Prever o desempenho da embalagem para maximizar a vida útil do produto

As misturas em pó para bebidas em sachês individuais são um segmento de mercado em crescimento. Para os consumidores, são práticas e acessíveis. Para os fabricantes e varejistas, são lucrativas, pois custam significativamente menos para transportar e estocar do que as bebidas prontas para consumo. Na verdade, são o produto ideal, mas colocam a embalagem em destaque. Isso porque os dois principais ingredientes dos sachês de bebidas esportivas são a mistura para bebida e… a embalagem.

Cada sachê contém uma porção individual, portanto, a embalagem representa mais de 50% do custo das matérias-primas deste produto. O principal objetivo dessa embalagem é manter o pó solto — abaixo da atividade de água crítica — durante todo o prazo de validade do produto.

O excesso de embalagens prejudica os lucros

Uma embalagem inadequada pode fazer com que a atividade da água nos produtos alimentícios aumente ou diminua com o tempo — causando alterações físicas, migração de umidade, degradação química e suscetibilidade ao crescimento microbiano. Por outro lado, o excesso de embalagem é caro e pode reduzir os lucros. Como determinar a quantidade exata de embalagem necessária para o seu produto?

Historicamente, poucos fabricantes tomaram decisões científicas em relação às embalagens. Eles adotaram uma abordagem empírica: exagerar na embalagem para evitar problemas e só fazer alterações quando estes ocorrem. Mas, no caso de produtos de dose única, o excesso de embalagem pode reduzir significativamente os lucros. Em situações como essa, em que é necessário um equilíbrio habilidoso entre custo e qualidade, informações científicas precisas são fundamentais.

Uma embalagem adequada requer dois critérios simples

O fator determinante mais importante para o que acontecerá com a atividade de água do seu produto ao longo do tempo é a permeabilidade do material de embalagem — ou seja, sua capacidade de impedir a transferência de umidade em diferentes condições. Assim, para determinar a embalagem correta para o prazo de validade desejado, são necessários dois parâmetros simples: a atividade de água crítica e a permeabilidade da embalagem.

Determinação rápida e fácil da atividade da água

O ponto de partida para os cálculos de embalagem é o valor da atividade crítica da água. Tradicionalmente, era difícil determinar esse ponto — as tecnologias de isoterma da velha guarda não forneciam pontos de inflexão exatos. No entanto, a capacidade de obter um ponto preciso por meio do ANALISADOR DE SORÇÃO DE VAPOR (VSA) torna agora possível esse tipo de cálculo de embalagem.

O VSA gera uma isoterma de alta resolução denominada curva de ponto de orvalho dinâmico (DDI). As curvas DDI economizam muito tempo na identificação da atividade de água crítica em alimentos e produtos farmacêuticos com baixo teor de umidade, pois ilustram claramente a variação nas propriedades de sorção de uma substância (ver Figura 1). Esta curva mostra o ponto de transição vítrea para uma determinada formulação de mistura para bebida.

Alimentos com maior teor de umidade podem não necessitar de uma curva DDI, pois é mais provável que a deterioração microbiana seja o fator que reduz o prazo de validade. Para produtos com maior teor de umidade, os limites críticos de atividade da água a serem identificados são aqueles relacionados ao crescimento microbiano e podem ser encontrados na literatura (0,85 aw é o limite para bactérias patogênicas, e nenhum organismo cresce abaixo de 0,6 aw).  Outros fatores que reduzem a vida útil e podem precisar ser levados em consideração ao identificar uma atividade de água crítica são alterações na textura, oxidação lipídica, reação de Maillard, perda de vitaminas ou perda de cor.

Por que a permeabilidade da embalagem é importante

A força motriz que faz com que a água se desloque através da embalagem é a diferença nas condições de atividade da água entre o interior e o exterior da embalagem. Quando existe essa diferença, surge uma força motriz que leva a água a entrar ou sair da embalagem, afetando o produto.

O objetivo da embalagem é reduzir a taxa de transferência de umidade. Essa taxa é normalmente indicada pelos fabricantes de embalagens como taxa de transmissão de vapor de água (WVTR). Utilizando a atividade de água crítica e a WVTR da embalagem em questão, é possível realizar modelagem preditiva para tomar decisões de custo-benefício.

A modelagem preditiva costuma ser feita por meio de uma série de equações complexas (disponíveis em “Fundamentos das Isotermas de Sorção de Umidade”), mas existe uma maneira mais simples.  Um programa de software chamado Moisture Analysis Toolkit fará esses cálculos automaticamente para você**.** Basta inserir as variáveis de um produto, e o kit de ferramentas determinará a situação ideal para sua embalagem, permitindo até mesmo que você altere os parâmetros de análise e encontre a embalagem que oferece o melhor retorno sobre o investimento.

