Guia completo sobre prazo de validade para fabricantes de alimentos

Sem um prazo de validade preciso e específico para cada produto, você pode acabar descartando um produto vencido que ainda está em boas condições. Ou vendendo um produto não vencido que, na verdade, está estragado. Você pode estar pagando caro por uma embalagem que não agrega valor ao seu produto. Ou abrindo mão de um prazo de validade significativamente maior que uma embalagem melhor proporcionaria. A questão é que você não tem certeza, pois está agindo às cegas.

Então, por que as pessoas não realizam mais testes de prazo de validade?

Você pode estar pagando por embalagens excessivas que não agregam valor ao seu produto.

Testes completos de prazo de validade

Normalmente, isso se deve ao fato de que um teste de vida útil completo e rigoroso é uma tarefa complexa. Ele envolve relações complexas entre umidade, temperatura e modos de falha do produto.

Há inúmeros fatores que podem tornar seu produto impróprio para consumo ou de sabor desagradável — mofo, proliferação microbiana, ranço, alterações na textura ou no sabor, degradação de vitaminas. A maioria das pessoas não possui conhecimento técnico para realizar testes completos de prazo de validade internamente, e contratar um laboratório externo para fazê-lo é caro.

Existe uma alternativa cientificamente comprovada para esse tipo de teste de prazo de validade. Trata-se do prazo de validade, simplificado pela atividade da água. Esse método gera todos os dados necessários para prever o prazo de validade do seu produto a partir de um experimento que qualquer pessoa, mesmo uma pequena startup, pode realizar.

Prazo de validade e atividade da água

Como a atividade da água influencia o prazo de validade?

1. Isso elimina distrações. Ao conhecer a atividade de água do seu produto, você saberá quais modos de falha representam um problema para ele.
2. Isso simplifica a previsão. Você pode usar seu medidor de atividade da água, juntamente com outro método de medição (a escolha depende do seu modo de falha específico), para realizar um experimento simples e interno que permitirá prever com precisão o prazo de validade do produto.
3. Isso padroniza a produção. É possível definir uma especificação de atividade da água que permite atingir o prazo de validade ideal em cada lote.

Os dados sobre a vida útil do seu produto podem fornecer informações valiosas para ajudá-lo a evitar falhas no produto, prever e prolongar a vida útil, escolher a embalagem mais econômica e muito mais.

AQUALAB 3. Obter uma leitura precisa da atividade da água no seu produto pode ajudar a prever com maior precisão o prazo de validade.

Como a atividade da água permite prever o prazo de validade?

A atividade da água é um importante indicador para prever e controlar o prazo de validade dos produtos alimentícios. O prazo de validade é o período durante o qual um produto permanecerá seguro, manterá as propriedades sensoriais, químicas, físicas e microbiológicas desejadas e estará em conformidade com a rotulagem nutricional. Muitos fatores influenciam o prazo de validade, incluindo a atividade da água, o pH, o potencial redox, o oxigênio, o uso de conservantes e as condições de processamento e armazenamento. Ao medir e controlar a atividade da água em alimentos e produtos farmacêuticos, é possível:

• Prever quais microrganismos serão fontes potenciais de deterioração e infecção
• Manter a estabilidade química dos alimentos
• Minimizar as reações de escurecimento não enzimático e as reações espontâneas de oxidação autocatalítica dos lipídios
• Controlar a atividade das enzimas
• Preservar os nutrientes e as vitaminas dos alimentos
• Otimizar as propriedades físicas dos alimentos

Fatores que encurtam o prazo de validade

Existem três fatores principais que influenciam o prazo de validade: propriedades microbianas, alterações químicas e deterioração física. Todos esses fatores estão relacionados à atividade da água.

Crescimento microbiano

O mofo e o crescimento microbiano são as ameaças mais perigosas para o prazo de validade. O controle da atividade da água pode inibir ou impedir o crescimento microbiano, prolongar o prazo de validade e permitir que alguns produtos sejam armazenados com segurança sem refrigeração. Utilizando tabelas bem definidas, é possível estabelecer um limite de atividade da água para o seu produto e aplicá-lo em testes de prazo de validade.

