Presentazione di PowerPoint

I materiali e i contenitori per il
condizionamento asettico
Patrizia Fava
Dipartimento di Scienze Agrarie e degli Alimenti
Università degli Studi di Modena e Reggio Emilia
Modena – 6 marzo 2007
Un po’ di storia…….
Premesso che la vera innovazione nel packaging del
condizionamento asettico è rappresentata dall’ormai nota e
sperimentata introduzione del CARTONCINO
POLIACCOPPIATO, vale comunque la pena di ricordare che
la tecnologia ha trovato applicazione fin dagli inizi del 1900,
con i contenitori e i materiali di cui si disponeva all’epoca,
vale a dire quelli metallici e quindi le classiche scatole o
lattine.
ASEPTIC CANNING (1920-1930)
CONTINENTAL CAN COMPANY (1940)
MARTIN-DOLE aseptic canning system (1948)
SMITH-BALL process-FLASH 18 (1955) scatole metalliche
DRUM filling system (1958)
CONTENITORI FLESSIBILI E SEMIRIGIDI
Il più significativo sviluppo della tecnologia del condizionamento
asettico si ebbe tuttavia con l’introduzione, a partire dagli anni
‘50-’60 di contenitori realizzati con materiali flessibili: materie
plastiche, accoppiati di materiali cellulosici e polimerici di
sintesi.
TETRAPAK e TETRABRIK (1950-1960……..)
COMBIBLOK della PKL (1970)
BAG-IN-BOX PACKAGING SYSTEMS (1970)
BAG-IN-DRUMS (1980)
Coppette in materiale plastico……
Sacchetti, buste
Sistema ACHILLES (Alfa Laval)
CONCETTO FONDAMENTALE
• PRODOTTO COMMERCIALMENTE STERILE
• CONTENITORE STERILE
• AMBIENTE CONFINATO ESENTE DA CONTAMINAZIONI
Focus
on…..
materiale sterile
ambiente
sterile
prodotto sterile
prodotto confezionato asetticamente
Sistemi di confezionamento disponibli
Contenitori rigidi
Scatole – metallo
Bottigli e vasi - vetro
Contenitori
semi rigidi
Scatole – materiale plastico
Bottiglie, vassoi e coppette – materiale plastico
“Cartons” – cartoncino laminato
Contenitori flessibili
Buste – materiale plastico
Sacchi – materiale plastico in
scatole di supporto
La scelta del sistema “contenitore” dipende da
• prodotto da confezionare
• vita di scaffale (shelf-life) richiesta
• apprezzamento estetico
• costo
Il contenitore, una volta chiuso (saldato) esercita
una BARRIERA tra l’alimento e l’ambiente
esterno; controlla la shelf-life in termini di
contaminazioni microbiche e deterioramento
chimico. L’integrità del prodotto è garantita
dall’assenza di fori, lacerazioni, discontinuità nella
zona di chiusura del contenitore.
Criteri per selezione del materiale
Geometria
Dimensioni e forma - per mantenere la rigidità
Proprietà meccaniche
Resistenza della saldatura – per mantenere
l’integrità
Proprietà barriera
Permeabilità a gas e vapor d’acqua – la più bassa
possibile
Trasmissione di luce – la più bassa possibile
Condizioni di
sterilizzazione
Temperatura di trattamento o natura del
trattamento dipendono dal materiale
Alimento a contatto
Compatibilità
Requisiti legali
Corrispondenza ai requisiti di idoneità alimentare
(liste positive – limiti di migrazione…..)
Condizioni di
conservazione
Temperatura e umidità relativa durante il trasporto e
il luogo finale di stoccaggio
Costi
bassi
Ecocompatibilità
Facilmente eliminabile o riciclabile
Criteri per selezione del materiale
Allum inio (foglio)
Carta/cartoncino
Film m etallizzato
ionom eri
Etilen vinil alcool
(EVOH)
Polietilene (PE)
Polietilene
tereftalato (PET)
Polipropilene (PP)
Polistirene (PS)
Poli vinil alcool
(PVAL)
Polivinilcloruro
(PVC)
Polivinilidencloruro
(PVDC)
Copolim ero
PVC/PVDC
X
x
X
x
X
X
X
X
SALDABILITA’
PIEGATURA
STAMPABILITÀ
ALTRO
RIGIDITA’
TAGLIO
PUNTURAZIONE
RESISTENZA
MECCANICA
LUCE
OSSIGENO
VAPOR D’ACQUA
BARRIERA
X
X
X
X
X
X
X
X
X
x
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
Cartoncino poliaccoppiato
Sono indicati così quegli imballaggi, destinati prevalentemente al
condizionamento dei liquidi alimentari, in formati che variano da 150
ml fino a 2 L. Realizzati in diverse forme e tipologie, possono essere
prodotti con due tipi di accoppiati diversi a seconda del tempo di vita
commerciale previsto.
