ENVASES EN ALIMENTOS

Un poco de historia

■ Hombre primitivo: Alfarería, madera, cueros, vísceras animales.

■ Aparición del Vidrio, perfeccionamiento de la alfarería y cerámica■ Desarrollo de la Hojalata y evolución del Papel■ Aparición del Celofán, plásticos muy diversos■ Aluminio, cartones■ Películas Comestibles■ Envases biodegradables■ Envases Inteligentes

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❋ Definición Bromatológica! Es el recipiente, el empaque o el embalaje destinado a

asegurar la conservación y facilitar el transporte y manejo de alimentos (sección 1)

! Envase Primario: en contacto directo con el alimento

! Envase Secundario: destinado a contener varios envases 1arios

! Envase Terciario: destinado a contener varios envases 2arios

! Envase de primer uso

! Envase característico: envase cuya forma, tamaño, color, leyenda e identificación, permite reconocerlo para uso exclusivo de un determinado tipo de alimento.

Funciones➛ Contener➛ Proteger ➛ Prevenir Contaminación de vectores biológicos➛ Medio de Información➛ “Amigables” con el medio ambiente➛ Presentar al alimento

Proteger (evitar deterioro físico, químico)

➛ Barrera a la luz

➛ Barrera a gases (O2, CO2, C2H4)

➛ Barrera al vapor de agua

➛ Barrera a la pérdida de aromas y sabores

Envasado Efectivo de Alimentos : RequerimientosRequerimientos■ No Tóxico■ Proteger de contaminación microbiológica■ Proteger del ingreso de olores ambientales■ Barrera a la humedad y O2

■ Transparente■ Compatible con el alimento■ Fácil de abrir■ Bajo costo■ Deposición luego de uso: Fácil■ Conocer propiedades Termo-Mecánicas

Envases: Tipo de MaterialesTipo de Materiales■ Vidrio■ Metal■ Papeles y Cartones■ Polímeros: Plásticos■ Biodegradables

Envases de Vidrio■ …más de Historia:

➟ 7000 A. C.: Comienza siendo utilizado en alfarería➟ 1500-3000 A. C.: Egipcios lo industrializan➟ 1200 A. C.: prensado en moldes(copas)➟ 200-300 A.C: Fenicios inventan el soplete➟ Era Cristiana: aparecen los vidrios transparentes➟ S XVII-XVIII: Formas irregulares, nombres al ser manufacturado.➟ 1889: patente de la 1era máquina automática.➟ Reservado para productos con un alto valor.

Propiedades del Vidrio■ Ventajas

– Químicamente resistente(durabilidad)– No es necesario coberturas internas– Higiénico– Impermeable a gases y vapores– Flexibilidad de formas, tamaños y colores– Re-utilizable; 100% reciclable– Producto visible

■ Desventajas– Muy frágil– Resistencia limitada al shock térmico– Peso– ¿Costo?

Formas y diseños en vidrio

un poco de buen gusto y...!!

…mucha imaginación!!

Envases Metálicos■ …un poco más de Historia

➠ Antiguos envases de plata y oro!!!➠ 1200 D.C.: Bohemia se descubre el proceso de la producción de hojalata,

guardado en secreto hasta 1600.➠ SXIV (Bavaria): Latas de Fe recubiertas con estaño➠ A principios SXIX Duke de Saxony “introduce” la técnica en Francia y el

Reino Unido ➠ 1795 Bonaparte ofrece 12000 francos➠ 1809 N. Appert utiliza por primera vez envases de metal para alimentos➠ 1810: en Londres se da 1era Patente: Peter Durand➠ 1818 Durand la introduce en América (patentada en 1825 por T. Kensett)➠ 1825: Se extrae Al de Bauxita al precio de 545$/libra➠ 1846 Evans inventa un dispositivo para hacer 60 latas/h➠ 1852: Desarrollo del proceso de producción de aluminio➠ 1880-90: 1era máquina automática (Gran Bretaña)

■ …un poco más de Historia continuación➠ 1885: Leche condensada es la 1era lata en conserva en USA➠ 1900: lata de apertura superior por la tapa en Europa➠ 1942: Precio del aluminio es de 14$/libra➠ 1950s: Primeros recipientes de aluminio➠ 1959: 1era lata de aluminio➠ 1963: abre fácil en aluminio➠ 1965: Latas sin Sn (se usa óxidos de Cr)➠ 1970: latas de 2 piezas de hojalata en Gran Bretaña➠ 1970’s: latas de aluminio de 2 piezas

