Domande parte 1 E 2 di packaging

Funzioni dell'imballaggio

Le funzioni dell'imballaggio sono una sequenza di obiettivi che è lecito attendersi da ogni forma possibile di confezionamento. La principale funzione nonché quella storicamente più antica è il contenimento che rappresenta un’esigenza imprescindibile specie per i prodotti liquidi e granulosi che non possono essere trasportati altrimenti. Segue poi il fatto che la confezione rappresenta l’interfaccia tra prodotto e ambiente e quindi ha una funzione protettiva al fine di preservare la qualità dell’alimento. Una protezione calibrata in relazione alle esigenze del prodotto nei confronti di sollecitazioni meccaniche, luce, umidità ossigeno e altri tipi di contaminazione o manipolazioni come frodi.

Ha poi una funzione di comunicazione ovvero viene definito venditore silenzioso per sottolineare che forma, colore e aspetto possono contribuire notevolmente al successo commerciale di un prodotto. D’altronde l’informazione veicolata dal packaging non ha solo valenza commerciale ma ha utilità per il consumatore (informazioni nutrizionali, consigli d’uso…), conformità alle normative (marchi, contrassegni…) e ausilio per l’identificazione (codici a barre…). Tra le altre funzioni spicca quella recente di servizio la quale ricorda che l’imballaggio ha lo scopo di andare incontro alle esigenze del consumatore assecondandole (esempi: le aperture facilitate ecc…).

Segue una funzione di logistica per favorire il flusso di prodotti quindi il trasporto. Per concludere, l’ultima funzione importante da sottolineare è quella ecologica che garantisce all’imballaggio un principio di riciclabilità qualora esso sia composto da sostanze riciclabili.

Definizione dei termini di packaging, packing e package

Il termine packaging fa riferimento ai manufatti e attività legati all’operazione di confezionamento dei prodotti. Tale parola generalmente non viene tradotta ma utilizzata universalmente nel linguaggio comune a tale scopo. Segue il termine di packing che invece fa riferimento alle operazioni e prodotti finalizzati al trasporto di beni. In italiano, spesso si ricorre al termine di imballaggio per evocare il concetto di materiale di protezione e trasporto e dall’altra parte la parola confezione che invece evoca il contatto diretto tra l’oggetto di contenimento e il prodotto. Il termine package infatti allude proprio alla confezione.

Definizione di imballaggio primario, secondario e terziario

Generalmente per dare un significato alla parola imballaggio in relazione al suo uso finale si impiegano comunemente tre tipologie di espressioni: imballaggio contenitore primario, secondario o terziario.

La prima espressione fa riferimento al materiale che entra in contatto diretto col prodotto detto anche imballaggio di vendita. È concepito per rappresentare la forma finale di vendita del prodotto al consumatore. La seconda espressione invece, detta anche imballaggio multiplo, è nota per costituire un raggruppamento di imballaggi primari come ad esempio il multipak o le confezioni da 6 bottiglie. Pertanto, se ad esempio il prodotto viene rimosso dal suo contenitore secondario, non vengono modificate le sue caratteristiche e il suo valore commerciale.

Per concludere vi è l’imballaggio contenitore terziario definito anche come imballaggio di trasporto che invece ha funzione di contenere i precedenti e quindi è dedito alla movimentazione. Si allude in questi casi ad esempio ai pallets o ai cartoni.

Centralità dell'operazione di packaging nel ciclo di vita di un prodotto fresco refrigerato

Le operazioni di packaging sono particolarmente cruciali per un prodotto fresco refrigerato che ha un’elevata qualità in una shelf-life piuttosto ridotta. L’espressione packaging è utilizzata in riferimento all’attività e non all’oggetto di contenimento. Essa può essere riferita ad un’operazione unitaria o a un processo dell’industria alimentare, le cui classiche definizioni tuttavia non consentono di dare una risposta univoca alla questione.