Modelagem preditiva em ação

Utilizando cálculos de embalagem, avaliamos quatro tipos diferentes de embalagens para um preparado para bebida — a embalagem original e três alternativas possíveis. Em condições de exposição à umidade (25 °C, 75% de umidade), eis os resultados:

É evidente que a embalagem original apresentou o melhor desempenho. Mas esses resultados suscitaram duas grandes questões. Primeiro: uma validade de 7.812 dias seria um exagero? Segundo: ficamos nos perguntando por que uma embalagem com validade de 7.812 dias falhou após apenas alguns meses no fundo da bolsa de ginástica. Então, realizamos outro teste e obtivemos uma resposta simples: o vestiário.

O mau uso por parte do cliente pode reduzir o prazo de validade

O vestiário praticamente corresponde às condições de uso abusivo, e os testes realizados para simular esse tipo de uso (40 °C, 75% de umidade, embora muitos vestiários que conhecemos cheguem a 85 ou 90%) revelaram algo surpreendente:

O sachê de bebida esportiva na embalagem original começaria a endurecer e formar grumos em menos de um mês nas condições do vestiário. (Se você está se perguntando por que ele ainda superou as embalagens 2 e 3, de menor condutância, é porque essas embalagens tinham áreas de superfície maiores do que a original).

A condutância depende da temperatura, às vezes de forma extrema, como mostram os dados da “embalagem original”. E os dados da taxa de transmissão de vapor de água (WTVR) em conformidade com a norma ASTM não fornecem informações sobre a condutância em nenhuma temperatura, a menos que se conheçam as condições em que os testes foram realizados.

Resolva a equação da embalagem

A fabricante de bebidas gastou demais com embalagens excessivas e, mesmo assim, decepcionou os consumidores. A única maneira de realmente resolver a equação da embalagem é com dados concretos. As isotermas de alta resolução da VSA permitem que você utilize equações simplificadas de atividade da água dependentes da temperatura para:

• Determinar a condutância de vapor real de uma embalagem
• Calcular o tempo necessário para que um produto embalado atinja a atividade de água crítica em diferentes condições
• Determine a condutância da embalagem necessária para atender aos requisitos de prazo de validade
• Determine a atividade de água de um produto após um determinado período de tempo em diferentes condições

Para obter informações mais detalhadas sobre a atividade hídrica crítica, curvas DDI, permeabilidade de embalagens e modelagem preditiva, assista ao webinar: “Previsão do desempenho de embalagens”.

Saiba mais sobre embalagens

Neste webinar de 30 minutos, os cientistas alimentares Mary Galloway e Zachary Cartwright falam sobre como obter respostas para suas dúvidas sobre prazo de validade. Aprenda a:

• Analise os problemas e reclamações para descobrir por que o prazo de validade está expirando antes do esperado
• Preveja como as alterações na receita afetarão o prazo de validade
• Compare o efeito de diferentes opções de ingredientes
• Avalie se uma determinada opção de embalagem ajudará você a alcançar ou prolongar o prazo de validade

Informações adicionais

Sociedade Americana para Ensaios e Materiais (ASTM). 2008. Métodos de ensaio padrão para a transmissão de vapor de água por materiais. ASTM E 96-00. Filadélfia, PA.

Azanha, A. B., e J. A. F. Faria. “Utilização de modelos matemáticos para estimar o prazo de validade de flocos de milho em embalagens flexíveis.” Packaging Technology and Science 18, n.º 4 (2005): 171-178. Link do artigo.

Carter, Brady P. e Shelly J. Schmidt. “Avanços na determinação da transição vítrea em alimentos por meio de isotermas de sorção de umidade.” Food chemistry 132, n.º 4 (2012): 1693-1698. Link do artigo.

Risbo, Jens. “A dinâmica da migração da umidade em sistemas alimentares multicomponentes embalados I: previsões de prazo de validade para um sistema de cereais com passas.” Journal of Food Engineering 58, n.º 3 (2003): 239-246. Link do artigo.

Kilcast, David, e Persis Subramaniam, eds. A estabilidade e o prazo de validade dos alimentos. Cambridge: CRC Press, 2000. Link do artigo.

Koutsoumanis, Konstantinos, e George-John E. Nychas. “Aplicação de um procedimento experimental sistemático para desenvolver um modelo microbiano para previsões rápidas da vida útil do peixe.” International Journal of Food Microbiology 60, n.º 2 (2000): 171-184. Link do artigo.

Del Nobile, M. A., G. G. Buonocore, S. Limbo e P. Fava. “Previsão da vida útil de alimentos secos à base de cereais embalados em filmes sensíveis à umidade.” Journal of Food Science 68, n.º 4 (2003): 1292-1300. Link do artigo.

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