Uma análise do potencial de redução de custos associado às embalagens plásticas para alimentos

As embalagens de plástico para gêneros alimentícios precisam apresentar custos aceitáveis para a indústria e também garantir a proteção efetiva de seu conteúdo. Os resultados de um estudo de mercado mostraram quais fatores de influência são significativos nesta aplicação.


D. Gibis, S. Sängerlaub e K. Müller

Data: 25/05/2017

Edição: PI Março 2017 -Ano - 19 No 224

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Os alimentos se mantêm frescos durante períodos mais longos de tempo quando se usa o embalamento sob atmosfera modificada (figuras fornecidas pelo Instituto Fraunhofer para Engenharia de Processos e Embalagens – IVV)

Os sistemas de embalamento sob atmosfera modificada já se consagram na indústria de gêneros alimentícios (ver figura ao lado). Essas embalagens podem ser fornecidas em dois componentes (base e cobertura/tampa) ou na forma de sacos. Uma função-chave de uma embalagem é evitar a difusão indesejada de gases. Uma vez ocorrido o acondicionamento sob atmosfera modificada, é necessário que ela seja mantida no interior da embalagem. Para produtos que são sensíveis ao oxigênio, trabalha-se no sentido de reduzir a difusão de oxigênio para o interior da embalagem. Contudo, no caso de produtos que respiram como, por exemplo, saladas frescas, maiores níveis de permeabilidade do oxigênio constituem um requisito a ser satisfeito pela embalagem. A vida de prateleira de um produto pode ser ajustada conforme necessário por meio da seleção de um sistema adequado que apresente nível definido de permeabilidade a gases.

Pressões econômicas na indústria de gêneros alimentícios fazem com que as embalagens devam ser concebidas usando o princípio de “tão pouco quanto for possível, mas tanto quanto for necessário”. O objetivo de um estudo de mercado intitulado “Triagem de Embalagens sob Atmosfera Modificada” foi analisar e avaliar os sistemas deste tipo de embalagem usados pelo setor varejista e identificar reduções de custo potenciais (1-3).

Produtos alimentícios embalados foram comprados aleatoriamente em lojas e analisados no Instituto Fraunhofer para Engenharia de Processos e Embalagens (FraunhoferInstitut für Verfahrenstechnik und Verpackung, IVV), sediado em Freising, Alemanha(4). A composição do gás (oxigênio, gás carbônico, nitrogênio) presente no espaço vazio dentro da embalagem, acima do alimento, foi determinada usando um analisador de gases (modelo Checkmate II, fabricado pela PBI Dansensor Deutschland GmbH) até a última data recomendada para consumo do alimento.

Os polímeros na embalagem foram caracterizados usando calorimetria diferencial de varredura (DSC) e espectroscopia por infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) nos modos de transmissão e reflexão. A espessura e a estrutura de camadas dos filmes com múltiplas camadas foram quantificadas por meio de microscopia óptica(5). A permeabilidade ao oxigênio foi mensurada usando o método do gás portador, de acordo com a norma técnica DIN 53.380, parte 3, sob 50% de umidade relativa do ar e a 23 °C(6).

Composição do gás no interior da embalagem em função do produto nela contido

Fig. 1 – Micrografias ópticas de seções cortadas no micrótomofilme plástico (à direita) usado para embalar fatiasda base (à esquerda) e tampa feita com finas de carne de porco(4).

Conforme já era esperado, a composição do gás no interior da embalagem variou de acordo com o produto nela acondicionado (tabela 1)(4). Foram detectadas baixas concentrações de oxigênio no caso de produtos à base de massas, assados, salsichas, peixe, queijos, petiscos e refeições prontas para consumo. Esses produtos precisam ser protegidos da oxidação e também inibir o crescimento de micro-organismos aeróbicos, empregando sistemas de embalamento sob atmosfera modificada que usam misturas de nitrogênio/dióxido de carbono ou nitrogênio. A concentração de oxigênio nas embalagens usadas para castanhas de caju, batatas fritas, lasanha e baguetes com manteiga contendo ervas aromáticas foi relativamente alta. As possíveis razões para esse fato são a presença de oxigênio residual após o processo de embalamento ou uso de embalagem com permeabilidade ao oxigênio muito alta. Foi aferida uma concentração muito alta de oxigênio (aproximadamente 75% em volume) nas embalagens para carne fresca. Neste sistema de embalagem o oxigênio estabiliza a oximioglobina, o pigmento responsável pela cor vermelha da carne.

