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Universidad Nacional Agraria La Molina
Centro de Investigación y Capacitación
de Envases y Embalajes
Prof. Ing. Walter Francisco Salas Valerio
CAPITULO II
MATERIALES DE EMPAQUE
2.1. Introducción
Los empaques de alimentos juegan un rol importante en el proceso productivo. Existen
muchos tipos de materiales de empaque que se utilizan para el empacado de alimentos,
en algunos casos desde hace muchos años y en otros casos relativamente de hace poco
tiempo. Dentro de los materiales usados están los clasificados por su naturaleza
(naturales y artificiales) por el tipo de uso que se les da, por la forma o dimensiones
que producen, por sus propiedades físicas tales como permeabilidad a los gases y/o
vapores, su resistencia, fragilidad, permeabilidad a la luz, material (metálico,
vidrio o plástico), etc.
Como se ve, existen muchas formas de clasificar los materiales que se utilizan para
la industria de alimentos, nosotros en este trabajo trataremos de sintetizar toda
la información existente y plantear la discusión como sigue:
2.2. Envases que tiene como base papel o pulpa de papel
Todos estos productos provienen de los derivados de la madera o fibras similares,
podrán considerarse en algún momento materiales naturales o seminaturales ya que
provienen de un producto orgánico como es la madera, pero tiene sus limitaciones
en el sentido de los aditivos durante su producción, es decir se utilizan sustancias
que podrían ser dañinas para el hombre.
2.2.1. Proceso para la obtención de papel
Uno de los primeros pasos para la obtención del papel es el proceso de pulpeado
y existen dos métodos básicos: el proceso de pulpeo mecánico y químico.
Con el propósito de elaborar empaques, existen tres métodos químicos que son de
mayor importancia: el proceso "kraft"; el proceso de sulfitado y el proceso
semi-químico.
a) El proceso Kraft. Son los papeles conocidos como fuertes y de despacho, sus
características son el color marrón y forma áspera, se usa principalmente en nuestro
medio para envolver azúcar y algunos productos granulados (caso de cemento en otra
industria).
b) Pulpas sulfitadas, este proceso da una celulosa bastante pura, pero el papel
no es tan fuerte como el caso del Kraft.
c) Proceso semi-químico. Esta pulpa es usada frecuentemente para producir o
manufacturar los cartones ondulados y los corrugados.
El proceso del blanqueado es muy importante, de este proceso dependerán las
características finales del papel, tal es el caso de la resistencia al corte, a
la explosión o la contracción.
El papel es todavía uno de los más usados materiales de empaque y en esto no se
excluye la industria de los alimentos, y es usado como un material de envoltura
y es convertido a bolsas y sacos. Los principales tipos de papeles de empaque son
listados en el Cuadro 2.1 y, en cualquier caso el papel puede ser cortado o
recubierto con alguna sustancia con la finalidad de mejorar sus propiedades. Los
principales requerimientos funcionales podrán ser modificados por las
1
circunstancias del uso y el efecto de la conversión.
Exámenes rutinarios de papeles o cartones podrían detectar las desviaciones de las
propiedades del producto de las especificaciones dadas.
Cuadro
2.1.
Principales
papeles
para
ser
usados
en
empaque
de
alimentos.
-------------------------------------------------------------Material Básico
Propiedades y Usos
-------------------------------------------------------------Papel Kraft Papel muy fuerte, es usado para hacer bolsas, multibolsas, para cartones
corrugados. Puede ser usado para empacar alimentos cuando es
blanqueado.
Papeles a prueba de grasa
Son resistentes a la grasa para alimentos horneados
y alimento con alto contenido de grasa.
Glassine
Resiste aceite y grasas, es una buena barrera para los olores, para
sopas y alimentos con altos contenidos de grasa.
Vegetal
No es tóxico, resiste al agua, grasa y aceite se usa para alimentos
de alto contenido de grasa y humedad (mantequilla, grasas, pescado
y carne).
Tissue De muy poco peso, delicado, se usa para empacar flores.
-----------------------------------------------------Una lista de los exámenes más frecuentes que se hacen a los papeles y cartones
se da en el Cuadro 2.2.
Cuadro 2.2
----------------------------------------------------------Propiedad
Método del examen
----------------------------------------------------------Dimensión
Espesor
Gramage
Rigidez
Coeficiente de Fricción
Contenido de Humedad
Porosidad
Resistencia al Corte
Resistencia a la explosión
Opacidad y color
----------------------------------------------------------2.2.2. Tipos de cartones
Tipos de cartones, hay tres tipos principales de cartones disponibles: cartón hecho
con papel reciclado, cartones para hacer cajas (blancos), totalmente blanqueados.
Cuadro 2.3. Tipos de cartones
-------------------------------------------------------------Tipo Apariencia
-------------------------------------------------------------Cartón en pliegos Se usa para contenedores, no en alimentos.
1
Cartones semiblanqueado Crema, cuerpo gris. Se usan para cajas de alimentos.
Nº2 Cartón blanco Con cara blanca y de cuerpo gris. Se usa mucho para cereales
de desayuno.
Blanco o blanqueado
Blanco/gris/crema, se usan para queso y otros alimentos.
Blanco sólido
Todos los pliegos son blanqueados, blanco, se usa mucho para
alimentos congelados.
--------------------------------------------------------------
Figura 2.1. Construcción de un cartón sólido
totalmente blanqueado
2.3. Plásticos o polímeros
2.3.1. Plásticos "thermosets"
Hay tres tipos de plásticos "thermoset" que son usados en la industria de empacado.
Phenolformaldehido, ureaformaldehido que son usados para las tapas de las botellas,
mientras que poliester reforzado es usado para contenedores muy grandes.
Estos materiales son muy buenos, resistentes a los productos químicos y por esa
razón son grandemente usados para tapas de botellas, son usados principalmente por
la industria química y famacéutica. El caso de poliester reforzado con fibra de
vidrio es usado para producir grandes contenedores y tanques.
2.3.2. Termoplásticos
En este tipo se encuentran muchos de los plásticos usados en la industria de
alimentos, algunos son usados desde hace mucho tiempo y son grandemente difundidos
en el empaque de mercado no por las cualidades, al contrario sus cualidades son
mejoradas grandemente, sino por los costos altos en su producción o en otros casos
porque todavía no ha sido comprobada su no-toxicidad, en contacto con el alimento.
Dentro de los plásticos o polímeros más conocidos tenemos:
2.3.2.1. Polietileno de baja densidad (LDPE)
Este es uno de los más usados en la industria del empacado. Una de las razones para
su gran difusión es su versatilidad. Puede ser convertido a partículas, botellas,
1
moldeado, tapas, formar pliegues con papel, revestido, con papel y aluminio o
película de celulosa, pueden fabricarse grandes tanques y otros tipos de
contenedores.
