Senza una durata di conservazione accurata e specifica per ogni prodotto, potresti scartare un prodotto scaduto che è ancora buono. Oppure vendere un prodotto non scaduto che in realtà è difettoso. Potresti pagare troppo per un imballaggio che non aiuta il tuo prodotto. Oppure rinunciare a una durata di conservazione significativa che deriverebbe da un imballaggio migliore. Il punto è che non puoi esserne sicuro perché stai operando alla cieca.

Allora perché non si effettuano più test sulla durata di conservazione?

Potresti pagare troppo per un imballaggio che non aiuta il tuo prodotto.

Test completi sulla durata di conservazione

In genere, ciò è dovuto al fatto che un test di durata di conservazione completo e accurato è un compito arduo. Implica relazioni complesse tra umidità, temperatura e modalità di guasto del prodotto.

Molti fattori possono rendere il vostro prodotto non sicuro o sgradevole al gusto: muffa, proliferazione microbica, irrancidimento, alterazioni della consistenza o del sapore, degradazione delle vitamine. La maggior parte delle persone non ha le competenze necessarie per eseguire internamente test completi sulla durata di conservazione, e affidarsi a un laboratorio esterno è costoso.

Esiste un'alternativa scientificamente valida a questo tipo di test sulla durata di conservazione. Si tratta della durata di conservazione semplificata dall'attività dell'acqua. Genera tutti i dati necessari per prevedere la durata di conservazione del prodotto da un esperimento che chiunque, anche una piccola startup, può permettersi di eseguire.

Durata di conservazione e attività dell'acqua

In che modo l'attività dell'acqua semplifica la durata di conservazione?

1. Elimina le distrazioni. Conoscendo l'attività dell'acqua del tuo prodotto, saprai quali modalità di guasto rappresentano un problema per quel prodotto.
2. Semplifica la previsione. È possibile utilizzare il misuratore di attività dell'acqua insieme a un altro metodo di misurazione (che dipende dalla modalità di guasto specifica) per eseguire un semplice esperimento interno che consentirà di prevedere con precisione la durata di conservazione.
3. Standardizza la produzione. È possibile impostare una specifica di attività dell'acqua che consente di ottenere una durata di conservazione ottimale per ogni lotto.

I dati relativi alla durata di conservazione possono fornire informazioni preziose per aiutarti a prevenire il deterioramento dei prodotti, prevedere e prolungare la durata di conservazione, scegliere l'imballaggio più conveniente e molto altro ancora.

AQUALAB 3. Ottenere una lettura accurata dell'attività dell'acqua nel vostro prodotto può aiutare a prevedere con maggiore precisione la durata di conservazione.

In che modo l'attività dell'acqua permette di prevedere la durata di conservazione?

L'attività dell'acqua è un mezzo importante per prevedere e controllare la durata di conservazione dei prodotti alimentari. La durata di conservazione è il periodo durante il quale un prodotto rimane sicuro, mantiene le proprietà sensoriali, chimiche, fisiche e microbiologiche desiderate ed è conforme alle indicazioni nutrizionali riportate in etichetta. Molti fattori influenzano la durata di conservazione, tra cui l'attività dell'acqua, il pH, il potenziale redox, l'ossigeno, l'uso di conservanti e le condizioni di lavorazione/conservazione. Misurando e controllando l'attività dell'acqua negli alimenti e nei prodotti farmaceutici, è possibile:

• Prevedere quali microrganismi saranno potenziali fonti di deterioramento e infezione
• Mantenere la stabilità chimica degli alimenti
• Ridurre al minimo le reazioni di imbrunimento non enzimatiche e le reazioni spontanee di ossidazione autocatalitica dei lipidi
• Controllare l'attività degli enzimi
• Prolungare la durata dei nutrienti e delle vitamine negli alimenti
• Ottimizzare le proprietà fisiche degli alimenti

Fattori che determinano la durata di conservazione

Ci sono tre fattori principali che influenzano la durata di conservazione: proprietà microbiche, cambiamenti chimici e deterioramento fisico. Tutti questi fattori sono collegati all'attività dell'acqua.

