Mejorar el envase y la vida útil

Mejorar el envase para maximizar la vida útil del producto

actividad de agua envaseLas bebidas en polvo en monodosis son un segmento de mercado en crecimiento. Para los consumidores, son adecuadas y asequibles. Para los fabricantes y minoristas, son rentables y su envío y stock son mucho más económicos que el de los listos para consumo. De hecho, son el producto ideal, pero hay que centrarse en optimizar el envase para maximizar la vida útil. Esto se debe a que los dos ingredientes principales son la mezcla en polvo y el envase.

Cada cápsula es una porción única. Por lo que el embalaje representa más del 50% del coste de las materias primas de este producto. El objetivo principal de ese envase es mantener la mezcla para la bebida por debajo del valor de actividad de agua crítico. Y además, hacerlo durante la vida útil del producto

El envase excesivo recorta la vida útil y el beneficio

Un envase insuficiente puede favorecer que la actividad del agua en los productos alimentarios aumente o disminuya con el tiempo. Y de esta forma, provocar cambios físicos, migración de humedad, degradación química y susceptibilidad al crecimiento microbiano. y en consecuencia un envase deficiente afecta a la vida útil. Pero, por otra parte, el envase excesivo es caro y puede disminuir los beneficios. ¿Cómo se puede calcular la cantidad exacta de envase?

Históricamente, pocos fabricantes han empleado decisiones científicas en el envasado. Por lo general, se ha empleado un enfoque empírico. Es decir, envase excesivo para evitar problemas y cambiarlo, solo, cuando haya problemas. Pero en productos monodosis, este exceso de envase reduce significativamente las ganancias. En casos así, cuando se necesita solución que aúne calidad y precio, la información científica es la respuesta.

Embalaje correcto necesita dos medidas simples

El factor que determina lo que sucederá con la actividad del agua del producto a lo largo del tiempo es la permeabilidad del material de envase. Es decir, como de bien puede prevenir la transferencia de humedad en diferentes condiciones ambientales. Por lo tanto, para descubrir el envase correcto para la vida útil deseada, necesita dos medidas simples:

  • la actividad de agua crítica
  • la permeabilidad del material

La actividad de agua crítica y rápida

El punto de partida de los cálculos de envasado es el valor crítico de la actividad del agua. Tradicionalmente, este punto era difícil de obtener: las tecnologías isotérmicas tradicionales no proporcionaban los puntos de inflexión exactos. Sin embargo, el ANALIZADOR DE SORCIÓN DE HUMEDAD (VSA) de METER Group permite obtener este valor con precisión. Y por lo tanto también facilita los cálculos de envase y vida útil.

El VSA genera una isoterma de alta resolución llamada curva Isoterma de Sorción de Humedad (Isotermas Dinámicas de Sorción de Humedad, DDI). Las curvas DDI ahorran mucho tiempo en la identificación de una actividad de agua crítica en alimentos y productos farmacéuticos con bajo contenido de humedad porque ilustran claramente el cambio en las propiedades de absorción de una sustancia (ver la Figura 1). Esta curva muestra el punto de transición vítrea para una formulación en polvo.

actividad de agua crítica y envase

Figura 1. Actividad de agua crítica. El punto de inflexión exacto para este producto es 0,618 a 25 ° C

Los alimentos con mayor contenido de humedad pueden no necesitar una curva DDI porque es más probable que el deterioro microbiano sea el factor reduzca su vida útil. Para productos con humedad elevada, los límites críticos de actividad de agua que hay que buscar son los que limitan el desarrollo de microorganismos. Estos limites se pueden encontrar en la bibliografia (0,85 aw es el límite para las bacterias patógenas y ningún organismo crecerá < 0,60 aw). Otros factores que reducen la vida útil y que deben tenerse en cuenta al identificar una actividad de agua crítica son:

  • Cambios de textura
  • Oxidación lipídica
  • pardeamiento de Maillard
  • Pérdida de vitaminas
  • Pérdida de color.

¿Por qué importa la permeabilidad del envase?

La fuerza impulsora para que el agua se mueva a través del envase es la diferencia en los valores de actividad de agua dentro y fuera del envase. Cuando hay una diferencia, hay una fuerza impulsora para que el agua entre o salga y de esta forma afecte al producto.

El objetivo del envasado es reducir la velocidad a la que se transfiere la humedad. Por lo general, los fabricantes de envases se refieren a este parámetro como la tasa de transmisión de vapor de agua (WVTR). Al utilizar la actividad de agua crítica y la WVTR del paquete potencial, se posible generar un modelo predictivo para tomar decisiones de coste / beneficio.