Conviene piuttosto considerare il packaging come un’operazione complessa, una situazione intermedia tra operazione e processo. La complessa operazione unitaria di porre un alimento o bevanda in un contenitore idoneo per la sua conservazione e la sua distribuzione è centrale nel ciclo di preparazione e commercializzazione di qualsiasi prodotto alimentare. Essa è legata sia al momento in cui interviene, sia all’importanza che essa riveste per gli operatori dell’industria alimentare e delle imprese di distribuzione e per i consumatori finali del prodotto confezionato.

La produzione infatti è interessata a disporre di imballaggi idonei ed economici e di sistemi di confezionamento che contribuiscano a razionalizzare il ciclo produttivo. La distribuzione chiede al packaging di prolungare la vita del prodotto, di facilitarne la movimentazione, di favorirne il successo commerciale; i consumatori infine vogliono che la confezione garantisca la qualità dell’alimento, chiedono praticità e convenienza all’imballaggio e attenzione alla salvaguardia dell’ambiente. È frequente incontrare nei testi tecnici riguardanti l’imballaggio elenchi intesi a delimitare il ruolo del packaging secondo una lista più o meno lunga di finalità. Tuttavia ciò non risulta mai esaustivo né realmente chiarificatore poiché le funzioni del packaging sono davvero numerose e, in una certa misura, anche mutevoli.

Shelf-life e caratteristiche dell'imballaggio per il mantenimento della qualità

La shelf-life è l’espressione più comune utilizzata nel settore alimentare per indicare la durabilità del prodotto che, non necessariamente, corrisponde alla sua vita reale poiché la perdita di alcune caratteristiche può equivalere alla fine della sua commerciabilità e non necessariamente alla perdita delle sue caratteristiche merceologiche o igienico-sanitarie. Esistono varie espressioni per definire la shelf life, ad esempio la shelf-life primaria indica il periodo di tempo nel quale un prodotto mantiene le caratteristiche nutrizionali e sensoriali accettabili.

La shelf-life secondaria invece rappresenta il periodo di tempo nel quale un prodotto, nelle giuste condizioni di conservazione, mantiene le medesime caratteristiche a livelli accettabili dopo l’apertura della confezione. Entrambe sono utili quindi per quantificare l’effetto protettivo del packaging. Dal loro rapporto infatti è possibile conoscere di quante volte viene incrementata la conservabilità per effetto del confezionamento.

Tra le caratteristiche che devono essere considerate per garantire un mantenimento della qualità spiccano i fattori di sicurezza, obbligatoriamente necessari affinché l’imballaggio risulti sufficientemente inerte da non interferire in alcun modo non solo col prodotto ma anche con la salute del consumatore. Contemporaneamente vengono valutate una serie di proprietà del materiale di packaging che consentono il miglioramento della conservazione. Si valutano così le proprietà diffusionali che tengono presente delle fuoriuscite di gas e vapori da discontinuità del materiale; le proprietà meccaniche che servono a comprendere come reagisce il materiale a seguito di sollecitazioni esterne causate da forze di vario tipo (trazione, compressione…); le proprietà termiche che invece consentono di comprendere il comportamento del materiale a seguito di sollecitazioni dovute a differenze di temperatura; per concludere vi sono le proprietà elettromagnetiche che illustrano come l’irraggiamento da radiazioni ionizzanti e non ionizzanti influisca sul qualità e sul grado di conservazione del materiale.

Idoneità funzionale o tecnologica di un imballaggio per alimenti

Per le numerose e diverse funzioni richieste all’imballaggio, non è facile definire con un’unica espressione ciò che deve intendersi come sua idoneità. Per tale ragione si fa distinzione tra il concetto di idoneità funzionale e idoneità alimentare. Per idoneità funzionale s’intende la capacità di un contenitore o materiale di garantire la conservazione richiesta per il prodotto specifico, di offrire un’immagine gradevole ed esaustiva del prodotto alimentare stesso e di resistere alle condizioni di trasporto e impiego.

Queste capacità possono essere valutate pienamente solo dall’utilizzatore finale del packaging ovvero dall’industria alimentare che pertanto deve assumersi la responsabilità dell’idoneità stessa e di condurre il suo accertamento in modo obiettivo, valutando le proprietà chimico-fisiche e correlandole alle esigenze del prodotto. A differenza quella alimentare riguarda la sicurezza del materiale destinato ad entrare in contatto con gli alimenti che non devono pertanto subire modifiche.

