ENVASES ALIMENTARIOS M.S. ING. ALEJANDRO ARIOSTI

[email protected] FACULTAD DE FARMACIA Y BIOQUIMICA UNIVERSIDAD NACIONAL DE BUENOS AIRES

CONTENIDO FUNCIONES Y OBJETIVOS DE LOS ENVASES ALIMENTARIOS INTERACCIONES ALIMENTO-ENVASE-MEDIO AMBIENTE PERMEABILIDAD Y MATERIALES PLASTICOS DE BARRERA. FABRICACION DE ENVASES ALIMENTARIOS POR COMBINACION DE MATERIALES APLICACIONES EN TECNOLOGIAS DE PRESERVACION DE ALIMENTOS APTITUD SANITARIA Y ASPECTOS SENSORIALES

1

Según el capítulo IV del Código Alimentario Argentino (CAA) y la Legislación MERCOSUR (Resolución GMC (Grupo Mercado Común) N3/92): Envase alimentario: es el artículo que está en contacto directo con alimentos, destinado a contenerlos desde su fabricación hasta su entrega al consumidor, con la finalidad de protegerlos de agentes externos de alteración y contaminación, así como de adulteración (incluye recipientes y envolturas).

FUNCIONES Y OBJETIVOS DE UN ENVASE ALIMENTARIO • CONTENER alimentos en unidades de

venta definidas

• PERMITIR EL TRANSPORTE • PROTEGER Vapor de agua Gases (O2 - CO2 – N2 - SO2 )

Permeabilidad

Aromas Radiaciones (luz visible, U.V.) Polvo atmosférico Líquidos exteriores Microorganismos Otras alteraciones biológicas (insectos, aves, roedores) Adulteración humana (evidencia de apertura, tamper-evidence)

2

FUNCIONES Y OBJETIVOS DE UN ENVASE ALIMENTARIO (cont.) INTRODUCCION DE NUEVOS SISTEMAS DE COMERCIALIZACION

•

• SOPORTAR CONDICIONES NORMALES Y ESPECIALES DE PROCESO Y USO (Esterilización – congelación – “Boil-inBag”) • POSEER BUENAS PROPIEDADES ESTRUCTURALES Y MECANICAS • FACILIDAD DE IMPRESION: Brindar información • PRESENTACION ELEGANTE DEL PRODUCTO: Atraer al consumidor y vender el producto • SER APTO SANITARIAMENTE • PRODUCIR, DENTRO DE LO POSIBLE, EL MENOR IMPACTO SOBRE EL MEDIO AMBIENTE

FUNCIONES Y OBJETIVOS DE UN ENVASE ALIMENTARIO (cont.) ADAPTARSE A LOS REQUISITOS DE GRUPOS ESPECIALES DE CONSUMIDORES: - público de la tercera edad - público con discapacidades

•

• CONTENER PROMOCIONES, PREMIOS, CUPONES, FIGURITAS Y JUGUETES: - en contacto directo si son aptos sanitariamente o si poseen barrera funcional apta sanitariamente - dentro de un envase apto sanitariamente y que actúe como barrera funcional eficiente - fuera del envase • ENVASES ACTIVOS (REACTIVOS): Reaccionan con el producto a fin de aumentar su vida util. • ENVASES INTELIGENTES (SMART PACKAGING): Poseen dispositivos que brindan información sobre la calidad del producto envasado.

3

INTERACCIONES ENVASE-PRODUCTO-MEDIO AMBIENTE

INTERACCIONES ENVASE-PRODUCTO-MEDIO AMBIENTE

4

PELLETS DE MATERIAL PLASTICO

1. POLIMERO: RESINA BASE 2. COMPONENTES NO POLIMERICOS

a) RESIDUOS DE POLIMERIZACION - MONOMEROS - OLIGOMEROS - SOLVENTES DE POLIMERIZACION - EMULSIONANTES - CATALIZADORES - AGENTES DE DESCOMPOSICION DE CATALIZADORES

MATERIAL PLASTICO

b) ADITIVOS - AGENTES ANTIBLOQUEO - AGENTES ANTIESTATICOS - AGENTES DE EXPANSION - AGENTES FUNGISTATICOS/BACTERIOSTATICOS - CARGAS - LUBRICANTES - PLASTIFICANTES - ESTABILIZANTES - DESMOLDANTES - PROTECTORES DE ULTRAVIOLETA - BLANQUEADORES - COLORANTES

