Riassunto lezioni elementi di packaging - parte 1 e 2

RIASSUNTO ELEMENTI DI PACKAGING

1. ELEMENTI DI PACKAGING

Packaging

 sistema coordinato con cui si predispongono gli alimenti per il trasporto, la distribuzione, la conservazione, la

vendita e utilizzo finale. Indica quindi sia la singola confezione che le attività concernenti l’operazione di

confezionamento dei prodotti.

Assicura il raggiungimento del prodotto al consumatore, nelle migliori condizioni ed al minimo costo e quindi

aiuta anche a massimizzare il profitto (funzione tecnico-economica).

Imballaggio

 unità nel quale l’alimento conservato, che evoca il concetto di protezione meccanica e contenitore da

trasporto.

Con il concetto di contenitore viene usata anche la parola confezione, che richiama l’immagine di un

avvolgimento a diretto contatto con il prodotto.

Imballaggio-contenitore primario

o Detto anche imballaggio di vendita o presentazione, è il materiale a diretto contatto con il prodotto,

concepito in modo da rappresentare per il consumatore un’unità di vendita.

Spesso interviene sulla shlef-life del prodotto e deve rispondere al requisito di sicurezza per l’alimento e il

consumatore e deve inoltre proteggere e preservare la qualità dell’alimento, svolgendo funzioni di

marketing.

Imballaggio-Contenitore secondario

o Sistema di contenimento di contenitori primari. Non è a contatto diretto con il prodotto, è concepito per

costruire un raggruppamento di imballaggi primari nel punto vendita.

Interviene nella conservazione del prodotto (es. imballaggio di cartone fornisce protezione fisica) e svolge

funzioni di marketing, unità di vendita e facilita la movimentazione del prodotto.

Imballaggio-Contenitore terziario

o Detto anche di trasporto è l’insieme di più contenitori primari o secondari, predisposto per il trasporto e

movimentazione.

Ha funzione di protezione da danni fisici (pallet, cartoni, film estensibili…)

Condizionamento

 È la traduzione della parola packaging, significa quindi considerare un insieme di operazioni che consentono la

massimizzazione dei profitti e la riduzione degli sprechi.

MOCA

 Sono i Materiali ed Oggetti destinati al Contatto con gli Alimenti: plastica, metalli (conserve, tubetti in

alluminio…), carta, legno, vetro, bio-plastiche (acido polilattico…) e compositi (materiale composto da strati di

materiali diversi).

FUNZIONI DELL’IMBALLAGGIO

Sicurezza

 I materiali MOCA devono essere sufficientemente inerti, escludendo la possibilità di trasferire sostanze in

quantità tali da mettere in pericolo la salute umana o compromettere la composizione dei prodotti e il

deterioramento delle loro caratteristiche organolettiche.

Contenimento

 I liquidi, le polveri e i granulati non sono merci di consumo se non suddivisi, raggruppati o avvolti da un

contenitore.

Bisogna tenere conto della forma fisica del prodotto (es. i liquidi necessitano sempre di un idoneo e specifico

contenitore) e anche la natura del prodotto (corrosivo, volatile, odoroso, friabile, appiccicoso, radioattivo…).

Protezione

 prevenzione dei danni fisici e meccanici, conoscendo i fattori critici del prodotto (vibrazioni, urti meccanici,

temperatura, deformazione, effrazione, umidità…) che possono causare una perdita di valore.

Logistica

 Tutte le operazioni di movimentazione, magazzinaggio, trasporto, condizionamento e distribuzione.

(es. lattine di coca più sottili per favorire un maggior numero di lattine trasportate e minimizzare i costi)

Conservazione

 Possibilità che l’imballaggio intervenga arrestando o rallentando i cambiamenti biologici e chimici di un prodotto

alimentare

Comunicazione

 L’imballaggio è definito il silent seller poiché veicola un’informazione commerciale (etichetta, decorazione,

sconto…), l’utilità per il consumatore (valori nutrizionali, consigli d’uso…), conformità alle norme (marchi,

contrassegni, date…) e ausilio per l’identificazione (codice a barre, ologrammi…)

Servizio / convenience

 Prodotti di facile utilizzo. Esempi sono le aperture facilitate, la richiudibilità delle confezioni flessibili, la

“pelabilità” di alcune chiusure, l’attitudine al trattamento in forni a microonde.