Fenomeno di permeabilità ai gas di un imballaggio plastico

I fenomeni di trasporto degli aeriformi (gas e vapori) attraverso gli imballaggi sono importanti poiché sono correlati a eventi che condizionano la qualità e la sicurezza dei prodotti. L’ingresso di ossigeno può causare ossidazione o proliferazione di MO, la fuoriuscita di CO₂ invece può determinare effervescenza ecc… Il passaggio di tali aeriformi può avvenire solo in corrispondenza di discontinuità come fessure, pori e canali.

Nel caso specifico, nelle strutture delle macromolecole polimeriche si possono distinguere due ulteriori tipologie di discontinuità che a differenza delle precedenti determinano flussi selettivi e quantificabili in base alla velocità di scorrimento differente. Esse sono le lacune intramolecolari o intermolecolari. Le prime entrano in gioco quando le molecole sono di grandi dimensioni e al loro interno può esservi spazio sufficiente per il passaggio di aeriformi. Le seconde invece prevedono che gli aeriformi si diffondano negli spazi presenti tra una molecola e l’altra.

Il meccanismo di permeazione viene schematizzato in 3 fasi distinte: una fase iniziale di adsorbimento, in cui le molecole in superficie vengono adsorbite superficialmente disciogliendosi nella matrice. Segue una fase di diffusione sotto gradiente di concentrazione, dove le molecole del permeante diffondono attraverso lo spessore del materiale. Si conclude con la fase di desorbimento che consta di un meccanismo inverso al primo e prosegue finché non viene raggiunto un equilibrio tra le due facce interessate.

Definizione di coefficiente di permeabilità, permeabilità e velocità di trasmissione

Il coefficiente di permeabilità K_P indica la quantità di permeante che a una data T, attraversa uno spessore unitario di superficie unitaria nell’unità di tempo per effetto di differenza unitaria di pressione parziale dell’aeriforme tra le due facce del materiale. (K_P = lQ/At(p₁-p₂) espresso in cm³ um/m² 24h bar).

La permeabilità (P=K_P/l) è invece indicata come la quantità di gas che attraversa una superficie unitaria sotto una differenza di pressione parziale nell’unità di tempo. Nel valutare la permeabilità bisogna tenere sotto controllo una serie di fattori suddivisi in: natura del materiale, natura del permeante, fattori tecnologici e condizioni ambientali. Esistono poi casi in cui la differenza di pressione parziale condiziona la quantità di gas che attraversa un materiale. In tal caso non è rispettata un’esatta proporzionalità diretta tra flusso di permeante e differenza di pressione. Per tale motivo prende campo l’idea di non considerare tale differenza nel calcolo ma semplicemente indicarla come una condizione della misura. Questa nuova grandezza introdotta è definita velocità di trasmissione GTR. In base al calcolo di questi tre fattori importanti è possibile classificare la permeabilità ai materiali in base a 3 tipologie di barriere, alte medie e basse.

Tecniche di misura della permeabilità ai gas e vapori

Le misure di permeabilità sono tra i principali controlli che si eseguono nei laboratori che si occupano di testing del food packaging. Attualmente si conoscono molte tecniche diverse per misurare la capacità permeante dei gas e del vapor d’acqua. Indipendentemente dalle tecniche, i dispositivi che si utilizzano possono essere rappresentati schematicamente da una cella, divisa in due semicelle da una superficie nota del materiale che si intende testare e sulle cui facce viene creata una differenza di pressione parziale del gas o vapore.