Su permeabilidad es baja en el caso de agua, pero en una barrera pobre de vapores
orgánicos, aceites esenciales, es permeable al oxígeno (es bastante alta) por lo
tanto, la oxidación podría ser un problema.
2.3.2.2. Polietileno de alta densidad (HDPE)
Es de mayor densidad y dureza. Se usa para producir botellas bastante rígidas, posee
las mismas propiedades que el polietileno de baja densidad.
2.3.2.3 Polipropileno (PP)
Es similar químicamente a los anteriores, pero es de mayor dureza, éste puede ser
usado para moldear partes o para producir películas. Estas pueden ser usadas para
hacer bandejas de muy buena resistencia. Tiene excelente resistencia a las grasas
y resistente a los solventes, su punto de fusión es más bajo qe el HPDE pero puede
resistir temperaturas de esterilización.
Este es usado por su alta resistencia al impacto en la fabricación de jabas de cerveza
o de bebidas gaseosas.
2.3.2.4. Ionómeros
Es la familia de los polímeros donde las fuerzas iónicas están presente en las cadenas
de los polímeros. El primer ionómero conocido comercialmente es el Surlyn, sus
propiedades son parecidas al polietileno, pero tiene mayor punto de fusión y además
es más transparente. Su naturaleza polar también ayuda a la impresión. TPX es también
otro ionómero de esta familia.
2.3.2.5. Copolímero Etileno vinilo acetato (EVA)
Este es un polímero con la flexibilidad del PVC. Es bastante permeable al vapor
de agua y gases. Este puede ser sellado térmicamente o por alta frecuencia.
2.3.2.6. Cloruro de Polivinilo (PVC)
Este material tiene buenas propiedades en el sentido de ser una buena barrera a
gases y vapores. Se pueden hacer botellas. PVC tiene una excelente resistencia
a las grasas y aceite y esto conlleva a que se use mucho en botellas para aceite
de ensalada en Francia.
2.3.2.7. Copolímero de Cloruro
Es un material que se enconge.
similares y para la envoltura de
de celulosa (CAC) es altamente
de Polivinideno (PVDC)
Es usado para envolver aves, jamones y productos
queso cuando se hace dentro de las tiendas. Acetato
claro y es una pobre barrera al vapor de agua.
LOPAC, puede ser usado para el empacado de bebidas carbonatadas.
Nylon (polyamidas). Puede soportar temperaturas de esterilización, son buenas
barreras para los olores.
Polyester. Se usa para bolsas que se utilizarán para calentar o hervir verduras
en su interior.
1
2.3.3. Materiales de los empaques flexibles para construir
y láminas
películas
Materiales de empaques flexibles proveen una solución alternativa a la distribución
de productos que no necesitan ser protegidos por roturas o aplastamientos. Su función
principal es de retener los productos, separar a ellos de su ambiente. Ellos son
usados como contenedores de líquidos, pastas, gránulos y sólidos, ejemplo, bolsas
y sacos, envoltura, o para empacar otros materiales, o encoger películas, etc. Los
empaques flexibles son usados esencialmente por máquinas de alto volumen de
producción donde el preformado y cerrado como parte de la operación de llenado.
2.3.4. Exámenes de los materiales de los empaques flexibles
Algunos de los principales exámenes se muestran en el siguiente Cuadro 2.4:
2.4. Recipientes de vidrio
2.4.1. Propiedades de los recipientes de vidrio
El vidrio como material de empaque tiene ventajas, es químicamente inerte, claridad,
rigidez, resistencia a las presiones internas y relativamente bajo costo para USA.
Su desventaja es su fragilidad y su gran peso. Podríamos considerar estas
ventajas/desventajas en más detalle.
Cuadro 2.4. Exámenes de materiales de empaques flexigles
-----------------------------------------------------------Examen
Examen
-----------------------------------------------------------Examen de masa y densidad
Gramage
Resistencia al corte
Dureza
Resistencia a la explosión
Rigidez
Resistencia al impacto
Estiramiento
Resistencia a la pintura
Fricción
Resistencia a las grasas
Espesor
Resistencia al aceite
Transmisión del vapor de agua
-----------------------------------------------------------El espesor varía de 0.1 - 0.02 mm.
2.4.2. Químicamente inerte
La capacidad de ser inerte es relativa, pero para efectos prácticos es considerado
inerte ya qye reacciona en forma muy lenta con el agua y soluciones acuosas a
temperatura ambiente. Para el caso de esterilización la reacción se puede acelerar
y extraer gran cantidad de sodio del vidrio.
El vidrio es una gran barrera total a los gases y al vapor de agua, sin embargo,
existe la posibilidad de que ingrese agua o vapor de agua por la tapa.
2.4.3. Claridad
Este es un factor importante para la venta, pero también existe que sea el vidrio
coloreado para proteger contra la luz.
2.4.4. Rigidez
En algunos casos la rigidez del vidrio es una desventaja, en algunos productos tales
como pastas o salsas de tomate, es recomendable que el envase se pueda machucar
o reducir su volumen para facilitar la salida del producto y de esta manera el empaque
1
actúa como un excelente "dispenser" (servidor).
En otros casos, la rigidez es una desventaja, esto es en función a que el producto
es fácil de manejar y también fácil de llenar y retiene su forma durante todas las
etapas del mercadeo. Uno de los puntos importantes es que mantiene su rigidez o
su forma cuando el llenado es al vacío o a altas presiones.
2.4.4. Resistencia a las altas presiones
Esta característica es particularmente importante para el envase de bebidas
carbonatadas (cerveza, gaseosas, etc.).
La forma de la botella es capaz de resistir presiones internas en la esfera, pero
es impracticable en el uso de materiales de empaque, la siguiente es la cilíndrica
y ésta desde luego es la más usada.
2.4.5. Resistencia a altas temperaturas
El vidrio puede soportar temperaturas hasta de 500C. Su mayor aplicación es donde
altas temperaturas son usadas, tal es el caso de (1) llenado en caliente, (2) cocinado
o esterilización dentro del contenedor o recipiente, (3) esterilización de
recipientes vacíos por vapor o aire caliente. Algunos otros materiales tales como
el plástico pueden algunas veces ser usados y dar algunos problemas, no por el hecho
que se derritan sino por el riesgo de la deformación.
Uno de los problemas que se pueden presentar es del choque térmico, en esto juega
un papel muy importante la forma de la botella.
2.4.6. Fragilidad
Es una de las dos mayores desventajas, ésta es muy importante durante el llenado
en maquinarias continuas de alta velocidad, durante la distribución y cuando llega
a las manos del consumidor. Durante el llenado del producto se podrían producir
roturas que traerían fatales consecuencias en el caso de que una astilla quedara
dentro del producto en un alimento que posteriormente será comercializado.
2.4.7. Alto peso, material muy pesado
Es una desventaja en la distribución, en el caso de cosméticos los compradores lo
prefieren.
