Materiales para envases alimentarios

La cátedra de Bromatología está a cargo de la asignatura Materiales para envases alimentarios (MPEA), la cual es electiva para la Licenciatura en Ciencia y Tecnología de Alimentos (LCTA). La misma se dicta de marzo a junio de cada año. El dictado se rige de acuerdo con el calendario académico de la Facultad de Farmacia y Bioquímica.

Profesores:

Mag. Ing. Alejandro Ariosti

Dr. Néstor Pellegrino

1. FUNCIONES Y OBJETIVOS DEL ENVASE ALIMENTARIO
Funciones y objetivos.
Envase primario, envase secundario o embalaje.
Evidencia de apertura (tamper-evidence).

2. ENVASES PLASTICOS
2.1 Materiales plásticos: monómeros, oligómeros, polímeros, copolímeros, aditivos (importancia y funciones). Resina base y componentes no poliméricos.
Polímeros de adición y de condensación.
Polímeros lineales y ramificados.
Peso molecular promedio y distribución de peso molecular.
Cristalinidad: plásticos semicristalinos y amorfos. Ejemplos.
Polímeros termoplásticos y termorrígidos. Cauchos. Termoplásticos elastoméricos.
Transiciones térmicas: temperatura de transición vítrea, temperatura de fusión.
Estructura molecular y ejemplos de plásticos usados en envasado de alimentos.

2.2 Bioplásticos: definición; plásticos biodegradables y compostables de origen natural y de origen petroquímico; plásticos biobasados (a partir de recursos naturales renovables) no biodegradables ni compostables; certificación de compostabilidad; certificación de uso de materiales biobasados; normas y logos.

2.3 Permeabilidad.
Revisión del concepto de permeabilidad (a gases, aromas y vapor de agua) en envases plásticos, su importancia en el deterioro de alimentos, factores que influyen en ella. Mecanismos de los intercambios gaseosos entre medio ambiente, envase plástico y alimento: permeabilidad difusiva y leakage (convectivo).
Materiales de barrera. Tecnologías para aumentar la barrera de estructuras para envases de alimentos. Materiales compuestos (composites) y nanomateriales (nanocomposites) aplicados en envasases de alimentos para aumentar la barrera, y como envases activos.
Unidades. Uso de tablas de permeabilidad para preselección de materiales.
Métodos de ensayo: permeabilidad a gases y al vapor de agua.
2.4 Transformación (conversión) de materiales plásticos.
Tecnologías: extrusión plana y tubular, extrusión soplado de cuerpos huecos, inyección, termoformado.
Combinación de materiales plásticos: coextrusión, coinyección, recubrimientos superficiales (metalización, óxido de silicio, óxido de aluminio, etc.), laminación en seco. Tipos de adhesivos de coextrusión y de laminación.
Plásticos termocontraíbles y stretch (extensibles). Etiquetas plásticas.
Envasado convencional de alimentos. Máquinas form-fill-seal y thermoform-fill-seal. Cierres y selladuras: distintos sistemas.

2.5 Aptitud sanitaria de envases plásticos.
Requisitos: listas positivas, migración total, migración específica, límites de composición, invariabilidad de caracteres sensoriales.
Evaluación de aptitud sanitaria: exigencias del Código Alimentario Argentino y de la Legislación MERCOSUR.
Listas positivas. Ensayos toxicológicos.

2.6 Migración
Factores que influyen en la migración. Ejemplos.
Mecanismo difusivo de la migración.
Definición de migración total y de migración específica.
Límites de migración total. Unidades.
Cálculo de migración potencial.
Concepto de barrera funcional en estructuras plásticas multicapa.
Migración de sustancias no agregadas intencionalmente (non-intentionally added substances (NIAS) a los materiales plásticos.
Sorción y desorción en envases plásticos.
Envases plásticos retornables.
Envases plásticos reciclados de grado alimentario: validación de tecnologías de descontaminación, situación legislativa en el MERCOSUR.

