Tecnologie del condizionamento ed elementi di logistica

CONDIZIONAMENTO E LOGISTICA

Definizioni

Il condizionamento è l'operazione per trasferire un prodotto in contenitori adatti alla conservazione ed alla

distribuzione; è l'operazione tecnico-economica per minimizzare i costi della distribuzione e massimizzare i profitti;

è l'operazione per assicurare che un bene giunga al consumatore nelle condizioni migliori.

La parola Packaging si riferisce alle attività concernenti l'operazione di confezionamento dei prodotti (ASTM).

Processo della tecnologia alimentare: L'insieme di operazioni, materiali, attività, controlli che vengono messi in

atto per trasformare un input in output, cioè le materie prime in prodotti finiti.

Operazione unitaria: Fase elementare di un processo tecnologico. Operazione tecnologica basata su principi

unitari e descritta da opportune equazioni di bilancio e cinetiche.

Le leggi della sterilizzazione sono le stesse sia che si applichi ad esempio al latte o alla carne, al pomodoro o ad una

bevanda. Di conseguenza anche le macchine usate per condurre una determinata operazione unitaria, sono le

stesse.

All’interno di un processo ci possono essere diverse operazioni che rientrano nelle operazioni alimentari di

packaging o di condizionamento:

- Operazioni di sanitizzazione e decontaminazione dei materiali

- Operazioni di riempimento/confezionamento

• Primario (Form-Fill-Seal, riempimento asettico, ecc.)

• Secondario

• Terziario

- Operazioni di condizionamento:

• Sottovuoto

• Atmosfere protettive

• Imballaggi funzionali

- Operazioni di uso e post-consumo riciclo/smaltimento dei materiali

Quando si parla di packaging, ci possono essere diversi punti di vista:

- Per il consumatore l’imballaggio è solo l’involucro di plastica, cartone, metallo o vetro che circonda e contiene

l’alimento. E’ visto come un problema di smaltimento e ad esso viene attribuita la responsabilità diretta

dell’inquinamento ambientale. Questo è un punto di vista parziale che conduce ad una visione errata del

packaging

- Per il marketing manager l’imballaggio è uno strumento fondamentale di differenziazione del prodotto e di

penetrazione nel mercato. Si tratta di un punto di vista parziale ma esperto e giustificato dal sistema. Conduce

ad una visione distorta del packaging ed a comportamenti che possono essere negativi, anche se premianti

perché profittevoli.

- Per l’addetto agli acquisti (buyer) l’imballaggio è un costo del prodotto da minimizzare il più possibile. Si tratta

di un punto di vista parziale, che conduce a comportamenti che possono essere negativi e pericolosi per il ciclo

di vita del prodotto

- Per il tecnologo alimentare è un tema tecnico-scientifico che garantisce di soddisfare le aspettative di durata,

di sicurezza igienica e di qualità degli alimenti, per razionalizzare la distribuzione e ridurne i costi, per aumentare

la sostenibilità. Il punto di vista più obiettivo e generale: può condurre a comportamenti virtuosi ed efficaci.

Occuparsi di food packaging significa quindi occuparsi sia di scienza degli alimenti che di tecnologia.

Parlare di scienza degli alimenti significa prendere in considerazione diverse aree: scienza dei materiali, degli

alimenti, tossicologiche, informatiche e socio-economiche.

La scienza dei materiali è importante per comprendere:

• Le proprietà meccaniche (es. resistenza meccanica)

• Le proprietà diffusionali ai gas e vapori

• Le proprietà elettromagnetiche

• Le proprietà fisiche e chimiche di carta, vetro, metallo, polimeri e materiali compositi

La scienza degli alimenti è importante per comprendere la cinetica di deterioramento degli alimenti (evoluzione

della crescita microbica, dell’ossidazione dei lipidi, dell’aumento o perdita di umidità) che regola la durata di

conservazione degli alimenti.

Esempi nel caso della scienza dei materiali permette di studiare:

- i fenomeni di trasporto di massa (come un flusso di gas può modificarsi attraverso un polimero plastico in

funzione dello spessore del materiale)

- la relazione sforzo-deformazione di un materiale e questo dà un’informazione circa la flessibilità o rigidità di un

materiale

- la cinetica di compostaggio/biodegradazione di un materiale (studiare la cinetica di mineralizzazione di materiali

a base PLA)

Le scienze tossicologiche sono importanti per comprendere e definire:

- La Sicurezza delle sostanze utilizzate per la produzione degli imballaggi

- I limiti di migrazione di sostanze dagli imballaggi agli alimenti

- Le massime esposizioni a determinate sostanze cedute dagli imballaggi

- Gli approcci di Risk Assessment

- Le strategie per la riduzione del rischio tossicologico nei consumatori

Esempi: la migrazione di determinate sostanze può causare problemi tossicologici ad esempio il caso degli oli

minerali che hanno origini diverse e anche il packaging può rappresentare una sorgente di contaminazione.