Tabela 1. Limites de crescimento em função da atividade da água para muitos microrganismos comuns

Mas como você pode usar esse conhecimento a seu favor na formulação, especificação, produção e embalagem? Assista ao nosso último webinar para descobrir:

• como a atividade da água permite prever o crescimento microbiano
• como utilizar os limites de concentração de organismos específicos (_AW ) relevantes para o seu setor ao definir suas especificações
• como utilizar diferentes técnicas de formulação (incluindo umectantes, filmes e revestimentos) para atingir a atividade de água desejada
• por que você deve considerar a tecnologia de barreiras para enfrentar certos desafios

Degradação química

A atividade da água influencia as taxas das reações químicas de deterioração, pois a água atua como solvente, pode ser ela própria um reagente ou pode alterar a mobilidade dos reagentes por meio da viscosidade. Por exemplo, as reações de escurecimento não enzimáticas aumentam com o aumento da atividade da água até um máximo de 0,6 a 0,7_aw, e a oxidação lipídica é minimizada entre cerca de 0,2 e 0,3_aw. A estabilidade química ideal é geralmente encontrada próxima do teor de umidade da monocamada, conforme determinado a partir das isotermas de sorção de umidade.

Figura 1. É possível prever a estabilidade e as reações de um produto utilizando a atividade da água.

Deterioração física

Ambientes com alta e (menos frequentemente) baixa umidade podem afetar a atividade de água de um produto, causando alterações indesejáveis na textura ou nas propriedades físicas do produto e reduzindo seu prazo de validade. Entre os problemas estão a perda de crocância em produtos secos, aglomeração e formação de grumos em pós, e textura dura ou mastigável em produtos úmidos. Determinar a atividade de água crítica para o seu produto pode exigir alguma pesquisa, mas a atividade de água facilita muito essa tarefa.

Conhecer a atividade de água ideal dos seus produtos pode evitar alterações indesejáveis nas propriedades físicas do produto, como aglomeração e formação de grumos.

Embalagem, envio e armazenamento

As variações na atividade da água durante o transporte e o armazenamento podem influenciar significativamente o prazo de validade. A atividade da água depende da temperatura, e as temperaturas de transporte e armazenamento podem afetar a atividade da água dentro da embalagem. Testes simplificados de prazo de validade podem ajudar a determinar a melhor embalagem e a avaliar o efeito das condições de transporte e armazenamento no prazo de validade do seu produto.

Comece a realizar testes de forma simplificada

A literatura sobre ciência alimentar contém informações sobre como maximizar o prazo de validade, mas pode ser difícil encontrar instruções passo a passo. Há apenas alguns pontos a serem considerados ao elaborar um plano para testar o prazo de validade do seu produto específico.

NÃO tente analisar tudo

Existem muitos fatores que influenciam o prazo de validade, mas os que têm maior impacto são a atividade da água e a temperatura. Comece controlando esses dois fatores.

Como se mede a atividade da água?

Os fabricantes de alimentos medem a atividade da água em laboratório e na linha de produção com medidores de atividade da água. Meça a atividade da água (_aw) em 5 minutos ou menos (tempo médio de leitura: 2,5 minutos) com_{precisão de} ±0,003_aw . Os instrumentos AQUALAB são os medidores de atividade da água mais rápidos e precisos disponíveis no mercado. Assista ao vídeo para ver como funciona.

DETERMINE os modos de falha mais prováveis

A vida útil de um produto é normalmente afetada por apenas um ou dois modos de falha. Por exemplo, a vida útil das batatas fritas costuma ser encurtada por sabores indesejáveis associados à oxidação lipídica. Os testes simplificados de vida útil devem começar pelo monitoramento da oxidação lipídica em diferentes atividades de água e temperaturas. Depois de considerados os impactos da oxidação lipídica, é possível examinar quaisquer outros fatores potencialmente limitantes, como a textura.

Os passos básicos para determinar o prazo de validade

Passos básicos para a avaliação da vida útil utilizando a atividade da água.