Il primo metodo è quello delle pressioni assolute, ovvero il più tradizionale in cui si stabilisce una differenza di pressione assoluta tra le due semicelle, una esposta al gas di cui si vuole misurare la permeabilità l’altra si pone in depressione. Quest’ultima è collegata ad un sistema manometrico che consente di misurare le variazioni di concentrazione del gas permeato. Segue il metodo isostatico in cui in entrambe le semicelle viene fatto fluire gas allo stesso valore di pressione assoluta. In quella superiore circola il gas di cui si vuole misurare la capacità permeante (gas test) mentre in quella inferiore un gas poco permeante (gas di trasporto). Quest’ultima è collegata ad un sistema di rivelazione selettivo che registra nel tempo l’aumento di concentrazione. Trascorso il tempo di ritardo, la concentrazione del gas test in quello di trasporto si stabilizza ad un valore proporzionale alla permeabilità del materiale che consente di calcolare la GTR e noto lo spessore anche P e K_P.

Segue il metodo quasi-isostatico dove in tal caso a differenza del precedente la semicella inferiore è chiusa e saturata con elio o azoto mentre in quella superiore scorre il gas test. Periodicamente viene prelevata dalla semicella inferiore una piccola aliquota di gas da analizzare gas-cromatograficamente per determinare l’incremento della concentrazione del gas test. Per quanto riguarda invece le tecniche di misura della permeabilità al vapor d’acqua si utilizzano 2 sistemi di misura diversi per sensibilità e tempo di risposta. Il primo è il metodo delle tazze, in cui si ha un’imboccatura di un contenitore leggero in metallo che viene riempito con un essiccante, essa viene poi chiusa ermeticamente con un provino di materiale di cui si vuole misurare la GTR e di cui si conosce spessore e superficie. Il secondo è invece il metodo dinamico in cui similmente alla configurazione dei dispositivi per gas di hanno due semicelle, quella inferiore presenta acqua distillata mentre quella superiore presenta un elemento sensibile all’umidità relativa e un sistema di circolazione di aria secca.

Definizione di trasparenza, opacità e brillantezza

La trasparenza è una caratteristica molto richiesta nei materiali destinati al confezionamento e rappresenta una tipica proprietà elastica poiché riferita alla trasmissione della luce visibile ovvero quella percepita all’occhio umano. Può essere valutata oggettivamente impiegando una sorgente luminosa standard e valutando il rapporto tra l’intensità della luce trasmessa e quella della luce incidente. È inoltre inversamente proporzionale allo spessore del materiale secondo la legge di Lambert-Beer e viene generalmente espressa come trasmittanza % (T%). La trasparenza è altresì influenzata dal grado di cristallizzazione e dall’omogeneità e dalla quantità di alcuni ingredienti, ciò significa che può essere modificata per ottenere un’adeguata protezione degli alimenti sensibili alla luce. Un’altra grandezza impiegata per la caratterizzazione della trasparenza dei materiali di confezionamento è l’assorbanza del materiale definita come densità ottica (DO).

L’opacità è anch’essa una caratteristica estetica ma viene determinata generalmente per valutazioni di tipo funzionale. È definita come la % di luce trasmessa che attraversando il materiale devia dal raggio incidente per fenomeni di diffusione e rifrazione secondo un angolo superiore a 2,5°. Per la sua determinazione si utilizzano appositi dispositivi ottici che fanno uso di una sorgente luminosa in grado di emettere radiazioni nella regione del visibile e di una sfera integratrice, ovvero un dispositivo in grado di raccogliere tutta la luce trasmessa e diffusa. Più esattamente una fenditura controlla il passaggio della luce che devia di non oltre 2,5° dalla direzione della luce incidente. A fenditura chiusa il detector compie le relative misurazioni. Si esprime anch’essa in %: Haze(%)= Td/Ti* 100 dove d sta per diffusa e i per incidente.

Per finire vi è la brillantezza che è una misura della capacità di una superficie di riflettere specularmente la luce incidente. Viene valutata mediante un apposito dispositivo ottico che invia un raggio luminoso con un determinato angolo incidente e registra l’intensità della luce riflessa con la stessa angolazione. La misura è espressa in valore % o millesimale.

Comportamenti dei materiali alle microonde e materiali suscettori

Le microonde sono radiazioni elettromagnetiche non ionizzanti con lunghezze d’onde comprese tra l’infrarosso e le onde radio e trovano largo impiego per riscaldare, scongelare e sanitizzare i prodotti.