5

INTERACCIONES ENVASE PLASTICO-PRODUCTO-MEDIO AMBIENTE

VIDA UTIL APTITUD SANITARIA ENVASES RETORNABLES Y RECICLADOS

MECANISMO DE LOS FENOMENOS DIFUSIVOS EN MATERIALES PLASTICOS: LAS SUSTANCIAS QUE DIFUNDEN A TRAVES DE LOS PLASTICOS, LO HACEN A TRAVES DE HUECOS TRANSITORIOS QUE SE FORMAN EN LAS ZONAS AMORFAS, POR MOVIMIENTO DE LAS MACROMOLECULAS POLIMERICAS. SE APLICA A: • PERMEABILIDAD, • MIGRACION, • SORCION (MIGRACION NEGATIVA) • DESORCION (REMIGRACION)

6

PERMEABILIDAD A GASES, VAPORES Y AROMAS

• Pérdida de CO2 en botellas plásticas para bebidas gasificadas

• Pérdida de SO2 en vinos • Vapor de agua: - quemado por congelamiento (freezer burn) - pérdidas en alimentos frescos - adsorción en alimentos deshidratados • Aromas: - pérdidas en especias, pescado. - adsorción en pan

•Oxígeno: - rancidez oxidativa de grasas y aceites - alteración de vitaminas como el ácido ascórbico - modificación de aminoácidos - modificación de pigmentos: oximioglobina mioglobina metamioglobina - pardeo (browning) enzimático: oxidación de polifenoles a melanoidinas - maduración y senescencia de frutas y hortalizas (atmósfera modificada) •Nitrógeno: pérdida en envases con atmósfera modificada

7

REPRESENTACION ESQUEMATICA DE POSIBLES VIAS DE PERMEABILIDAD Y PERDIDAS EN UNA BOTELLA PLASTICA CON TAPA PLASTICA

P: PERMEABILIDAD DIFUSIVA L:

LEAKAGE O PERDIDAS (FLUJO CONVECTIVO)

PERMEABILIDAD DEFINICION: ES EL PASAJE DE GASES, VAPORES Y AROMAS (PERMEANTES) A TRAVÉS DE LOS MATERIALES PLÁSTICOS, HACIA ADENTRO O HACIA AFUERA DEL ENVASE. ES UN FENÓMENO DIFUSIVO. LA FUERZA IMPULSORA DE LA PERMEABILIDAD ES LA DIFERENCIA DE PRESIONES PARCIALES DE LOS PERMEANTES A AMBOS LADOS DE LA MEMBRANA PLASTICA. ETAPAS:  DISOLUCION DEL PERMEANTE EN LA CAPA PLASTICA  DIFUSION DEL PERMEANTE A TRAVES DE LA CAPA PLASTICA  DESORCION DEL PERMEANTE AL LLEGAR A LA OTRA CARA DE LA CAPA PLASTICA.

8

INFLUENCIA DEL ESPESOR EN LA BARRERA

ln

INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA P = permeabilidad Po = permeabilidad de referencia E = energía de activación R = constante universal de los gases Ec. de Arrhenius T = temperatura absoluta

Svante August Arrhenius (Suecia, 1859-1927)

9

PROPIEDADES DE BARRERA DE FILMS PLASTICOS, ESPESOR 25 µm MATERIAL

Copolímero de etileno vinilalcohol (EVOH) Policloruro de vinilideno (PVDC)(extrusión) Poliamida aromática (MXD6) Tereftalato de polietilenglicol (PET) Poliamida 6 (Nylon 6) Policloruro de vinilo rígido (PVC) Polietileno de alta densidad (PEAD) Poliestireno (PS)

Velocidad de transmisión de oxígeno (cm3/m2.día.atm) a 23°C

Velocidad de transmisión de vapor de agua (g/m2.día) 38°C,90% H.R.

0.16-1.6*

24-120

1.2-6.0

0.8-3.2

2.4

25

50

20

80*

200

120-160

22-30

2100

6-8

2500-5000

110-160

Polipropileno (PP)

3000

10

Polietileno de baja densidad (PEBD)

7100

16-24

* dependiente de la humedad Fuente: Pira International

DESARROLLO DE MATERIALES DE ALTA BARRERA EVOH (es sensible a la humedad). Es cada vez más usado en estructuras multicapa, como por ejemplo PP/EVOH/PP





PVDC (es sensible al calor)

Nuevas barreras: 

PAN (poliacrilonitrilo)

PA MX-D6 (copolímero de la metaxililen diamina y el ácido adípico). Un material semicristalino; no es tan sensible a la humedad. Se usa en tapas para bandejas termoprocesables y en retortable pouch (bolsa plástica esterilizable).





Poliamidas amorfas: PA X-21.