Crescita microbica

La muffa e la proliferazione microbica sono le minacce più pericolose per la durata di conservazione. Il controllo dell'attività dell'acqua può inibire o impedire la proliferazione microbica, prolungare la durata di conservazione e consentire di conservare alcuni prodotti in modo sicuro senza refrigerazione. Utilizzando tabelle ben definite, è possibile impostare un limite di attività dell'acqua per il proprio prodotto e utilizzarlo nei test di durata di conservazione.

Tabella 1. Limiti di crescita dell'attività dell'acqua per molti microrganismi comuni

Ma come puoi sfruttare queste conoscenze a tuo vantaggio nella formulazione, nella definizione delle specifiche, nella produzione e nel confezionamento? Guarda il nostro ultimo webinar per scoprirlo:

• come l'attività dell'acqua predice la crescita microbica
• Come utilizzare i limiti massimi di contaminanti specifici per il proprio settore nella definizione delle specifiche
• come utilizzare diverse tecniche di formulazione (tra cui umettanti, film, rivestimenti) per ottenere l'attività dell'acqua desiderata
• perché dovresti prendere in considerazione la tecnologia hurdle per affrontare determinate sfide

Degradazione chimica

L'attività dell'acqua influenza la velocità delle reazioni chimiche di deterioramento perché l'acqua agisce come solvente, può essere essa stessa un reagente o può modificare la mobilità dei reagenti attraverso la viscosità. Ad esempio, le reazioni di imbrunimento non enzimatiche aumentano con l'aumentare dell'attività dell'acqua fino a un massimo compreso tra 0,6 e 0,7 aw, mentre l'ossidazione dei lipidi è ridotta al minimo tra circa 0,2 e 0,3 aw. La stabilità chimica ottimale si trova generalmente in prossimità del contenuto di umidità del monostrato, determinato dalle isoterme di assorbimento dell'umidità.

Figura 1. La stabilità e le reazioni di un prodotto possono essere previste utilizzando l'attività dell'acqua.

Deterioramento fisico

Gli ambienti con umidità elevata e (meno frequentemente) bassa possono influire sull'attività dell'acqua di un prodotto, causando cambiamenti indesiderati nella consistenza o nelle proprietà fisiche del prodotto e riducendone la durata di conservazione. Tra i problemi si possono citare la perdita di croccantezza nei prodotti secchi, l'agglomerazione e la formazione di grumi nelle polveri e la durezza o la gommosità nei prodotti umidi. Individuare l'attività dell'acqua critica per il proprio prodotto può richiedere alcune ricerche, ma l'attività dell'acqua rende tutto molto più semplice.

Conoscere l'attività dell'acqua ottimale dei propri prodotti può prevenire cambiamenti indesiderati nelle proprietà fisiche del prodotto, come l'agglomerazione e la formazione di grumi.

Imballaggio, spedizione e stoccaggio

Le variazioni dell'attività dell'acqua durante il trasporto e lo stoccaggio possono influire notevolmente sulla durata di conservazione. L'attività dell'acqua è una funzione della temperatura e le temperature di trasporto e stoccaggio possono influire sull'attività dell'acqua all'interno della confezione. Test semplificati sulla durata di conservazione possono aiutarti a determinare il miglior imballaggio e a valutare l'effetto delle condizioni di trasporto e stoccaggio sulla durata di conservazione del tuo prodotto.

Inizia con test semplificati

Le informazioni su come massimizzare la durata di conservazione sono disponibili nella letteratura scientifica dedicata all'alimentazione, ma può essere difficile trovare istruzioni dettagliate. Ci sono solo alcune cose da tenere a mente quando si sviluppa un piano per testare la durata di conservazione di un determinato prodotto.

NON cercare di analizzare tutto

Ci sono molti fattori che influiscono sulla durata di conservazione, ma quelli che hanno un impatto maggiore sono l'attività dell'acqua e la temperatura. Inizia controllando questi due fattori.

Come si misura l'attività dell'acqua?

