Nel packaging alimentare, la capacità dell’imballaggio di limitare gli scambi con l’ambiente esterno può influenzare la conservazione e la protezione del prodotto.
Ossigeno, vapor d’acqua e anidride carbonica possono attraversare film e strutture di imballaggio con modalità differenti. Per questo, durante lo sviluppo e la qualificazione di un packaging, è importante valutare le proprietà barriera del materiale attraverso misure specifiche.
La misura della permeabilità nel packaging alimentare permette di quantificare la trasmissione di questi agenti attraverso film, laminati, strutture multistrato e altri materiali utilizzati per il confezionamento.
I principali parametri utilizzati sono OTR, WVTR e CO₂TR, che consentono di caratterizzare rispettivamente la barriera all’ossigeno, al vapor d’acqua e all’anidride carbonica.
Perché misurare la permeabilità nel packaging alimentare
Il packaging deve svolgere una funzione di protezione adeguata alle caratteristiche del prodotto e alle condizioni previste durante la conservazione.
La permeabilità dell’imballaggio può essere quindi un parametro importante nella scelta dei materiali e nella progettazione della struttura.
La misura permette di:
- confrontare materiali e strutture differenti;
- verificare le prestazioni di un film barriera;
- ottimizzare film multistrato e laminati;
- valutare l’effetto di spessori e rivestimenti;
- supportare lo sviluppo di nuovi materiali;
- verificare la conformità alle specifiche tecniche;
- controllare la costanza delle prestazioni durante la produzione.
Il dato sperimentale permette di trasformare la caratteristica barriera del materiale in un parametro quantitativo confrontabile.
Quali proprietà barriera valutare
La scelta della misura dipende dal tipo di prodotto, dal materiale utilizzato e dagli scambi che si desidera limitare.
Nel packaging alimentare, le principali proprietà analizzate riguardano:
- ossigeno, attraverso il parametro OTR;
- vapor d’acqua, attraverso il parametro WVTR;
- anidride carbonica, attraverso il parametro CO₂TR.
Queste misure possono essere utilizzate singolarmente oppure combinate per ottenere una caratterizzazione più completa del comportamento barriera di un materiale.
Per approfondire i singoli parametri:
OTR: valutare la barriera all’ossigeno
L’ossigeno può influenzare la stabilità di numerosi prodotti alimentari e, in funzione della loro composizione e delle condizioni di conservazione, può essere necessario limitarne il passaggio attraverso l’imballaggio.
La misura dell’OTR (Oxygen Transmission Rate) permette di quantificare la quantità di ossigeno che attraversa il materiale nelle condizioni di prova impostate.
Il test OTR può essere utilizzato per:
- confrontare film con differenti proprietà barriera;
- verificare l’effetto di rivestimenti e trattamenti;
- caratterizzare strutture multistrato;
- supportare la selezione del materiale di confezionamento;
- controllare la qualità e la ripetibilità delle prestazioni.
La misura è particolarmente utile quando l’imballaggio deve garantire una determinata protezione nei confronti dell’ossigeno.
WVTR: valutare la barriera al vapor d’acqua
Il controllo del passaggio del vapor d’acqua è importante per gli imballaggi destinati a prodotti sensibili all’umidità o per applicazioni nelle quali è necessario limitare gli scambi di acqua con l’ambiente.
Il parametro WVTR (Water Vapor Transmission Rate) permette di quantificare la trasmissione del vapor d’acqua attraverso il materiale nelle condizioni definite per il test.
La misura WVTR può essere utilizzata per:
- confrontare film con differenti caratteristiche di barriera all’umidità;
- valutare materiali e strutture multistrato;
- verificare l’effetto di spessore e rivestimenti;
- supportare lo sviluppo di nuove strutture di packaging;
- controllare la costanza delle prestazioni del materiale.
Per una valutazione completa della barriera, il WVTR può essere associato alla misura dell’OTR o del CO₂TR.
CO₂TR: valutare la barriera all’anidride carbonica
La CO₂TR (Carbon Dioxide Transmission Rate) misura la trasmissione dell’anidride carbonica attraverso un materiale.
Questa caratterizzazione può essere rilevante per specifiche applicazioni di packaging nelle quali la presenza o la perdita di CO₂ deve essere considerata nella progettazione dell’imballaggio.
La misura del CO₂TR consente di:
- confrontare differenti materiali barriera;
- caratterizzare film e strutture multistrato;
- valutare l’effetto di rivestimenti e composizioni differenti;
- supportare la selezione dei materiali;
- verificare le prestazioni del packaging attraverso un parametro quantitativo.
OTR, WVTR e CO₂TR descrivono quindi proprietà differenti e non sono intercambiabili: la scelta della misura deve essere effettuata in funzione dell’applicazione e dell’obiettivo del test.
Quali materiali e imballaggi possono essere analizzati
La misura della permeabilità degli imballaggi alimentari può essere effettuata su diverse tipologie di materiali e strutture.
Tra le principali applicazioni rientrano:
- film plastici;
- film barriera;
- film monostrato;
- film multistrato;
- laminati;
- film metallizzati;
- materiali con rivestimenti barriera;
- strutture co-estruse;
- materiali destinati alla realizzazione di confezioni flessibili;
- alcune tipologie di packaging e contenitori.
La possibilità di analizzare strutture differenti permette di confrontare soluzioni di packaging alternative e verificare come composizione, spessore e configurazione del materiale influenzino le proprietà barriera.
Come si esegue il test di permeabilità
Il metodo di prova dipende dal parametro che si vuole determinare e dal materiale da analizzare.
In generale, il campione viene posizionato all’interno della cella di misura in modo da separare due ambienti caratterizzati da condizioni definite. Il gas di interesse viene quindi fatto interagire con una delle superfici del campione e la quantità che attraversa il materiale viene rilevata dal sistema di misura.