10

Procesos de transformación de plásticos que aumentan las propiedades de barrera Coextrusiones: materiales estructurales con materiales de barrera Coinyecciones Laminación con foil de aluminio Biorientación Ejemplos: BOPP, BOPET, BOPA Deposición al vacío de aluminio, óxidos de silicio, carbono amorfo, óxidos de aluminio. Ejemplos: PP ó PET metalizados, o recubiertos con óxidos de silicio. Botellas de PET recubiertas interiormente con C amorfo. Recubrimientos exteriores de resinas epoxi en botellas de PET Aplicaciones de la teoría del camino tortuoso (ej.: blends)

FILMS DE ALTA BARRERA Films metalizados de alta barrera como alternativa a los laminados con foil de aluminio PET metalizado WVTR ~ 0.5 g /m2.día, a 38ºC / 90%HR O2TR ~ 1 cm3 (CNPT)/ m2.día.atm, a 23ºC y 1 atm

BOPP metalizado WVTR ~ 0,3 g /m2.día O2TR ~ 10 cm3 (CNPT)/ m2.día.atm a 23ºC y 1 atm

11

CO EXTRUSION -PLANA O CAST → LAMINAS → TERMOFORMADO → potes, bandejas, tapas, vasos, blister. LAMINAS ESPUMADAS → obleas → TERMOFORMADO → bandejas, vasos térmicos para bebidas hueveras, maples FILMS → bolsas, films extensibles o stretch -TUBULAR (SOPLADO)

METALIZACION (con aluminio) → films metalizados RECUBRIMIENTOS: PVDC, SiOx, C amorfo, óxido de Al BIORIENTACION → films biorientados, films termocontraíbles LAMINACION EN SECO (adhesivos con y sin solvente)

-EXTRUSION COATING → papeles y cartones recubiertos con PE -EXTRUSION MOLDEO POR COMPRESION ROTACIONAL → tapas y preformas de botellas -EXTRUSION SOPLADO (EBM) → botellas, frascos, bidones, vinagreras RECUBRIMIENTOS -LAMINACION POR CO EXTRUSION → cartones tipo Tetrabrik CO INYECCION → DIRECTA → tapas, bandejas, potes, vasos, insertos, preformas, cucharitas para helados, vajilla y cubiertos SOPLADO (IBM) → botellas, frascos ESTIRADO Y SOPLADO (ISBM) → botellas, frascos, bidones

12

EXTRUSORA

(The Wiley Encyclopedia of Packaging Technology, M. Bakker y D. Eckroth editores. John Wiley and Sons. Nueva York, 1986).

Feedblock Cloeren

13

SACHET COEXTRUDADO PE/PE PARA LACTEOS DE VIDA UTIL CORTA

BOLSAS PLASTICAS TERMOCONTRAIBLES COEXTRUDADAS PARA VACIO CON CAPA DE BARRERA (EVA/PVDC/EVA)

14

BANDEJAS COEXTRUDADAS TERMOFORMADAS PARA COMIDAS PREPARADAS ESTERILIZADAS.

COEXTRUSION PLANA PARA FONDO DE BANDEJAS TERMOFORMADAS PARA COMIDAS PREPARADAS ESTERILIZADAS: Polipropileno Adhesivo de coextrusión EVOH Adhesivo de coextrusión Polipropileno

15

MAP (Modified Atmosphere Packaging) La tecnología consiste en evacuar el aire del envase, reemplazándolo por una mezcla de gases. En este ejemplo, altas concentraciones de oxígeno (70%) mantienen el pigmento rojo de las carnes en estado de oximioglobina, color rojo cereza; 20% de dióxido de carbono como fungistático y bacteriostático; 10% de nitrógeno para completar volumen. Con refrigeración, se logra un aumento considerable de la vida útil (shelf-life) del producto.

Envasado aséptico de leche UHT en botella coextrudada. Botellas de PEAD/adh coex/EVOH/adh coex/PEAD obtenidas por coextrusión-soplado, para aumentar barrera y la vida útil del producto. En el envasado aséptico, el alimento no se trata térmicamente dentro del envase, sino que se esteriliza en otro equipo, y se envasa en forma estéril en un envase estéril.

16

Botellas multicapa con barrera para jugos y cervezas obtenidas por co-inyección – estirado – soplado (co-injection stretch blow moulding)

•LAMINACION CON ADHESIVO SECO: se aplica el adhesivo al primer sustrato, se seca y se une al segundo sustrato (plásticos y foil de Al).