Funzionale

 Imballaggio in grado di svolgere azioni aggiuntive come sequestrare sostanze indesiderate o cederne di utili

(imballaggio attivo) oppure se è dotato di un indicatore che consente di monitorare la qualità del prodotto

(intelligente)

Ecologica

 Imballaggio ideato, fabbricato, trasportato e riciclato utilizzando, dove possibile, energie rinnovabili ed energie

pulite.

Questo protegge il prodotto con il minor impatto ambientale e la minor produzione di scarti e rifiuti derivati dal

prodotto possibili ed è ottenuto da fonti responsabili e materie prime rinnovabili.viene progettato e prodotto

secondo un principio di riciclabilità, disponendo un allungamento della propria vita e di quella del prodotto,

prevenendo la produzione di rifiuti, ottimizzando stoccaggio e trasporto.

2. IDONEITA FUNZIONALE O ADEGUATEZZA TECNOLOGICA DEL PACKAGING ALIMENTARE

indica la capacità di un materiale di garantire la protezione e la conservazione al prodotto, di offrire

un’immagine gradevole e resistere alle condizioni di impiego.

Le soluzioni di packaging per i prodotti alimentari devono mettere al centro l’alimento, le sue caratteristiche, il suo

processo produttivo, di confezionamento/condizionamento, le condizioni di conservazione, la sua shelf life.

L’idoneità funzionale viene valutata pienamente dall’utilizzatore finale che deve valutare le proprietà del

materiale (meccaniche, diffusionali, chimiche, ottiche, termiche…), correlandole alle esigenze del prodotto.

Proprietà meccaniche

 Sono le proprietà fisiche che descrivono il comportamento di un solido sottoposto all’azione di una forza:

resistenza meccanica, macchinabilità e resistenza a sollecitazioni dinamiche (urti, vibrazioni…)

Prove con forze di tipo statico

o Le prove di resistenza meccanica vengono svolte con un dinamometro che collegato ad un computer

restituisce un grafico, il cui primo tratto, spesso lineare, ha coefficiente chiamato modulo di young e da

informazioni sulla rigidità o elasticità del materiale (tratto lineare più ripido = materiale più rigido).

Spesso è presente il modulo di snervamento, ossia quel punto in cui la curva cambia completamente.

‘allungamento e la rottura sono proprietà tipiche dei materiali plastici, mentre nel vetro e bande stagnanti la

rottura avviene subito dopo il limite di elasticità.

Importante è il coefficiente di frizione, che è una misura la resistenza allo scorrimento di una superficie su

un'altra. La testa inferiore del dinamometro viene sostituita con un piano in acciaio su cui è poggiata una

slitta di peso noto (forza peso Newton), che viene rivestita con il materiale in esame.

Le forze coinvolte sono forze di trazione e compressione

Sollecitazioni dinamiche

o Si parla di urti e impatti, tenendo conto delle proprietà ammortizzanti dei materiali.

Una prova e quella di caduta del dardo, cui si misura la resistenza del contenitore alla forza esercitata da

un dardo di massa nota, che cade da una certa altezza.

Altre prove sono la resistenza alle vibrazioni, alla perforazione, alla pressione, ecc. che sono tutte prove

volontarie di enti come la STM

Parlando di vibrazioni, queste corrispondono all’applicazione ripetuta di sollecitazioni compressive ed

interessano tutti i prodotti che subiscono un trasporto.

Proprietà termiche

 Descrivono il comportamento del materiale in risposta alle sollecitazioni termiche e sono:

Conducibilità

o Capacità di trasmettere un flusso di calore attraverso una superficie quando sottoposta ad un gradiente

termico pari ad un Kelvin. ( )

Q∗d

λ=

Possiamo descrivere questa proprietà considerando un tratto e la legge di Fourier e

A∗∆ T

distinguiamo i materiali conduttori (con conducibilità >1 W/(m°C)) e gli isolanti (con conducibilità <1).

La conducibilità dell’aria a 20°C è di 0,02 W/m°C e quindi strutture che contengono spazi contenenti aria

(cartone ondulato, polistirene espanso), hanno conducibilità minore a parità di spessore del materiale

“pieno”.

Coefficienti di dilatazione

o esprime quanto varia la grandezza o il volume di un materiale al variare di una grandezza unitaria di

temperatura a P costante

la dilatazione per aumento di T e la riduzione di superficie per abbassamento di T, se alternati, può

determinare un effetto “polmone” con conseguenze sugli scambi gassosi e sulla conservabilità del

prodotto.

