Envases poliméricos para la industria alimenticia.
Equipo Docente
• Ing. Quim. Pablo Raimonda
• Ing. Quim. Ignacio González
• Ing. Quim Daniel Mosca
Julio 2022
Objetivo del Curso
Proporcionar a los alumnos conocimientos básicos acerca de las soluciones a base de polímeros disponibles para el envasado de alimentos, los constituyentes clave que se utilizan, los conceptos básicos relativos a la producción de dichos envases, así como la legislación aplicable.
Por último, se intentará dar una visión de futuro, teniendo en cuenta las nuevas legislaciones aplicables.
Programa del Curso
1. Introducción.
2. Polímeros: Clasificación y estructura 3 Polímeros: Propiedades generales
4. Propiedades de los plásticos para envasado 5. Polímeros más utilizados en la industria.
7. Procesado de termoplásticos.
8. Transferencia de masa en sistemas poliméricos 9. Materiales flexibles
10. Ensayos sobre polímeros
11. Aspectos ambientales / Ecodiseño 12. Reciclado de polímeros
13. Legislación Vigente.
14. Hacia donde vamos…
Bibliografía general recomendada
1. W. D. Calister Jr. David G. Rethwisch (2016) CIENCIA E INGENIERÍA DE MATERIALES. Editorial Reverté, S. A, ISBN: 978-84-291-7251-5.
2. M. Beltrán – A. Marcilla (2012) Tecnología de los Polímeros, ED. Universidad de Alicante (Publicaciones) ISBN: 978-84-9717-232-5
3. Susan E. M. Selke, John D. Culter, (2016) Plastics Packaging Properties, Processing, Applications, and Regulations Hanser Publications, Cincinnati, 3er Ed. eBook ISBN (US): 978-1-56990-546-3.
4. Edited by I. Taub, R Paul Singh Food Storage Stability (1998) CRC Press _Cap 10: Factors affecting permeation, sorption, and migration processes in package-product systems (R.J. Hernández, J.R. Giacin)
5. Varios autores, Handbook of Food Engineering Practice _CRC Press 1997_Cap 8: Food Packaging Materials, Barrier properties and Selection (R.J. Hernández). ISBN 0-8493-8694-2.
6. C.J.Benning (1983) Plastic Films for Packaging Technology, Applications and Process Economics_
_Technomic Publishing Company, Inc.
7. Editor: E.M. Abdel-Bary (2003), Handbook of Plastic Films Rapra Technology Limited. ISBN: 1-85957- 338-X.
En cada clase se recomedará bibliografía particular para la misma
Clase I - Introducción
Prof. Ing. Pablo Raimonda [email protected]
Objetivo de la clase 1
En este primer encuentro con los estudiantes se busca hacer una puesta en común de algunos conceptos e introducirlos en los temas de envases, en particular en la importancia del uso de polímeros y las necesidades de una buena selección de los mismos.
Se hará hincapié en el envasado de alimentos sin descuidar otros usos de los polímeros en lo que hace a envases.
Contenido de la primer sesión
Introducción.
a. Presentación del curso.
b. Por qué envasar c. Tipos de envase
d. Interacción -producto-envase entorno.
e. Por qué del estudio de los materiales
.Envase
¿Que se entiende por envase?
Definiremos el envase como un objeto que contiene o guarda un producto líquido, sólido, granulado, cremoso y en polvo. Además de protegerlo y estar en contacto directo, facilita su transporte y su comercialización.
Algo de historia
En la prehistoria el hombre estaba rodeado de envases naturales, que protegían y cubrían a los frutos u otros alimentos
Algo de historia
El origen de los envases data de tiempos ancestrales, los fenicios usaban vidrio para transportar sus bebidas, luego los celtas mejoraron el transporte con el uso de barriles de madera.
1810
Un comerciante británico, Peter Durand diseña y patenta el primer envase cilíndrico de metal.
Sellado para almacenar alimentos, este puede decirse como el comienzos de la lata.
Algo de historia
Seria ya hacia los años 1900 cuando se inventaron aspectos que aun en día de hoy se utilizan como los empaques de cartón para cereales, maquinas embaladoras y el plástico entre otros.