Per ottenere risultati confrontabili è necessario mantenere sotto controllo le principali condizioni di prova, che possono comprendere:
- temperatura;
- umidità relativa;
- pressione;
- composizione del gas;
- area di prova;
- spessore del campione;
- condizioni di condizionamento;
- caratteristiche e preparazione del materiale.
La definizione delle condizioni di prova deve essere coerente con il materiale analizzato e con l’obiettivo della caratterizzazione.
Fattori che influenzano la permeabilità del packaging
Il valore misurato può dipendere da numerosi fattori legati sia al materiale sia alle condizioni di prova.
Tra gli aspetti da considerare rientrano:
Materiale e struttura
La composizione del film, la presenza di più strati, i materiali utilizzati e la presenza di rivestimenti possono influenzare il comportamento barriera.
Spessore
Lo spessore del materiale può incidere sulla quantità di sostanza che attraversa il campione. Per questo, quando si confrontano materiali differenti, è importante considerare anche questo parametro.
Temperatura
Le proprietà di trasmissione possono variare al variare della temperatura. Le prove devono quindi essere eseguite in condizioni controllate e definite.
Umidità relativa
L’umidità può avere un ruolo particolarmente importante nella caratterizzazione della barriera al vapor d’acqua e può influenzare il comportamento di alcuni materiali.
Condizioni di prova
Gas utilizzato, pressione, area di misura e modalità di condizionamento possono incidere sul risultato finale.
Per questo motivo, un valore di permeabilità deve essere sempre interpretato insieme alle condizioni nelle quali è stato ottenuto.
Permeabilità e conservazione del prodotto alimentare
La barriera dell’imballaggio è uno degli elementi che possono essere considerati nella progettazione della confezione e nella valutazione delle condizioni di conservazione di un prodotto alimentare.
Limitare determinati scambi con l’ambiente può contribuire a mantenere più stabili le condizioni previste all’interno della confezione.
La permeabilità non rappresenta tuttavia l’unico parametro da considerare: la conservazione del prodotto dipende anche dalle caratteristiche dell’alimento, dal processo produttivo, dalle condizioni di confezionamento, dalla temperatura e da altri fattori.
La misura delle proprietà barriera fornisce quindi un dato sperimentale utile alla progettazione e alla qualificazione del packaging, da valutare insieme agli altri parametri rilevanti per l’applicazione.
Permeabilità e sviluppo dei materiali
Durante lo sviluppo di un nuovo packaging, la misura della permeabilità può essere utilizzata per confrontare diverse soluzioni prima della scelta definitiva della struttura.
Ad esempio, è possibile confrontare:
- differenti materiali polimerici;
- diversi spessori;
- strutture monostrato e multistrato;
- differenti laminati;
- film metallizzati;
- materiali con coating barriera;
- differenti configurazioni della stessa struttura.
Questo approccio permette di basare la selezione del materiale su dati quantitativi e di verificare l’effetto delle modifiche apportate alla struttura del packaging.
Controllo qualità del packaging alimentare
La misura della permeabilità può essere utilizzata anche nell’ambito del controllo qualità.
Ripetere le prove secondo condizioni definite consente di verificare la costanza delle prestazioni dei materiali e di confrontare i risultati con specifiche interne o requisiti definiti per il prodotto.
Le misure possono quindi essere integrate nei processi di:
- controllo delle materie prime;
- qualificazione dei materiali;
- validazione di nuove strutture;
- controllo della produzione;
- confronto tra lotti;
- verifica delle prestazioni dopo modifiche al processo.
La disponibilità di dati misurabili facilita il confronto tra materiali e supporta le decisioni tecniche relative alla struttura del packaging.
Strumenti per la misura della permeabilità nel packaging alimentare
La scelta dello strumento dipende dalle proprietà barriera che devono essere caratterizzate.
Per il packaging alimentare può essere necessario misurare uno, due o tutti e tre i principali parametri di trasmissione: OTR, WVTR e CO₂TR.
ExtraSolution propone differenti configurazioni per adattare la misura alle esigenze del laboratorio.
OTR e CO₂TR
MultiPerm O2-CO2 permette di caratterizzare la trasmissione di ossigeno e anidride carbonica attraverso film e materiali barriera.
OTR e WVTR
MultiPerm O2-H2O combina la misura della permeabilità all’ossigeno con quella al vapor d’acqua.
WVTR e CO₂TR
MultiPerm H2O-CO2 permette di analizzare la trasmissione del vapor d’acqua e dell’anidride carbonica.
OTR, WVTR e CO₂TR
TotalPerm integra le tre principali misure di permeabilità in un unico sistema, permettendo una caratterizzazione più completa delle proprietà barriera dello stesso materiale.
Solo WVTR
PermeH2O è dedicato alla misura della permeabilità al vapor d’acqua e alla determinazione del WVTR.
La scelta della configurazione può quindi essere effettuata in funzione dei parametri richiesti, dei materiali da analizzare e del tipo di attività svolta dal laboratorio.
Soluzioni ExtraSolution per il packaging alimentare
Le soluzioni ExtraSolution per la misura della permeabilità sono pensate per attività di ricerca e sviluppo, qualificazione dei materiali e controllo qualità.
Gli strumenti possono essere utilizzati per caratterizzare film plastici, materiali barriera, laminati e strutture multistrato, supportando le diverse fasi dello sviluppo e della verifica del packaging.
La possibilità di combinare differenti sensori e configurazioni consente di scegliere la soluzione più adatta alle proprietà barriera che devono essere analizzate.
Approfondisci la misura della permeabilità
Per approfondire gli aspetti tecnici legati alla caratterizzazione dei materiali:
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