2.4.8. Sellado o cerrado de contenedores de vidrio
A pesar de que el vidrio es una barrera a los gases, vapor de agua y olores, el
producto se puede deteriorar por causa de fallas en el cerrado. Las principales
cualidades que debe tener una cerradura de la botella son:
1)
2)
3)
a)
b)
c)
la
Debe prevenir la pérdida de materiales volátiles
Debe prevenir la presentación de sustancias desde el ambiente exterior.
Debe tener un buen resellado
Sello normal o cerrado normal
Sellado o cerrado a presión, esto ocurre principalmente en bebidas carbonatadas
Sellado al vacío. El cerrado al vacío tiene que dar un sellado al aire donde
presión dentro del contenedor es apreciablemente más baja que afuera (ambiente).
2.5. Material de envase a base de metal
Los principales materiales usados en el proceso de empacado son las planchas u hojas
de acero, fierro galvanizado, acero inoxidable, aleaciones de aluminio y aluminio.
El principal material para hacer tambores o barriles de metal es el acero o fierro,
láminas de fierro galvanizado con películas de depósitos de zinc también son
empleados. Para contenidos especiales, las aleaciones de aluminio y el aluminio
1
puro son usados, las planchas de acero inoxidable (normalmente en 8-18 cromadas
con níquel) son usadas para los pequeños barriles (cerveza) o barriles.
La lata u hojalata es el principal material para hacer cajas y latas.
El aluminio en folios (foil), laminado o solo, y para tubos que colapsan (cremas
de dientes).
2.5.1. Latas y cajas de hojalata
Esto es usando el fierro dulce, muchos productos requieren un recubrimiento para
prevenir el ataque al fierro el cual será una laca.
Hay tres tipos básicos de lata, definidas de acuerdo a como se ha producido el cuerpo.
Lata sin terminaciones, cerrado en una esquina y el enrollado.
El entrollado o lata enrrollada, ésta consta de un cuerpo y de una base y de una
tapa que son selladas, la rigidez de este tipo de lata es determinada por la seguridad
en sus junturas y la rigidez provenientes de las paredes que depende de la forma.
las latas enrrolladas pueden ser divididas en latas de abertura en la parte superior
y lata de línea, estos dos tipos son usados en la industria de alimentos.
Los tipos de latas usadas en la industria de alimentos se muestran en el
2.5.
Cuadro
2.6. Permeabilidad a los gases y vapores
Resumen del capítulo: Protective packaging of Food, por Karel, M. Chapter 12.
Principles of Food Science. Part II. Physical principles of Food Preservation Edit.
Fennema, M. (1975).
2.6.1. Definiciones
La protección de los alimentos de los gases y vapores que éstas presentan en el
ambiente depende de la integridad del empaque incluyendo el sellado y el cierre;
y sobre todo la permeabilidad del material del empaque en sí mismo. Los gases y
vapores pueden permearse o atravesar los materiales de los empaques por los
microscópicos poros y pequeños orificios o se podrían difundir por medio del
mecanismo molecular, conocida como difusión activa. En la difusión activa de los
gases se considera que los gases son disueltos en el material del empaque y no en
las caras de las superficies para difundirse a través del material del empaque en
virtud de la gradiente de concentración y se reevapora en la otra cara del material
de empaque. Las consideraciones de cinética y equilibrio que gobierna la
transferencia de masa que es aplicable a la deshidratación y al proceso de
liofilinización de los alimentos. Los mismos conceptos son aplicados para este caso
de transferencia de masa.
En particular, para el caso de transporte de gases en una sola dirección (desde
la atmósfera dentro del empaque) se aplica la ley de difusión como sigue (Ley de
Fick)
Cuadro 2.5. Latas
usadas en la industria de alimentos
------------------------------------------------------------Tipo de lata
Capacidad
Uso típico
Características
-------------------------------------------------------------
1
Latas de
abertura
4 oz-
Frutas, vergetales,carnes, pescado
Fácil de manejar
y llenar automáticamente.
Latas keyopening un
1/2 lb-2lb
Café, maní,
etc. granos
Después que la
llave es usada
se puede volver
a cerrar.
Latas keyopening
que no se
puede volver a
cerrar
Gran rango
de tamaños
y formas
Sardinas,
pavo, carnes procesadas
Contenido puede
ser removido con
un mínimo de daño
Latas slip
lid
Gran rango
Cocoa y
Se vuelve a cerrar
otros polen forma simple.
vos secos
----------------------------------------------------------
J = D A (-dC/dx) (1)
Donde:
J
A
D
x
C
=
=
=
=
=
es
es
es
es
es
el
el
el
la
la
flujo de gas (moles/s)
area (cm²)
coeficiente de difusión para el gas en la membrana (cm²/s)
dirección, medida en la membrana en la dirección de flujo
concentración del gas en la membrana (moles/cm3)
dC = es la gradiente de concentración o fuerza de difusión
Si D es una constante y si existe las condiciones estacionarias, entonces (como
se muestra en la Figura 12-12) se cumple que:
J = D A (C1 - C2) / x
(2)
Sin embargo, C1 y C2 son difíciles de medir dentro de la membrana. Si se aplica
la Ley de Harry entonces tenemos que:
C = S * p
Donde:
S = es la solubilidad (moles/cm3/atm)
p = es la presión parcial del gas en atm.
Entonces se puede combinar las ecuaciones (2) y (3) y obtener:
J = D S A (p1 - p2) / x
(4)
1
Fig. 2.2. Representación de la difusión activa a través
de un material de empaque (estado estacionario).
La cantidad D * S es conocida como el coeficiente de permeabilidad. Se usará el
símbolo de B para este coeficiente. La permeabilidad es definida en términos de
la expresión definida abajo:
(cantidad de gas) (espesor)
B = ------------------------------------------(área) (tiempo) (diferencia de presión)
No existe una sola forma de expresar la permeabilidad y el Cuadro 2.6 muestra las
diferentes unidades que se han encontrado en la literatura. Además de los
coeficientes de permeabilidad definidos en el Cuadro 2.6 algunos autores usan la
permeabilidad la cual no es correlacionada al espesor del material. En algunos casos
la permeabilidad es reportada en donde no se considera ni el espesor ni la diferencia
de presión, pero este valor puede ser reportado para un espesor específico, humedad
y temperatura. Tal unidad es la llamada "WVP" (permeabilidad al vapor de agua),
usada comúnmente en la terminología práctica de la tecnología de empacado y
usualmente definido como gramos de agua por 100 pulgadas cuadradas de superficie
de empaque y para una humedad relativa en un lado de aproximadamente 0% de oxígeno
y en el otro lado de 95%. En la difusión usaremos las siguientes unidades para
describir el comportamiento de la permeabilidad.
B* = (cm3) (mm) (cm²) (S-1) (cm Hg-1) 6
B = (cm3) (mil) (m-2) (días -1) (atm-1)
En cada caso cm3 se refiere al volumen en condiciones estándares de temperatura
y precisión y 1 mil = 0.001 pulg.