per brevi shelf-lives, il materiale è un
triplo accoppiato costituito
da LDPE/Carta/LDPE
per prodotti a lunga conservazione si
impiega invece un materiale più
complesso, con l'interposizione di un
foglio sottile di alluminio (oggi anche
di soli 7 µm) tra il polietilene interno
e la carta
Contenitori in cartoncino poliaccoppiato
La classificazione più opportuna fa riferimento a prestazioni
fondamentali dell'imballaggio ed alle macchine di formatura e
riempimento utilizzate, è quella che li distingue in contenitori da
bobina e preformati.
DA BOBINA
Vengono prodotti in macchine tipo FFS
verticali, a partire da materiale in
bobina, già stampato e cordonato per
favorire l'assunzione della forma
definitiva. La forma più classica (del
1951) è quella a tetraedro (Tetra
Standard della TETRA PAK), oggi quasi
completamente sostituita da quella a
parallelepipedo a sezione rettangolare
la cui versione più nota è rappresentata
dal Tetra Brik (TETRA PAK)
PREFORMATI
Vengono prodotti, in generale, con
strutture più rigide e pesanti di quelle
dei contenitori da bobina, attraverso
la tipica lavorazione cartotecnica che
porta alla realizzazione di un astuccio
preincollato. Il preformato (detto
anche blank o mantello) giunge sulle
macchine di riempimento cordonato e
con la saldatura longitudinale già
realizzata.
Perdita di sostanze aromatiche
La perdita della componente aromatica (in toto o solo di alcuni
componenti) di un alimento avviene con le stesse modalità con cui
avviene la permeazione di gas permanenti e di vapor d’acqua:
soluzione, diffusione, desorbimento.
Tuttavia, il fenomeno che maggiormente è implicato nella perdita di
aromi è lo SCALPING, termine che indica la solubilizzazione di
molecole organiche sulla superficie dei materiali plastici, seguita o no
dalla permeazione.
ambiente
scalping
permeazione
sinergismo
antagonismo
Alimento
componente aromatica
molto diversificata: aldeidi
chetoni, esteri, terpeni,
alcoli………
SCALPING
CA Al
PE
succo di arancia
limonene
50% “perso” per scalping da
parte del polietilene (PE)
La rimozione è il risultato di
due fenomeni in serie:
Limonene loss
• adsorbimento sulla
superficie del materiale
• assorbimento nello spessore
del materiale
tempo
SCALPING
Molecole
odorose
Polimeri studiati
¾ polietilene bassa densità (PE-LD) : alto
• limonene
¾ PE alta densità (HD-PE): medio
¾ polipropilene (PP): medio
¾ etilenvinilalcool (EVOH): basso
¾ polietilen glicol tereftalato (PET):
trascurabile
¾ poliamide (PA): basso
SCALPING – fattori che lo influenzano
‰ natura chimica del polimero e del “permeante”
‰ condizioni ambientali: temperatura e umidità relativa
‰ cristallinità dei polimeri: se aumenta, diminuiscono i fenomeni
di assorbimento
‰ lunghezza della catena carboniosa dei composti volatili: per
serie omologhe di esteri, aldeidi e benzoati l’assorbimento in PE
triplica per ogni gruppo metilenico aggiunto. Ma per composti con
11 o più atomi di carbonio si registra talvolta una diminuzione del
fenomeno
‰ assorbimento di esteri, chetoni e aldeidi in PP aumenta con
l’aumentare del numero di atomi di carbonio
‰ il tipo di gruppi funzionali presenti nelle molecole odorose e il
grado di insaturazione possono giocare un ruolo fondamentale
OPA : poliamide
orientata
SCALPING
OPP : polipropilene
orientato
Ad/assorbimento di aromi da parte di diversi materiali plastici
Materiali
OPP con laccatura acrilica
1837421
3125
Unità di
area
(vanillina)
2030
OPP
2036029
( +10.8%)
665024
(-63.8%)
78662
(-95.7%)
41753
(-97.7%)
1438
(-54%)
1429
(-54.3%)
1625
(-48.0%)
1155
(-63.0%)
641
(-68.4%)
1298
(-36.1%)
725
(-64.3%)
544
(-73.2%)
PE
PET
OPA
Unità di area Unità di area
(bergamotto) (cannella)
Decontaminazione dei materiali e dei contenitori
I decontaminanti microbici devono possedere
• ottimo effetto sporicida
• compatibilità chimica con il materiale
• facile rimovibilità
• alta capacità coprente le superfici
• bassa o nulla tossicità dei residui eventuali
• facile determinabilità analitica
Livelli di contaminazione
