Guida per principianti alla stabilità della durata di conservazione e al confezionamento

L'eccesso di imballaggi riduce i profitti

Perché effettuare i test di durata di conservazione? Un imballaggio inadeguato consente Attività dell'acqua prodotti alimentari di aumentare o diminuire nel tempo, causando alterazioni fisiche indesiderate, migrazione dell’umidità, degradazione chimica e suscettibilità alla proliferazione microbica. Un imballaggio eccessivo, d’altra parte, è costoso e può intaccare i profitti. Come è possibile determinare la quantità esatta di imballaggio necessaria per il proprio prodotto? Tutti questi aspetti sono determinati Attività dell'acqua. Se si comprende come Attività dell'acqua , è possibile sviluppare e confezionare prodotti che rimangano sicuri e appetibili per l’intera durata di conservazione, senza spendere più del necessario.

Che cos'è esattamente la durata di conservazione?

La durata di conservazione è il periodo durante il quale un prodotto rimane appetibile. Il prodotto può subire alcune alterazioni durante la durata di conservazione, ma la fine della durata di conservazione è definita come il momento in cui il prodotto non è più accettabile per i consumatori. Le alterazioni inaccettabili possono riguardare le caratteristiche sensoriali, la perdita di stabilità chimica, il cambiamento delle proprietà fisiche, la proliferazione microbica, la degradazione delle vitamine e altro ancora.

Fase 1: Identificare cosa determina la fine della durata di conservazione

Il primo passo per determinare la durata di conservazione è identificare cosa determina la fine della durata di conservazione del prodotto. Ci sono tre fattori principali che influenzano la durata di conservazione:

• Proprietà microbiche: muffe o batteri potenzialmente pericolosi che crescono fino a raggiungere livelli non sicuri nel prodotto.
• Cambiamenti chimici: imbrunimento, ossidazione dei lipidi, reazioni enzimatiche e altro ancora
• Deterioramento fisico: alterazioni della consistenza, formazione di grumi, migrazione dell’umidità e altro ancora.

Questi tre fattori possono essere intrinseci al prodotto stesso, ovvero legati alla sua formulazione, oppure estrinseci, ovvero legati alle condizioni di conservazione, in particolare all’umidità e alla temperatura di conservazione, oppure al tipo di confezione. Tutti e tre i fattori sono correlatiAttività dell'acqua e possono essere controllati da essa.

Guarda il video qui sotto per scoprire come Attività dell'acqua utilizzata per prevedere, prevenire e controllare i fattori che riducono la durata di conservazione.

Scopri i punti salienti delle Attività dell'acqua in questo webinar di 20 minuti. Imparerai:

• Che Attività dell'acqua ”
• In che modo si differenzia dal Contenuto di umidità”
• Perché controlla la crescita microbica
• In che modo la comprensione Attività dell'acqua aiutarti a controllare l’umidità nel tuo prodotto.

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La figura 1 è un diagramma di stabilità che mostra Attività dell'acqua Contenuto di umidità. Attività dell'acqua rappresentata sull'asse x, mentre l'asse y illustra le velocità di reazione (si pensi al Contenuto di umidità un aumento della velocità di reazione). La curva in blu scuro rappresenta Isoterma di sorbimento dell'umidità generica Isoterma di sorbimento dell'umidità. Isoterma di sorbimento dell'umidità la relazione tra Attività dell'acqua Contenuto di umidità un prodotto. Le altre curve rappresentano le modalità di deterioramento. Si può notare che il tasso di crescita di muffe, lieviti e batteri aumenta in modo esponenziale Attività dell'acqua . Il tasso di attività enzimatica inizia ad aumentare in modo significativo appena al di sotto di 0,9 e continua ad aumentare con Attività dell'acqua . Tuttavia, l’ossidazione dei lipidi segue un andamento diverso: a livelli molto bassi di attività dell’acqua è elevata, ma poi, man mano che Attività dell'acqua fino a circa 0,3–0,5, diventa stabile. Al di sopra di 0,5, l’ossidazione dei lipidi ricomincia ad aumentare. Le reazioni di imbrunimento raggiungono il picco a circa 0,6. La sezione ombreggiata in blu nella Figura 1 illustra che in un Attività dell'acqua compreso tra 0,3 e 0,5 possono verificarsi deterioramenti fisici o cambiamenti di consistenza: perdita di croccantezza, agglomerazione o collasso della matrice alimentare.