Tipos de Metal

➘ Acero➘ Aluminio

Materiales disponibles para latas de acero

➘ Acero sencillo: Hojas de acero recubiertas➘ Internamente por epoxi o vinilo➘ Externamente por lacas, barnices o esmaltes

➘ Acero estañado: Hojas de acero recubiertas con Sn➘ Evitan la corrosión ➘ Aspecto brillante

➘ Aceros TFS: Hojas de acero recubiertas con una capa fina de óxido de cromo

Acero: Hojalata➘ ¿Qué es?➘ Ventajas:

➘ Maleable y dúctil➘ Resistente

➘ Desventaja:➘ Corrosión

➘ Principal uso: enlatados➘ Hojalata 100% reciclable y 100% biodegradable➘ Cobre usado en la costura de los envases➘ Barnices: origen vegetal

Aluminio■ Ventajas:

– No imparte sabores y olores al alimento– No causa decoloración– Resistente a la corrosión– Livianos– Reciclables– Vida útil de bebidas: 17-39 semanas

■ Desventajas:– Débil resistencia a ácidos y soluciones cloradas– Deformación en la manipulación y transporte

■ Principales Aplicaciones:– Bebidas enlatadas– Aerosol– Papel

❋ Definición Envase Flexible:Material que por su naturaleza se puede manejar en máquinas de envoltura, llenado y sellado, constituído por uno o más de materiales básicos tales como: papel, celofán, aluminio o plástico y que puede presentarse en rollos, bolsas, hojas, impresos o no.

Tipo de Envases Flexibles

❋ Papeles y Cartones❋ Celofanes❋ Aluminio❋ Polímeros

Papeles y cartones■ …un poco más de historia

➸ 100-200 años A. C.: Chinos envuelven alimentos➸ 1310 ingresa al Reino Unido➸ SXVII los Chinos inventan el cartón➸ 1690 llega el papel a USA➸ Primeros papeles a partir de fibras de lino➸ 1817 en Inglaterra se produce la 1er caja de cartón comercial➸ 1844 Bristol, Inglaterra: primeras bolsas➸ 1850s: papel corrugado➸ 1852 en USA: primera máquina de bolsas➸ 1867: a partir de pulpa de celulosa➸ 1905: máquinas automáticas para producir bolsas e imprimir en

línea➸ 1925: pegado de bolsas➸ Los hermanos Kellogs fueron los primeros en usar cartón ➸ 1970-1980: pierden fuerza frente a los plásticos➸ Fines SXX la tendencia comienza lentamente a revertirse.

Clases de Papeles y Cartones

❋ Papel Kraft (Alta resistencia al desgarre y flexibles)

❋ Glassine (alta resistencia a grasas y aceites)

❋ Cartón Blanqueado (empaque aséptico)

Polímeros: Plásticos■ Haciendo Historia

➠ Nacen en el SXIX➠ 1831: se destila estireno a partir de bálsamo➠ 1900 acetato de celulosa, usado en fotografía desde 1909➠ 1924 DuPont produce el Celofán➠ 1933 Alemania perfecciona el proceso➠ 1950 se vende mundialmente➠ 1835: se descubre el cloruro de vinilo➠ 1933 se descubre el polietileno➠ 1936 se produce el polimetil metacrilato (PMMA)➠ 1947 se moldearon botellas de PVC➠ 1950se descubre el polipropileno➠ 1958 se producen films de PVC➠ …etc

Clases de Celofanes❋ PT (transparente, no termosellable, muy permeable al vapor

de agua)❋ LT (1 cara recubierta con nitrocelulosa: termosellable, baja

barrera al vapor de agua)❋ MSAT (ambas caras recubiertas, resistente a la transferecia

de vapor de agua)❋ Celofán R (ambas caras recubiertas con cloruro de

polivinilideno; buena barrera a vapores y gases, sellable por ambas caras; usado en papas fritas; snacks, galletería)

Clases de Polímeros❋ Polietileno

❋ Polietileno de Baja Densidad (PEBD o LDPE)❋ Polietileno de Alta Densidad (PEAD o HDPE)❋ Polietileno Lineal

❋ Ionómeros❋ Copolímeros de etileno y radicales Zn o Na (Surlyn)

❋ Polipropileno❋ Cloruro de Polivinilo (PVC): 3 Tipos

❋ Película Rígida❋ Película Extensible❋ Película termoformable

❋ Película de Policarbonato❋ Gran transparencia, resistencia mecánica a los aceites. ❋ Alta estabilidad témica: entre -140 y 270ºC.