Bisogna prestare attenzione ai materiali plastici che ad alte T si modificano (es. il PET a 70-72°C tende a

rammollirsi)

Intervallo utile di T

o Delimitato al limite inferiore dalla T di massima fragilità in riferimento a sollecitazioni meccaniche e al

limite superiore dalla T di distorsione o rammollimento.

Intervallo di saldatura

o È l’intervallo nel quale è possibile effettuare una saldatura termica, proprietà definita macchinabilità, la cui

conoscenza e controllo consentono di ottimizzazione operazioni di confezionamento o produzione di

contenitori.

Un ampio intervallo consente maggiore flessibilità di impiego, mentre un intervallo corrispondente ad alte

T comporterà maggiori spese energetiche. Obbiettivo è l’ottenimento di intervalli di saldatura sempre

minori.

T di transizione

o Temperatura al quale un materiale cambia il suo stato fisico. Es. alluminio evapora a T e P molto bassi.

Un materiale plastico è inizialmente in stato amorfo (disordinato molecolarmente), ma a T di transizione

vetrosa le molecole si organizzano, creando un polimero cristallino non trasparente.

Nello specifico la T di transizione vetrosa è il livello energetico al quale si registra la minima mobilità delle

molecole ed una riduzione del volume libero.

Al di sopra di questa temperatura i polimeri hanno un comportamento gommoso, con alte velocità di

diffusione e maggiore tenacità.

Potere calorifico

o Quantità di energia ricavabile per combustione dai materiali. Questa grandezza è importante nella

sostenibilità dell’imballaggio.

Proprietà diffusionali

 Migrazione

o Trasferimento di massa dall’imballaggio all’alimento e viceversa, con un meccanismo diffusionale

Permeabilità a gas e vapori

o ci si riferisce esclusivamente al flusso diffusivo degli aeriformi attraverso gli spazi vuoti dei materiali

polimerici (plastiche, bioplastiche)

Questo fenomeno condiziona la shelf-life e va minimizzato o controllato.

Il passaggio di areiformi può avvenire solo attraverso le discontinuità della materia:

- Fessure e/o rotture

Conseguenza di abrasioni o danneggiamenti fisici, determinante un passaggio indifferenziato di gas,

liquidi e microrganismi, non prevedibile e non quantificabile.

- Fori e canali

micro e macroscopici conseguenza di perforazioni o di una distribuzione non uniforme di cariche,

pigmenti oppure di difetti delle saldature, che determina passaggio indifferenziato di gas, liquidi e

microrganismi, non prevedibile e difficilmente quantificabile.

N.B. Fessure e rotture e fori e canali danno luogo a flussi di tipo capillare. In questo caso non si parla di

permeazione

La permeabilità di gas e vapori può avvenire solo attraverso le discontinuità intrinseche della materia

- Lacune intra-molecolari

Lacune che si formano in una catena polimerica, soggette a moti termici (possono variare la loro

dimensione)

- Lacune inter-molecolari

Conseguenze della natura e della morfologia del polimero, con dimensioni soggette ai moti molecolari e

termici

N.B. il passaggio prende il nome di permeabilità solo se esiste un gradiente di concentrazione o

pressione tra i due lati del materiale.

Lacune inter ed intra-molecolari danno luogo a flussi selettivi, sempre di 5-7 ordini di grandezza inferiori ai

flussi capillari

Questo tipo di trasmissione è ineliminabile nei polimeri e la velocità di diffusione è diversa per i vari

materiali.

Il meccanismo è definito una diffusione attivata e quindi è condizionato dall’interazione tra specie

permeante e matrice permeata, richiede il superamento di una energia di attivazione e quindi avviene

sotto l’effetto di una forza motrice, determinata dalla differenza di concentrazione, pressione parziale o

temperatura tra le due facce del materiale.

Meccanismo della permeazione

1. Adsorbimento

Le molecole del permeante (lato a concentrazione maggiore) vengono adsorbite superficialmente,

disciogliendosi nella matrice.

supponendo costante la differenza di concentrazione necessito di un certo tempo, necessario alla

saturazione degli spazi disponibili per la diffusione.

Inizialmente il rapporto quantità di permeato/tempo aumenta progressivamente nel “tempo di ritardo”

o Lag time.

Per la legge di henry la concentrazione del permeante adsorbito è direttamente proporzionale alla

pressione parziale del permeante attraverso il coefficiente di solubilità: c=S*p

2. Diffusione

Colmati i siti di adsorbimento, le molecole del permeante si diffondono verso il lato a concentrazione

minore, ad una velocità di trasferimento costante, fin tanto che rimane costante la forza motrice.