Fase 2: Individua Attività dell'acqua critiche Attività dell'acqua del tuo prodotto

Come illustrato sopra, ogni tipo di difetto del prodotto è associato a una specifica Attività dell'acqua. Questa Attività dell'acqua nota come Attività dell'acqua critica, o RHc. Attività dell'acqua critica Attività dell'acqua l'esatto Attività dell'acqua quale si verificherà un cambiamento indesiderato nel vostro prodotto. Ad esempio, i cambiamenti fisici sono identificati da una variazione delle proprietà di assorbimento, che porta infine a un cambiamento nella consistenza. Questo cambiamento avverrà a una determinata Attività dell'acqua per il prodotto, e il prodotto risulterà più stabile al di sotto di tale Attività dell'acqua critica. A Isoterma di sorbimento dell'umidità (Figura 2) consente di identificare quale sia_l’RHc del prodotto.

La Figura 2 è un grafico che mostra diverse isoterme di assorbimento dell’umidità generate dall’AQUALAB VSA. L’asse x Attività dell'acqua , mentre l’asse y Contenuto di umidità . La curva blu medio mostra che il latte in polvere ha Attività dell'acqua critica Attività dell'acqua circa 0,42. Come si può dedurre? In corrispondenza di circa 0,42, si osserva un forte aumento del Contenuto di umidità un lieve aumento Attività dell'acqua. È a questo punto che iniziano a verificarsi fenomeni di agglomerazione e formazione di grumi.

È interessante notare che il latte in polvere presenta un secondo Attività dell'acqua critico Attività dell'acqua 0,7 e 0,8, al di sopra del quale inizia a verificarsi la cristallizzazione. Per i cereali (curva in blu scuro), Attività dell'acqua critica Attività dell'acqua circa 0,5._{L’umidità relativa (RHc)} delle crocchette senza cereali è più vicina a 0,7 a causa della proliferazione microbica. Le aziende produttrici di alimenti per animali domestici devono mantenersi al di sotto di questo livello. Il saccarosio presenta Attività dell'acqua critica Attività dell'acqua circa 0,85, valore al quale si verifica un improvviso aumento del Contenuto di umidità un aumento solo minimo Attività dell'acqua.

Si noti inoltre che Attività dell'acqua critica Attività dell'acqua temperatura. All’aumentare della temperatura del prodotto, Attività dell'acqua critica Attività dell'acqua . È quindi importante conoscere_{l’umidità relativa di equilibrio (RHc)} e le condizioni di conservazione del prodotto (temperatura). È così possibile combinare la formulazione del prodotto e il confezionamento in modo da mantenere Attività dell'acqua al di sotto del valore critico Attività dell'acqua la produzione e la durata di conservazione.

Fase 3: Eseguire test accelerati sulla durata di conservazione (se necessario)

I test di durata di conservazione accelerati richiedono innanzitutto di identificare quale o quali modalità di guasto siano più probabili e poi di valutare quando e perché si verificano. È possibile che vi sia più di una modalità di guasto. Se non si è certi di quale guasto si verificherà per primo, sarà necessario monitorare tutti i livelli delle potenziali modalità durante il test.  Ad esempio, se la proliferazione microbica è una delle modalità di guasto, è necessario comprendere i Attività dell'acqua relativi alla proliferazione microbica (guarda il video per saperne di più sui limiti di proliferazione microbica).

Se il rancido è la causa del deterioramento, occorre misurare i livelli di ossidazione. Se è un cambiamento nella consistenza a determinare la fine della durata di conservazione, sarà necessaria Isoterma di sorbimento dell'umidità vedi Figura 2). Per la degradazione delle vitamine, si misureranno i livelli vitaminici. I cambiamenti di colore possono essere valutati utilizzando immagini cromatiche (note anche come colorimetria). Le reazioni enzimatiche possono invece essere valutate osservando l’attività enzimatica. Dopo aver identificato il tipo di dati da raccogliere, è possibile eseguire test accelerati sulla durata di conservazione per individuare Attività dell'acqua ideale Attività dell'acqua per il proprio prodotto. Il grafico seguente illustra alcuni scenari di come potrebbe presentarsi un processo di test accelerati sulla durata di conservazione dopo aver identificato le modalità di deterioramento più probabili.