Il tossicologo ha il ruolo di comprendere quali sono i livelli di tossicità nell’uomo. È possibile ridurre la migrazione

di questi oli minerali attraverso lo sviluppo di barriere funzionali.

Come l’area delle scienze socio-economiche interessa il packaging?

Quest'area prevede la raccolta e l’analisi dei dati per studiare l'impatto del packaging alimentare sulla società e

sull'economia in evoluzione. Problemi socioeconomici sono ad esempio quelli relativi alla protezione ambientale,

alla responsabilita’ del prodotto, alla tracciabilita’ e alla sostenibilita’.

Come l’area delle scienze informatiche interessa il packaging?

L'uso di potenti sistemi informatici ha migliorato l'efficienza dei sistemi di packaging e dei sistemi della logistica.

La distribuzione degli alimenti tramite e-commerce rappresenta uno degli effetti più positivi e attuali delle scienze

informatiche. Anche il packaging intelligente.

Esempi:

- Sistemi di tracciabilita

- Sistemi di comunicazione e di gestione della qualità

- Sistemi intelligenti per la garanzia di sicurezza degli alimenti

- Gestione dei rifiuti da imballaggio

La tecnologia del food packaging è un insieme di soluzioni pratiche per la fornitura di prodotti alimentari sicuri e di

alta qualità al consumatore, in modo efficiente.

Esempi sono l'imballaggio a prova di manomissione (tamper-evident, tamper- proof), l'imballaggio in atmosfera

modificata, l'imballaggio asettico e l'imballaggio per microonde che mirano a migliorare la sicurezza, la qualità e la

convenienza per il consumatore. Le tecnologie di packaging sono importanti anche per migliorare l'efficienza della

produzione, della distribuzione, dell'esposizione al dettaglio e per facilitare o favorire il riciclo, il riutilizzo e, dove

possibile, la compostabilità dei materiali a fine vita.

Negli ultimi anni si sono sviluppate diverse tecnologie innovative come l'imballaggio antimicrobico, l'imballaggio a

rilascio controllato, le nanotecnologie, i biosensori e l'identificazione a radiofrequenza (RFID). Poiché lo sviluppo di

La SCIENZA e la TECNOLOGIA del

una nuova tecnologia è in genere costoso, dovrebbe essere giustificato con attenzione in base alla sua capacità di

PACKAGING ALIMENTARE: le dinamiche

migliorare determinate funzioni dell’imballaggio per soddisfare determinate esigenze socioeconomiche.

SCIENCE A seguito dei progressi nella scienza dei materiali, nelle scienze

FOOD PACKAGING dell'alimentazione e delle scienze dell'informazione (food packaging

MATERIAL INFORMATION SOCIO-

FOOD SCIENCE

SCIENCE SCIENCE ECONOMICS science), vengono create nuovi prodotti o vengono generate

innovazioni (food packaging technology).

Market pull

Technology push Tali prodotti o tali innovazioni vengono spinte in avanti per cercare

FOOD PACKAGING

TECHNOLOGY l’accettazione del mercato (spinta tecnologica o technology push).

Le esigenze del mercato sono create dalle dinamiche socioeconomiche, e quindi si deve sviluppare una specifica

Da «Food Packaging Science and Technology» 2008

tecnologia per fornire soluzioni utili a soddisfare tali esigenze (attrazione del mercato o market pull).

I bisogni socio-economici

L'industria del packaging alimentare è in gran parte guidata dalla spinta del mercato per soddisfare le esigenze

della società e dell'economia.

1. Negli ultimi anni, lo stile di vita dei consumatori è stato fortemente influenzato dalla società, dall’economia e

dal mercato in generale. Di conseguenza, il consumatore richiede sempre più prodotti alimentari che siano

convenienti, di buon gusto, sicuri, sani e nutrienti. Ciò ha anche creato opportunità per imballaggi alimentari

innovativi per soddisfare i consumatori. (esempi: snack, ready to use foods, ready meals, dual-ovenable

materials).