17

ENVASES FLEXIBLES: ESTRUCTURAS MATERIALES LAMINADOS: 3 CAPAS

POLIESTER TINTAS ADHESIVO

BOPP METALIZADO ADHESIVO

POLIETILENO

22

POUCH LAMINADO PET/foil Al/PE (sachet no esterilizable)

18

PET/foil Al/PP Conservas de atún (Argentina) (sachet esterilizable o retortable pouch)

BOLSAS FLEXIBLES ESTERILIZABLES (RETORTABLE POUCHES)

19

LAMINACION POR EXTRUSION

ENVASES ASEPTICOS Envase Tetrabrik® de Tetrapak ® •tapa recap (PP) •cuerpo (ext. a int.): PE/tinta/cartulina/PE/ /foil Al/PE/PE No se realiza tratamiento térmico del producto dentro del envase.

20

ENVASADO ASEPTICO DE LECHE

LOS TRES PRINCIPIOS BASICOS DE LA APTITUD SANITARIA DE ENVASES Y MATERIALES EN CONTACTO CON ALIMENTOS (Food Contact Materials) (FCM) LOS ENVASES Y MATERIALES NO DEBEN CEDER SUSTANCIAS A LOS ALIMENTOS EN CANTIDADES QUE:

SEAN UN RIESGO PARA LA SALUD DEL CONSUMIDOR; MODIFIQUEN LA COMPOSICION DE LOS ALIMENTOS EN FORMA INACEPTABLE; MODIFIQUEN LOS CARACTERES SENSORIALES DE LOS ALIMENTOS EN FORMA INACEPTABLE.

21

APTITUD SANITARIA DE ENVASES PLASTICOS PARA ALIMENTOS AS = LP x LMT x LME x LC x CS AS: APTITUD SANITARIA LP: INCLUSION EN LISTAS POSITIVAS DE RESINAS Y ADITIVOS LMT: CUMPLIMIENTO DEL LIMITE DE MIGRACION TOTAL LME: CUMPLIMIENTO DEL LIMITE O DE LOS LIMITES DE MIGRACION ESPECIFICA LC: CUMPLIMIENTO DEL LIMITE O DE LOS LIMITES DE COMPOSICION DE COMPONENTES CS: INVARIABILIDAD DE LOS CARACTERES SENSORIALES DE LOS ALIMENTOS ENVASADOS

EFECTOS DE LA MIGRACION  APORTE DE CONTAMINANTES - REGULADOS POR LEGISLACION - NO REGULADOS POR LEGISLACION (Non listed substances) (Non intentionally added substances: NIAS) - MODIFICADORES DE CARACTERES SENSORIALES  APORTE DE SUSTANCIAS BENEFICAS: sistemas de liberación controlada de drogas; sistemas de envasado activo con migración de compuestos antimicrobianos, antioxidantes, etc., al alimento.

22

MECANISMO DE LA MIGRACION

MATERIAL PLASTICO

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA MIGRACION DE COMPONENTES NO POLIMERICOS DE MATERIALES PLASTICOS NATURALEZA FISICOQUIMICA Y CONCENTRACION DE COMPONENTES NO POLIMERICOS CONDICIONES DE TIEMPO Y TEMPERATURA PROPIEDADES ESTRUCTURALES DEL PLASTICO TIPO Y CANTIDAD DE SIMULANTE ESPESOR DEL MATERIAL PLASTICO UNIDADES MIGRACION

 

mg/dm2 ppm; mg/kg simulante

23

ESQUEMA GENERAL DE MIGRACION EN ENVASES MIGRANTES GASES

MOVIENDOSE EN UN SUSTRATO ETILENO CLORURO DE VINILO

IONES

POLIETILENO PVC

Na+, K+

VIDRIO

Pb, Cd

CERAMICA

Sn 2+

HOJALATA

Cr 3+

TFS (ECCS) ACERO INOXIDABLE

Al 3+

ALUMINIO

LIQUIDOS O SOLIDOS DE BAJO

PLASTICOS

PESO MOLECULAR

BARNICES ELASTOMEROS PAPELES CELOFAN

PROYECTO DE INVESTIGACION PRECOMPETITIVA XI.7 DEL CYTED (PROGRAMA IBEROAMERICANO DE CIENCIA Y TECNOLOGIA PARA EL DESARROLLO) “IMPACTO DE LA MIGRACION DE COMPONENTES Y RESIDUOS DE ENVASES EN LA CALIDAD Y SALUBRIDAD DE LOS ALIMENTOS ENVASADOS Y SU INCIDENCIA EN LA COMERCIALIZACION”.

1997-2001

Coordinador Internacional: Dr. Ramón Catalá (IATA-Valencia, España). Coordinador en Argentina: M.S. Ing. Alejandro Ariosti •INSTITUCIONES PARTICIPANTES DE LOS SIGUIENTES PAISES: ARGENTINA, BRASIL, CHILE, CUBA, ESPAÑA Y MEXICO.