Come eseguire test accelerati sulla durata di conservazione

Lo scopo dei test accelerati sulla durata di conservazione è quello di ottenere dati empirici specifici per il vostro prodotto. E questo è importante. A volte la durata di conservazione viene determinata osservando prodotti simili presenti sul mercato e rapportando tale durata al proprio prodotto. Tuttavia, è meglio utilizzare il proprio prodotto finale per determinare la durata di conservazione. Ciò avviene raccogliendo dati empirici e poi rapportando tali dati alla specifica_RHc dipendente dalla temperatura alla quale il prodotto non è più idoneo al consumo.

Utilizzo Attività dell'acqua (_aw), le fasi fondamentali per eseguire prove accelerate di durata di conservazione sono:

Ecco i dettagli su come impostare un test:

I test “accelerati” consistono nell’aumentare la temperatura e Attività dell'acqua accelerare il processo. Poiché_{l’umidità relativa (RHc)} diminuisce all’aumentare della temperatura, si selezioneranno tre diverse attività dell’acqua e tre diverse temperature, mantenendo il prodotto in una combinazione di ciascuna di queste tre (nove sottocampioni) fino a quando il prodotto non diventa inaccettabile. Durante questo periodo, si monitorerà l’andamento della modalità di deterioramento scelta. Ad esempio, se si sta monitorando l’ossidazione dei lipidi, si misurerà il livello di ossidazione fino a quando non diventa inaccettabile per il consumatore. (Spetta a voi decidere cosa si intenda per “inaccettabile”, poiché alcuni cambiamenti nel prodotto si verificano quando è ancora accettabile.) Nel corso del tempo, raccogliete i dati relativi al rapporto tra tempo e entità del cambiamento per determinarne la velocità. Successivamente, modellate i dati raccolti tenendo conto sia del tempo, sia della temperatura, sia Attività dell'acqua. Una volta ottenuta questa correlazione, sarete in grado di modellare la durata di conservazione e le velocità di reazione relative alla vostra modalità di deterioramento.

Esempio 1: latte artificiale

Per capire come funziona, esamineremo un test sul latte in polvere per neonati condotto presso AQUALAB. Questo studio è stato pubblicato ed è disponibile negli atti del Shelf-Life International Meeting del 2017. Il latte in polvere è stato sottoposto a tre temperature elevate (30, 37 e 45 gradi C) e a tre diverse attività dell’acqua (0,43, 0,50 e 0,65). Abbiamo preparato nove diversi sottocampioni combinando questi fattori. Abbiamo inserito il prodotto in contenitori sigillati con una soluzione salina satura sul fondo, in modo da ottenere le specifiche Attività dell'acqua interessavano. Abbiamo quindi collocato i contenitori in forni regolati alle temperature corrette e monitorato le variazioni.

Abbiamo scelto l’ossidazione dei lipidi come modalità di deterioramento del latte artificiale e abbiamo monitorato i valori T bar per determinare quando l’ossidazione avesse raggiunto un livello inaccettabile. Ai fini di questo esperimento, un livello inaccettabile era pari a un milligrammo di malondialdeide per chilogrammo. Abbiamo quindi esaminato la velocità di reazione per ciascuna di quelle Attività dell'acqua di temperatura e Attività dell'acqua . L’abbiamo determinata utilizzando la pendenza della curva che rappresenta il tempo in funzione del valore T bar e, in questo caso, si trattava di una relazione lineare.

Tuttavia, non è sempre così. A volte si tratta di una reazione di primo ordine, il che significa che avrà una relazione più esponenziale. Ma per noi si trattava di una relazione lineare, il che ha reso molto semplice creare un modello temporale idrotermico per il latte artificiale (email [email protected] per una copia dello studio: A Hygrothermal Model for Predicting Shelf Life in Infant Formula (Un modello igrotermico per prevedere la durata di conservazione del latte artificiale) di Brady P. Carter, Mary T. Galloway, Gaylon S. Campbell e Shyam S. Sablani).