2. Valore: Questa esigenza, definita come rapporto benefici / costi, è guidata dal consumatore. Maggiori benefici

possono essere ottenuti migliorando le funzioni degli imballaggi per soddisfare le esigenze insoddisfatte del

consumatore. È possibile ottenere costi inferiori utilizzando, ad esempio, materiali di imballaggio meno costosi,

utilizzando macchine ad alta velocità per aumentare la produttività e utilizzando imballaggi più compatti per

ridurre i costi di distribuzione. Nel tentativo di ridurre i costi, è importante che la qualità e la sicurezza dei prodotti

non vengano compromesse.

3. Profitti: Questa necessità è guidata dalle aziende alimentari per mantenere o far crescere le loro attività. Per

guadagnare profitti, le aziende alimentari si affidano spesso alle innovazioni del packaging per soddisfare le

mutevoli esigenze del mercato. Bevande confezionate in diverse forme e materiali (vetro, plastica, alluminio,

buste stand-up).

4. Sicurezza alimentare e biosicurezza: Questa è la necessità che guida le innovazioni supportando il ruolo

protettivo degli imballaggi. La contaminazione microbica è una delle principali cause di malattie di origine

alimentare che possono verificarsi nelle varie fasi di produzione di un alimento. L'imballaggio può proteggere

efficacemente dalla contaminazione microbica e dalla manomissione del prodotto. Imballaggi per alimenti

innovativi come gli imballaggi antimicrobici, sistemi avanzati di ispezione dell'integrità degli imballaggi,

imballaggi a prova di manomissione e sensori biochimici.

5. Normativa: Lo scopo delle normative sugli imballaggi alimentari è proteggere il consumatore da livelli

inaccettabili di contaminazione chimica degli alimenti da parte dei componenti dell'imballaggio. Ciò ha portato

allo studio della migrazione dei componenti del packaging.

6. Preoccupazioni ambientali: Questa è la necessità che guida le innovazioni nel packaging ecologico. C'è una

continua ricerca di materiali di imballaggio biobased, biodegradabili e compostabili che abbiano buone

proprietà meccaniche e di barriera e quindi garantiscano la qualità e la sicurezza dell’alimento.

7. Sostenibilità: Questa è la necessità che spinge la ricerca e lo sviluppo in merito ai problemi di sostenibilita’

intesi non solo come la riduzione degli impatti derivanti dai materiali di imballaggio ma soprattutto dalla

necessità di ridurre le perdite di alimenti in fase di produzione e gli scarti di alimenti in fase di distribuzione e

consumo.

Le funzioni del packaging per alimenti:

- Contenere adeguatamente il prodotto alimentare

- ridurre le perdite e gli scarti alimentari

- proteggere l'alimento da danni meccanici

- rappresentare un'adeguata barriera a gas e vapori

- prevenire o ritardare la degradazione biologica

- prevenire o ritardare la degradazione fisica

- facilitare la movimentazione ed il magazzinaggio

- presentare il prodotto in forma attraente

- rappresentare un'opportunita' di informazione

- consentire l’identificazione sicura del prodotto

- essere facilmente eliminabile o riciclabile

Qual è la domanda di tecnologi esperti in food packaging?

• Quello alimentare e' il principale settore di impiego degli imballaggi

• Il valore dell'imballaggio non e' mai inferiore al 10- 15% del prezzo finale del prodotto alimentare

• Il packaging e' considerato il principale strumento di promozione del prodotto

• Tutte le piu' grandi aziende alimentari hanno costituito al loro interno divisioni anche di R&D o uffici di packaging

• Tutte le piu' grandi aziende di packaging assumono tecnologi alimentari

Qual è il profilo professionale di un tecnologo esperto di food packaging?

- gestione tecnica/amministrativa della divisione Packaging

- stesura di capitolati d'acquisto e gestione dei rapporti con i fornitori

- prove di idoneità alimentare del packaging

- prove di confezionamento e test di distribuzione fisica

- definizione e progettazione della shelf-life

- progettazione e sviluppo di packaging

- monitoraggio della concorrenza

- aggiornamento evoluzione tecnica e legislativa

- Valutazione della sostenibilità ambientale, economica e sociale del sistema food+packaging

PROPRIETÀ DEI MATERIALI DESTINATI AL CONTATTO ALIMENTARE

I materiali utilizzati per produrre oggetti destinati al contatto con gli alimenti costituiscono una famiglia poco

numerosa ma molto eterogenea di solidi (alluminio, carta, acciaio, cartone, plastica, vetro) con caratteristiche

oltremodo differenti. Il modo più corretto per definire le prestazioni di un oggetto è quello di descrivere e

quantificare alcune proprietà del materiale che lo costituisce.