La modelización predictiva se suele realizar mediante una serie de ecuaciones complejas (disponibles en Fundamentals of Moisture Sorption Isotherms), pero existe una forma más sencilla. El programa Moisture Analysis Toolkit de METER Group facilita estos cálculos automáticamente. Solo es necesario introducir las variables para un producto, y el Toolkit determinará la combinación ideal de envase y vida útil. Además, los parámetros del análisis se pueden variar hasta encontrar el envase que proporcione el mejor retorno de la inversión.

Predecir la migración de humedad con actividad de agua

La migración de humedad entre componentes

Cuando dos componentes de un producto o productos diferentes se cierran en algún tipo de envase, intercambian humedad. Esta migración de humedad es frecuente en productos como, copos de cereales con frutas deshidratadas, cápsulas de gelatina con productos farmacéuticos o galletas rellenas de mermelada.

Cómo predecir la migración de la humedad

La actividad del agua de cada componente predice si se ganará o perderá humedad. En cambio, el contenido de humedad no funciona de esta manera. De hecho, a veces la migración de humedad se produce del componente de humedad más bajo al más alto. El siguiente ejemplo y en este enlace se explica este concepto.

Confusiones con los valores de humedad

Tenemos un pastel de frutas, el bizcocho tiene un 50% de humedad y la fruta seca un 30%. Por lo general, asumiríamos que el agua pasaría del bizcocho a la fruta. Sin embargo, si la fruta tiene una actividad de agua superior a la del bizcocho, la fruta quedará dura como una piedra y el bizcocho muy blando. La razón es que el agua se mueve hacia el equilibrio. Este equilibrio implica el estado de energía, o actividad de agua, no su contenido.

Para entender mejor este concepto, podemos pensar en dos tanques de agua. Uno está casi lleno con 100 l. El otro tanque está casi vacío, únicamente tiene 1 l. ¿Cómo se moverá el agua entre los tanques?. Obviamente, los volúmenes no son relevantes. El agua pasa de una presión más alta a una presión más baja, no de lleno a vacío. Si aumentamos la presión del tanque casi vacío colocándolo en la parte superior del tanque lleno, el agua pasará del vacío a lleno.

Incoporar la actividad de agua al proceso productivo

La actividad de agua permite controlar completamente la humedad.
Del mismo modo, la actividad del agua y no el contenido de agua, predice la migración del agua dentro de un producto. El fabricante del pastel de fruta puede desarrollar una receta en la que bizcochos y fruta tengan el mismo valor de actividad de agua. Esto asegurará que no haya sorpresas de humedad cuando el pastel se almacene y venda. Será un producto seguro, apetecible y no perecedero.

Conocer la actividad del agua de ingredientes puntuales puede ayudar a establecer cómo procesarlos. Una solución para el problema de migración de humedad es disminuir o elevar la actividad de agua de los componentes hasta igualarlos. Los fabricantes también pueden retardar el proceso de difusión de un componente aumentando su viscosidad. Una barrera comestible, como el recubrimiento de chocolate en el interior de un cucurucho de helado, también puede evitar la migración de la humedad. En ocasiones, si las diferencias en la actividad del agua no se pueden igualar es recomendable un envasar por separado.

En la web de Meter Food hay mucha más información sobre como predecir la migración de humedad con la ayuda de la actividad de agua.

La actividad de agua y la textura crujiente

¿Cómo se puede mantener la textura crujiente de un producto durante su vida útil? controlando la actividad de agua

Cuando la textura de un producto de baja humedad, como una galleta, deja de ser crujiente empiezan los problemas. De manera que las quejas de los consumidores son inmediatas. Tradicionalmente, los factores más importantes son la humedad y la temperatura. Pero los estudios muestran que un valor de actividad de agua crítico es la frontera para que productos como los cereales de desayuno, galletas y galletitas saladas, dejen de crujir.

Por lo general, este valor de actividad de agua crítico se establece con estudios texturales pero puede ser más sencillo. Se ha demostrado que las Isotermas Dinámicas de alta resolución identifican los valores de actividad de agua críticos. Es decir, el punto en el que se pierde la textura crujiente a través de inflexiones en la curva de sorción de humedad.

Un estudio para evaluar la textura crujiente

En la Universidad Estatal de Washington ensayaron las Isotermas Dinámicas de galletitas de aperitivo con baja actividad de agua para identificar un valor crítico. Y por lo tanto si este valor crítico podría usarse como un indicador de textura crujiente.
Utilizando un VSA de Meter Food, generaron isotermas para dos galletas de baja humedad a tres temperaturas diferentes. A continuación, utilizaron esas isotermas para determinar los valores de actividad de agua críticos. Las galletas fueron preacondicionadas a diversos valores de actividad de agua y temperaturas y se evaluó su textura crujiente.                                                                Los resultados mostraron que el efecto de la actividad del agua sobre la textura crujiente era más importante que el de la temperatura. Y además, que la actividad de agua crítica era capaz de identificar el punto en el que se perdía la textura crujiente. Las muestras de galletas con valores de actividad de agua inferiores a la actividad del agua crítica mantuvieron su textura. Pero en cambio, las muestras con valores de actividad del agua superiores al limite perdieron la textura crujiente.