Esempio 2: chips di cavolo riccio

Un produttore di chips di cavolo riccio ha riscontrato che la durata di conservazione era di soli 30 giorni a causa della perdita di consistenza e della formazione di muffa. 30 giorni rendevano difficile per lui spedire il prodotto a grandi distanze. Come può aumentare la durata di conservazione?

Per farlo, deve stabilire a quale Attività dell'acqua chip sono a rischio di proliferazione microbica. Secondo Attività dell'acqua per la proliferazione microbica riportati in letteratura (vedi Tabella 1), se mantiene Attività dell'acqua del suo prodotto Attività dell'acqua 0,7, non si verificherà alcuna proliferazione microbica. Qualsiasi valore superiore a tale soglia comporta il rischio di formazione di muffa.

Il passo successivo consiste nel determinare a quale Attività dell'acqua chip perdono consistenza. Per scoprirlo, il produttore ha bisogno di Isoterma di sorbimento dell'umidità indichi con esattezza quando si verificherà tale cambiamento di consistenza (Figura 4).

La figura 4 mostra un'isoterma relativa a una chips di cavolo riccio, con Attività dell'acqua asse x e Contenuto di umidità y. A prima vista, si potrebbe supporre che la perdita di consistenza avvenga in corrispondenza di un punto di flesso nella curva, dove le proprietà di assorbimento aumentano drasticamente. Tuttavia, è difficile identificare con esattezza tale punto; pertanto, il modo più semplice consiste nell’effettuare una valutazione della derivata seconda su quella pendenza. La valutazione della derivata seconda esamina la pendenza per determinare quando si verifica un cambiamento nella stessa, indicando una variazione nell’assorbimento di umidità (Figura 5).

Nella derivata seconda a destra della Figura 5, il primo picco corrisponde_all’RHc. Come si può notare confrontandola con l’isoterma a sinistra, la correlazione è buona. Pertanto, se il produttore di chips di cavolo riccio riesce a mantenere i chips al di sotto di questa Attività dell'acqua critica Attività dell'acqua 0,57, questi manterranno la loro consistenza croccante e non saranno più soggetti alla proliferazione microbica. Mantenere Attività dell'acqua corretti Attività dell'acqua è facile utilizzando un Attività dell'acqua AQUALAB 4TE (guarda il video per vedere come funziona).

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Fasi 4 e 5: Determinare la durata di conservazione desiderata e calcolare l'imballaggio

Una volta individuate le Attività dell'acqua critiche, è possibile effettuare i calcoli relativi alla durata di conservazione. Le equazioni relative alla durata di conservazione tengono conto di diversi fattori. Uno dei primi fattori è la confezione del prodotto. Ogni confezione presenta un Tasso di trasmissione del vapore acqueo Figura 6).

In qualsiasi ambiente, nell'aria è presente una certa quantità di acqua o umidità relativa (UR). L'imballaggio scelto consente solo a una certa quantità di acqua di passare e interagire con il prodotto. Questo valore viene generalmente misurato in grammi per metro quadrato al giorno. Il vostro confezionatore testa l'imballaggio in determinate condizioni (di solito a circa 38 gradi Celsius e 90% di umidità relativa). Tali condizioni entreranno in gioco per il calcolo della durata di conservazione. Inoltre, è necessario conoscere la superficie dell'imballaggio in metri quadrati e la massa del prodotto all'interno della confezione.

Altre informazioni richieste sono le condizioni di conservazione del prodotto: temperatura, umidità e pressione atmosferica. La pressione atmosferica dipende dall'altitudine e può variare anche in base alle condizioni meteorologiche.

Infine, dovrai conoscere Attività dell'acqua del tuo prodotto. Ciò include Attività dell'acqua iniziale Attività dell'acqua Attività dell'acqua critica Attività dell'acqua.