Se você transformasse essas etapas em um fluxograma detalhado, ficaria assim (veja a imagem ampliada aqui):

Figura 2. Fluxograma dos testes de prazo de validade

Escolha o pacote certo

Depois de determinar o intervalo ideal de atividade da água para o seu produto, é hora de considerar a embalagem. O fator determinante mais significativo para o que acontecerá com a atividade da 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 (ver Wong et al., 1999). Para determinar a embalagem correta para o prazo de validade desejado, são necessários dois parâmetros simples: a permeabilidade da embalagem e a atividade da água crítica.

Encontre o seu WVTR

A força motriz que impulsiona o movimento da água através da embalagem é a diferença nas condições de atividade da água entre o interior e o exterior da embalagem. Os fabricantes utilizam a embalagem para controlar a velocidade com que essa água se move. A umidade é transferida através da embalagem a uma taxa conhecida como taxa de transmissão de vapor de água (WVTR). É possível utilizar a WVTR em modelos matemáticos para determinar a embalagem ideal para o prazo de validade desejado.

Identifique sua faixa de atividade crítica da água

Um dos principais objetivos dos testes de prazo de validade é determinar o melhor intervalo de atividade da água para o seu produto. Pode tratar-se de um nível crítico de atividade da água que, se ultrapassado, causará imediatamente problemas de segurança ou textura que encurtarão o prazo de validade. Ou pode ser o “ponto ideal de umidade” que maximiza o lucro e elimina possíveis problemas de sabor, textura e segurança.

Se as alterações físicas forem a principal causa de falha do seu produto, uma curva de isoterma de ponto de orvalho dinâmico (DDI) pode ajudar a identificar a atividade da água crítica. Uma curva DDI mede a variação nas propriedades de sorção de uma amostra à medida que ela adsorve e desorve água (ver Figura 3).

Figura 3. Como as mudanças na textura se relacionam com a isoterma do leite em pó seco por pulverização.

As curvas DDI podem economizar muito tempo na identificação da atividade de água crítica. Você pode obtê-las enviando uma amostra do seu produto para a AQUALAB Lab Services ou utilizando o ANALISADOR DE SORÇÃO DE VAPOR para desenvolver suas próprias curvas DDI.

Se a deterioração microbiana for o fator que limita o prazo de validade do seu produto, é possível identificar uma atividade de água crítica ou um intervalo de atividade de água utilizando limites bem estabelecidos por pesquisas. Muitos microrganismos de interesse estão listados nesta tabela, que mostra a relação entre a atividade de água e o crescimento microbiano.

Se fatores químicos, como a oxidação lipídica, a reação de Maillard ou a perda de vitaminas, forem as principais causas de deterioração do seu produto, você precisará se esforçar um pouco mais. A atividade de água está relacionada a muitas dessas reações químicas, mas você deve realizar testes para determinar qual é essa relação no caso específico do seu produto.

Embalagem para garantir a durabilidade do produto

Uma vez conhecidos a permeabilidade da embalagem e a atividade de água crítica, esses valores podem ser utilizados para a elaboração de modelos preditivos.

A modelagem preditiva costuma ser realizada por meio de uma série de equações complexas (descritas na seção Recursos adicionais), mas existe uma maneira mais simples. Um programa de software, o MOISTURE ANALYSIS TOOLKIT, realiza esses cálculos para você. O kit de ferramentas utilizará esses dados básicos para determinar o prazo de validade, definir as especificações ideais de embalagem e até mesmo permitir que você altere os parâmetros de análise para avaliar diferentes opções de embalagem.

Uma análise aprofundada dos tipos de falha e muito mais

Quer saber mais? Abaixo, você encontra um guia completo e detalhado sobre as etapas do fluxograma simplificado de prazo de validade apresentado acima (Figura 2). Abra as abas para saber mais sobre cada tópico.

MAIS informações sobre o prazo de validade

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

Por que o AQUALAB 4TE é superior a outros medidores de atividade da água

O AQUALAB 4TE coloca uma amostra em um recipiente selado, e a umidade relativa do ar no espaço de cabeça se equilibra com a atividade de água da amostra. No equilíbrio, os dois valores serão iguais, e podemos medir a umidade relativa do espaço de cabeça para determinar a atividade de água da amostra. Essa é a resposta mais confiável para a questão de como medir a atividade de água.

Métodos secundários: higrômetros, sensores de capacitância

Assim como os primeiros medidores de atividade da água, a maioria dos instrumentos modernos utiliza sensores higrométricos de capacitância ou resistência elétrica para medir a umidade no espaço livre acima da amostra.

