Modelo básico para el diseño de películas plásticas para empaque de alimentos

Un modelo simplificado para el diseño de películas permite la estimación acertada de una estructura plástica monocapa o multicapa para satisfacer los requerimientos del producto a empacar. Los requerimientos del producto están definidos por la vida o el tiempo de anaquel esperado, las condiciones de almacenamiento del producto empacado (por ejemplo, temperatura exterior y humedad relativa), las isotermas de absorción de humedad y la ganancia o pérdida máxima permitida a los gases, tales como, oxígeno, nitrógeno y dióxido de carbono, antes de que se detecte un cambio de sabor, aroma, color, entre otros, en los alimentos.

Para garantizar la vida de anaquel del alimento, los requerimientos deben ser cubiertos por el empaque plástico. Esto se puede estimar midiendo los valores de permeancia máximos del empaque plástico. Los cálculos de permeancia de las diferentes películas plásticas deben estar apoyados en mediciones de OTR (velocidad de transmisión de oxígeno) y de WVTR (velocidad de transmisión de vapor de agua).

Fundamentos del modelo básico para el diseño de empaques plásticos
La vida o tiempo de anaquel de alimentos es el máximo tiempo disponible entre la producción y su uso final o consumo. Este tiempo se reduce por cambios químicos, biológicos o físicos en los alimentos. Estos cambios pueden alterar la apreciación sensorial de los alimentos por parte del consumidor, su valor nutricional o su seguridad, hasta ser potencialmente nocivos para el consumidor. Estos cambios pueden ser generados por los siguientes factores:

• Ganancia o pérdida de humedad de los alimentos como resultado de la humedad ambiental.
• Reacciones de oxidación promovidas por la ganancia de oxígeno: estas reacciones dependen de la composición del alimento y generan cambios de color, olor, sabor o textura en los alimentos.
• El crecimiento microbiano: este depende de la existencia de una población inicial, de las condiciones de humedad y presencia de oxígeno en el ambiente, de la composición del alimento y de la temperatura de almacenamiento.
• La ganancia o pérdida de aromas: esto es característico de cierto tipo de alimentos y debe ser preservado en el interior del empaque plástico. La pérdida de aroma se asocia con el envejecimiento o deterioro del producto empacado.
• La ganancia o pérdida de otros gases, p.ej., CO2: esto es importante en el caso de las atmósferas modificadas en el empaque plástico (MAP). Ciertos alimentos requieren respiración o la disolución de gases para mejorar su textura o palatabilidad.
• La migración de sustancias de bajo peso molecular desde el empaque plástico hacia el alimento: la mayoría de los plásticos poseen aditivos o fracciones de bajo peso molecular en su estructura o sustancias generadas por la degradación del polímero. Estas sustancias se mantienen por las normativas vigentes, en niveles muy bajos que no afectan la salud humana, sin embargo, en algunos casos afectan las características organolépticas de los alimentos.

El diseño de un empaque plástico apropiado para la vida de anaquel esperada de un alimento inicia con la caracterización completa del alimento y de la película plástica monocapa o multicapa. En el caso del alimento es importante conocer su isoterma de absorción de humedad, Figura 1, la humedad crítica que pueda generar cambios físicoquímicos o microbiológicos indeseables, la ganancia máxima de oxígeno que pueda promover oxidación o deterioro del alimento y los niveles mínimos de concentración de otros gases o aromas para mantener el producto con la textura y palatabilidad requeridos.

Algunas ganancias máximas de oxígeno para algunos alimentos y bebidas reportados en la literatura se presentan en la Tabla 1

La caracterización de las películas plásticas monocapa o multicapa (coextruídas o laminadas) requiere al menos la evaluación de la permeancia al oxígeno y al vapor de agua. Las mediciones de WVTR y OTR son necesarias y estas se realizan siguiendo los estándares internacionales, tales como ASTM, ISO, DIN, entre otros.

La Figura 2 muestra una gráfica típica de transmisión de oxígeno (OTR) a través de una película plástica en función del tiempo. En este caso particular se trata de una película multicapa de 66 µm de espesor y de 50 cm2 de área. El método seguido para esta medición fue acorde con el estándar ASTM D3985. En la gráfica se puede observar el valor de OTR obtenido para esta película, resultante de la asíntota horizontal. Esta última se debe lograr para garantizar la exactitud del resultado de OTR. El valor medido equivale a una permeancia de 3.547 cm³ - mil/(m² - día) haciendo la conversión de unidades respectiva, [1]. Existen varios sistemas de unidades para presentar la permeancia, en sistema internacional, sistema inglés y otros particulares.

Un equipo para la medición de la velocidad de transmisión de oxígeno (OTR) para películas plásticas planas y algunos tipos de empaques terminados permite medir también los efectos de la temperatura y la humedad relativa en la barrera al oxígeno del empaque plástico. La alta barrera implica la baja permeancia del gas a través de la película y la baja barrera o respirabilidad implica la alta permeancia del gas.

La Tabla 2 presenta resultados experimentales para permeancia al oxígeno de películas plásticas de alta barrera con estructuras que contienen EVOH (Etilen-Vinil-Alcohol). Es importante anotar que estos valores dependen del espesor total de la película y del espesor de cada una de las capas.
La permeancia total de un gas a través de una película plástica multicapa se puede calcular con base en las capas individuales con la expresión **B2BIMGEMB**1**

En donde cada término es:
P: Permeancia total de la película plástica multicapa
P1, P2, ... Pn: Permeancia medida de cada una de las capas en la estructura de la película multicapa
x: Espesor total de la película plástica multicapa
x1, x2, ... xn: Espesores medidos de cada una de las capas en la estructura de la película multicapa

La permeancia máxima permitida de un gas (A) para un alimento para garantizar una determinada vida de anaquel se puede estimar con la expresión: **B2BIMGEMB**2**, en donde cada término es:

P: Permeancia total máxima de la película plástica multicapa
x: Espesor total de la película plástica multicapa
GA: Valor de ganancia máxima de un gas (A) para un alimento
Wprod: Peso del producto
As: Área superficial
pA1, pA2: Presiones parciales del gas o permeante (A) inicial y final
rA: Densidad del gas o permeante (A)
q: Vida de anaquel del alimento

Finalmente, el criterio para el buen diseño de la película plástica de empaque para un alimento específico será que la permeancia total del gas o permeante a través de la película sea menor que la permeancia máxima permitida del gas para el alimento. **B2BIMGEMB**3**

Conclusiones
Para el buen diseño o evaluación de películas plásticas de empaque para alimentos, es fundamental la medición de las permeancias, tanto de las películas plásticas monocapa o multicapa, como las permeancias máximas permitidas del alimento a los gases y/o al vapor de agua. Estas mediciones deben realizarse siguiendo estándares internacionales para garantizar su reproducibilidad. Los valores exactos de permeancias para estructuras de películas plásticas específicas son difíciles de encontrar en la literatura o incluso inexistentes. Por esto se recomienda la medición. En el caso de los alimentos, también es difícil de encontrar en la literatura las isotermas de absorción de humedad y las ganancias o pérdidas máximas permitidas de un gas para determinado alimento. En este caso también se sugiere la medición y la evaluación por paneles sensoriales.n