I produttori alimentari misurano l'attività dell'acqua in laboratorio e sulla linea di produzione con misuratori di attività dell'acqua. Misurate l'attività dell'acqua (aw) in 5 minuti o meno (tempo medio di lettura: 2,5 minuti) con una precisione di ±0,003 aw. Gli strumenti AQUALAB sono i misuratori di attività dell'acqua più veloci e precisi disponibili sul mercato. Guardate il video per vedere come funzionano.

DETERMINARE le modalità di guasto più probabili

La durata di conservazione di un prodotto è generalmente influenzata solo da una o due modalità di deterioramento. Ad esempio, la durata di conservazione delle patatine è spesso compromessa dai sapori sgradevoli associati all'ossidazione dei lipidi. I test semplificati sulla durata di conservazione dovrebbero iniziare monitorando l'ossidazione dei lipidi a varie attività dell'acqua e temperature. Una volta considerati gli effetti dell'ossidazione dei lipidi, è possibile esaminare qualsiasi altro fattore potenzialmente limitante, come la consistenza.

I passaggi fondamentali per determinare la durata di conservazione

Passaggi fondamentali per testare la durata di conservazione utilizzando l'attività dell'acqua.

Se dovessi espandere questi passaggi in un diagramma di flusso dettagliato, sarebbe simile a questo (vedi immagine ingrandita qui):

Figura 2. Diagramma di flusso dei test di durata di conservazione

Scegli il pacchetto giusto

Una volta determinato l'intervallo di attività dell'acqua ideale per il vostro prodotto, è il momento di considerare il confezionamento. Il fattore determinante più significativo per ciò che accadrà all'attività dell'acqua del vostro prodotto nel tempo è la permeabilità del materiale di confezionamento, ovvero la sua capacità di impedire il trasferimento di umidità in condizioni diverse (vedi Wong et al 1999). Per individuare il confezionamento corretto per la durata di conservazione desiderata, sono necessari due semplici parametri: la permeabilità della confezione e l'attività dell'acqua critica.

Trova il tuo WVTR

La forza motrice che determina il movimento dell'acqua attraverso l'imballaggio è la differenza nelle condizioni di attività dell'acqua all'interno e all'esterno dell'imballaggio. I produttori utilizzano l'imballaggio per controllare la velocità con cui l'acqua si muove. L'umidità viene trasferita attraverso l'imballaggio a una velocità indicata come tasso di trasmissione del vapore acqueo (WVTR). È possibile utilizzare il WVTR in modelli matematici per determinare l'imballaggio ottimale per la durata di conservazione desiderata.

Identificate il vostro intervallo critico di attività dell'acqua

Uno degli obiettivi principali dei test sulla durata di conservazione è determinare il range ottimale di attività dell'acqua per il vostro prodotto. Potrebbe trattarsi di un'attività dell'acqua critica che, se superata, causerebbe immediatamente problemi di sicurezza o di consistenza che comprometterebbero la durata di conservazione. Oppure potrebbe trattarsi del "punto ottimale di umidità" che massimizza il profitto ed elimina potenziali problemi di gusto, consistenza e sicurezza.

Se i cambiamenti fisici sono la causa principale di guasto del vostro prodotto, una curva dinamica dell'isoterma del punto di rugiada (DDI) può essere in grado di identificare l'attività critica dell'acqua. Una curva DDI misura il cambiamento nelle proprietà di assorbimento di un campione mentre assorbe e desorbe l'acqua (vedi Figura 3).

Figura 3. Come i cambiamenti di consistenza sono correlati all'isoterma del latte in polvere spray essiccato.

Le curve DDI consentono di risparmiare molto tempo nell'identificazione di un'attività dell'acqua critica. È possibile ottenerle inviando un campione del proprio prodotto ad AQUALAB Lab Services o utilizzando il VAPOR SORPTION ANALYZER per sviluppare le proprie curve DDI.

Se il deterioramento microbico è il fattore che limita la durata di conservazione, è possibile identificare un'attività dell'acqua critica o un intervallo di attività dell'acqua utilizzando limiti ben consolidati dalla ricerca. Molti microrganismi di interesse sono elencati in questa tabella che mostra la relazione tra attività dell'acqua e crescita microbica.