1943
Se comienza a fabricar envases con la combinación de materiales papel con películas plásticas, aluminio, cartón, conocido como Tetrapack, utilizado para envasar jugos, leche de larga vida, entre otros.
En 1963 surge el Tetrabick, un envase rectangular.
Evoluación
Funciones del envase
El envase debe cumplir con una serie de requisitos fundamentales, entre ellos:
➢
Contención.
➢
Protección y conservación.
➢
Comunicación.
➢
Facilidad de fabricación.
➢
Comodidad de uso.
Definiciones de Envase, Empaque y Embalaje
Envase:
Se entiende el material que contiene o guarda a un producto y que forma parte integral del mismo; sirve para proteger la mercancía y distinguirla de otros artículos. En forma más estricta, el envase es cualquier recipiente, lata, caja o envoltura propia para contener alguna materia o artículo. También se le conoce como “Embalaje Primario”.
Empaque:
Es cualquier material que encierra o protege un artículo con o sin envase con el fin de preservarlo y facilitar su entrega al consumidor. También se le conoce como “Embalaje Secundario”.
Definiciones de Envase, Empaque y Embalaje
Embalaje:
Son todos los materiales, procedimientos y métodos que sirven para acondicionar, presentar, manipular, almacenar, conservar y transportar una mercancía. El embalaje en su expresión más breve es la caja o envoltura con que se protegen las mercancías para su transporte y almacenamiento. Es conocido también como “Embalaje Terciario o Reembalaje”. La película stretch es el embalaje por excelencia. Sirve para transportar la mercancía de un lugar a otro sin problemas.
Algunos productos pueden ser utilizados como envase, empaque o embalaje.
Por ejemplo, una caja que contenga un producto es el envase. Pero una caja que contenga cajas más pequeñas puede ser un empaque.”.
La película stretch si se usa para envolver cajas sobre una tarima puede ser embalaje, pero si se usa para que en sí proteja al producto puede ser considerada empaque.
Definiciones de Envase, Empaque y
Embalaje- Ejemplos
¿Y qué es el embalaje primario, secundario y terciario?
Teniendo en cuenta las definiciones de empaque, embalaje y envase es muy sencillo hacer la distinción:
El embalaje primario (comúnmente llamado envase primario), es el que está en contacto directo con el producto.
El embalaje secundario (también llamado envase secundario), es el que protege al embalaje primario y se desecha en el momento que es usado el producto.
El embalaje terciario (también llamado envase terciario o de transporte), es el que protege al producto al momento de transportarlo, generalmente utilizado para exportación o distribución, contiene muchos embalajes primarios y secundarios
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Ejemplos visuales
Funciones del embalaje
➢
Empaquetamiento temporal de los productos envasados
➢
Protección en el proceso de distribución
➢
Simplificación de las operaciones de manipulación
➢
Abaratamiento de las operaciones de distribución
Ejemplo de clasificación
• Expedición. Facilitan transporte
• Presentación y venta
• Conservación
Función
• Retornables
• Desechables
Destino final
• Primario
• Secundario
• Terciario
Contacto con el producto
• Consumo
• Industrial
Uso
•Madera
•Vidrio
•Plaastico
•Metal
•etc
Material
Tipos de envases alimentarios
EJEMPLOS PRACTICOS
BANDEJAS
Recipientes relativamente poco profundos, que pueden o no llevar una tapa, empleados para contener alimentos. Existen bandejas de plástico de numerosos tipos: las empleadas como envase primario, en contacto directo con el alimento, como por ejemplo las espumadas, transparentes, de alta barrera, pelables, recerrables, etc. y las empleadas como envase secundario, que suelen estar termoformadas para contener otros envases alimentarios.
BAG IN BOX
Este envase alimentario se emplea para el almacenamiento y transporte de líquidos. Se compone de un embalaje exterior, normalmente de cartón, y una bolsa interior de plástico. En muchas ocasiones, la bolsa de plástico incorpora además un grifo para la dosificación del producto. Una aplicación muy extendida es, por ejemplo, el envasado de vino.