In genere il livello di contaminazione di un
materiale varia tra 1-10 organismi per 100 cm2,
per materiali non manipolati dagli operatori
Microrganismi trovati su un materiale laminato immediatamente
dopo la produzione (von Bockelmann, 1973)
Classe
%totale
funghi
Numero
(µ/m2)
33
lieviti
17
10.6
batteri
110
68.8
20.6
Numero medio di microrganismi trovati su coperchietti di alluminio
(Sturm e Gilliand, 1974)
Batteri
Numero (µ/m2)
Stafilococchi
47
Muffe
5
Streptococchi
58
Bacilli
9
Cocchi Gram -
22
Bacilli Gram -
5
TOTALE
146
Livelli di contaminazione determinati su differenti materiali per il
condizionamento
organismo
Numero (µ/m2)
Packaging system
Spore
400
Tetra Pak
Spore
200-500
Tetra Pak
Spore
200-500
Tetra Brik
Batteri
40-1000
Cartoncino
multistrato
Batteri
100-200
Foglio alluminio
Batteri
262
Foglio alluminio
Batteri
50
Pure Pak
mezzi di decontaminazione di materiali e contenitori
DECONTAMINANTI TERMICI:
Calore di produzione - Per quanto riguarda le materie plastiche, vi
è da notare che il calore generato durante l’estrusione o la
calandratura /tecniche di produzione di film e foglie) è di norma
sufficiente alla sterilizzazione della superficie, mentre il calore della
termoformatura non è in genere sufficiente per considerare sterile
la superficie. In ogni caso, esiste il problema di proteggere dalla
ricontaminazione il materiale prodotto.
Vapore saturo – E’ efficace solo ad elevate pressioni e per questo è
scarsamente impiegato; una marginale applicazione riguarda la
sterilizzazione di “lids” di alluminio, utilizzandolo a 165 °C e 6 bar.
mezzi di decontaminazione di materiali e contenitori
DECONTAMINANTI TERMICI:
a 165 °C e 6 bar.
Vapore surriscaldato – Il vapore acqueo a pressione atmosferica,
surriscaldato a 315°C viene utilizzato per sterilizzare scatole
metalliche in riempimenti asettici.
Gas surriscaldati - Aria, azoto, elio, argon, ossigeno, anidride
carbonica surriscaldati possono, in teoria, essere impiegati come
agenti
decontaminanti;
l’aria
surriscaldata
è
impiegata
commercialmente per la sterilizzazione di vasi di vetro.
mezzi di decontaminazione di materiali e contenitori
DECONTAMINANTI CHIMICI:
Acqua ossigenata - Viene utilizzata immergendo il contenitore o
spruzzandolo “sprayzzazione” a concentrazioni tra il 15-35%; gli
effetti sono però modesti a temperatura ambiente ed è necessario
un agente bagnante per favorire il contatto se la superficie è di
plastica.
Acqua ossigenata + UV – Abbinando l’rraggiamento per UV al
germicida chimico si ottiene un effetto sinergico che consente di
utilizzare l’acqua ossigenata a concentrazioni tra l’1 ed il 3%. Viene
largamente impiegato per il cartoncino poliaccoppiato.
mezzi di decontaminazione di materiali e contenitori
DECONTAMINANTI CHIMICI:
Acqua ossigenata + acido peracetico - L’aggiunta di ac. peracetico
allo 0.1% ad acqua ossigenata 20-30% consente un effetto
sporicida anche a temperature sotto i 65°C.
Acido peracetico – L’effetto sporicida è superiore (e a temperature
inferiori) a quello dell’acqua ossigenata.
Acido peracetico + alcoli – L’effetto sinergico
all’aumentare della catena alifatica dell’alcool.
Alcool + UV; Iodofori; Ossido di etilene; Ozono; Cloro
che
cresce
mezzi di decontaminazione di materiali e contenitori
DECONTAMINANTI FISICI:
UV (253.7 nm) – L’effetto è piuttosto modesto e viene facilmente
attenuato da fenomeni di riflessione o assorbimento. L’azione delle
radiazioni UV è legata allo specifico assorbimento manifestato dagli
acidi nucleici che, denaturandosi parzialmente, portano alla morte
le cellule microbiche.
Radiazioni ionizzanti – Si utilizzano radiazioni “gamma”, da
elementi radioattivi (Co 60), radiazioni “beta” (elettroni accelerati)
e radiazioni “x”, ottenute da lamine metalliche investite da elettroni
accelerati. Le prime largamente usate per sterilizzare imballaggi
flessibili. In questo caso l’effetto sterilizzante, otre all’assorbimento
ed alla denaturazione di importanti biomolecole, è dovuto alla
tossicità di alcuni prodotti della radiolisi dell’acqua