2.7 Invariabilidad de caracteres sensoriales de alimentos envasados en materiales plásticos.
Problemática general. Normas ISO e IRAM para el estudio de problemas sensoriales debidos a migración de componentes de los envases a los alimentos (taints). Casos especiales: estireno, solventes residuales, acetaldehído, residuos de tintas de impresión. Técnicas de análisis: instrumentales (GC, GC-MS), paneles sensoriales, combinadas (olfatometría) (GC-O-MS).

2.8 Tecnologías de envasado de alimentos.
Panorama general del uso de materiales plásticos y sus combinaciones en envasado aséptico (envases tipo Tetrabrik, botellas plásticas coextrudadas, sistemas bag-in-box); envases plásticos esterilizables (sachets flexibles, bandejas plásticas, envases tipo Tetrarecart); envases con atmósfera modificada activa (MAP), y pasiva o de equilibrio (EMAP); envases termocontraíbles para vacío, cook-in, y cocción sous-vide; envases y contenedores para horno de microondas; envases y contenedores duales para horno convencional y de microondas; envases para alimentos irradiados; envases activos o reactivos; envases inteligentes.

3. ENVASES METALICOS

3.1 Envases metálicos.
Generalidades.
Principales aplicaciones.

3.2 Hojalata.
Ventajas y desventajas.
Selección del tipo de hojalata.
Características de la hojalata.
Fabricación de la hojalata.
Barnices: principales tipos y aplicaciones. Justificación de su uso.
Compuestos de cierre.
Tipos de envases: de tres piezas (por soldadura eléctrica, por soldadura por aporte de estaño, cementados); de dos piezas (embutidos, embutidos y estirados, por impacto (aerosoles).
Secuencia de fabricación de los distintos tipos de envases metálicos: cuerpos, tapas, fondos, sistemas de fácil apertura (easy-opening), cierre lateral.
Soldadura por aporte de estaño: características, requisitos sanitarios.
Remachado.
Fenómeno de corrosión galvánica interna. Corrosión externa.

3.3 Chapa cromada (TFS).
Ventajas y desventajas. Aplicaciones.
Interacción de la TFS con los alimentos. Migración de cromo.

3.4 Envases de aluminio.
Aplicaciones. Aleaciones de aluminio.
Foil de aluminio, laminados; controles.
Envases semirrígidos de aluminio (bandejas).
Envases rígidos de aluminio: ventajas; fabricación.
Tipos de envases rígidos: cementados, embutidos, embutidos y estirados, por impacto (aerosoles), tubos colapsibles.
Uso de barnices: ejemplos.
Interacción envase de aluminio-alimento: corrosión. Migración de aluminio.

3.5 Recipientes de acero inoxidable.
Características del acero inoxidable.
Interacción del acero inoxidable y los alimentos: corrosión.

4. ENVASES DE VIDRIO Y CERAMICA
Ventajas y desventajas de envases de vidrio.
Definición de vidrios.
Propiedades de los vidrios: resistencia a la presión interna, resistencia al shock térmico, coeficiente de dilatación.
Distintos tipos de vidrios: sódico-cálcicos, borosilicato, cristales.
Composición: materias primas, funciones. Estructura del vidrio.
Vidrios de color: justificación de su uso. Fabricación. Gráficos de transmisión de luz y radiación U.V.
Curvas de viscosidad vs. temperatura: puntos de trabajo, de ablandamiento, de recocido y de tensiones.
Esquema de fabricación de botellas y frascos de vidrio.
Procesos: soplado y soplado (blow and blow), prensado y soplado (press and blow), NNPB (narrow neck press and blow) para la fabricación de botellas livianas.
Aplicaciones.
Botellas retornables y de un único uso.
Interacción de distintos tipos de vidrio y de cerámicas con los alimentos: lixiviación.
Cerámica esmaltada: aplicaciones. Migración específica de plomo y de cadmio.