BOLSAS DE UN SOLO USO
Contenedores flexibles, generalmente cerrados por todas sus partes excepto por una, destinados principalmente al transporte de productos como frutas y verduras. Pueden ser de tipo camiseta, con asa lazo o con asa troquelada.
BOLSAS REUTILIZABLES
Son bolsas similares a las de un solo uso en su forma y diseñadas para poder ser reutilizadas durante varios usos, habitualmente 15 como mínimo. Sus dimensiones también varían respecto a las bolsas de un solo uso, siendo de mayor espesor, mayor capacidad y mayor resistencia mecánica.
BOTELLAS
Contenedores rígidos que constan de un cuello redondo de diámetro relativamente menor que el cuerpo y de una abertura capaz de soportar un tapón para la retención del producto contenido en su interior. La sección del cuerpo puede ser redonda, ovalada, cuadrada, oblonga, o una combinación de estas formas.
BOTES - POTES
Contenedores rígidos que constan de un cuello redondo de diámetro similar al del cuerpo y de una abertura relativamente grande capaz de soportar una tapa para la retención del producto contenido en su interior. La sección del cuerpo suele ser habitualmente redonda o cuadrada.
CAJAS - CAJONES
Contenedores rígidos formados por una base y cuatro paredes laterales, destinados al almacenamiento y transporte de productos como frutas y verduras.
DOY-PACK
Contenedores flexibles, diseñados para que su parte inferior les permita sostenerse en posición vertical, tanto llenos de producto como vacíos. Generalmente incorporan dos soldaduras longitudinales laterales y una soldadura en la parte superior. En muchas ocasiones constan de una boquilla para dosificar el producto, cerrada con un tapón.
ENVASES PELABLES
Envases compuestos de una bandeja o tarrina (dependiendo de la altura) sellada con un film en su parte superior, de manera que el producto contenido en su interior permanece totalmente aislado del ambiente exterior. Se dice que es pelable (también llamado abre-fácil o Easy-Peel en inglés) cuando no se requiere una gran fuerza de estirado para separar la tapa de film de la bandeja o tarrina.
FILM
Capa continua y delgada de material plástico, de pequeño espesor.
Cuando el espesor es mayor de aproximadamente 250 micras, ya no suele hablarse de film, sino de lámina.
FILM ESTIRABLE
Tipo de film que presenta una alta resistencia a la tracción, presentando porcentajes de estiramiento muy altos, y que debido a esta propiedad se emplea principalmente en embalaje, para el agrupamiento de unidades de envase menores. También puede emplearse en otras aplicaciones, como por ejemplo, combinado con bandejas en el envasado de productos de bollería, frutas, etc.
FILM RETRÁCTIL
Tipo de film que al ser sometido a calor, se contrae en una o dos direcciones (longitudinal y transversal). Se emplea para proteger e inmovilizar el contenido, haciendo que el film quede en contacto con el producto. Un ejemplo sería el envasado de queso en forma de cuña o el agrupamiento de botellas en forma de pack.
FLOW-PACK
Este envase se compone de un film que presenta una soldadura longitudinal y dos transversales, formando una bolsa perfectamente sellada que contiene el producto.
BIDON - GARRAFA
Contenedores rígidos que constan de un cuello redondo de diámetro mucho menor que el cuerpo y de una abertura capaz de soportar un tapón para la retención del producto contenido en su interior. Se distinguen de botellas y botes por tener una mayor capacidad, así como por las aplicaciones en las que se emplean. La sección del cuerpo puede ser redonda, ovalada, cuadrada, oblonga, o una combinación de estas formas
MALLAS
Contenedores formados por hilos o tiras de plástico entrecruzados, formando un patrón regular, usados para contener productos en su interior, principalmente con el objetivo de confinarlos o transportarlos, ya que no mantiene al producto aislado del exterior.
Habitualmente suele ser tubular y va cerrada por dos grapas metálicas en sus extremos.
SLEEVES
Films en forma de tubo (mangas o fundas) que tienen la capacidad de contraer en dirección transversal al ser sometidos a calor, tomando la forma del envase al que acompaña. Se emplean como envase secundario para envases de cuerpo hueco, como botellas y botes, habitualmente por razones decorativas (ya que suele ir impreso) o de agrupamiento de productos (por ejemplo, packs promocionales).
