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Prévoir les performances de l’emballage pour maximiser la durée de conservation du produit
Prévoir les performances de l’emballage pour maximiser la durée de conservation du produit
Pour évaluer un emballage, il suffit de disposer de deux paramètres clés : l’activité de l’eau et la perméabilité de l’emballage. Voyons comment les utiliser et pourquoi ils sont importants.
Les mélanges de boissons en poudre en portion individuelle constituent un segment de marché en pleine expansion. Pour les consommateurs, ces produits sont pratiques et abordables. Pour les fabricants et les détaillants, ils sont rentables car leur coût d’expédition et de stockage est nettement inférieur à celui des boissons prêtes à l’emploi. Ils sont en fait le produit idéal, mais ils mettent les pleins feux sur l’emballage. En effet, les deux principaux ingrédients des sachets de boissons pour sportifs sont le mélange de boissons et... l’emballage.
Dans la mesure où chaque sachet représente une portion individuelle, l’emballage représente donc plus de 50 % du coût des matières premières pour ce produit. L’objectif principal de cet emballage est de maintenir le mélange de boissons à l’état de poudre à écoulement libre, à savoir en dessous du seuil critique d’activité de l’eau, pendant toute la durée de conservation du produit.
Le suremballage réduit les bénéfices
Un emballage insuffisant est susceptible d’accroître ou de diminuer l’activité de l’eau dans les produits alimentaires au fil du temps, entraînant des modifications d’aspect, une migration de l’eau, une dégradation chimique et favorisant la croissance microbienne. Le suremballage, quant à lui, est coûteux et peut rogner les bénéfices. Comment déterminer la quantité exacte d’emballage dont votre produit a besoin ?
En règle générale, très peu de fabricants prennent des décisions axées sur des données scientifiques en matière d’emballage. Ils utilisent une approche empirique : suremballer les produits pour éviter les problèmes et n’apporter des changements que lorsque des problèmes surviennent. Dans le cas des produits en portion individuelle toutefois, le suremballage peut réduire considérablement les bénéfices. Dans de tels cas impliquant de concilier habilement coût et qualité, il est utile de disposer d’informations scientifiques précises.
Un emballage correct nécessite deux indicateurs simples
Le facteur le plus déterminant pour l’évolution de l’activité de l’eau dans votre produit au fil du temps est la perméabilité du matériau d’emballage, à savoir sa capacité à empêcher le transfert d’humidité dans différentes conditions. Pour déterminer l’emballage adéquat pour une durée de conservation donnée, vous avez donc besoin de deux indicateurs simples : le seuil critique d’activité de l’eau et la perméabilité de l’emballage.
Détermination facile et rapide du seuil critique d’activité de l’eau
Le point de départ des calculs d’emballage est une valeur de seuil critique d’activité de l’eau. Ce point était jusque-là difficile à déterminer : les technologies isothermes traditionnelles ne permettaient pas d’obtenir des points d’inflexion exacts. Cependant, la possibilité d’obtenir un point précis à partir de l’AQUALAB VAPOR SORPTION ANALYZER (VSA) rend désormais possible ce type de calcul d’emballage.
Le VSA génère une courbe isotherme à haute résolution appelée courbe isotherme dynamique du point de rosée (DDI). Les courbes DDI permettent d’économiser un temps précieux lors de la détermination d’un seuil critique d’activité de l’eau dans les produits alimentaires et pharmaceutiques à faible teneur en eau, car elles illustrent clairement le changement des propriétés de sorption d’une substance (voir figure 1). Cette courbe montre le point de transition vitreuse pour une formulation de mélange de boisson particulier.
Ausgangspunkt der Verpackungsanalyse ist ein kritischer Wasseraktivitätswert. Traditionell war dieser Punkt schwer zu ermitteln – traditionelle Isotherm-Technologien liefern keine exakten Werte. Mit dem VAPOR SORPTION ANALYZER (VSA) kommen sie dagegen einfach und schnell an ihr Messziel.
Der VSA ist das ideale Messgerät um Verpackungen zu optimieren. Er erzeugt eine hochauflösende Isotherme, die als Dynamic-Dewpoint-Isotherm (DDI)-Kurve bezeichnet wird. DDI-Kurven sparen Ihnen enorm viel Zeit bei der Identifizierung einer kritischen Wasseraktivität in Nahrungsmitteln und pharmazeutischen Produkten mit geringer Feuchtigkeit. Das liegt daran, dass sie die Veränderung der Sorptionseigenschaften einer Substanz verdeutlichen (siehe Abbildung 1).
Diese Kurve zeigt Glasübergangspunkt für eine bestimmte Pulvergetränkemischung.