Se i fattori chimici quali l'ossidazione dei lipidi, la reazione di Maillard o la perdita di vitamine sono le principali cause di deterioramento del vostro prodotto, dovrete impegnarvi un po' di più. L'attività dell'acqua è correlata a molte di queste reazioni chimiche, ma dovrete sperimentare per determinare quale sia tale correlazione per il vostro prodotto specifico.

Confezione per una durata di conservazione ottimale

Una volta determinate la permeabilità della confezione e l'attività critica dell'acqua, tali valori possono essere utilizzati per elaborare modelli predittivi.

La modellazione predittiva viene spesso eseguita attraverso una serie di equazioni complesse (descritte nella sezione Risorse aggiuntive), ma esiste un modo più semplice. Un programma software, MOISTURE ANALYSIS TOOLKIT, esegue questi calcoli al posto vostro. Il toolkit utilizzerà questi dati di base per determinare la durata di conservazione, impostare le specifiche di confezionamento ideali e consentirvi persino di variare i parametri di analisi per esaminare diverse opzioni di confezionamento.

Un'analisi approfondita delle modalità di fallimento e altro ancora

Vuoi saperne di più? Di seguito trovi una guida completa e dettagliata alle fasi illustrate nel diagramma di flusso semplificato sulla durata di conservazione (Figura 2). Apri le schede per approfondire ogni argomento.

MAGGIORI informazioni sulla durata di conservazione

In questo webinar di 30 minuti, gli scienziati alimentari Mary Galloway e Zachary Cartwright parlano di come ottenere risposte alle vostre domande sulla durata di conservazione. Imparate come:

• Risolvi i problemi e i reclami per scoprire perché la durata di conservazione sta terminando prima del previsto.
• Prevedi l'impatto delle modifiche alla ricetta sulla durata di conservazione
• Confronta l'effetto delle diverse opzioni di ingredienti
• Valutare se una specifica opzione di confezionamento possa aiutare a raggiungere o migliorare la durata di conservazione.

Perché AQUALAB 4TE è superiore agli altri misuratori di attività dell'acqua

AQUALAB 4TE racchiude un campione in un contenitore sigillato e l'umidità relativa dell'aria nello spazio di testa si equilibra con l'attività dell'acqua del campione. All'equilibrio, le due saranno uguali e potremo misurare l'umidità relativa dello spazio di testa per conoscere l'attività dell'acqua del campione. Questa è la risposta più affidabile alla domanda su come misurare l'attività dell'acqua.

Metodi secondari: igrometri, sensori di capacità

Come i primi misuratori di attività dell'acqua, la maggior parte degli strumenti moderni utilizza sensori igrometrici a capacità elettrica o resistenza per misurare l'umidità nello spazio di testa sopra il campione.

Questi misuratori utilizzano metodi secondari: mettono in relazione un segnale elettrico con l'umidità relativa e devono essere calibrati con standard salini noti.

Con questi sensori, l'ERH è uguale all'attività dell'acqua del campione solo se la temperatura del campione e quella del sensore sono identiche. Per ottenere misurazioni accurate è necessario un buon controllo o una buona misurazione della temperatura. I sensori di capacità hanno un design semplice e sono spesso utilizzati in misuratori di attività dell'acqua relativamente economici.

Il metodo del punto di rugiada 4TE è un metodo primario

I metodi migliori per rispondere alla domanda su come misurare l'attività dell'acqua sono quelli primari che utilizzano il rapporto p /p0.

P0 (la pressione di vapore di saturazione) dipende solo dalla temperatura del campione (come mostrato nel grafico allegato), quindi è possibile misurare p0 misurando la temperatura del campione. P (la pressione di vapore dell'acqua nel campione) può essere misurata misurando la pressione di vapore dell'acqua nello spazio di testa sigillato sopra il campione. Il modo più accurato per misurare tale pressione di vapore, e che risale ai principi fondamentali, è misurare il punto di rugiada dell'aria.

