Prevedere le prestazioni dell'imballaggio per massimizzare la durata di conservazione del prodotto
Prevedere le prestazioni dell'imballaggio per massimizzare la durata di conservazione del prodotto
Per valutare gli imballaggi sono necessarie solo due metriche chiave: l'attività dell'acqua e la permeabilità dell'imballaggio. Vediamo come usarle e perché sono importanti.
Le miscele di bevande in polvere monodose sono un segmento di mercato in crescita. Per i consumatori sono comode e convenienti. Per i produttori e i rivenditori sono redditizi, in quanto costano molto meno in termini di spedizione e stoccaggio rispetto alle bevande pronte per l'uso. Di fatto, sono il prodotto ideale, ma sono in primo piano le confezioni. Infatti, i due ingredienti principali degli stick per bevande sportive sono la miscela di bevande e... l'imballaggio.
Ogni confezione è una singola porzione, quindi l'imballaggio rappresenta più del 50% del costo delle materie prime per questo prodotto. L'obiettivo principale dell'imballaggio è quello di mantenere la miscela della bevanda libera di fluire, al di sotto dell'attività critica dell'acqua, per tutta la durata di conservazione del prodotto.
L'eccesso di imballaggi morde i profitti
Un imballaggio insufficiente può consentire all'attività dell'acqua nei prodotti alimentari di aumentare o diminuire nel tempo, causando cambiamenti fisici, migrazione dell'umidità, degradazione chimica e suscettibilità alla crescita microbica. Un imballaggio eccessivo, invece, è costoso e può erodere i profitti. Come si fa a capire la quantità esatta di imballaggi di cui ha bisogno il vostro prodotto?
Storicamente, pochissimi produttori hanno preso decisioni scientifiche sul packaging. Hanno utilizzato un approccio empirico: sovraimballare per evitare problemi e apportare modifiche solo quando si verificano problemi. Ma nei prodotti monodose, il confezionamento eccessivo può ridurre notevolmente i profitti. In casi come questo, quando è necessaria un'abile manovra tra costi e qualità, un'informazione scientifica precisa è d'aiuto.
Un imballaggio corretto richiede due semplici parametri
Il fattore più significativo che determina l'attività idrica del prodotto nel tempo è la permeabilità del materiale di confezionamento, ovvero la sua capacità di impedire il trasferimento di umidità in condizioni diverse. Pertanto, per determinare il confezionamento corretto per la durata di conservazione desiderata, sono necessari due semplici parametri: l'attività critica dell'acqua e la permeabilità della confezione.
Attività critica dell'acqua facile e veloce
Il punto di partenza dei calcoli di imballaggio è un valore critico di attività dell'acqua. Tradizionalmente, questo punto era difficile da ottenere: le vecchie tecnologie isotermiche non fornivano punti di inflessione esatti. Tuttavia, la capacità di ottenere un punto preciso dal VAPOR SORPTION ANALYZER (VSA) rende ora possibile questo tipo di calcolo del packaging.
Il VSA genera un'isoterma ad alta risoluzione chiamata curva DDI (Dynamic Dewpoint Isotherm). Le curve DDI consentono di risparmiare molto tempo nell'identificazione di un'attività idrica critica nei prodotti alimentari e farmaceutici a bassa umidità, perché illustrano chiaramente la variazione delle proprietà di assorbimento di una sostanza (vedi Figura 1). Questa curva mostra il punto di transizione vetrosa di una particolare formulazione di miscela di bevande.
Gli alimenti a più alto tasso di umidità potrebbero non aver bisogno di una curva DDI, perché è più probabile che sia il deterioramento microbico a ridurre la durata di conservazione. Per i prodotti con un'umidità più elevata, i limiti critici di attività dell'acqua da identificare sono per la crescita microbica e possono essere trovati in letteratura (0,85aw è il limite per i batteri patogeni e nessun organismo crescerà sotto 0,6aw). Altri fattori che riducono la conservabilità e che possono essere presi in considerazione quando si identifica un'attività idrica critica sono i cambiamenti di consistenza, l'ossidazione dei lipidi, l'imbrunimento di Maillard, la perdita di vitamine o la perdita di colore.
Perché la permeabilità delle confezioni è importante
La forza motrice che spinge l'acqua a muoversi attraverso l'imballaggio è una differenza nelle condizioni di attività dell'acqua all'interno e all'esterno dell'imballaggio. Quando c'è una differenza, c'è una forza motrice che spinge l'acqua a entrare o uscire dall'imballaggio e ad avere un impatto sul prodotto.
L'obiettivo dell'imballaggio è quello di ridurre la velocità di trasferimento dell'umidità. Questo tasso è generalmente indicato dai produttori di imballaggi come tasso di trasmissione del vapore acqueo (WVTR). Utilizzando l'attività critica dell'acqua e il WVTR della confezione prevista, è possibile eseguire una modellazione predittiva per prendere decisioni sul rapporto costi/benefici.
La modellazione predittiva viene spesso eseguita attraverso una serie di complicate equazioni (disponibili in Fundamentals of Moisture Sorption Isotherms), ma esiste un modo più semplice. Un programma software chiamato Moisture Analysis Toolkit esegue automaticamente questi calcoli per voi. È sufficiente inserire le variabili di un prodotto e il toolkit determinerà la situazione ideale per il vostro imballaggio, consentendovi persino di variare i parametri di analisi e di trovare l'imballaggio che vi offre il miglior ritorno sull'investimento.