A concentração de dióxido de carbono na embalagem variou de grupo de produto a grupo de produto. O efeito bacteriostático do dióxido de carbono inibiu o crescimento microbiano. Foram medidas concentrações de dióxido de carbono de 15 a 25% em volume no caso de salsichas. Alimentos assados apresentaram concentrações de carbono muito mais altas (superiores a 50% em volume), porque aqui há um risco elevado de crescimento de fungos. Não foi detectado dióxido de carbono no espaço vazio de embalagens usadas para acondicionar castanhas de caju e batatas fritas. Uma vez que se trata de produtos secos com baixo teor de água em equilíbrio, eles estão menos sujeitos a crescimento microbiano e, por esse motivo, a presença de dióxido de carbono é desnecessária.

Diferentes níveis de permeabilidade ao oxigênio

Fig. 2 – Micrografias ópticas de seções cortadas nocom filme plásticomicrótomo da base (à esquerda) e da tampa feita (à direita) usado para embalar presunto cozido(4)

O estudo manteve seu foco especialmente na permeabilidade do oxigênio dos materiais usados nas embalagens. No caso dos sistemas de embalagens com dois componentes foi dada especial atenção às diferenças de permeabilidade ao oxigênio entre as duas partes. Os resultados estão organizados na tabela 2(4).

Conforme já era esperado, a permeabilidade ao oxigênio do material usado nos sistemas de embalamento sob atmosfera modificada foi baixa. A única exceção constatada foi no caso da embalagem usada para frutas e vegetais. Aqui se faz necessária alta permeabilidade ao oxigênio. A clara diferença existente entre os valores de permeabilidade ao oxigênio entre as duas partes dos sistemas de embalagens de dois componentes foi inesperada. Em alguns casos a permeabilidade ao oxigênio da base foi de uma a duas ordens de magnitude maior do que a das tampas. As diferenças se tornaram menores sob condições reais, quando se usou EVOH (copolímero de etileno vinil álcool) como polímero de barreira na tampa. Sob níveis relativamente altos de umidade, como ocorre, por exemplo, nas embalagens contendo produtos úmidos, o EVOH aumentou a resistência à permeabilidade do oxigênio. Esta propriedade foi medida sob umidade relativa igual a 50%, ou seja, um menor nível de umidade relativa que seria encontrado numa aplicação real. Ainda assim, pode-se concluir, a partir dos resultados obtidos, que as permeabilidades ao oxigênio dos dois componentes da embalagem frequentemente diferem amplamente entre si. Esta constatação pode ser interpretada de duas maneiras:

Estrutura das camadas e materiais

Fig. 3 – Composição dos gases no interior de embalagens, contendo carne fresca, em função do tempo (temperatura de armazenamento: 5 °C)(4)

Para avaliar o potencial para otimização da embalagem é necessário conhecer a estrutura de camadas laminadas e os polímeros que as constituem (tabela 2)(4). As camadas individuais possuem espessura entre 3 e 275 mícrons.

O polímero de barreira EVOH possui baixa permeabilidade ao oxigênio e é frequentemente usado em sistemas de embalamento sob atmosfera modificada para produtos sensíveis ao oxigênio e carnes frescas. O polietileno (PE) e polipropileno (PP) são usados como camadas selantes devido a suas boas características de vedação. O poli(tereftalato de etileno) (PET) e poliamida (PA) aumentam a resistência mecânica e a estabilidade da embalagem. Isto também proporciona uma barreira média ao oxigênio.

A figura 1 mostra a estrutura de camadas de uma típica embalagem para carnes (mais especificamente, carne de porco em fatias finas). A região exterior da embalagem é constituída por um filme espesso de PP (257 mícrons). A alta permeabilidade ao oxigênio do PP aqui empregado explica a alta permeabilidade ao oxigênio dessa região exterior, igual a 8,5 cm3 de oxigênio (sob condições normais de temperatura e pressão – CNTP) (embalagem/dia/ bar)-1 (tabela 2). A tampa é constituída por um laminado com cinco camadas, incluindo uma camada integrada de barreira (EVOH). Em comparação com a base, a tampa possui permeabilidade ao oxigênio muito menor, igual a 0,1 cm3 de oxigênio (CNTP) (embalagem/dia/ bar)-1.