5. MATERIALES CELULOSICOS

5.1 Papeles, cartulinas y cartones.
Definición de papeles, cartulinas y cartones.
Características de los envases de papel, cartulina y cartón.
La madera: composición.
Diferencias entre maderas de coníferas y de latifoliadas.
Celulosa, hemicelulosa y lignina.
Clasificación de papeles, cartulinas y cartones por gramaje y espesor.
Fabricación de papeles, cartulinas y cartones: etapas, equipos, productos obtenidos.
Pastas mecánicas, químicas y semiquímicas. Aplicaciones.
Pastas químicas: proceso Kraft y al sulfito.
Máquinas de fabricación de papel: planas o Fourdrinier y de tambor. Máquinas combinadas.
Principales tipos y estructuras de papeles, cartulinas y cartones.
Clasificación de cartulinas y cartones según sus capas (materiales simples, combinados y empastados), y según su tratamiento superficial (encolados y encapados).
Ejemplos especiales de envases: envases tipo Tetrabrik, vasos de papel, bag-in-box, envases compuestos (composites).
Ensayos más usuales sobre papeles, cartulinas y cartones: relativos a la presentación o aspecto, a la impresión y a la construcción del envase.
Interacción de papeles, cartulinas y cartones con los alimentos: extracción de componentes.

5.2 Cartón corrugado.
Aplicaciones en embalajes (cajas).
Estructura: liner y papel onda; tipos de ondas.
Equipos corrugadores. Laminación en húmedo.
Ensayos más usuales sobre cartón corrugado.

5.3 Celulosa regenerada (celofán).
Obtención de películas.
Características y propiedades.
Celofanes coteados: K y M.
Interacción de películas de celofán con los alimentos: migración.

5.4 Corcho.
Aplicaciones como accesorios de cierre: tapones y guarniciones; tendencias actuales; productores mundiales.
Estructura y composición.
Características del alcornoque. Obtención del corcho.
Fabricación de tapones de corcho: tapones naturales, tapones taponados (colmatados), tapones aglomerados, tapones pegados, tapones para champagne.
Aditivos usados.
Características de los tapones de corcho: hermeticidad, impermeabilidad, ataque de mohos. Defectos asociados en vinos: oxidaciones, goteo, gusto a tapón.
Reemplazo actual de tapones de corcho por tapones de plástico o tapas de aluminio a rosca.

6. MATERIALES ELASTOMERICOS (CAUCHOS)
Equipamientos elastoméricos en la industria alimentaria.
Compuestos de cierre en envases metálicos.
Interacción de materiales elastoméricos con los alimentos: migración.
El problema de las nitrosaminas.

7. ASPECTOS LEGISLATIVOS DE MATERIALES DE ENVASAMIENTO
Aprobación de envases en Argentina: autoridades sanitarias.
Requisitos legales referentes a distintos materiales según: Código Alimentario Argentino y Legislación MERCOSUR.

8. DESARROLLO DE ENVASES ALIMENTARIOS
Etapas del desarrollo de envases para alimentos.
Envase primario, secundario, terciario.
Criterios de selección de materiales: alternativas.

9. ENVASES Y MEDIO AMBIENTE

Panorámica general de los residuos sólidos urbanos (RSU). Presencia de envases en los RSU. Técnicas para disminuir el impacto de los envases y otros RSU en el medio ambiente: optimización de espesores y peso del envase, bioplásticos, reciclado mecánico, reciclado químico, reuso (envases retornables), envases reciclados de grado alimentario, relleno sanitario, incineración con recuperación de energía.

• Descripción de las actividades Teóricas y Prácticas
– Teóricos: dictado de clases teórico-prácticas sobre los temas de las distintas unidades temáticas. Las clases consisten en el dictado de temas teóricos, análisis de casos prácticos relacionados, y observación de muestras de mercado.
– Trabajos Prácticos: realización en grupos de cuatro trabajos prácticos consistentes, por ejemplo, en la resolución de problemas sobre envases de barrera y tecnologías de transformación de plásticos, diseño de ensayos de migración total y específica, cálculos de migración total, etc.

• Metodología de Enseñanza
Distribución de horas de clases teóricas y clases prácticas semanales:

4,5 horas semanales totales
3,5 hs de clases teórico-prácticos
1 hora de clases prácticas

• Carga Horaria Total:
El dictado de la asignatura comprende un total de 63 horas organizadas en catorce semanas de cursada a lo largo del cuatrimestre

• Metodología de Evaluación
– Forma de regularización: asistencia al 75% de las clases teórico-prácticas, y aprobación del 75 % de los trabajos prácticos.
– Promoción: aprobación de un parcial (sobre los temas teóricos dictados) a mitad de la cursada, y de un parcial integrador (100% de los temas teóricos y de resolución de problemas similares a los de los trabajos prácticos) al finalizar el dictado de clases teórico prácticas.