24

Publicado por el Instituto de Agroquímica y Tecnología de Alimentos (IATA), Valencia, España, 2002.

INVARIABILIDAD DE LOS CARACTERES SENSORIALES DE LOS ALIMENTOS ENVASADOS EL ENVASE NO DEBE DEGRADAR LOS CARACTERES SENSORIALES DE LOS ALIMENTOS (TAINTS). SE PRODUCEN PROBLEMAS SANITARIOS, COMERCIALES Y LEGALES. SE GENERAN RECLAMOS DEL CLIENTE, PERDIDAS DE VENTAS, PERDIDAS DE EXPORTACIONES, ETC. LAS CAUSAS DE TAINTS SE ANALIZAN POR TECNICAS INSTRUMENTALES (GC, GC/MS), ANALISIS SENSORIAL Y METODOS COMBINADOS (OLFATOMETRIA).

25

Programas de evaluación sensorial

ANALISIS SENSORIAL MODERNO

OLFATOMETRIA (OLFACTOMETRY)

Señal cromatográfica (GC/MS) combinada con análisis sensorial.

26

DEFINICIONES SEGÚN NORMAS ISO 13302-2003 E IRAM 20021-2004: TAINTS: olores y flavours desagradables impartidos al alimento por fuentes externas al mismo. OFF-FLAVOURS: olores y flavours desagradables impartidos al alimento por deterioro propio del mismo. Umbral de percepción: es la mínima intensidad física de un estímulo que indica al ser humano un cambio sensorial en el alimento. Umbral de reconocimiento: es la mínima intensidad física de un estímulo que permite la identificación de la sustancia que causa un cambio sensorial en el alimento, por parte de un panelista entrenado en análisis sensorial.

PRINCIPALES FUENTES DE OLORES Y SABORES INDESEABLES (TAINTS) DEBIDOS A ENVASES PLASTICOS SOLVENTES ORGANICOS USADOS EN TINTAS, ADHESIVOS Y COATINGS Y SUS IMPUREZAS (p.ej.: TOLUENO, CETONAS, ACETATO DE ETILO, ETC.) MONOMEROS (p.ej.: ESTIRENO) COMPONENTES NO POLIMERICOS (RESTOS DE AGENTES DE POLIMERIZACION Y ADITIVOS Y SUS IMPUREZAS)

27

PRINCIPALES FUENTES DE OLORES Y SABORES INDESEABLES (TAINTS) DEBIDOS A ENVASES PLASTICOS (CONT.) TERMO-OXIDACION DE POLIMEROS POR SOBRECALENTAMIENTO DURANTE SU TRANSFORMACION (p. ej.: ACETALDEHIDO EN PET). FOTO-OXIDACION DE POLIMEROS EXPUESTOS AL SOL (p. ej.: BUTIL VINIL CETONA EN PEBD). BONOS, PREMIOS, CUPONES Y FIGURITAS IMPRESOS, JUGUETES PLASTICOS PINTADOS, EN CONTACTO CON EL ALIMENTO.

SORCION O MIGRACION NEGATIVA ES LA TRANSFERENCIA DE COMPONENTES DEL MEDIO DE CONTACTO CON EL PLASTICO HACIA EL INTERIOR DEL MISMO. ES UN FENOMENO DIFUSIVO. SI LAS SUSTANCIAS ESTAN EN SOLUCION DILUIDA EN EL MEDIO EN CONTACTO, LA MIGRACION NEGATIVA SE DENOMINA SCALPING. SI LAS SUSTANCIAS QUE HAN DIFUNDIDO SON COMPONENTES MAYORES DEL MEDIO DE CONTACTO (AGUA, GRASA, ACEITE, ETC.), LA MIGRACION NEGATIVA SE DENOMINA SWELLING (HINCHAMIENTO).

28

SORCION O MIGRACION NEGATIVA

FENOMENO MUY IMPORTANTE, QUE JUSTIFICA LA PROHIBICION GENERAL DE REUSO DE PLASTICOS EN CONTACTO CON ALIMENTOS, Y DEBE SER TENIDO EN CUENTA EN ENVASES PLASTICOS RETORNABLES Y RECICLADOS.

1. Botellas de PET retornables

2. Botellas de PET reciclado multicapa con barrera funcional 3. Botellas de PET reciclado monocapa

29

ROTULACION

BOTELLAS RETORNABLES DE PET PARA GASEOSAS

BOTELLA DE GASEOSA MONOCAPA FABRICADA CON PET-PCR EN ARGENTINA

30