Figura 15. È possibile misurare la pressione di vapore di saturazione misurando la temperatura del campione (la pressione di vapore di saturazione dipende dalla temperatura).

Il metodo primario consiste nella misurazione diretta, senza calibrazione.

I principali vantaggi del metodo del punto di rugiada (o punto di rugiada a specchio raffreddato) sono la velocità e la precisione. Il sensore del punto di rugiada a specchio raffreddato è un metodo di misurazione primario basato su principi termodinamici fondamentali. I misuratori di attività dell'acqua a specchio raffreddato effettuano misurazioni altamente accurate (±0,003 aw), in genere in circa 5 minuti. Poiché la misurazione si basa sulla determinazione della temperatura, non è necessaria alcuna calibrazione. Gli utenti devono misurare una soluzione salina standard per verificare il corretto funzionamento dello strumento. Per alcune applicazioni, la velocità di questo metodo consente ai produttori di eseguire il monitoraggio in linea dell'attività dell'acqua di un prodotto.

Risorse aggiuntive

ASTM International. ASTM E96-00 Metodi di prova standard per la trasmissione del vapore acqueo dei materiali. West Conshohocken, PA: ASTM International, 2000.

Azanha, A.B., e Faria J. A. F. "Uso di modelli matematici per stimare la durata di conservazione dei cornflakes in imballaggi flessibili". Packaging Technology and Science 18, n. 4 (2005): 171-178.

Carter, B.P., Galloway, M.T., Campbell, G.S. e Carter, A.H. 2015. L'attività critica dell'acqua dalle isoterme dinamiche del punto di rugiada come indicatore della stabilità della polvere premiscelata. Journal of Food Measurement and Characterization. 9(4):479-486.

Carter, B.P., Galloway, M.T., Campbell, G.S. e Carter, A.H. 2015. L'attività critica dell'acqua dalle isoterme dinamiche del punto di rugiada come indicatore della croccantezza nei biscotti a basso contenuto di umidità. Journal of Food Measurement and Characterization 9(3):463-470.

Carter, B. P. e Schmidt, S. J. "Sviluppi nella determinazione della transizione vetrosa negli alimenti mediante isoterme di assorbimento dell'umidità". Food Chemistry 132, n. 4 (2012): 1693-1698.

Risbo, J. "La dinamica della migrazione dell'umidità nei sistemi alimentari multicomponenti confezionati I: previsioni sulla durata di conservazione per un sistema a base di cereali e uvetta". Journal of Food Engineering 58, n. 3 (2003): 239-246.

La stabilità e la durata di conservazione degli alimenti, a cura di David Kilcast e Persis Subramaniam. Woodhead Publishing, 2000.

Koutsoumanis, Konstantinos e George-John E. Nychas. "Applicazione di una procedura sperimentale sistematica per sviluppare un modello microbico per previsioni rapide sulla durata di conservazione del pesce". International Journal of Food Microbiology 60, n. 2-3 (2000): 171-84. doi:10.1016/s0168-1605(00)00309-3.

Del Nobile, M. A., Buonocore, G. G., Limbo, S. e Fava, P. "Previsione della durata di conservazione degli alimenti secchi a base di cereali confezionati in film sensibili all'umidità". Journal of Food Science 68, n. 4 (2003): 1292-1300.

Labuza, T.P., e Hyman, C. R. "Migrazione e controllo dell'umidità negli alimenti multidominio". Trends in Food Science & Technology 9, n. 2 (1998) 47-55.

Wong, Ee Hua, Teo, Y. C. e Lim, T. B. "Modellizzazione della diffusione dell'umidità e della pressione del vapore negli imballaggi IC". Presentazione alla Conferenza annuale sui componenti elettronici e la tecnologia, Seattle, WA, 25-28 maggio 1998.

Yuan, X., Carter, B. P. e Schmidt, S. J. "Determinazione dell'umidità relativa critica alla quale avviene la transizione da vetrosa a gommosa nel polidestrosio utilizzando uno strumento automatico di assorbimento del vapore acqueo". Journal of Food Science 76, n. 1 (2011) 78-89.

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