CAPITULO 3 INGENIERÍA DE EMPAQUE

Introducción ENVASE Proteger (ambiente exterior) Facilitar el manejo Estrategia mercadotecnia Brindar información al consumidor

FACTORES - CONSERVACIÓN Presencia de oxígeno Humedad Transmisión de luz Daño mecánico Interacción en el envase

PRESENCIA DE OXÍGENO Reacciones de oxidación cambios indeseables. Rancidez oxidativa (peroxidación de las grasas) La velocidad de oxidación del producto varía con la concentración de oxígeno, tipo de reacción, tipo de producto, temperatura y presencia de luz.

HUMEDAD Alimentos deshidratados Absorber humedad (pérdida de calidad, desarrollo de microorganismos y reacciones químicas)

Transmisión de luz Exposición prolongada de productos deshidratados a la luz Reacciones indeseables: Destrucción de vitaminas (fotosensibles) Degradación de pigmentos (perdida de color o pardeamiento) Luz catalizador de reacciones de oxidación.

Daño Mecánico Alimentos deshidratados Frágiles Golpes impactos durante el almacenamiento Apilamiento de producto

Interacción con el envase Vida de almacenamiento larga Disolución del componente del envase en el alimento Toxicológicos Deterioro de nutrientes Transferencia de sabores y olores raros al producto.

Leyes que rigen la difusión gaseosa: Ley de Fick –Ley de Henry

Difusión de vapor de agua Empaque plástico de un alimento membrana semipermeable al vapor de agua. Membrana: Separar el alimento del ambiente o entorno del producto que está adentro.

DIFUSIÓN Fenómeno de transporte dado por el movimiento de las moléculas.

GRADIENTE DE CONCENTRACION EN UN FILM P1 El gradiente se produce por el flujo de moléculas de un lado a otro. C2 P2 X

LEY DE FICK Cuando en un sistema termodinámico multicomponente hay un gradiente de concentraciones, se origina un flujo irreversible de materia, desde las altas concentraciones a las bajas. A este flujo se le llama difusión. La difusión tiende a devolver al sistema a su estado de equilibrio, de concentración constante.

LEY DE FICK Para el caso de transporte de gases en una sola dirección (desde la atmósfera dentro del empaque): Donde: J: Flujo del gas (mol/s) D: Coeficiente de difusión para el gas en la membrana (cm2/s) A: Area (cm2) c: Concentración en la membrana (mol/cm3) x: Distancia en la membrana medida en dirección al flujo (cm) Difusión es contraria a gradiente de concentración: va desde elevada concentración a baja concentración.

Para un estado estacionario a flujo constante: c1<c2

IMPORTANTE Si c1 y c2 son difíciles de determinar. LEY DE HENRY

LEY DE HENRY La concentración en cualquier punto de la membrana está relacionada con la presión y la solubilidad: Donde: C : Concentración S: Coeficiente de solubilidad (mol/cm3/atm) p: Presión parcial del gas (atm) C1-C2=S(P1-P2)

Si se combinan las ecuaciones:

D.S. Coeficiente de permeabilidad B

(cantidad de gas) (espesor) B = ------------------------------------------- (área) (tiempo) (diferencia de presión)

LEY DE LA VELOCIDAD DE TRANSMISIÓN DE VAPOR DE AGUA Ecuación que relaciona el flujo de masa con la ecuación que expresa la difusividad en función de la concentración de los gases expresados en base a sus presiones parciales.

Constante de permeabilidad

MEDICIÓN DE LA PERMEABILIDAD DE MATERIALES DE EMPAQUES

MÉTODO GRAVIMÉTRICO Es el más utilizado Desecante Baja presión de vapor (0) y baja humedad relativa (0). El desecante se coloca en una copa de acero la cual es sellada con el material de empaque a estudiar. La copa se coloca dentro de una cámara con condiciones controladas de: Temperatura 37,7°C Humedad relativa 90%

La permeabilidad se puede determinar a partir de la razón de aumento de peso debida al agua absorbida por el desecante. Se pesa secuencialmente por un lapso de 10 a 12 días y se analiza gráficamente la ganancia de humedad en función del tiempo.

Wax seal: Sello de cera

Despejo Coeficiente de permeabilidad W Desparece p1 ya que al ser un producto seco la presión interior va a ser 0 Despejo Coeficiente de permeabilidad Θ

CONSIDERACIONES PARA DETERMINAR LA PERMEABILIDAD En el caso de que el empaque sea una funda rectangular se un tamaño determinado: Área total de transferencia de vapor de agua es igual a: AT: 2Area de la funda

Si un empaque está hecho de varios films se suma el efecto de las membranas o materiales del empaque. La constante de permeabilidad será total es decir equivalente a la sumatoria de las constantes de permeabilidad de cada capa.

VALORES TÍPICOS DE PERMEABILIDAD

MATERIAL Celofán lacado 0,18-0,34 Celfán laminado 0,18-0,32 Acetato de celulosa 4,52 Nylon Polyesteres 0,34 Polietileno (baja densidad) 0,4 Polietileno (densidad media) 0,18 0,34 Polietileno (alta densidad) 0,11 – 0,23 Polipropileno 0,18 – 0,23 Poliestireno 2,3 Papel de aluminio 0,0023

PREDICCIÓN DE LOS REQUISITOS DE EMPAQUE

GANANCIA DE HUMEDAD POR LOS ALIMENTOS

Humedad Crítica Absorción de humedad por encima de un nivel donde causa una baja significativa de la calidad. El producto se convierte inaceptable microbiológicamente, sensorialmente

Cómo determino la Humedad Crítica? Análisis Sensorial Análisis Microbiológico

Para este análisis se parte de la ley de velocidad de transmisión de vapor de agua expresada: Donde: p1: Presión de vapor de agua en el ambiente circundante p2: Presión de vapor de agua dentro del empaque

p1 p2

SUPOSICIONES El empaque es una barrera semipermeable y esta constituye la principal resistencia a la transferencia de masa. Una vez que ha sido atravesada por una molécula de agua, la difusión es rápida en el producto que se encuentra en el interior.

Los isotermas pueden ser representados en una ecuación lineal. m=baw+a

La temperatura y humedad relativa del ambiente permanecen constantes, no varían en función del tiempo

DESARROLLO DEL MODELO Recordando: Donde: : Presión de vapor del agua del alimento a una temperatura dada. : Presión de vapor del agua pura a la misma temperatura.

Reemplazando aw: Despejando P: m=baw+a

Donde: Pext: Presión exterior me: humedad en base seca del entorno

Donde: : Presión de vapor de agua en el alimento m: Humedad en base seca del alimento

Donde: Recordando:

Reemplazando en la fórmula: Dividiendo ambos lados de la ecuación para el peso de sólidos secos:

Integrando la ecuación:

A medida que transcurre el tiempo, el producto gana humedad. HUMEDAD CRÍTICA: Punto donde se inicia el deterioro, y el alimento deja de ser aceptable. Humedad inicial Tiempo de vida útil Humedad de equilibrio Humedad crítica

PÉRDIDA DE HUMEDAD En el caso de alimentos húmedos los cuales no deben perder humedad, el sentido de flujo es desde el alimento hacia el entorno: