.

La modélisation prédictive est souvent réalisée à l'aide d'une série d'équations complexes (disponibles dans Fundamentals of Moisture Sorption Isotherms), mais il existe une méthode plus simple.  Un logiciel appelé Moisture Analysis Toolkit effectuera automatiquement ces calculs pour vous**.** Il vous suffit d'entrer les variables d'un produit et le logiciel déterminera la situation idéale pour votre emballage, vous permettant même de modifier les paramètres d'analyse et de trouver l'emballage qui vous offre 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 une boisson en poudre : son emballage d'origine et trois alternatives possibles. Dans des conditions d'humidité excessive (25 °C, 75 % d'humidité), voici les résultats :

Il est clair que l'emballage d'origine était le plus performant. Mais ces résultats ont soulevé deux grandes questions. Premièrement, une durée de conservation de 7 812 jours est-elle synonyme de suremballage ? Deuxièmement, nous nous sommes demandé pourquoi un emballage avec 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 ruiner la durée de conservation

Le vestiaire correspond assez bien aux conditions d'abus, et les tests effectués pour simuler ces conditions (40 °C, 75 % d'humidité, bien que de nombreux vestiaires que nous connaissons atteignent 85 ou 90 %) ont révélé quelque chose d'étonnant :

Le stick de boisson énergétique dans son emballage d'origine commençait à s'agglomérer et à former des grumeaux en moins d'un mois dans les conditions d'un vestiaire. (Si vous vous demandez pourquoi il reste meilleur que les emballages 2 et 3 à conductance plus faible, c'est parce que ces derniers avaient une surface plus grande que l'emballage d'origine).

La conductance dépend de la température, parfois de manière extrême, comme le montrent les données « d'origine ». Et les données relatives au taux de transmission de vapeur d'eau (WTVR) conformes à la norme ASTM ne fournissent aucune information sur la conductance à une température donnée, à moins de connaître les conditions dans lesquelles les tests ont été effectués.

Résolvez l'équation de l'emballage

Le fabricant de boissons a payé trop cher pour un emballage excessif et a tout de même déçu les consommateurs. La seule façon de vraiment résoudre l'équation de l'emballage est d'utiliser des données concrètes. Les isothermes haute résolution VSA vous permettent d'utiliser des équations simplifiées d'activité de l'eau en fonction de la température pour :

• Déterminer la conductance réelle à la vapeur d'un emballage
• Calculer le temps nécessaire pour qu'un produit emballé atteigne une activité de l'eau critique dans différentes conditions.
• Déterminez la conductance de l'emballage dont vous avez besoin pour respecter les exigences en matière de durée de conservation.
• Déterminez l'activité de l'eau d'un produit après une certaine période dans différentes conditions.

Pour obtenir des informations plus détaillées 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 les emballages

Dans ce webinaire de 30 minutes, les scientifiques alimentaires Mary Galloway et Zachary Cartwright expliquent comment obtenir des réponses à vos questions sur la durée de conservation. Apprenez à :

• Résoudre les problèmes et traiter les plaintes afin de déterminer pourquoi la durée de conservation expire plus tôt que prévu.
• Prévoir l'impact des modifications apportées à la recette sur la durée de conservation
• Comparez l'effet de différentes options d'ingrédients
• Évaluez si une option d'emballage spécifique vous aidera à atteindre ou à améliorer la durée de conservation.

Informations supplémentaires

Société américaine pour les essais et les matériaux (ASTM). 2008. Méthodes d'essai standard pour la transmission de vapeur d'eau des matériaux. ASTM E 96-00. Philadelphie, Pennsylvanie.

Azanha, A. B., et J. A. F. Faria. « Utilisation de modèles mathématiques pour estimer la durée de conservation des cornflakes dans des emballages souples ». Packaging Technology and Science 18, n° 4 (2005) : 171-178. Lien vers l'article.

Carter, Brady P. et Shelly J. Schmidt. « Développements dans la détermination de la transition vitreuse dans les aliments à l'aide d'isothermes de sorption d'humidité ». Food chemistry 132, n° 4 (2012) : 1693-1698. Lien vers l'article.

Risbo, Jens. « La dynamique de la migration de l'humidité dans les systèmes alimentaires multicomposants emballés I : prévisions de durée de conservation pour un système céréales-raisins secs ». Journal of Food Engineering 58, n° 3 (2003) : 239-246. Lien vers l'article.

Kilcast, David, et Persis Subramaniam, éd. La stabilité et la durée de conservation des aliments. Cambridge : CRC press, 2000. Lien vers l'article.

Koutsoumanis, Konstantinos, et George-John E. Nychas. « Application d'une procédure expérimentale systématique pour développer un modèle microbien permettant de prédire rapidement la durée de conservation du poisson ». International Journal of Food Microbiology 60, n° 2 (2000) : 171-184. Lien vers l'article.

Del Nobile, M. A., G. G. Buonocore, S. Limbo et P. Fava. « Prédiction de la durée de conservation des aliments secs à base de céréales emballés dans des films sensibles à l'humidité ». Journal of food science 68, n° 4 (2003) : 1292-1300. Lien vers l'article.

Labuza, T. P., et C. R. Hyman. « Moisture migration and control in multi-domain foods » (Migration et contrôle de l'humidité dans les aliments à domaines multiples). Trends in Food Science & Technology 9, n° 2 (1998) : 47-55. Lien vers l'article.

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Yuan, Xiaoda, Brady P. Carter et Shelly J. Schmidt. « Détermination de l'humidité relative critique à laquelle se produit la transition vitreuse-caoutchouteuse dans le polydextrose à l'aide d'un instrument automatique de sorption de vapeur d'eau ». Journal of food science 76, n° 1 (2011). Lien vers l'article.

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