Equazioni di durata di conservazione semplificate

Esistono diverse equazioni che entrano nel calcolo della durata di conservazione che esulano dall'ambito di questo articolo (leggi qui per saperne di più). Ma esiste un modo più semplice.  Un programma software chiamato Moisture Analysis Toolkit eseguirà automaticamente questi calcoli per voi**.** È sufficiente 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 offre il miglior ritorno sull'investimento. Di seguito sono riportati alcuni screenshot tratti direttamente dal software per mostrarvi come funziona.

Il software ti chiederà di inserire il Tasso di trasmissione del vapore acqueo, la temperatura e l’umidità di prova (di solito circa 38 gradi Celsius con un’umidità del 90%). Successivamente dovrai inserire le condizioni di conservazione del tuo prodotto e alcune informazioni sul prodotto stesso. Nella Figura 7, abbiamo collocato il prodotto in un ambiente con un’umidità del 60% e una pressione atmosferica di 100 kilopascal. Il prodotto pesa 454 grammi ed è conservato in un ambiente a 30 gradi Celsius. Si calcola la superficie dell’imballaggio e poi si inseriscono l’attività dell’acqua iniziale e quella critica. Utilizzando il software, è possibile selezionare rapidamente il file dell’isoterma salvato in precedenza (l’isoterma del prodotto viene calcolata automaticamente e memorizzata nel software tramite lo strumento AQUALAB VSA).

Dopo aver inserito i dati, clicca su “Calcola” e il software ti fornirà una stima della durata di conservazione (in questo caso 30 giorni). Per modificare o prolungare la durata di conservazione, cerca un imballaggio con un Tasso di trasmissione del vapore acqueo inferiore.

Se desideri aumentare la durata di conservazione, puoi utilizzare un altro calcolatore nel kit di strumenti per l'analisi dell'umidità progettato appositamente per questo scenario (Figura 8).

La figura 8 mostra che per ottenere una durata di conservazione di 180 giorni è necessario un WVTR dell'imballaggio pari a 1,3. È possibile fornire questa informazione al proprio confezionatore e comunicargli che è necessario un WVTR di questo valore per ottenere la durata di conservazione desiderata.

La tabella 2 presenta un confronto tra alcuni materiali di imballaggio comuni.

È importante sapere che questi valori di trasmissione del vapore acqueo sono stati ottenuti a una temperatura di 38 °C e un'umidità relativa del 90%. Ma non è sempre così. A volte vengono ottenuti a una temperatura di 30 °C e un'umidità relativa del 75%. Si noti inoltre che questa tabella è in unità metriche, ed è così che il software effettua i calcoli, ma a volte il WVTR è indicato in grammi per metro quadrato per 24 ore. Oppure potrebbe essere espresso in unità standard come pollici quadrati. È quindi importante che le unità siano corrette quando si inserisce il WVTR per il materiale di imballaggio. Si noti che il polipropilene ha un WVTR di 8,2, ma un polipropilene orientato e con uno strato metallizzato riduce il WVTR a 1,0. È bene capire che tipo di imballaggio è necessario, perché non si vuole imballare in modo insufficiente. Utilizzando le chips di cavolo riccio come esempio, la Figura 8 mostra che con un WVTR dell'imballaggio pari a 7,5 il produttore alimentare è in grado di conservare il prodotto solo per 30 giorni. Ma se il produttore sceglie un imballaggio con un WVTR pari a 1,3, il prodotto durerà sei mesi. Tuttavia, è importante notare che più basso è il WVTR, più alto sarà il costo, quindi non esagerare con l'imballaggio, altrimenti pagherai per un imballaggio che non ti serve.

Fase 6: Rivalutare dopo le modifiche alla formulazione

Il toolkit per l'analisi dell'umidità semplifica il calcolo dell'effetto delle variazioni degli ingredienti sulla durata di conservazione. È possibile calcolare Attività dell'acqua finale Attività dell'acqua una miscela o Attività dell'acqua una ricetta senza nemmeno realizzare il prodotto. A tal fine è necessaria un'isoterma per ciascuno degli ingredienti. La figura 9 mostra come il toolkit per l'analisi dell'umidità preveda Attività dell'acqua finale Attività dell'acqua al prodotto finale venga aggiunto un condimento.