TAPAS Y TAPONES
Piezas de sección circular empleadas para el cerrado de botellas, botes, garrafas, etc., mediante presión o roscado. En algunos casos, la función del tapón es solo el cerrado de la botella, mientras que en otros casos pueden servir también para dosificar el contenido mediante boquillas, cierres tipo bisagra, etc.
TUBOS
Contenedores cilíndricos sellados en un extremo y con una boquilla en la otra para la dispensación del producto. Esta boquilla va cerrada con un tapón.
Interacción: Envase – entorno- alimento
Producto
Estrés mecánico
Desgate y fricción
LUZ MICROORGANISMOS
Migración
Compuestos activos
H2O
Gases Volátiles
ENTORNO
FENOMENOS INTERACCIÓN ENVASE-ALIMENTO
PERMEACIÓN
La permeación es un fenómeno físico - químico por el que tiene lugar una transferencia de materia y energía a través del material que constituye el envase.
¿Qué se transfiere?
Gases, humedad y aromas Ejemplos:
• Oxígeno atmosférico:
• Enranciamiento de grasas
• Pardeamiento – decoloración
• Pérdida de Vitaminas
• Crecimiento de microorganismos
Humedad:
• Modificación de sabor y texturas.
• Apelmazamiento - endurecimiento
• Crecimiento de microorganismos
SORCIÓN
La sorción consiste en la transferencia de sustancias desde el entorno o el alimento al seno del envase, donde quedan retenidas.
Engloba dos fenómenos de diferente naturaleza: adsorción, que tiene lugar en la superficie, y absorción, que ocurre en el seno de la matriz del envase.
Ejemplos
• Efectos sobre el alimento envasado: pérdida de aromas y sabores (agua, aroma, grasas)
• Efectos sobre el material: alteración del aspecto y características. (el agua plastifica el EVOH aumentando la permeación de gases y vapores en un factor x 100)
MIGRACIÓN
Es la transferencia de sustancias (masa) desde el envase al alimento envasado y/o su entorno.
La incorporación de las sustancias migrantes al producto envasado puede incidir en su calidad y seguridad (alteración de propiedades organolépticas, migración de compuestos de carácter tóxico, pérdidas de componentes del envase que puede afectar la estabilidad del mismo).
Ejemplos:
• compuestos de bajo peso molecular presentes en el envase (Migrantes: sustancias que son transferidas desde el envase al producto durante su almacenamiento o preparación).
• Migración de componentes de tintas de bricks de leche y jugos
• Migración de plastificantes de films estirables para queso: el film pierde elasticidad, transparencia.
MIGRACIÓN
Inevitable.
Predecible.
Dependiente:
─ Del tipo de material.
─ De la naturaleza del migrante.
─ De la naturaleza del alimento.
─ Del tiempo y de la temperatura del contacto.
Efectos positivos de la migración
Aporte de sustancias benéficas: sistema de liberación controlada de drogas, sistema de envasados activos con compuestos antimicrobianos, antioxidantes, etc.
Fenómenos de permeación, sorción y migración vistos como positivos: envases activos y envases inteligentes.
Envase activo: materiales que favorecen una interacción favorable envase-alimento con el objeto de ampliar el tiempo de conservación, mantener o mejorar el estado de los alimentos envasados.
Diseñados para incorporar componentes que:
• transmitan sustancias a los alimentos o a su entorno (migración positiva)
• absorban sustancias de los alimentos o de su entorno (sorción, permeación)
• Actúa para corregir los defectos de un envase pasivo
Envase inteligente: materiales que controlan el estado de conservación del alimento envasado mediante indicadores internos o externos, basados en su mayoría en reacciones químicas.
Ejemplos
Indicadores de frescura
Por qué es importante analizar los materiales
La ciencia de materiales implica investigar la relación entre la estructura y las propiedades de los materiales. Por el contrario, la ingeniería de materiales se fundamenta en las relaciones propiedades-estructura y diseña o proyecta la estructura de un material para conseguir un conjunto predeterminado de propiedades
El desarrollo tecnológico de los materiales es un factor muy importante en el avance económico y social en los individuos. Las llamadas sociedades avanzadas, son las que poseen mayores estudios y conocimientos en este campo pues estos marcan algunas de las directrices de su desarrollo.