❋ Película de Poliéster (Polietilen Tereftalato: PET)❋ Alta resistencia térmica: entre -70 y 150ºC❋ Usado para hervir en la propia bolsa (boil- in- bags) y para esterilizar❋ PET metalizado para empaques de : café, snacks y vinos (bolsa en caja)

❋ Películas de Nylon ❋ Nylon: nombre genérico para la familia de las poliamidas❋ Excelente barrera al O2 y aromas, alta dureza, termoformables y alto

punto de fusión. ❋ Se usa en combinación con otros polímeros

❋ Poliestireno (PS)❋ Alta resistencia mecánica, no absorbe humedad

Permeabilidad de Films PlásticosPolímero Oxígenoa CO2

a Vapor de aguab

Nylon-6 7.8-11.6 39-47 0.70PET 12-16 58-97 0.12PVC 19-78 78-190 0.14PEAD 390-780 2300-2700 0.025PP 580-970 1900-2700 0.041PEBD 970-1400 3900-7800 0.091PS 970-1600 2700-5800 0.047

a. cc.µm/m2.d.Kpa a 20ºC y 75%HRb. g.mm/m2.d.Kpa a 38ºC y 90%-0%HR

Envases Multicapas

MATERIALES LAMINADOS: 2 CAPAS

POLIETILENO

ADHESIVOTINTAS

BOPP CRISTAL

Envases Multicapas

MATERIALES LAMINADOS: 3 CAPAS

POLIETILENO

ADHESIVO

BOPP METALIZADO

ADHESIVOTINTAS

POLIESTER

Envases MulticapasTetrapackTetrapack

65

43

21

1.Polietileno - protege contra la humedad del exterior

2. Cartón – da estabilidad y fuerza; es la base del diseño impreso

3. Polietileno – capa de adherencia4. Hoja de aluminio – barrera contra oxígeno, gases, olores y luz; es conductor del impulso de alta frecuencia

5. Polietileno (con adherencia mejorada)6. Polietileno (+ polimero adhesivo)

ENVASES FLEXIBLES: FORMATOS

ENVASE 4 SELLOS

SOBRE

SACHET

ENVASE 4 SELLOS

DOY PACK

CON ZIPPER

ENVASE 4 SELLOS

DOY PACK

CON VÁLVULA

ENVASE 3 SELLOS

FONDO PLANO

PRISMATICO

Algunos Envases

Biopolímeros Naturales

Origen MarinoOrigen Marino

Chitina/Chitosano

Origen AnimalOrigen Animal

Colágeno/Gelatina

AgriculturaAgriculturaMicrobiológicoMicrobiológico

Lípidos1. Cera abeja

2. Cera Carnauba

3. Ac. Grasos Libres

•Pululanos

•Ac. Poliláctico

•PolihidroxialcanoatosHidrocoloides

Proteínas: Zeína; Soja, Suero de leche; gluten de trigo

Polisacáridos: Celulosa; Almidón, Pectina/gomas

Envases Biodegradables

■ Películas Comestibles ■ Polilácticos (PLA)■ Polihidroxialcanoatos (PHA)■ Polímeros de Almidón

Películas o Coberturas Comestibles

❃ Matriz Generadora

❃ Solvente

❃ Plastificante

❃ Aditivos

Película Espesor(µm)

Condiciones(T y HR)

Permeabilidad(cm3.µm/m2.d.kPa)

WPI/Sorbitol(1.5:1) 118 23ºC; 30% HR 1.03

WPI/Sorbitol(1.5:1) 118 23ºC; 75% HR 144.9

Cera abeja 50 25ºC; 0% HR 931.7LDPE 25 23ºC; 50% HR 1840HDPE 25 23ºC; 50% HR 427

PET 25 23ºC; 0% HR 17.3

Propiedades de Barrera al Oxígeno

Propiedades de Barrera al Vapor de Agua

Película Espesor(µm)

Condiciones(T y HR)

Permeabilidad(g.mm/m2.d.kPa)

WPI/Glicerol(1.6:1) 106 25ºC; 0-11% HR 6.64

WPI/Glicerol(1.5:1) 121 25ºC;0-65% HR 119.8

Cera abeja 50 25ºC; 0-100%HR 0.0502

LDPE 25 38ºC; 90-0% HR 0.079

HDPE 25 38ºC;90-0% HR 0.02

Películas Comestibles

Estudio del Recubrimiento con una Película Comestible en el Proceso de Maduración Postcosecha en

0

1

2

3

4

0 1 2 3 4Tiempo (semanas)