La conoscenza delle proprietà e delle prestazioni dei materiali che si impiegano per realizzare imballaggi

alimentari è di fondamentale importanza per effettuare una corretta scelta del tipo di protezione da offrire al

prodotto. Queste proprietà sono classificate in proprietà chimiche e proprietà fisiche. L’insieme di queste

proprietà definisce l’idoneità tecnologica o funzionale di un materiale.

Già INTRODOTTE nel corso triennale

Vengono riportate delle proprietà dei materiali di confezionamento ma anche alcune degli alimenti:

PROPRIETA dei MATERIALI Idoneità funzionale o tecnologica

PROPRIETA PER UN ALIMENTO utile per PER UN MATERIALE DI PACKAGING

utile per L’estrusione è l’operazione che consente di

Proprieta termiche. Ex. Conduttività, Ottimizzare trattamenti termici come il Ottimizzare condizioni di estrusione,

capacità termica ecc. blanching, la pastorizzazione, la saldabilità su macchine automatiche, trasformare un granulo di materia plastica in un

sterilizzazione condizioni di uso in forni prodotto finito che può essere una lastra o un film ad

Properietà meccaniche, Ex modulo di Ottimizzare le proprietà reologiche e le Caratterizzare la deformabilità, la

compressione,.. proprietà sensoriali stabilità sotto carico esempio.

Proprietà diffusionali, Ex. Coefficienti di Ottimizzare la miscibilità di ingredienti Caratterizzare la permeazione a gas,

diffusione e di solubilità ... nella formulazione di un alimento vapori e aroma; prevedere la Se si parla ad esempio di atmosfera protettiva

migrazione di additivi

Proprietà elettromagnetiche, Ex. Il Ottimizzare i sistemi di riscaldamento in Conoscere la suscettibilità alle bisogna conoscere la solubilità del gas nel mezzo per

comportamento alle microonde, la microonde; conoscere gli effetti della microonde e onde radio;

trasparenza, la riflessione fotossidazione; per la caratterizzazione caratterizzazione di propretà comprendere gli effetti di questo durante la

sensoriale di Bevande e liquidi estetiche; ottimizzazione della

soluzione di packaging conservazione e quelli a livello sensoriale del prodotto.

Proprietà chimiche, Ex. Sensibilità Ottimizzare proprietà reologiche, Caratterizzare la resistenza

a ida i e, adesività ottimizzare la shelf life a i ecchia e di un materiale,

la sua tensione superficiale

Proprietà chimiche

Le proprietà chimiche sono quelle che dipendono dalla natura chimica ossia dalla struttura atomica e molecolare a

quattro livelli.

I primi due livelli (1-2) sono responsabili di quelle proprietà che determinano la sensibilità di un materiale a rotture

dei legami chimici che portano alla formazione di nuove strutture.

- ossidazione dei materiali plastici

- corrosione dei materiali metallici

- incenerimento dei materiali plastici

PROPRIETA CHIMICHE: natura chimica dei materiali

Natura chimica dei materiali:

Materiale Principali costituenti atomici (composizione chimica)

Vetri Ceramici Silice, ossigeno, sodio, potassio calcio, boro, alluminio MATERIALI

Metalli Ferro/alluminio/cromo/stagno INORGANICI

Materiali cellulosici Carbonio, idrogeno, ossigeno MATERIALI

ORGANICI

Materie Plastiche Carbonio, idrogeno ossigeno, azoto, cloro

I vetri – ceramici sono costituiti principalmente da silice e ossigeno e poi vi sono atomi in concentrazione minore

come sodio, potassio e calcio che stabilizzano il reticolo, mentre il boro e l’alluminio hanno la funzione di modificare

la resistenza termica dei vetri.

I metalli sono formati da ferro, alluminio, cromo e stagno; i materiali che sono costituiti da alluminio appartengono

alla categoria A sono fatti per il 99% di alluminio poi ci possono essere materiali a base di alluminio che contengono

le leghe. Questi materiali non contengono carbonio quindi sono definiti inorganici.

I materiali organici presentano nella loro struttura il carbonio e sono quelli cellulosici e le materie plastiche. Quelli

cellulosici sono formati da carbonio, idrogeno e ossigeno mentre quelle plastiche da carbonio, idrogeno,

ossigeno, azoto e cloro. Ad esempio il carbonio e idrogeno sono gli atomi più importanti nel caso di polietilene e

polipropilene, mentre carbonio, idrogeno e ossigeno sono importanti nell’EVOH che offre una barriera ai g