Le bevande in polvere monodose sono un segmento di mercato in crescita. Per i consumatori sono convenienti e accessibili. Per i produttori e i rivenditori sono redditizie, poiché costano molto meno da spedire e immagazzinare rispetto alle bevande pronte. Sono, infatti, il prodotto ideale, ma mettono in primo piano il packaging. Questo perché i due ingredienti principali delle bevande sportive in bustina sono la miscela per bevande e... il packaging.

Ogni bustina contiene una singola porzione, quindi l'imballaggio rappresenta oltre il 50% del costo delle materie prime di questo prodotto. L'obiettivo principale dell'imballaggio è quello di mantenere la miscela per bevande fluida, al di sotto dell'attività dell'acqua critica, per tutta la durata di conservazione prevista del prodotto.

L'eccesso di imballaggi riduce i profitti

Un imballaggio insufficiente può causare un aumento o una diminuzione dell'attività dell'acqua nei prodotti alimentari nel corso del tempo, provocando cambiamenti fisici, migrazione dell'umidità, degrado chimico e suscettibilità alla proliferazione microbica. D'altra parte, un imballaggio eccessivo è costoso e può ridurre i profitti. Come è possibile determinare la quantità esatta di imballaggio necessaria per il proprio prodotto?

Storicamente, pochissimi produttori hanno preso decisioni scientifiche in materia di imballaggio. Hanno utilizzato un approccio empirico: imballare in eccesso per evitare problemi e apportare modifiche solo quando si verificano problemi. Ma nei prodotti monodose, l'imballaggio eccessivo può ridurre significativamente i profitti. In casi come questo, quando è necessario un abile equilibrio tra costo e qualità, sono utili informazioni scientifiche precise.

Un imballaggio corretto richiede due semplici parametri

Il fattore determinante più significativo per l'andamento dell'attività dell'acqua nel vostro prodotto nel corso del tempo è la permeabilità del materiale di confezionamento, ovvero la sua capacità di impedire il trasferimento di umidità in condizioni diverse. Pertanto, per individuare il confezionamento corretto per la durata di conservazione desiderata, sono necessari due semplici parametri: l'attività dell'acqua critica e la permeabilità della confezione.

Attività critica dell'acqua facile e veloce

Il punto di partenza dei calcoli relativi al packaging è un valore critico dell'attività dell'acqua. Tradizionalmente, questo punto era difficile da ottenere: le tecnologie isotermiche di vecchia generazione non fornivano punti di inflessione esatti. Tuttavia, la possibilità di ottenere un punto preciso dal VAPOR SORPTION ANALYZER (VSA) rende ora possibile questo tipo di calcolo relativo al packaging.

Il VSA genera un'isoterma ad alta risoluzione denominata curva DDI (Dynamic Dewpoint Isotherm, isoterma dinamica del punto di rugiada). Le curve DDI consentono di risparmiare molto tempo nell'identificazione dell'attività dell'acqua critica nei prodotti alimentari e farmaceutici a basso contenuto di umidità, poiché illustrano chiaramente la variazione delle proprietà di assorbimento di una sostanza (vedere Figura 1). Questa curva mostra il punto di transizione vetrosa per una particolare formulazione di miscela per bevande.

Gli alimenti con un contenuto di umidità più elevato potrebbero non necessitare di una curva DDI, poiché è più probabile che il deterioramento microbico sia il fattore che riduce la durata di conservazione. Per i prodotti con un contenuto di umidità più elevato, i limiti critici di attività dell'acqua da identificare sono quelli relativi alla crescita microbica e possono essere trovati in letteratura (0,85 aw è il limite per i batteri patogeni e nessun organismo crescerà al di sotto di 0,6 aw).  Altri fattori che riducono la durata di conservazione e che potrebbero dover essere presi in considerazione nell'identificazione dell'attività critica dell'acqua sono i cambiamenti di consistenza, l'ossidazione dei lipidi, la reazione di Maillard, la perdita di vitamine o la perdita di colore.

Perché la permeabilità degli imballaggi è importante

La forza motrice che spinge l'acqua a muoversi attraverso l'imballaggio è la differenza nelle condizioni di attività dell'acqua all'interno e all'esterno dell'imballaggio stesso. Quando c'è una differenza, si crea 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 ridurre la velocità con cui avviene il trasferimento dell'umidità. Tale velocità viene solitamente indicata dai produttori di imballaggi come tasso di trasmissione del vapore acqueo (WVTR). Utilizzando l'attività critica dell'acqua e il WVTR dell'imballaggio previsto, è possibile effettuare modelli predittivi per prendere decisioni in termini di costi/benefici.