Firm

eza

(kg

sin recubrir recubiertas

Películas Comestibles

Estudio del Recubrimiento con una Película Comestible en el Proceso de Maduración Postcosecha en Tomate

0,0

0,4

0,8

1,2

1,6

2,0

0 1 2 3 4Tiempo (semanas)

Lico

peno

(UA/

g

sin recubrir recubiertos

Estudio del Recubrimiento con una Película Comestible en el Proceso de Maduración Postcosecha en Tomate

02

46

810

0 5 10 15 20 25 30

Tiempo (Días)

% Pé

rdida

de P

eso

Sin Recubrir Recubiertos

Propiedades Mecánicas, Físicas y de Barrera de Films

Polilácticos(PLA)

PLA es fabricado por polimerización del ácido láctico, el cual es producido por la fermentación de carbohidratos.La fermentación de la dextrosa produce 2 enantiómeros ópticamente activos: D (-) and L (+) ácido láctico.

CH3

OHHO

H

O

( R ) D (-) Acido Lactico (Levorotatory)

HCH3

OHHO

O

( S ) L (+) Acido Láctico(Dextrorotatory)

Propiedades Mecánicas

4030-D4040-D PEAD PET WPC/Gly

(1.6/1)Soja/Gly(1.7:1)

Glu./Ac.Lac.(1:1)

Fuerza Tensión(MPa)

7284 17.3-34.6 175 1.2ª

0.6b 4.3 0.01

Elongación aRuptura (%)

10.778.2 300 70-100 28.0a

43.5b 78 75

a. Films acondicionados a 59%HRb. Films acondicionados a 75%HR

Propiedades Térmicas

4030-D 4040-D PS PET WPI/Gly40 % Glicerol

WPI/Gly25% Glicerol

Tg (ºC) 71.4 66.1 100 80 84.5 127.8Tm (ºC) 163.4 140.8 240 245 ND ND

Polihidroxialcanoatos (PHA)

■ ¿Qué son?– Bioplásticos a partir de fermentación de azúcares y aceites, – Son materiales termoplásticos– Unidad Monomérica

H

O O H

OR

nx

Donde R puede ser H o una cadena de Hidrocarburos(hasta C13). Si R es un metil

y x= 1, el polímero es poli-3-hidroxibutírico acido (PHB); si x=0 y R es un metilo

entonces la unidad es poliláctico

➸ PROPIEDADES de los PHA

✰ Pueden ser dispersiones acuosas (Tg<0)

✰ Forman films luego de secas

✰ PM aprox. 1000 a 1 millón

✰ -60ºC<Tg<20ºC

✰ 50ºC<Tm<200ºC

✰ Elongación a ruptura > 500%

✰ WTR: 20-150 g/m2.d a 23ºC y 90%HR (PET: 10-15; Nylon-6:15; PP: 3-5)

✰ Estables a la hidrólisis y a la luz UV

Impacto ambiental comparado a polímeros convencionales

Energía Fósil GHG emisiones

PLA -30 a –40 % -25%

Films Almidón -30 a –40% -60%

Pellets almidón -25 a –70% -30 a –80%

PHA -30 a +700%?? No Disponible

Gasto de Energía en la Producción

Energía Fósil(MJ/Kg)

GHG emisiones(kgCO2/Kg)

Poliolefinas 80-90 Aprox. 5

Pellets almidón 25-55 1.1-3.6

PLA 57 ND

PHA 66-570 ND

Polímeros de Almidón

Tipo Plástico % Petroquímico Emisión de CO2(kgCO2/Ton)

Polímero Almidón 0 1140

PA/polivinilalcohol 15 1730

PA/policaprolactona 60 3600

PEBD 100 4840

Envases “Amigables con el Ambiente”Reducir; Reutilizar; Reciclar

■ 1- PET■ 2- PEAD■ 3-Vinílicos■ 4-PEBD■ 5-PP■ 6-PS■ 7-otros

Envases Inteligentes

■ 2 tipos de sistemas➺ Simple: incluye sensores incorporados al envase

➺ Interactivo: contiene un mecanismo de respuesta a la señal. Tiene sensores incorporados en el envase que comienza neutralizar los cambios negativos

■ 4 Tipos de aplicaciones:➺ Mejora la calidad y el valor del producto: indicadores de

calidad, temperatura y tiempo-temperatura.➺ Provee mayor comodidad: método de preparación/cocción,

distribución y calidad➺ Cambia las propiedades de permeabilidad a gases➺ Provee protección contra: hurto; falsificación y mezclado