Las dos unidades son fácilmente convertibles por 2.58 x 1012; para convertir B*
a B, multiplicar por 2.58 x 1012. Con respecto al vapor de agua se debe usar B =
(g) (mil) (m-2) (días-1) (torr-1) y la unidad de WVP definida previamente.
Cuadro 2.6. Algunas unidades usadas para reportar
la permeabilidad
------------------------------------------------------------Cantidad de agua
Espesor
Area
Tiempo
Diferencia
de presión
------------------------------------------------------------cm (STP)
mm
cm²
s
cm Hg
moles
cm
cm²
s
cm Hg
cm3 (STP)
cm
cm²
s
cm Hg
gramos
cm
cm²
s
cm Hg
cm3 (STP)
mil
100 pulg²
24 Hr
atm
1
gramos
cm
cm²
24 Hr
atm
------------------------------------------------------------2.6.2. Medición de la permeabilidad
Hay muchos métodos para medir la permeabilidad y no es posible revisar todos los
detalles aquí. Los métodos más usados son mostrados esquemáticamente en la Figura
2.3. Es el método donde la presión se ve incrementada y una membrana es montada
entre la cámara alta y baja de la célula de permeabilidad. En el tiempo cero una
presión constante ph del gas a ser evaluado es introducido en el lado superior de
la cámara y pl (lado de baja presión) es medida como función del tiempo. Si la medición
es hecha cuando ph permanece mucho más alta que pl la caísa de presión esencialmente
permanecerá constante y el coeficiente de permeabilidad puede ser calculado como
se muestra en la Figura 2.4.
En el método del incremento de la concentración se refiere cuando los dos lados
están a la misma presión pero se mantiene la diferencia de presión haciendo pasar
un flujo continuo con el gas a examinar y manteniendo el otro lado un gas inerte
dentro del cual el gas a examinar se difunde. La Figura 2.5 muestra el arreglo
experimental para medir la permeabilidad del gas por el incremento de la
concentración usando un análisis de cromatografía de gases para el oxígeno o el
dióxido de carbono. Instrumentos más modernos permiten una continua obtención de
datos de la permeación del oxígeno usando un sensor de oxígeno.
La permeabilidad del vapor de agua usualmente es medida gravimétricamente. Por eso
se utiliza un desecante que mantiene una presión de vapor de agua muy baja si es
sellada en un recipiente de aluminio (WVP vaso).
Fig. 2.3. Principio de funcionamiento de dos métodos
de medición de la permeabilidad
1
Fig. 2.4. Cálculo de la permeabilidad por medio de la
pendiente de la curva (método de incremento de presión)
2.3.6. Permeabilidad de los materiales de empaque
El oxígeno, nitrógeno, hidrógeno, dióxido de carbono y otros gases con bajo punto
de ebullición son conocidos como gases fijos. Nosotros los agruparemos de esta manera
porque aquellos muestran un comportamiento similar al de los gases ideales con
respecto a la permeabilidad a través de algunos materiales. El Cuadro 2.7 muestra
la permeabilidad del Helio y del Oxígeno a través de algunos materiales. El espesor
de los metales y vidrios usados como materiales de empaque de alimentos tienen una
permeabilidad muy baja que se podrían considerar despreciables, por lo tanto sólo
los materiales que proviene de los polímeros (plásticos) necesitan ser considerados,
ver Cuadro 2.8
Cuadro 2.7. Permeabilidad del hidrógeno y helio
en algunos materiales
------------------------------------------------------------Material
Gas
Temperatura
Permeabilidad
C
cm3 cm cm-2 s-1 cm Hg-1
------------------------------------------------------------Cuarzo
H2
300
0.5 x 10-9
700
4.0 x 10-9
He
300
x 10-11
700
2.5 x 10-9
Vidrio
(pyrex)
He
0
4.0 x 10-12
300
4.0 x 10-10
Platino
H2
350
6.5 x 10-5
Caucho
H2
18
8.0 x 10-9
H2
60
5.0 x 10-8
-------------------------------------------------------------
Cuadro 2.8. Permeabilidad para algunos plásticos a
temperatura ambiente
------------------------------------------------------------Permeabilidad (a)
Plástico
-------------------------------------Nitrógeno
Oxígeno
CO2
------------------------------------------------------------Sarán
3
13
75
Nylon 6
25
100
400
Mylar (poliester)
90
80
260
Polietileno de
alta densidad
100
2000
10000
Polietileno de
baja densidad
3500
12000
70000
Caucho natural
20000
60000
350000
------------------------------------------------------------(a) Permeabilidad = cm3 mil m-2 dia-1 atm-1
1
La permeabilidad de algunos materiales de empaque a los gases de oxígeno, CO2 y
Nitrógeno a la temperatura ambiente.
El Cuadro 2.8 muestra algunos valores de permeabilidad al oxígeno, el Cuadro
2.9muestra los valores típicos de la relación de permeabilidad de diferentes gases.
Todos estos valores ilustran los siguientes puntos.
Cuadro 2.8. Permeabilidad del oxígeno en varios materiales
de empaque a 25 - 30C
------------------------------------------------------------Materiales
Rango de permeabilidad
cm3 mil m-2 dia-1 atm-1
------------------------------------------------------------Polietileno
6,000
15,000
Polietileno de alta densidad
1,500
3,500
Pliofilm
240
5,000 (a)
Saran
10
350
Celofán
20
5,000 (b)
Cloruro de Polivinilo
25
100
Mylar (poliester)
50
100
Acetato de celulosa
1,000
3,000 (b)
Papel recubierto con cera
100
15,000
(c)
Aluminio (en película)
0 (d)
Plásticos laminados
10
400 (e)
------------------------------------------------------------(a) depende del tipo y cantidad del plastificador.
(b) depende de la humedad
(c) depende del tipo y la cantidad de revestimiento, humedad y otros factores
(d) para muestras no dañadas
(e) principalmente para laminados de celofán-polietileno y mylar-polietileno.
Primero, para cualquier gas dado en estos cuadros existen materiales con grandes
diferencias en la permeabilidad. Así el cloruro de polivinideno (saran) es 100,000
veces menos permeable al oxígenoo que la silicona rubber.
Segundo, existe algunas cosas comunes en la transmisión de diferentes gases a través
de un mismo material. Normalmente el CO2 atravieza un material cuatro a seis veces
más rápido que el nitrógeno. Desde que el CO2 es el más grande en función al tamaño
de molécula, el coeficiente de difusión va a ser menor, y por este motivo su
coeficiente de permeabilidad, sin embargo es más alto por causa de su solubilidad
"S", en los polímeros es mucho mayor que para otros gases.