In alto a sinistra si inseriscono i diversi ingredienti. In basso a sinistra sono riportati i risultati. Per una libbra di chips di cavolo riccio, abbiamo inserito Attività dell'acqua iniziale Attività dell'acqua la massa per scoprire cosa succede Attività dell'acqua si aggiungono cinque grammi di aglio in polvere. Dopo aver inserito le informazioni, si preme “Calcola” e il software fornisce una nuova Attività dell'acqua finale Attività dell'acqua la miscela. Nella Figura 9, Attività dell'acqua leggermente diminuita. Il software indica anche il Contenuto di umidità finale Contenuto di umidità chips Contenuto di umidità cavolo riccio e Contenuto di umidità aglio. Il grafico a destra mostra come vengono combinate le isotermiche (le chips di cavolo riccio sono rappresentate dalla curva blu, mentre l’aglio dalla curva verde). La curva rossa rappresenta un’isotermica combinata e il programma fornisce anche Attività dell'acqua di equilibrio Attività dell'acqua 0,449), che sarà Attività dell'acqua finale Attività dell'acqua miscela.

Fase 7: Verificare le previsioni sulla durata di conservazione con test empirici

Gli esempi sopra riportati illustrano come il VSA e il toolkit per l’analisi dell’umidità possano accelerare i processi di ricerca e sviluppo e prevedere come cambierà Attività dell'acqua un prodotto. Tuttavia, se non avete effettuato test di durata di conservazione, dovrete verificare le vostre previsioni. Il software del toolkit per l’analisi dell’umidità è eccellente nel manipolare i parametri e fornire una risposta rapida, ma si tratta comunque di previsioni basate su equazioni matematiche. Dovrete eseguire test empirici per dimostrare che la vostra formulazione e il vostro imballaggio siano esattamente quelli di cui avete bisogno.

Perché eseguire i test di durata di conservazione?

Storicamente, pochissimi produttori hanno preso decisioni scientifiche in materia di imballaggio e durata di conservazione. Molte aziende ricorrono a un imballaggio eccessivo per evitare problemi e apportano modifiche solo quando questi si verificano. Tuttavia, un imballaggio eccessivo può ridurre significativamente i profitti. Pertanto, quando è necessario un abile equilibrio tra costi e qualità, informazioni scientifiche precise aiutano a migliorare i risultati economici. A titolo di riepilogo, ecco i passaggi per determinare la durata di conservazione e l'imballaggio.

1. Identificare cosa determina la fine della durata di conservazione (modalità di deterioramento: per ulteriori informazioni, consultare la Guida completa alla durata di conservazione dei prodotti alimentari).
2. Individuare le Attività dell'acqua critiche Attività dell'acqua _RHc)
3. Eseguire test accelerati sulla durata di conservazione, se necessario.
4. Determinare la durata di conservazione desiderata
5. Calcolare l'imballaggio adeguato
6. Rivalutare dopo le modifiche alla formulazione
7. Verificare le previsioni sulla durata di conservazione con test empirici

Risorse sulla durata di conservazione

• Un modello igrotermico per prevedere la durata di conservazione degli alimenti per lattanti di Brady P. Carter, Mary T. Galloway, Gaylon S. Campbell e Shyam S. Sablani
• Stabilità della durata di conservazione degli alimenti Cambiamenti chimici, biochimici e microbiologici a cura di N.A. Michael Eskin
• Scienza e tecnologia dell'essiccazione degli alimenti Microbiologia, chimica, applicazioni a cura di Y.H. Hui
• Freschezza e durata di conservazione degli alimenti a cura di Keith R. Cadawallader e Hugo Weenen
• Datazione aperta degli alimenti di Theodore P. Labuza e Lynn M. Szybist
• Durata di conservazione: Briefing sull'industria alimentare di Dominic Man
• Valutazione della durata di conservazione degli alimenti, seconda edizione a cura di Dominic Man e Adrian Jones
• Comprendere e misurare la durata di conservazione degli alimenti a cura di R. Steele
• Stabilità e durata di conservazione degli alimenti a cura di David Kilcast e Persis Subramaniam
• Sous Vide e Cook Chill Processing per l'industria alimentare a cura di S. Ghazala
• Sterilizzazione degli alimenti in buste retortabili di A.G. Abdul Ghani Al Baali

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