Otros aspectos a tener en cuenta…
• Maquinaria, equipamiento,
instalaciones, mesas trabajo…
PRODUCCIÓN
• Utensilios, recipientes PREPARACION
• Buenas practicas de fabricación BPF
• Empaque, depósitos, etc..
ALMACENAMIENTO
Buenas prácticas de fabricación
Exterior
Instalaciones
Procesos
Personal Máquinas y
equipos
Materiales
Cumplir normativa vigente que afecte el sector
Consultar Recomendaciones / Buenas prácticas reconocidas de países
¿Qué materiales se fabrican?
1
2
3
¿Cuáles crees que son los principales peligros en una empresa que fabrica materiales en contacto con los alimentos?
Fuera del alcance del curso, pero importante
Exterior
Instalaciones
Procesos
Personal Máquinas y
equipos
Materiales
CONTENEDORES RESIDUOS / TEJADOS / UBICACIÓN (bosque, campos, zona urbana)
TECHOS / SUELOS / PAREDES / ILUMINACIÓN / EXTERIOR E INTERIOR
ELECCIÖN, COMPLEJIDAD, FUNCIONES, PROTECCIONES, FICHAS TÉCNICAS, MANUAL INSTRUCCIONES
ETAPAS / MAT.CONTACTO ALIMENTOS Y MAT. NO CONTACTO ALIMENTOS.
MATERIAS PRIMAS / PRODUCTO ACABADO / CONTAMINACIÓN CRUZADA
FORMACIÓN / IMPLICACIÓN / EQUIPO / RESPONSABILIDADES
Procesos
Dosificación, preparación y mezcla materias primas
Procesos
Aplicación de calor y formato
Procesos
Cortado, embalaje, etiquetado y almacenado producto terminado
Legislación
Legislación
Legislación
¿Qué es la EFSA y cuál es su función?
La Autoridad Europea de Seguridad Alimentaria
(EFSA) ofrece
asesoramiento científico independiente sobre los riesgos relacionados con los alimentos. La EFSA asesora sobre los riesgos alimentarios existentes y emergentes.
El Reglamento (CE) Nº 1935/2004 establece un marco jurídico armonizado para la UE y establece los principios generales de seguridad e inercia para todos los materiales en contacto con alimentos (MCA).
Además de la legislación general, existen una serie de medidas específicas de la UE que abordan el tratamiento de los materiales plásticos, incluido el plástico reciclado.
En el caso de los materiales plásticos destinados a entrar en contacto con alimentos, el Reglamento 10/2011 establece las reglas para determinar su conformidad y sus especificaciones, así como las restricciones de uso de estas sustancias. Aquí se incluyen los límites de migración que especifican la cantidad máxima permitida de sustancias que pueden migrar a los alimentos.
Legislación
Protocolos de higiene y buenas prácticas de fabricación en industrias de plástico para uso alimentario
Protocolos voluntarios:
• BRC/IoP Packaging,
• IFS Pac Secure
• FSSC 22000.
• Etc.
Otros protocolos
Legislación
¿Que es un material FDA? Cumple con la FDA" significa que un material cumple con todas las pautas de la FDA para el contacto directo y seguro con los alimentos. Para cumplir con la FDA, un material debe ser capaz de resistir el entorno en el que se utilizará.
La Administración de Alimentos y Medicamentos (FDA, por sus siglas en inglés) es una agencia del Departamento de Salud y Servicios Humanos de los EE. UU
En resumen
En esta clase introductoria hemos:
➢ Definido lo que es un envase y su importancia para la preservación de los alimentos.
➢ Dado ejemplos de los distintivos tipos de envase.
➢ Definido las características generales que debe tener un envase para contacto con alimentos.
➢ Resaltado la importancia de la elección del material
➢ Hablado de los distintos proceso de fabricación de envases.
➢ Comentado las base de la legislación vigente.
Todo lo anterior será aliado y profundizado durante el desarrollo del curso