Modellazione predittiva in azione
Utilizzando i calcoli di imballaggio, abbiamo valutato quattro diversi tipi di confezioni per una miscela di bevande: la sua confezione originale e tre possibili alternative. In condizioni di abuso di umidità (25 °C, 75% di umidità), ecco i risultati:
| Conservato a 25°C | Conduttanza | Giorni di durata di conservazione |
|---|---|---|
| Pacchetto 1 | 14.46 | 41.24 |
| Pacchetto 2 | 13.20 | 47.51 |
| Pacchetto 3 | 13.41 | 44.52 |
| Pacchetto originale | 0.13 | 7812.90 |
È chiaro che il pacchetto originale è stato il più performante. Ma questi risultati hanno suscitato due grandi domande. Primo: 7.812 giorni di durata di conservazione sono un imballaggio eccessivo? In secondo luogo, ci siamo chiesti perché una confezione con una durata di conservazione di 7.812 giorni si sia guastata dopo solo un paio di mesi nel fondo della borsa della palestra. Abbiamo quindi eseguito un altro test e abbiamo ottenuto una risposta semplice: lo spogliatoio.
L'abuso dei clienti può rovinare la durata di conservazione
Lo spogliatoio definisce praticamente le condizioni di abuso e i test eseguiti per simulare l'abuso (40 °C, 75% di umidità, anche se molti spogliatoi che conosciamo raggiungono l'85 o il 90%) hanno mostrato qualcosa di sorprendente:
| Conservato a 40°C | Conduttanza | Giorni di durata di conservazione |
|---|---|---|
| Pacchetto 1 | 18.77 | 10.74 |
| Pacchetto 2 | 15.56 | 12.46 |
| Pacchetto 3 | 13.69 | 13.56 |
| Pacchetto originale | 16.41 | 28.01 |
Lo stick per bevande sportive nella confezione originale iniziava a rapprendersi e ad agglomerarsi in meno di un mese in condizioni di spogliatoio. (Se vi state chiedendo perché ha battuto ancora le confezioni 2 e 3 a bassa conduttività, queste ultime avevano una superficie maggiore rispetto all'originale).
La conduttanza dipende dalla temperatura, a volte in modo estremo, come dimostrano i dati della "confezione originale". Inoltre, i dati ASTM relativi al tasso di trasmissione del vapore acqueo (WTVR) non forniscono informazioni sulla conduttanza a qualsiasi temperatura, a meno che non si conoscano le condizioni in cui sono stati eseguiti i test.
Risolvere l'equazione dell'imballaggio
Il produttore di bevande ha pagato troppo per confezionare troppo e ha comunque deluso i consumatori. L'unico modo per risolvere davvero l'equazione del packaging è quello di disporre di dati concreti. Le isoterme ad alta risoluzione di VSA consentono di utilizzare equazioni semplificate dell'attività dell'acqua in funzione della temperatura per:
- Determinare l'effettiva conduttanza al vapore di una confezione
- Calcolare il tempo prima che un prodotto confezionato raggiunga l'attività critica dell'acqua in diverse condizioni.
- Stabilire la conduttanza dell'imballaggio necessaria per soddisfare i requisiti di conservabilità
- Trovare l'attività dell'acqua di un prodotto dopo un certo periodo di tempo in condizioni diverse.
Per maggiori informazioni sull'attività critica dell'acqua, sulle curve DDI, sulla permeabilità degli imballaggi e sulla modellazione predittiva, guardate il webinar: Prevedere le prestazioni degli imballaggi.
Per saperne di più sul packaging
In questo webinar di 30 minuti, gli scienziati alimentari Mary Galloway e Zachary Cartwright spiegano come ottenere risposte alle vostre domande sulla shelf life. Scoprite come:
-Risolvere problemi e reclami per scoprire perché la durata di conservazione termina prima del previsto.
-Prevedere l'impatto delle modifiche alle ricette sulla durata di conservazione
-Confrontare l'effetto di diverse opzioni di ingrediente
-Valutare se una specifica opzione di confezionamento vi aiuterà a raggiungere o a migliorare la shelf life
Informazioni aggiuntive
Società americana per i test e i materiali (ASTM). 2008. Metodi di prova standard per la trasmissione del vapore acqueo nei materiali. ASTM E 96-00. Filadelfia, PA.
Azanha, A. B. e J. A. F. Faria. "Uso di modelli matematici per stimare la shelf-life dei cornflakes in imballaggi flessibili". Packaging Technology and Science 18, no. 4 (2005): 171-178. Link all'articolo.
Carter, Brady P. e Shelly J. Schmidt. "Sviluppi nella determinazione della transizione vetrosa negli alimenti mediante isoterme di assorbimento dell'umidità". Food chemistry 132, no. 4 (2012): 1693-1698. Link all'articolo.
Risbo, Jens. "La dinamica della migrazione dell'umidità nei sistemi alimentari multicomponenti confezionati I: previsioni sulla durata di conservazione di un sistema cereali-uva". Journal of Food Engineering 58, no. 3 (2003): 239-246. Link all'articolo.
Kilcast, David e Persis Subramaniam, eds. La stabilità e la conservabilità degli alimenti. Cambridge: CRC press, 2000. Link all'articolo.
Koutsoumanis, Konstantinos e George-John E. Nychas. "Applicazione di una procedura sperimentale sistematica per sviluppare un modello microbico per la previsione rapida della durata di conservazione del pesce". International Journal of Food Microbiology 60, no. 2 (2000): 171-184. Link all'articolo.
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