La struttura del polimero e la sua affinità per la specie permeante sono determinano il coefficiente di

diffusione

3. Desorbimento

processo inverso al primo, che prosegue fino al raggiungimento di un equilibrio

espressione del valore di permeabilità per i materiali:

La quantità di gas o volume di gas (Q) che attraversa il materiale è direttamente proporzionale alla

superficie (A), al tempo (t), alla differenza di pressione parziale (p1-p2), al coefficiente di solubilità (S), al

coefficiente di diffusione (D), ed inversamente proporzionale allo spessore (l):

A∗t∗D∗S∗( )

p1− p 2

Q= I I∗Q 3

D*S è anche il coefficiente di permeabilità KP= espresso con le unità di misura (cm

A∗t∗( )

p 1− p 2

2

µm/m 24h bar) I∗Q

Se tolgo dalla formula lo spessore (I) ottengo la permeabilità (P= )

A∗t∗( )

p 1− p 2

Riducendo o aumentando lo spessore di un film si possono avere variazioni di struttura intrinseca. Quindi

non sempre è rispettata l’esatta proporzionalità inversa tra flusso di permeante (Q/t) e spessore (l).

Q

GTR=

La velocità di trasmissione (GTR) è invece data da: A∗t

Permeabilità delle strutture composite:

- Struttura composita in serie

1/Ptot = 1/ P1 + 1/P2 + 1/P3 1/Ptot = L1/KP1 + L2/KP2 + L3/KP3

- Struttura composta in parallelo

ApackPpack = (A1 P1) + (A2 P2) + (A3 P3)

Tecniche di misurazione della permeabilità:

- metodo di misura quasi isostatico

la semicella inferiore è chiusa, saturata con elio o azoto, periodicamente viene fatto un piccolo prelievo

del gas e si determina l'incremento di concentrazione.

Trascorso il tempo di ritardo la velocità di incremento della concentrazione si mantiene costante fino a

che non viene alterata la differenza di pressione parziale.

ha il vantaggio di poter analizzare contemporaneamente la permeabilità di più gas.

- metodo di misura isostatico

In entrambe le semicelle viene fatto circolare del gas alla medesima pressione: gas test in quella

superiore e un gas poco permeabile in quella inferiore.

La semicella inferiore è collegata ad un sistema di rivelazione selettivo che registra l’aumento di

concentrazione.

Trascorso il tempo di ritardo la concentrazione del gas test in quello di trasporto della semicella inferiore

si stabilizza ad un valore proporzionale alla permeabilità del materiale.

Questo metodo risulta molto accurato e sensibile, ma ha il limite di misurare la permeabilità di un gas per

volta e richiede un’operazione di preliminare taratura.

- metodo dinamico

nella semicella inferiore è contenuta dell'acqua distillata ed in quella superiore è alloggiato un elemento

sensibile all' umidità relativa ed un sistema di circolazione di aria secca.

I sensori di umidità utilizzati sono degli elementi che variano la conducibilità elettrica in funzione

dell’umidità relativa o dei sensori ad infrarosso tarati per rilevare l’assorbimento di acqua nel tempo nella

semicella superiore.

Fattori tecnologici che influenzano la permeabilità:

- densità

se considerata come una stima del volume libero è influente alla permeabilità dei gas vapori (più denso =

meno permeabile)

- cristallinità

se il polimero è molto cristallino, le macromolecole sono impaccate bene e quindi gas e vapori passano

meno nella struttura.

Più un polimero è cristallino, più diventa fragile.

- peso molecolare

maggiore è il peso molecolare e minore è la permeabilità, ma non è molto influente.

- reticolazione

gestito in fase di produzione del polimero, attraverso l’utilizzo di additivi che formano legami inter-catena,

formano una struttura più reticolata che rende più difficoltoso il passaggio di gas e vapori

- orientazione

in fase di produzione, con polimero ancora caldo, una macchina stira il polimero, strutturandolo in modo

da controllare gli sazi vuoti e diminuendo gli spazzi intra-molecolari, attraverso i quali possono passare

gas e vapori

- differenza di pressione parziale

forza motrice del fenomeno di permeabilità, maggiore è e maggiore è la velocità

- umidità relativa

in determinati materiali può modificare la permeabilit&agrav