Los gases fijos también muestran los siguientes comportamientos ideales:
(a) La permeabilidad puede ser considerada independiente de la concentración y (b)
la permeabilidad cambia con la temperatura como se muestra en la siguiente relación:
B = Bo E
-(Ep/RT)
Donde:
Ep = es la energía de activación para la permeabilidad (Kcal/mol)
Bo = es una constante
El Cuadro 2.10 muestra algunos valores de Ep y la Figura 2.5 muestran como la
1
permeabilidad varía con la recíproca de la temperatura absoluta. Para algunos
materiales hay un cambio.
Cuadro 2.9. Relación de permeabilidad para varios
polímeros (unidades molares)
------------------------------------------------------------Relación de permeabilidad
Material
----------------------------H2O/O2
CO2/O2
------------------------------------------------------------Carbono de polifluoruro
10
1
Caucho (silicona)
20
6
Polipropileno
30
4
Poliestireno
100
5
Polietileno terestalato
5,000
3
Acetato de Celulosa
10,000
6
Floruro de polivinilo
15,0000
5
------------------------------------------------------------Definido en la curva de temperatura permeabilidad y por arriba de una temperatura
crítica (o rango de temperatura) el material es mucho más permeable. Tal efecto
(por ejemplo, en el acetato de polivinilo de 30C y el poliestireno alrededor de
80C) son debido a la transición del vidrio a la temperatura Tg. Debajo de la
temperatura Tg (temperatura de cristalización), el material es parecido al vidrio
y por arriba de éste es parecido al caucho.
En este punto es necesario la discusión de la morfología del polímero. Los polímeros
sólidos pueden ser cristalinos en forma amorfa, o semi-cristalinos o amorfos. En
los materiales semicristalinos parte del volumen es ocupado por el agregado de
polímeros en cadenas, "cristales". Estos cristales son considerados impermeables
a gases y vapores. En esto el volumen es ocupado por regiones amorfas, por ejemplo
cadena de polímeros en una situación sustancialmente desordenada. Obviamente estos
cambios tienen un importante efecto sobre la habilidad de las moléculas a difundirse
a través del material, especialmente para grandes moléculas.
La diferencia en la habilidad de las películas de diferentes polímeros a transmitir
gases alcanza en parte por diferencia en la cristalinidad, en parte de la diferencia
de movilidad entre diferentes tipos de cadenas de polímeros. El contenido de
cristales en los polímeros es de principal importancia en la determinación de su
permeabilidad.
Cuadro 2.10. Energía de activación aproximada
para la permeabilidad de dos gases
------------------------------------------------------------Energía de activación para gases
(Kcal/mol)
Material
----------------------------------O2
CO2
------------------------------------------------------------Saran
14
12
Mylar (poliester)
6.5
6
Polietileno de baja densidad
10
9
Caucho natural
7
5
Nylos
10
9
-------------------------------------------------------------
1
Fig. 2.5. Relación entre la permeabilidad y la
temperatura absoluta
2.6.4. Permeabilidad del vapor de agua
Cuadro 2.11. Permeabilidad de varios materiales al vapor de
agua a 100F y 95% de humedad relativa versus 0% de HR
-------------------------------------------------------------Materiales
Rango de permeabilidad
------------------------------------------------------------Celofán
20
100
Nitrocelulosa-celofán revestido
0.2
2
Saran-revestido con celofán
0.1
0.5
Polietileno
0.8
1.5
Polietileno de baja densidad
0.3
0.5
Saran
0.1
0.5
Aluminio (folil) espesor 0.00035 pulg.
0.1
1.0
Aluminio (folil) espesor 0.0014 pulg.
< 0.1
Laminados, papel plástico
< 0.1
Papel encerado
0.2
15
Papel
0.2
5.0
Mylar
0.8
1.5
Polipropileno
0.2
0.4
-------------------------------------------------------------
Cuadro 2.12. Permeabilidad de algunos materiales al vapor de
agua cuando es aplicada una alta presión en uno de los
lados (100% HR) y en otro lado varia la humedad relativa
------------------------------------------------------------H R
Materiales
----------------------------31%
56%
80%
------------------------------------------------------------Polietileno
0.18
0.19
0.17
Alcohol polivinilo
48.5
67
97
Acetato de celulosa
39
48.5
73
1
Nylon
7.3
12.1
21
------------------------------------------------------------Permeabilidad: g . mil . m-2 . día-1 . torr-1
1
Universidad Nacional Agraria La Molina
Centro de Investigación y Capacitación
en Envases y Emabalajes
Prof. Ing. Walter Francisco Salas Valerio
CAPITULO III
DETERIORO E INDICE DE DETERIORO
3.1. Introducción
En todos los problemas de empacado, la primera consideración debe caer con el producto
mismo, y el empacado de alimentos no es la excepción. La manera en la cual los
alimentos se deterioran debe ser determinada, la influencia del transporte,
almacenamiento y condiciones de venta en la velocidad en la cual el deterioro toma
lugar s4eran factores importantes a considerar. El factor causante del deterioro
de muchos alimentos puede ser dividido en deterioro biológico y deterioro abiótico.
3.2. Deterioro biológico
Este es causado por el proceso normal de añejamiento, el cual ocurre en todas las
materias vivientes, tal como vegetales, frutas y también por cambios microbiológicos
asociado con bacterias, mohos y levaduras. Este proceso de deterioro, puede ser
frecuente disminuido o demorado por un adecuado procesamiento o empacado de estos
alimentos y por un adecuado control de temperatura y humedad dentro del
almacenamiento.
3.2.1. Efectos de los cambios de temperatura.
La temperatura de almacenamiento es uno de los factores más importantes. El
deterioror biológico de frutas frescas o vegetales por su maduración no puede ser
disminuido o retardado solamente por el hecho de ser empacado el producto; el cual
muchas veces juega un rol higiénico, protección de la tierra durante el proceso
de manejo y transporte. El empaque debe permitir que el producto respire, haciendo
que se elimine el anhidrido carbónico que se produce y la humedad e incorporar el
oxígeno del medio ambiente.
El enfriamiento, sin embargo, puede retardar este proceso. Por ejemplo, si la vida
de una fruta específica es de 4 días a 20C y puede ser distribuido y consumido
entre los dos días a esta temperatura, solamente la mitad de su vida posible de
almacenamiento es usada en el proceso de mercadeo, por lo tanto, antes del proceso
de mercadeo podría ser retenida la fruta por 2 días a 20C. Sin embargo, si nosotros
disminuimos la temperatura a 10C, la vida en el almacenamiento de dos días puede
ser incrementada a 5 días, y a 2C podría ser 12, sustancialmente se incrementa
el tiempo, y esto afecta a su vez a las ventas y el consumo final.
3.2.2. Crecimiento bacteriano.
Las especies de los microorganismos que producen el deterioro de los alimentos está
en función de las condiciones del medio ambiente que la rodea, y puede ser grandemente
influenciado por el pH y el contenido de humedad del alimento. La velocidad del
crecimiento de los microorganismos responsables del deterioror depende de la
temperatura de la humedad relativa de la atmósfera y de la composición de la
atmósfera, especialmente del contenido de dióxido de carbono.