La modellazione predittiva viene spesso eseguita attraverso una serie di equazioni complesse (disponibili in Fondamenti delle isoterme di assorbimento dell'umidità), ma esiste un modo più semplice.  Un programma software chiamato Moisture Analysis Toolkit eseguirà automaticamente questi calcoli per voi**.** Basta inserire le variabili relative a un prodotto e il toolkit determinerà la situazione ideale per il vostro imballaggio, consentendovi anche di variare i parametri di analisi e trovare l'imballaggio che vi offre il miglior ritorno sull'investimento.

Modelli predittivi in azione

Utilizzando calcoli relativi agli imballaggi, abbiamo valutato quattro diversi tipi di confezioni per una bevanda in polvere: la confezione originale e tre possibili alternative. In condizioni di umidità eccessiva (25 °C, 75% di umidità), ecco i risultati:

Chiaramente, la confezione originale era quella con le migliori prestazioni. Ma questi risultati hanno sollevato due grandi interrogativi. In primo luogo, una durata di conservazione di 7.812 giorni è eccessiva? In secondo luogo, ci siamo chiesti perché una confezione con una durata di conservazione di 7.812 giorni si fosse deteriorata dopo solo un paio di mesi sul fondo della borsa da palestra. Abbiamo quindi eseguito un altro test e abbiamo ottenuto una risposta semplice: lo spogliatoio.

L'uso improprio da parte dei clienti può compromettere la durata di conservazione

Lo spogliatoio è praticamente l'ambiente ideale per simulare condizioni di abuso, e i test effettuati 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:

La bevanda sportiva nella confezione originale avrebbe iniziato a indurirsi e a formare grumi in meno di un mese nelle condizioni tipiche di uno spogliatoio. (Se vi state chiedendo perché abbia comunque superato le confezioni 2 e 3 a bassa conduttanza, è perché queste ultime avevano una superficie maggiore rispetto alla confezione originale).

La conduttanza dipende dalla temperatura, talvolta in modo estremamente significativo, come dimostrano i dati riportati sulla confezione originale. Inoltre, i dati relativi al tasso di trasmissione del vapore acqueo (WTVR) conformi alle norme ASTM non forniscono informazioni sulla conduttanza a qualsiasi temperatura, a meno che non si conoscano le condizioni in cui sono stati effettuati i test.

Risolvi l'equazione dell'imballaggio

Il produttore di bevande ha pagato troppo per un imballaggio eccessivo e ha comunque deluso i consumatori. L'unico modo per risolvere davvero l'equazione dell'imballaggio è con dati concreti. Le isoterme ad alta risoluzione VSA consentono di utilizzare equazioni semplificate dell'attività dell'acqua dipendenti dalla temperatura per:

• Determinare la conduttanza effettiva del vapore di un imballaggio
• Calcolare il tempo necessario affinché un prodotto confezionato raggiunga un'attività dell'acqua critica in condizioni diverse.
• Stabilisci la conduttanza della confezione necessaria per soddisfare i requisiti di durata di conservazione.
• Determinare l'attività dell'acqua di un prodotto dopo un determinato periodo di tempo in condizioni diverse.

Per informazioni più approfondite sull'attività critica dell'acqua, le curve DDI, la permeabilità degli imballaggi e la modellazione predittiva, guarda il webinar: Predict Packaging Performance.

Scopri di più sul packaging

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.

Ulteriori informazioni

American Society for Testing and Materials (ASTM). 2008. Metodi di prova standard per la trasmissione del vapore acqueo dei materiali. ASTM E 96-00. Filadelfia, PA.

Azanha, A. B. e J. A. F. Faria. "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. Link all'articolo.

Carter, Brady P. e Shelly J. Schmidt. "Sviluppi nella determinazione della transizione vetrosa negli alimenti utilizzando isoterme di assorbimento dell'umidità". Chimica alimentare 132, n. 4 (2012): 1693-1698. Link all'articolo.

Risbo, Jens. "Le dinamiche 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. Link all'articolo.

Kilcast, David, e Persis Subramaniam, a cura di. La stabilità e la durata di conservazione degli alimenti. Cambridge: CRC press, 2000. Link all'articolo.

Koutsoumanis, Konstantinos e George-John E. Nychas. "Applicazione di una procedura sperimentale sistematica per lo sviluppo di un modello microbico per la previsione rapida della durata di conservazione del pesce". International Journal of Food Microbiology 60, n. 2 (2000): 171-184. Link all'articolo.

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

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Wong, Ee Hua, Yong Chua Teo e Thiam Beng Lim. "Modellizzazione della diffusione dell'umidità e della pressione del vapore negli involucri dei circuiti integrati". In Electronic Components & Technology Conference, 1998. 48° IEEE, pagg. 1372-1378. IEEE, 1998. Link all'articolo.

Yuan, Xiaoda, Brady P. Carter e Shelly J. Schmidt. "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). Link all'articolo.

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