La actividad de agua crítica es una alternativa para determinar la textura crujiente

Webinar, actividad de agua y FSMA

La actividad de agua es algo más que un número para la FSMA

La actividad de agua permite comprobar que los alimentos son seguros. Meter Food organiza un Webinar para mostrar cómo la actividad del agua es una herramienta imprescindible en la nueva FSMA (Ley de Modernización de la Inocuidad Alimentaria).

El Webinar sobre actividad de agua y FSMA es el próximo miércoles 17 de enero de 2018 a las 18h, es gratuito y en inglés. Os podeis registrar en  este enlace

En el Webinar se hablará de

  • Cómo la actividad de agua predice el crecimiento de microorganismos. Mientras que el contenido de humedad no lo hace
  • Por qué la actividad de agua es un control preventivo ideal de acuerdo con la sección 4.3.3.1 del Análisis de riesgos y Guía de controles preventivos para la industria
  • Cuándo y cómo usar las medidas de actividad de agua
  • Dónde encontrar «pruebas científicas» sobre la validez de la actividad de agua como control preventivo

Disminuir la actividad de agua con humectantes

Humectantes, una guía paso a paso

actividad de agua y humectantes

¿Cómo mantener los alimentos de humedad intermedia microbiológicamente seguros durante una vida útil larga? A menudo la respuesta es con humectantes como la glicerina, azúcar, y diferentes tipos de sales. Los humectantes disminuyen la actividad del agua (aw) de un producto porque el agua se une preferentemente a ellos. Cada humectante tiene su propia capacidad única de disminuir la aw que depende de su composición química. La cantidad o concentración de los humectantes que se agregan determinan cuánto se disminuye la aw.

¿Qué humectante elegimos?
Por regla general, cuanto menor es el peso molecular del humectante, más potente es su capacidad de unión al agua. Por ejemplo, un azúcar simple como la sacarosa es más eficaz que un almidón, cuyas moléculas de glucosa entrelazadas limitan los sitios de unión al agua disponibles.Por esta razón, la fibra, las gomas y ceras no son humectantes eficaces.

Factores a tener en cuenta
Al elegir un humectante, es importante conocer los efectos no deseados. Por ejemplo, si hay proteína presente en una masa, al disminuir la aw a 0,7 añadiendo un azúcar reductor, el producto entrará en el intervalo ideal para las reacciones de pardeamiento no enzimático (reacciones de Maillard). La aw baja mantiene la masa microbiológicamente segura, pero el producto se volverá marrón después de pocas horas.

Los humectantes también pueden introducir sabores indeseables. La glicerina es un humectante ventajoso porque no tiene sabor excepto a altas concentraciones. También es completamente miscible en agua y no precipitará al cambiar la aw del producto. En cambio, la sal o el azúcar pueden ser problemáticos porque, además de agregar sabor, forman sólidos si la concentración alcanza el punto de saturación. Y con el fin de solucionar estos problemas, se usan combinaciones de humectantes.

Pasos básicos para disminuir la actividad del agua
Los desarrolladores de productos pueden usar los siguientes pasos para averiguar cuánto y qué tipo de humectante o combinación de humectantes les ayudará a lograr la aw deseada.

Identificar la actividad de agua actual del producto
Decidir la aw que se quiere lograr
Seleccionar los humectantes
Determinar los factores de reactividad de cada humectante
Predecir el cambio de la aw a través de los cálculos y modelos (descritos abajo)
Utilizar Isotermas de sorción de humedad para establecer la combinación óptima a través de modelos

Cómo predecir un cambio en la actividad del agua
Se puede predecir hasta qué punto un humectante cambia la aw de un producto utilizando las ecuaciones de Norrish o de Grover. Estas ecuaciones han determinado científicamente constantes y coeficientes que se pueden utilizar en los cálculos. (Para más detalles, ver esta la lista de publicaciones).

El programa Moisture Analysis Toolkit es un software que incorpora estas ecuaciones. Su herramienta de predicción utiliza datos específicos del producto de interés para predecir la cantidad de humectante o combinación de humectantes necesarios para lograr una aw deseada. La siguiente tabla muestra cómo funcionó la herramienta de predicción al añadir glicerina a un jarabe.

Formulación Aw calculada Aw real
Normaln/p0,8230
Con 0,193g glicerina añadidos 0,800,819
Con 3,76g glicerina añadidos 0,750,754
Con 5,96g glicerina añadidos 0,700,706
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