El crecimiento bacterial en los alimentos pasa a través de una sucesión de fases.
Si el número de bacterias es computada periódicamente y el resultado es ploteado
en un gráfico (Figura 3.1) (5), se obtiene una curva de crecimiento. Esta curva
puede ser dividida en fases como se muestra: (i) una fase inicial de acomodo (desde
A a B), durante la cual no hay crecimiento; (ii) una fase positiva de aceleración
del crecimiento (de B a C); (iii) una fase exponencial de crecimiento (de C a D)
en la cual la velocidad es más rápida; (iv) una fase negativa de aceleración cuando
1
la velocidad decrece (D a E); (v) una fase estacionaria máxima donde el número
permanece constante (E a F); (vi) la fase de muerte acelerada, y (vii) la fase de
muerte o declive (G a H) durante el cual el número decrece. Con muchos
microorganismos, el número no decrece a una velocidad fija de cero como se muestra
por la línea de la figura, pero se produce como se muestra en la línea punteada
algunas células permanecen por algún tiempo.
La longitud de las fases de acomodo y de la fase de aceleración positiva es muy
importante en la conservación de los alimentos. Esto puede ser alcanzado por:
(1)
(2)
La introducción de tan pocos microorganismos que producen el deterioro como
sea posible, por ejemplo, evitando la contaminación y previniendo la adición
del crecimiento de microorganismos activos tales como aquellos que crecen
en contenedores sucios, equipos y utensilios.
Haciendo que las condiciones ambientales (suministros de alimentos, humedad,
temperatura y pH) no favorezca al menos en uno de ellos.
Fig. 3.1. Curva de crecimiento microbiano.
Las Figuras 3.2 y 3.3 muestran la influencia de la temperatura sobre la multiplicación
de las bacterias que producen la putrefacción en las carnes frescas (3). En el caso
de pescado fresco también disminuyendo la temperatura de 3 a 0C se dobla la vida
de almacenamiento. La Figura 3.2 muestra la disminución de la temperatura, causando
la reducción de la pendiente de la segunda fase de crecimiento logarítmico (3)
(similares resultados son conseguidos por el almacenamiento en dióxido de carbono,
pero podía tener efectos indeseados tales como la decoloración del producto. La
utilidad del dióxido de carbono incrementa a bajas temperaturas)(Figura 3.4).
La Figura 3.4 muestra los diferentes tipos de crecimiento microbiano sólo cuando
la humedad relativa de equilibrio está por arriba de un mínimo, el cual su valor
depende del microorganismo (3). Nosotros podríamos concluir que cualquier deterioro
biológico juega un rol decisivo, la vida de almacenamiento puede ser incrementada,
por el hecho de disminuir la temperatura.
1
Fig. 3.2. Disminuyendo la temperatura de la carne
fresca se prolonga la fase latente del
crecimiento microbiano.
Fig. 3.3. Influencia de la multiplicación de las
bacterias de putrefacción sobre las carnes
frescas después de la incubación por 40 hr.
3.2.3. Deterioro de carne fresca y refrigerada
La carne fresca es una materia compleja en la cual muchos procesos biológicos tienen
lugar asociados con los tejidos vivos que todavía están activos. El período de
almacenamiento es obviamente importante, pero con los mejores medios de empacado
depende de un número de otros factores. Estos son: apariencia visible (color),
propiedades organolépticas (sabor y olor), relación de humedad y condiciones
bacteriológicas.
a)
Apariencia visible.- El más importante factor en la apariencia de la carne
es el color. Esto es particularmente verdadero para la carne pre-empacada.
El color rojo púrpura del corte de una carne fresca es debido al pigmento
conocido como mioglobina, el cual es relacionado a la hemoglobina de la
sangre. La diferencia en el color de la superficie de la carne viene de los
cambios químicos del pigmento (Figura 3.5) (4).
En la exposición al aire, una molécula de oxígeno es añadida directamente
a la porción de fierro de la mioglobina, produciendo oximioglobina, el cual
tiene un color rojo brillante. Este color es muy rápidamente formado y es
aceptado como el más deseable color de la carne en un no-empacado y
pre-empacado carne fresca cuando el color rojo de la superficie de la carne
es expuesta al aire, otra reacción ocurre y forma un pigmento marrón
(metiomiglobina), que caracteriza a las carnes añejas o viejas. La velocidad
de desarrollo de la metimioglobina depende (1) la temperatura (a más alta
la temperatura, más rápida la reacción); (2) el pH de la carne (a más alto
pH de carne más negras) y (3) acelerado por deterioro bacteriano.
1
b)
Propiedades organolépticas.- Sabor y olor de la carne es afectada grandemente
por la presencia de las bacterias. La velocidad de oxidación produciendo
rancidez en la grasa intramuscular es más alta en carne de no-rumiantes (carne
de res).
c)
Relación de humedad.- La pérdida de humedad tiene también un significado
efecto de oscurecimiento sobre el color de la superficie de la carne fresca
atribuyendo a la migración de la superficie de pigmentos que son solubles,
el cual se va concentrando después de la evaporación de la humedad. La
Fig. 3.4. Efecto de la humedad relativa de equilibrio sobre la velocidad de
crecimiento de bacterias, levaduras y mohos
pérdida de humedad es uno de los puntos más importantes asociados con el
almacenamiento y distribución de carne fresca. Pérdida de humedad puede dar como
resultado un enrojecimiento y oscurecimiento de la superficie de la carne junto
con un significativo deposición de gotas de agua en el empaque.
d)
Condiciones bacteriológicas.- Las carnes que no son empacadas y las empacadas
son igualmente perecibles y sensibles al ataque de microorganismos. La
velocidad a la cual las bacterias crecen sobre la superficie de la carne
dependerá del tipo de microorganismo, la temperatura y la naturaleza de la
atmósfera de almacenamiento bajo condiciones aeróbicas las bacterias pueden
causar:
d.1. Viscosidad sobre la superficie (la temperatura y la humedad disponible
influyen en la clase de microorganismo hallado).
d.2. Cambios en el color de los pigmentos de la carne, el color rojo puede
cambiar a manchas verdes, marrón o gris como resultado de los compuestos
oxidados.
d.3. Cambios en las grasas.- oxidación de grasas no saturadas en la carne
toma lugar químicamente en el aire, y las bacterias pueden también causar
rompimiento o acelerar la oxidación de las grasas.
d.4. Fosforescencia.- Un poco
fosforescentes o luminosas.
común,
efecto
causado
por
bacterias
d.5. Sabores y olores desagradables.- Causada como resultado del crecimiento
de bacterias sobre la superficie y a la producción de ácidos volátiles. Bajo
condicones aeróbicas, levaduras y mohos podrían crecer sobre la superficie
de la carne para causar una superficie viscosa, pegajosa, olores y sabores
desagradables y decoloración. Parte de la superficie deteriorada por
levaduras y mohos son localizadas comúnmente y pueden ser separadas sin
malograr el resto de la carne.