A figura 2 mostra a estrutura das camadas de uma embalagem para presunto cozido. A permeabilidade ao oxigênio da base (12,5 cm3 de oxigênio (CNTP) (embalagem/dia/bar)-1 é consideravelmente mais alta do que a da tampa: 0,2 cm3 de oxigênio (CNTP) (embalagem/dia/bar)-1. Nem a calorimetria diferencial de varredura ou infravermelho detectaram o polímero de barreira EVOH. A tampa do filme não era nem metalizada e nem possuía uma camada de alumínio. Portanto, assume-se que a barreira ao oxigênio se deve a uma camada de óxido de silício depositada sob vácuo e que este filme foi colaminado sobre um filme de PE. Nenhuma camada de óxido de silício depositada sob vácuo pôde ser detectada pela calorimetria diferencial de varredura ou infravermelho. De maneira similar, suspeitou-se de sua presença nas embalagens para tortellini (sacos), baguetes (cobertura), fatias de queijo (tampa) e bandejas de salada (tampas). As camadas de óxido de silício depositadas sob vácuo podem ser detectadas por microscopia eletrônica. Contudo, tais análises não foram efetuadas como parte deste estudo.

Potencial para otimização

As medidas de permeabilidade ao oxigênio mostraram que as bases frequentemente apresentam maiores valores dessa propriedade do que as coberturas constituídas por filmes plásticos. Se a qualidade de um produto alimentar é constatada no momento em que ele é consumido, pode-se concluir que parte da embalagem (a cobertura feita com filme plástico) está superdimensionada. Dessa forma há uma oportunidade para reduzir a espessura da camada do polímero de barreira EVOH ou usar um material alternativo para o filme – por exemplo, PET. Isto frequentemente permite a redução de custos. Quando se constatar que a qualidade de um produto alimentar não é boa no momento em que ele for consumido, então o problema deve ser a alta permeabilidade ao oxigênio da base da embalagem. Ela deve ser substituída por uma base que apresente menor permeabilidade ao oxigênio.

É interessante monitorar a composição do gás no interior da embalagem em função do tempo. A figura 3 mostra o perfil ao longo do tempo da composição do gás existente no interior de uma embalagem para carnes frescas(4). A composição do gás dificilmente se altera dentro do período de tempo em que o produto se encontra adequado para o consumo. Um fator a ser considerado é o fato de os produtos geralmente serem manipulados e consumidos imediatamente ou depois de poucos dias após terem sido embalados. Portanto, não há necessidade da embalagem apresentar um valor muito baixo de permeabilidade ao oxigênio. Este resultado confirma a suposição de que as coberturas se encontram superdimensionadas em relação a suas características de barreira contra o oxigênio.

Fig. 4 – Composição dos gases no interior de embalagens, contendo batata frita, em função do tempo (temperatura de armazenamento: 23°C)(4)

A situação é diferente para batatas fritas, porque neste caso a concentração de oxigênio aumenta continuamente e a concentração de nitrogênio vai caindo ao longo do período de validade do produto (figura 4). Portanto, este alimento é sujeito à deterioração oxidativa. Um período de validade de várias semanas prolonga a exposição ao oxigênio e eleva o risco de deterioração oxidativa. Neste caso uma embalagem com melhores características de barreira ao oxigênio seria benéfica. Contudo, a sensibilidade do produto ao oxigênio precisa ser conhecida para que se possa fazer afirmações válidas e confiáveis sobre a adequabilidade do material usado na embalagem.





Análise e seleção do material

Ao otimizar as embalagens é aconselhável primeiramente mensurar sua permeabilidade (situação atual). A permeabilidade a gases das coberturas e bases pode ser medida no Instituto Fraunhofer para Engenharia de Processos e Embalagens (IVV) sob condições realistas. Em particular, é necessário controlar a umidade relativa durante as medições quando se usa EVOH. No caso de produtos úmidos os níveis de umidade podem alcançar quase 100%. Além disso, é necessário medir a permeabilidade a gases de todo o sistema de embalagem. Esse valor deve ser comparado à soma das permeabilidades a gases dos componentes individuais para identificar quaisquer possíveis problemas de vedação. Para identificar outros pontos fracos também é recomendável efetuar testes de armazenamento com embalagens reais e, simultaneamente, monitorar a composição do gás no espaço vazio no interior da embalagem.

Para selecionar um material adequado para a embalagem é recomendável efetuar testes de armazenamento com materiais que apresentam diferentes valores de permeabilidade ao oxigênio. Se o orçamento assim o permitir, também é recomendado medir a sensibilidade do alimento à deterioração oxidativa. Esta estratégia permite um projeto e dimensionamento efetivo do sistema de embalagem. Um fatorchave para a otimização é o período de tempo decorrido entre a produção do alimento embalado e seu consumo. Uma regra prática geral afirma que a permeabilidade a gases deve ser maior se o período de validade do produto for curto ou se o produto for rapidamente consumido.

Referências bibliográficas

A lista de referências bibliográficas deste artigo pode ser encontrada no seguinte endereço da internet: www.kunststoffe-international.com/ 1074775.