Les aliments à forte teneur en eau n’ont pas forcément besoin d’une courbe DDI, car il est plus probable que la détérioration microbienne soit le facteur réduisant la durée de conservation. Pour les produits plus humides, les seuils critiques d’activité de l’eau à identifier concernent la croissance microbienne et sont indiqués dans des ouvrages spécialisés (0,85 aw est le seuil pour les bactéries pathogènes et aucun organisme ne se développera en dessous de 0,6 aw). Il existe d’autres facteurs qui réduisent la durée de conservation et doivent être pris en considération lors de la détermination d’un seuil critique d’activité critique de l’eau : les changements de texture, l’oxydation des lipides, le brunissement de Maillard, la perte de vitamines ou la perte de couleur.
Warum die Durchlässigkeit der Verpackung wichtig ist
Die treibende Kraft für das Wasser, sich durch die Verpackung zu bewegen, ist ein Unterschied in den Wasseraktivitätsbedingungen innerhalb und außerhalb der Verpackung. Wenn es einen Unterschied innen und außen gibt, strebt Wasser danach, entweder in die Verpackung einzudringen oder diese zu verlassen.
Das Ziel der Verpackung ist es also, die Geschwindigkeit, mit der Feuchtigkeit übertragen wird, zu reduzieren. Diese Rate wird typischerweise von den Verpackungsherstellern als Wasserdampfübertragungsrate (Water Vapor Transmission Rate, WVTR) angegeben. Mithilfe der kritischen Wasseraktivität und der WVTR der Verpackung können Sie Prognosemodelle erstellen, um Kosten-Nutzen-Entscheidungen zu treffen.
Prädiktive Modelle werden oft durch eine Reihe von komplizierten Gleichungen (verfügbar in Grundlagen der Feuchtigkeitssorptions-Isothermen) durchgeführt. Wir verraten Ihnen einen einfacheren Weg: das Softwareprogramm „Moisture Analysis Toolkit“ führt diese Berechnungen automatisch für Sie durch. Geben Sie einfach die Variablen für Ihr Produkt ein und das Toolkit bestimmt die idealen Faktoren für Ihre Verpackung. Sie können auch die Analyseparameter variieren und Verpackung finden, die Ihnen den besten Return of Investment (ROI) bieten.
La modélisation prédictive en action
À l’aide de calculs d’emballage, nous avons évalué quatre types d’emballages différents pour un mélange de boissons, à savoir son emballage d’origine et trois alternatives possibles. Voici les résultats dans des conditions d’humidité excessive (25 °C, 75 % d’humidité) :
| Stocké à 25°C | Conductance | Durée de conservation (jours) |
|---|---|---|
| Emballage 1 | 14,46 | 41,24 |
| Emballage 2 | 13,20 | 47,51 |
| Emballage 3 | 13,41 | 44,52 |
| Emballage d’origine | 0,13 | 7812,90 |
Il est évident que l’emballage d’origine a été le plus performant. Toutefois, ces résultats ont suscité deux questions majeures. Premièrement, une durée de conservation de 7 812 jours témoigne-t-elle d’un suremballage ? Deuxièmement, nous nous sommes demandé pourquoi un emballage ayant une durée de conservation de 7 812 jours avait échoué après seulement quelques mois passés au fond d’un sac de sport. Nous avons donc effectué un autre test et obtenu une réponse simple : le vestiaire.
Les excès générés par les clients peuvent nuire à la durée de conservation
Le vestiaire présente en soi les conditions excessives parfaites, et les tests effectués pour simuler un excès (40 °C, 75 % d’humidité, bien que de nombreux vestiaires que nous connaissons approchent les 85 ou 90 %) ont présenté un résultat surprenant :
| Stocké à 40°C | Conductance | Durée de conservation (jours) |
|---|---|---|
| Emballage 1 | 18,77 | 10,74 |
| Emballage 2 | 15,56 | 12,46 |
| Emballage 3 | 13,69 | 13,56 |
| Emballage d’origine | 16,41 | 28,01 |
Le contenu du sachet de boisson énergisante dans l’emballage d’origine commence à présenter des traces de mottage et d’agglomération après moins d’un mois de stockage dans des conditions semblables à celles d’un vestiaire. (Si vous vous demandez pourquoi il a quand même obtenu de meilleurs résultats que les emballages 2 et 3 à plus faible conductance, c’est parce que ces emballages avaient une surface plus grande que l’original).
La conductance dépend de la température, et cette dépendance est parfois extrême, comme le montrent les données de l’emballage d’origine. Les données sur le taux de transmission de la vapeur d’eau (WTVR) conformes à l’ASTM ne vous donnent pas d’informations sur la conductance à une température quelconque, à moins que vous ne connaissiez les conditions dans lesquelles les tests ont été effectués.