1
Bajo condiciones anaeróbicas el deterioro es debido a:
a)
Acidez.- Dando un olor ácido y algunas veces el sabor causado por ácidos
los cuales pueden resultar de la acción de las enzimas en la carne durante
el proceso de maduración o añejamiento anaeróbico producción de ácidos grasos
o ácido láctico por bacterias, rompimiento de las proteínas sin putrefacción.
b)
Putrefacción.- Anaeróbica descomposición de proteínas de microorganismos
con la producción de compuestos u olores indeseables.
c)
Sabores y olores desagradables por putrefacción cerca a los huesos.
2.4. Deterioro de pescado fresco y refrigerado
El empacado de pescado fresco es comprendido con dificultad debido a la naturaleza
del pescado mismo. De todos los productos frescos, el pescado es de lo más susceptible
al deterioro. Este es más rápido en perecer que la carne fresca por su rápida autolisis
por las enzimas del pescado y porque es menos ácido en su reacción, el cual favorece
el crecimiento microbiano. También el pescado es susceptible a la rancidez y a la
formación de olor debido a la producción de la trimetilamina.
a)
Rancidez.- El contenido de grasa del pescado fresco va desde 1 a 22% en algunas
especies y particularmente las especies pelágicas. La grasa del pescado es
bastante fluida y tiende a depositarse en depósitos definidos, principalmente
debajo de la piel. El aceite de pescado es insaturado y reacciona rápidamente
con el oxígeno de la atmósfera el cual resulta en un olor de rancidez
desagradable. La velocidad de reacción es reducida cuando se disminuye la
temperatura, pero la reacción puede ocurrir aún en el estado congelado. Esta
es catalizada por las enzimas del sistema dentro del pescado y trazas de
fierro o cobre actúan como pro-oxidantes. La reacción o el inicio de la
oxidación o rancidez puede ser promovido por la luz.
b)
Formación de trimetilamina (TMA).- La TMA es formada en pescado de mar y
éstos se degradan como resultado de la reducción bacterial del óxido de
trimetil amina (OTMA). La reacción envuelve la oxidación simultánea del ácido
láctico o ácido acético y dióxido de carbono.
1
Esta reacción depende del pH. Vivo o cercanamente muertos los pescados son
alcalinos, pero después de la muerte hay una rápida caída del pH cuando el
glucógeno se rompe produciendo ácido láctico. Pescado fresco y sus
constituyentes (particularmente OTMA) son buffers fuertes (el pH del pescado
empieza a envejecer), el OTMA es reducido por las bacterias a TMA, el cual
no es un buffer a este pH, por lo tanto el pH cae lentamente. Eventualmente
el ácido láctico desaparece y más material alcalino (incluyendo amonio) es
producido y el pH alcanza a 8 ó más en el pescado podrido.
c)
Condiciones bacteriológicas.- Los fluídos y carne del pescado vivo o animales
marinos son generalmente estériles, pero gran número de bacterias son halladas
en la superficie externa, escamas y agallas. La flora de la carne de los
pescados de mar son usualmente psicrófilos (soportan bajas temperaturas)
y crecen bien a 0C (32F). Cuando el pescado es dejado o descargado en el
puerto, después de 15 ó 16 días en el mar en hielo. Coliformes, incluyendo
coliforme fecal, puede normalmente ser detectada sobre el pescado, como
resultado de la contaminación de los recipientes de pescado a bordo del barco.
Pescado fresco, sin embargo, es raramente conocido como un alimento que
contiene toxinas; cuando esto ocurre, ésto se debe a una contaminación con
salmonella, sthaphylococcus y Clostridium cuelchii: se produce
esta
contaminación durante el manipuleo de las personas en la distribución.
Botulismo producido por pescado raramente ocurre. Botulismo tipo E ha sido
reportado en empaques al vacío ahumados, pescado de agua dulce en algunos
países. Algunos pescado, producen una forma de histamina (veneno) cuando
ellos se malogran o deterioran, y algunas especies tropicales pueden ser
venenosas aún cuando son frescas.
d)
Empacado al vacío.- Provee algún incremento de la vida de almacenamiento,
pero las posibles ventajas son menores que los riesgos. El empacado al vacío
da condiciones anaeróbicas y es por lo tanto inseguro para productos de pescado
con un pH sobre 4,5 o menos de 4,5% de contenido de sal en la fase acuosa.
Tales productos deben ser mantenidos a una temperatura por debajo de 4C (39F)
durante el proceso de comercialización (venta) y preferentemente
comercializados congelados.
3.3. Deterioro abiótico
Este es causado por cambios físicos y químicos en el producto, tales como la reacción
de proteínas y azúcares (reacción de oscurecimiento), reacción hidrolítica,
oxidación de las grasas (produciendo rancidez) y los cambios físicos de hinchamiento,
deshidratación, derretido, etc. Algunos de estos deterioros pueden ser prevenidos
por el empacado mismo, previos procesos preservación de los alimentos han sido
adecuadamente llevados para darle la requerida vida de almacenamiento, la
temperatura debe ser controlada.
3.3.1. Rol del agua en los alimentos
El agua es el más abundante e individual constituyente por peso en la mayoría de
los alimentos y es un constituyente importante aún en aquellos alimentos en los
cuales la proporción de agua ha sido reducido deliberadamente durante su manufactura
o procesamiento, en razón de cambiar las propiedades o ayudar a su preservación
. Este es difícilmente extraído ya que el agua influye en muchos aspectos de la
calidad de los alimentos y los alimentos son frecuentemente divididos en tres
principales categorías, de acuerdo a la proporción de agua que contiene: alimentos
secos, alimentos de contenido de humedad intermedia y alimentos húmedos.
La cantidad de agua presenta en muchos alimentos puede variar sobre un limitado
rango sin causar mucha alteración en el producto mismo. Por ejemplo, algunos panes
pueden absorver 2% más humedad que el presente cuando ellos están recientemente
1
horneados, y el consumidor no sería capaz de detectar su diferencia. Sin embargo,
un descenso de la calidad será detectada por arriba de este nivel. En muchos casos,
por tanto, nosotros definimos un contenido de humedad crítico para el producto con
un límite superior e inferior dentro del cual el producto es satisfactorio. El
principal cambio, los cuales son traídos por la ganancia de humedad (o pérdida)
pueden ser resumidos abajo como sigue:
a)
Cambios físicos. Esto incluye endurecimiento o "craking" el cual es causado
por humedecimiento y subsecuente secado de los pro-cristales; por la pérdida
de textura o perdida de "crispness" que toma lugar debido a la ganancia
de la humedad.
b)
Cambios microbiológicos. Esencialmente éstos son debido al crecimiento de
mohos o bacterias la cual puede ocurrir si el contenido de humedad del producto
alcanza por arriba de un nivel crítico.
c)
Cambios químicos. Estos sólo ocurren en presencia de humedad y son muy
reducidos o lentos en su ausencia, tales como las reacciones entre el azúcar
y las proteínas mezcladas juntas en ciertos alimentos a promovida su reacción
por enzimas. La temperatura es un factor importante, y generalmente las altas
temperaturas acelara las reacciones de este tipo.