Funciones y objetivos del envase alimentario; envases plásticos, metálicos, de vidrio, celulósicos (papel, cartulina, cartón); tecnologías de envasado de alimentos; interacción envase-producto (permeabilidad, migración, sorción, corrosión, etc.); aptitud sanitaria; aspectos legales en el país y en el MERCOSUR; aprobación de envases en Argentina; envases y medio ambiente (bioplásticos, plásticos reciclados de grado alimentario, envases plásticos reciclados, etc.).

Curso de envases y materiales en contacto con alimentos. A. Ariosti. 2020.

Introducción a los Envases Alimentarios. A. Ariosti. 2020.

Proceedings of the 6th. ILSI International Symposium on “Food Packaging – Scientific Developments supporting Safety and Innovation” held on 16-18 November 2016, Barcelona, Spain”. Guest Editor: A. Ariosti. Special Issue of Food Additives and Contaminants Part A (Taylor and Francis, Reino Unido), 34 (10), Octubre 2017, pp. 1661-1830.

Use of nanomaterials for food packaging in Latin American and Caribbean countries. (capítulo 10). A. Ariosti y M. Padula. En: The use of nanomaterials in food contact materials – Design, application, safety. Rob Veraart (editor). DEStech Publications, Inc. Lancaster, Pennsylvania, EE.UU., 2017.

Global legislation for food contact materials. J. S. Baughan, editora. Woodhead Publishing Ltd. Cambridge, Reino Unido, 2015.

Proceedings of the 5th. ILSI International Symposium on “Food Packaging – Scientific Developments supporting Safety and Innovation” held on 14-16 November 2012, Berlin, Germany”. Guest Editor: A. Ariosti. Special Issue of Food Additives and Contaminants Part A (Taylor and Francis, Reino Unido), 31 (3), March 2014, pp. 341-565.

Food packaging. Principles and practice. 3rd. edition. G. L. Robertson. CRC Press, Boca Raton, Florida, EE.UU., 2012.

Advances in meat, poultry and seafood packaging. J. P. Kerry, editor. Woodhead Publishing. Cambridge, Reino Unido, 2012.

Emerging food packaging technologies. Principles and practice. K. L. Yam y D. S. Lee, editores. Woodhead Publishing. Cambridge, Reino Unido, 2012.

Food packaging legislation: sanitary aspects. (capítulo 14). G. Kopper y A. Ariosti. En: Ensuring Global Food Safety – Exploring global harmonization. Ch. E. Boisrobert, A. Stjepanovic, S. Oh y H.L.M. Lelieveld, editores. Academic Press, Londres, Reino Unido, 2010.

Case studies in novel food processing technologies. Innovations in processing, packaging and predictive modeling. Ch. J. Doona, K. Kustin y F. E. Feeherry, editores. Woodhead Publishing. Cambridge, Reino Unido, 2010.

Food packaging and shelf life. A practical guide. G. L. Robertson, editor. CRC Press, Boca Raton, Florida, EE.UU., 2010.

Global legislation for food packaging. R. Rijk y R. Veraart, editores. Wiley-VCH, Weinheim, Alemania, 2010.

The Wiley Encyclopedia of Packaging Technology. 3rd. edition. K. L. Yam, editor. John Wiley and Sons. Nueva York, EE.UU., 2009.

Chemical migration and food contact materials. K. A. Barnes, C. R. Sinclair y D. H. Watson, editores. Woodhead Publishing Ltd., Cambridge, Reino Unido, 2007.

Websites de legislaciones sobre aptitud sanitaria de envases alimentarios:

– Código Alimentario Argentino, Capítulo IV Envases (www.anmat.gov.ar)

– Legislación MERCOSUR (www.mercosur.int)

– Legislación de la FDA de EE.UU. (www.fda.gov)

– Legislación de la Unión Europea

(https://ec.europa.eu/food/safety/chemical-safety/food-contact-materials/legislation_en)