I materiali e i contenitori per il condizionamento asettico

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1 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

2 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 ( ) CONTINENTAL CAN COMPANY (1940) MARTIN-DOLE aseptic canning system (1948) SMITH-BALL process-flash 18 (1955) scatole metalliche DRUM filling system (1958)

3 CONTENITORI FLESSIBILI E SEMIRIGIDI Il più significativo sviluppo della tecnologia del condizionamento asettico si ebbe tuttavia con l introduzione, a partire dagli anni di contenitori realizzati con materiali flessibili: materie plastiche, accoppiati di materiali cellulosici e polimerici di sintesi. TETRAPAK e TETRABRIK ( ) COMBIBLOK della PKL (1970) BAG-IN-BOX PACKAGING SYSTEMS (1970) BAG-IN-DRUMS (1980) Coppette in materiale plastico Sacchetti, buste Sistema ACHILLES (Alfa Laval)

4 CONCETTO FONDAMENTALE PRODOTTO COMMERCIALMENTE STERILE CONTENITORE STERILE AMBIENTE CONFINATO ESENTE DA CONTAMINAZIONI Focus on.. materiale sterile ambiente sterile prodotto sterile prodotto confezionato asetticamente

5 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

6 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.

7 Criteri per selezione del materiale Geometria Dimensioni e forma - per mantenere la rigidità Proprietà meccaniche Proprietà barriera Condizioni di sterilizzazione Alimento a contatto Resistenza della saldatura per mantenere l integrità Permeabilità a gas e vapor d acqua la più bassa possibile Trasmissione di luce la più bassa possibile Temperatura di trattamento o natura del trattamento dipendono dal materiale Compatibilità Requisiti legali Condizioni di conservazione Costi Corrispondenza ai requisiti di idoneità alimentare (liste positive limiti di migrazione..) Temperatura e umidità relativa durante il trasporto e il luogo finale di stoccaggio bassi Ecocompatibilità Facilmente eliminabile o riciclabile

8 Criteri per selezione del materiale BARRIERA RESISTENZA MECCANICA ALTRO OSSIGENO VAPOR D ACQUA LUCE TAGLIO PUNTURAZIONE RIGIDITA STAMPABILITÀ PIEGATURA SALDABILITA Alluminio (foglio) X X X X X Carta/cartoncino X X X X Film metallizzato x x X ionomeri X X Etilen vinil alcool X (EVOH) Polietilene (PE) X X X X Polietilene X x X X tereftalato (PET) Polipropilene (PP) X X X Polistirene (PS) X X Poli vinil alcool X (PVAL) Polivinilcloruro X X (PVC) Polivinilidencloruro X X (PVDC) Copolimero PVC/PVDC X X

9 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

10 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.

11 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 permeazione sinergismo scalping antagonismo Alimento componente aromatica molto diversificata: aldeidi chetoni, esteri, terpeni, alcoli

12 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

13 Molecole odorose limonene SCALPING Polimeri studiati polietilene bassa densità (PE-LD) : alto PE alta densità (HD-PE): medio polipropilene (PP): medio etilenvinilalcool (EVOH): basso polietilen glicol tereftalato (PET): trascurabile poliamide (PA): basso

14 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

15 OPA : poliamide orientata SCALPING OPP : polipropilene orientato

16 Ad/assorbimento di aromi da parte di diversi materiali plastici Materiali Unità di area (bergamotto) Unità di area (cannella) Unità di area (vanillina) OPP con laccatura acrilica OPP ( +10.8%) PE (-63.8%) PET (-95.7%) OPA (-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%)

17 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

18 Livelli di contaminazione In genere il livello di contaminazione di un materiale varia tra 1-10 organismi per 100 cm 2, per materiali non manipolati dagli operatori Microrganismi trovati su un materiale laminato immediatamente dopo la produzione (von Bockelmann, 1973) Classe Numero (µ/m 2 ) %totale funghi lieviti batteri

19 Numero medio di microrganismi trovati su coperchietti di alluminio (Sturm e Gilliand, 1974) Batteri Numero (µ/m 2 ) Stafilococchi 47 Muffe 5 Streptococchi 58 Bacilli 9 Cocchi Gram - 22 Bacilli Gram - 5 TOTALE 146

20 Livelli di contaminazione determinati su differenti materiali per il condizionamento organismo Numero (µ/m 2 ) Packaging system Spore 400 Tetra Pak Spore Tetra Pak Spore Tetra Brik Batteri Cartoncino multistrato Batteri Foglio alluminio Batteri 262 Foglio alluminio Batteri 50 Pure Pak

21 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.

22 mezzi di decontaminazione di materiali e contenitori DECONTAMINANTI TERMICI: a165 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.

23 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.

24 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 che cresce all aumentare della catena alifatica dell alcool. Alcool + UV; Iodofori; Ossido di etilene; Ozono; Cloro

25 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