3.2. Isotema de adsorción o curva de humedad de equilibrio
Cuando el contenido de humedad de un alimento es ploteado contra la humedad relativa
de equilibrio (HRE) o actividad de agua a temperatura constante, la curva obtenida
es la llamada curva de adsorción (Figura 3.6). Isoterma para diferentes alimentos
varía en su forma y en el contenido de agua presente a cada humedad relativa de
equilibrio. El contenido de agua de un alimento a una particular humedad es
dependiente a los constituyentes de solubilidad en el agua y a la presencia de
coloides. Cualquier material soluble en agua en un alimento reduce la presión de
vapor de agua por la disminución de la cantidad de agua libre presente. Aliementos
altos en proteínas, almidón u otro material de alto peso molecular tiene
relativamente alto contenido de humedad de equilibrio de baja humedad y este no
incrementa grandemente a altas humedades. Por otro lado los alimentos con alto
contenido de azúcar tienen bajo contenido de humedad a bajas humedades pero como
la humedad incrementa por arriba de un cierto límite los valores del contenido de
agua se incrementa rápidamente y continúa incrementado.
Muchas de las curvas de isotermas de absorción para los alimentos muestra histérisis.
Fig. 3.5. Isoterma de absorción. A. alimentos de alta
humedad. B. alimentos de humedad intermedia
C. alimentos de baja humedad (6)
1
Frecuentemente cambios producidos por la humedad toma lugar cuando el contenido
de humedad alcanza un nivel crítico. Como ya establecimos, la cantidad de agua
presente en muchos alimentos puede variar sobre un limitado rango sin ningún cambio
aparente. El agua en una cantidad dada de aire también variará, pero la capacidad
del aire para el vapor de agua es estrictamente limitada. La cantidad que puede
mantener variará con la temperatura y el aire se convierte en "saturado" con vapor
de agua donde está suficientemente presente para prevenir una presión de vapor del
agua saturada a esta temperatura. La proporción de la real cantidad de vapor de
agua a la que estaría presente el aire estuviera saturado expresado como un
porcentaje, es llamado la humedad relativa. La actividad de agua (AW) es directamente
proporcional a la presión del vapor de agua; y representa la proporción de la presión
del vapor del agua del alimento a la presión del vapor de agua del agua pura bajo
las mismas condiciones, expresadas como fracción. Así, un alimento con una AW de
0,7 tendrá una humedad relativa de equilibrio de 70%.
El agua presente en los alimentos higroscópicos (aquellos que absorben agua) también
ejercen una presión de vapor, pero esta presión no es una simle proporción a la
cantidad de agua presente, aún si la temperatura es constante. Si los alimentos
higroscópicos son colocados en un ambiente cerrado, el agua se transferirá del
alimento a la atmósfera, o viceversa, hasta que el equilibrio sea alcanzado. Si
la atmósfera es no cerrada pero tiene una no limitada capacidad, entonces el contenido
final de humedad del producto está dictado solamente por la humedad relativa de
la atmósfera. Cada contenido de agua correspondería a una dada humedad relativa
y bajo estas condiciones, ésta es conocida como humedad relativa de equilibrio (HRE).
Algunos materiales usualmente cristalinos, tienen un cambio de forma cuando ellos
ganan o pierden más que una pequeña cantidad de agua y estos cambios toman lugar
sólo a una humedad relativa específica. La Figura 3.6 muestra las curvas típicas
para azúcar, sal de mesa, un producto químico no alimento como ejemplos específicos.
El deterioro más común aquí es el desarrollo de terrones, producido por el
humedecimiento de los productos seguidos por un subsecuente secado de la superficie.
Por ejemplo, azúcar pura no absorbe agua de la atmósfera a menos que la humedad
relativa se encuentre por arriba de 85%. Por arriba de ésta, absorberá agua
continuamente y lo disolverá. La humedad relativa crítica para la sal de mesa es
de 75%, consecuentemente en climas temperados estos dos materiales pueden ser
empacados sin características de ser barrera de humedad.
En los países tropicales, sin embargo, ellos deben ser protegidos por buenos empaques
que son barrera a la humedad bien cerrados para evitar se ponga en contacto con
la humedad.
Materiales higroscópicos como harina, cereales, polvo y otros productos o
subproductos de almidón son hallados al ganar o perder humedad muy despacio y
continuamente cuando son sometidos a una atmósfera con la cual no están en equilibrio.
Todos ellos tienen una isoterma en forma de "S" o del tipo signoidea que se muestra
en la Figura 3.8. La isoterma de humedad es la más útil representación de la relación
de humedad y generalmente da toda la información necesaria para determinar el
significado del grado de protección.
1
Fig. 3.6. Isotermas de productos cristalinos
Fig. 3.7. Isoterma de adsorción para productos higroscópicos
Si se utiliza esta información teniendo en cuenta la humedad relativa en tiendas
y supermercados a una determinada temperatura tal como la de ciudades británicas,
la cual cae entre 40 y 70% nosotros podemos inmediatamente ver que previendo la
humedad crítica de los productos todos los productos caen entre los límites donde
habrá muy poco o no requerimiento de protección.
Sin embargo, en muchos productos el más alto contenido de humedad crítica está en
equilibrio por debajo de 40% HR o de un contenido de humedad crítico por encima
de 70% de HR es requerida la protección.
Se puede estimar la vida de almacenamineto de un producto si es conocida la
cantidad de agua permeada en un empaque bajo ciertas condiciones, el peso del
producto, el contenido de humedad inicial y final, y el promedio de la diferencia
de las humedades del interior al exterior del empaque. Si la vida en almacenamiento
es muy corta, un material de empaque con una mayor barrera al vapor de agua debe
ser escogida. Uno podría disponer con estas condiciones teóricas y determinar la
permisible vida en almacenamiento por un examen de almacenamiento con empaques
seleccionados y las condiciones de almacenamiento posibles, pero aún así es ventajoso
saber valores groseros en forma adelantada en razón de hacer una buena selección
del material de empaque.
Mientras que la temperatura y los cambios en el contenido de humedad son de vital
importancia que llevan al deterioro del alimento, pero no son los únicos, nosotros
podemos notar que el oxígeno, los daños físicos, pérdidas de sabor y el efecto de
la luz también pueden causar dificultades.
1
Fig. 3.8. Diferentes límites de seguridad para un alimento
A.
B.
C.
D.
Para
Para
Para
Para
autooxidación
reacciones de Maillard
cambios enzimáticos
cambios microbiológicos
1