Esses medidores utilizam métodos secundários: eles relacionam um sinal elétrico à umidade relativa e devem ser calibrados com padrões de sal conhecidos.

Com esses sensores, o ERH é igual à atividade da água da amostra apenas enquanto as temperaturas da amostra e do sensor forem as mesmas. Medições precisas exigem um bom controle ou medição da temperatura. Os sensores de capacitância apresentam um design simples e são frequentemente utilizados em medidores de atividade da água relativamente baratos.

O método do ponto de orvalho 4TE é um método primário

Os melhores métodos para responder à questão de como medir a atividade da água são os métodos primários que utilizam a razão p/p0.

P0 (a pressão de vapor de saturação) depende apenas da temperatura da amostra (conforme mostrado no gráfico anexo); portanto, é possível determinar P0 medindo-se a temperatura da amostra. P (a pressão de vapor da água na amostra) pode ser determinada medindo-se a pressão de vapor da água no espaço de cabeça selado acima da amostra. A maneira mais precisa de medir essa pressão de vapor, e que remonta aos princípios básicos, é medir o ponto de orvalho do ar.

Figura 15. É possível determinar a pressão de vapor de saturação medindo a temperatura da amostra (a pressão de vapor de saturação depende da temperatura).

Método primário significa medição direta, sem calibração

As principais vantagens do método do ponto de orvalho (ou ponto de orvalho com espelho resfriado) são a rapidez e a precisão. O sensor de ponto de orvalho com espelho resfriado é um método de medição primário baseado em princípios termodinâmicos fundamentais. Os medidores de atividade da água com espelho resfriado realizam medições altamente precisas (_±0,_{003 aw}), normalmente em cerca de 5 minutos. Como a medição se baseia na determinação da temperatura, não é necessária nenhuma calibração. Os usuários devem medir uma solução salina padrão para verificar o funcionamento adequado do instrumento. Para algumas aplicações, a rapidez desse método permite que os fabricantes realizem o monitoramento em linha da atividade de água de um produto.

Recursos adicionais

ASTM International. Norma ASTM E96-00: Métodos de ensaio padrão para a transmissão de vapor de água por materiais. West Conshohocken, PA: ASTM International, 2000.

Azanha, A.B., e Faria J. A. F. “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.

Carter, B.P., Galloway, M.T., Campbell, G.S. e Carter, A.H. 2015. A atividade crítica da água a partir de isotermas dinâmicas do ponto de orvalho como indicador da estabilidade de pós pré-misturados. Journal of Food Measurement and Characterization. 9(4):479-486.

Carter, B.P., Galloway, M.T., Campbell, G.S. e Carter, A.H. 2015. A atividade de água crítica a partir de isotermas dinâmicas do ponto de orvalho como indicador da crocância em biscoitos com baixo teor de umidade. Journal of Food Measurement and Characterization 9(3):463-470.

Carter, B. P., e Schmidt, S. J. “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.

Risbo, J. “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.

A Estabilidade e o Prazo de Validade dos Alimentos, editado por David Kilcast e Persis Subramaniam. Woodhead Publishing, 2000.

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 2-3 (2000): 171-84. doi:10.1016/s0168-1605(00)00309-3.

Del Nobile, M. A., Buonocore, G. G., Limbo, S. e Fava, P. “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.

Labuza, T.P., e Hyman, C. R. “Migração e controle da umidade em alimentos com múltiplos domínios.” Trends in Food Science & Technology 9, n.º 2 (1998) 47-55.

Wong, Ee Hua, Teo, Y. C. e Lim, T. B. “Modelagem da difusão de umidade e da pressão de vapor em embalagens de circuitos integrados.” Apresentação na Conferência Anual de Componentes Eletrônicos e Tecnologia, Seattle, WA, 25 a 28 de maio de 1998.

Yuan, X., Carter, B. P. e Schmidt, S. J. “Determinação da umidade relativa crítica na qual ocorre a transição do estado vítreo para o estado elástico na polidextrose utilizando um instrumento automático de sorção de vapor de água.” Journal of Food Science 76, n.º 1 (2011) 78-89.

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