Résoudre l’équation de l’emballage
Le fabricant de boissons a payé plus cher pour suremballer son produit et n’a toujours pas satisfait les consommateurs. La seule façon de résoudre l’équation de l’emballage est de disposer de données concrètes. Les isothermes à haute résolution de VSA vous permettent d’utiliser des équations simplifiées portant sur l’activité de l’eau et dépendantes de la température pour :
- Déterminer la conductance de vapeur réelle d’un emballage
- Calculer le temps nécessaire pour qu’un produit emballé atteigne un seuil critique d’activité de l’eau dans différentes conditions
- Déterminer la conductance de l’emballage nécessaire pour répondre aux exigences en matière de durée de conservation
- Déterminer l’activité de l’eau d’un produit après une certaine période de temps dans différentes conditions
En savoir plus sur le conditionnement
Dans ce webinaire de 30 minutes, Mary Galloway et Zachary Cartwright, chercheurs en agroalimentaire, vous expliquent comment obtenir des réponses aux questions portant sur la durée de conservation. Découvrez comment :
- résoudre les problèmes et les réclamations afin de déterminer pourquoi la durée de conservation prend fin plus tôt que prévu
- prévoir l’impact des changements de recettes sur la durée de conservation
- comparer les effets de différentes options d’ingrédients
- évaluer si une option d’emballage spécifique vous permettra d’atteindre ou d’améliorer la durée de conservation
Informations complémentaires
American Society for Testing and Materials (ASTM). 2008. Standard test methods for water vapor transmission of materials (Méthodes de test standard pour la transmission de la vapeur d’eau des matériaux). ASTM E 96-00. Philadelphie, PA.
Azanha, A. B., et J. A. F. Faria. « Use of mathematical models for estimating the shelf‐life of cornflakes in flexible packaging. » (Utilisation de modèles mathématiques pour l’estimation de la durée de conservation des cornflakes en emballage souple) Packaging Technology and Science 18, nº 4 (2005) : 171-178. Lien vers l’article.
Carter, Brady P., et Shelly J. Schmidt. « Developments in glass transition determination in foods using moisture sorption isotherms. » (Développements dans la détermination de la transition vitreuse dans les aliments à l’aide d’isothermes de sorption de l’eau) Food Chemistry 132, nº 4 (2012) : 1693-1698. Lien vers l’article.
Risbo, Jens. « The dynamics of moisture migration in packaged multi-component food systems I: shelf life predictions for a cereal–raisin system. » (La dynamique de la migration de l’eau dans les systèmes alimentaires emballés à composants multiples : prévisions de la durée de conservation d’un système céréales-raisins) Journal of Food Engineering 58, nº 3 (2003) : 239-246. Lien vers l’article.
Kilcast, David, et Persis Subramaniam, eds. The stability and shelf-life of food. (La stabilité et la durée de conservation des aliments) Cambridge : CRC press, 2000. Lien vers l’article.
Koutsoumanis, Konstantinos, et George-John E. Nychas. « Application of a systematic experimental procedure to develop a microbial model for rapid fish shelf life predictions. » ("Application d’une procédure expérimentale systématique pour développer un modèle microbien permettant de prévoir rapidement la durée de conservation des poissons) International Journal of Food Microbiology 60, nº 2 (2000) : 171-184. Lien vers l’article.
Del Nobile, M. A., G. G. Buonocore, S. Limbo et P. Fava. « Shelf Life Prediction of Cereal‐based Dry Foods Packed in Moisture‐sensitive Films. » (Prévision de la durée de conservation des aliments secs à base de céréales emballés dans des films sensibles à l’humidité) Journal of Food Science 68, nº 4 (2003) : 1292-1300. Lien vers l’article.
Labuza, T. P. et C. R. Hyman. « Moisture migration and control in multi-domain foods. » (Migration et contrôle de l’eau dans les aliments multi-domaines) Trends in Food Science & Technology 9, nº 2 (1998) : 47-55. Lien vers l’article.
Wong, Ee Hua, Yong Chua Teo et Thiam Beng Lim. « Moisture diffusion and vapour pressure modeling of IC packaging. » (Modélisation de la diffusion de l’humidité et de la pression de vapeur dans l’emballage des circuits intégrés) Electronic Components & Technology Conference, 1998. 48e IEEE, pages 1372-1378. IEEE, 1998. Lien vers l’article.
Yuan, Xiaoda, Brady P. Carter et Shelly J. Schmidt. « Determining the critical relative humidity at which the glassy to rubbery transition occurs in polydextrose using an automatic water vapor sorption instrument. » (Détermination de l’humidité relative critique à laquelle se produit la transition entre le vitreux et le caoutchouteux dans le polydextrose à l’aide d’un instrument automatique de sorption de la vapeur d’eau) Journal of Food Science 76, nº 1 (2011) : Lien vers l’article.