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El envase como protector de los atributos de calidad de alimentos Ismael Povea Garcerant - Candidato PhD. School of Packaging, Michigan State University, MI, USA- Profesor Universidad De La Salle - Programa Ingeniería de Alimentos - ipovea@unisalle.edu.co Resumen El envase para alimentos es una ciencia dinámica que siempre está a la vanguardia de la tecnología para la protección de lo que contiene. El impacto ambiental que generan los diferentes materiales de envasado es irrefutable. Algunos en mayor medida que otros, ciertos materiales crean el impacto para ser producidos, otros al momento de ser desechados, pero independientemente de todo ello, los envases son una herramienta fundamental en la comercialización de cualquier tipo de producto. En este artículo, se pretende compartir la problemática alrededor de los envases y su función desde un punto de vista técnico que ofrezca un criterio global de la situación. Abstract Food packaging is a dynamic science that is always at the forefront of technology for protecting what it contains. In this article, the protective function of packages is analyzed under the point of view of food packaging interaction and as how a suitable material can be designed to protect the most important component of each food product exposed later on in this paper. The exponential growth in consumption of fresh food and the concept of cradle to grave, makes packaging a key instrument to achieve the objective of freshness. It is important to take into consideration all components of food and how all together are focused on the satisfaction of consumers but if only one fails he or she will reject it immediately. Kinetics of food deterioration can be used as an accurate tool for the determination in the change of the most important compound and protect it to extend shelf life of the food. Indexes of failure are discussed in this document and also the way how to avoid it. Palabras Clave interacción, vida útil, cinética de reacción, inicie de deterioro o fallo. Keywords Interaction, shelf life, kinetics of reaction, index of failure. Vol 27, No 47 (2019), Revista Alimentos Hoy -18 mailto:ipovea@unisalle.edu.co mailto:ipovea@unisalle.edu.co YURI Texto tecleado Recibido 05/08/2019, Aceptado 23/08/2019, Disponible online 31/08/2019 Introducción Los envases son antiguos como la humanidad en sí. Desde que el ser humano se alimenta, ha encontrado la manera de contenerlos y conservarlos. Se ha establecido que los primeros materiales de envasado fueron los estómagos de los animales, los cuales luego de ser secados, se usaron para incluir en ellos, bebidas y ciertos alimentos (Twede 2015). La misma iniciativa de solución a situaciones problemáticas se fue desarrollando de la mano con la tecnología hasta encontrar materiales que permitiesen una mayor aplicación en el mercado de alimenticio (Anónimo 2016). De ese desarrollo tecnológico se derivó el papel, el cual fue obtenido por los chinos al mando del ministro chino Ts’ai Lun en el 104 a.C. (Lee y otros 2008). Básicamente el papel se fabrica, actualmente, a escala industrial de la misma manera como se hace desde sus inicios. El principio de este material consiste en la extracción de la celulosa, encargada de las propiedades finales del producto (Selke 2015). El vidrio, que inició como cerámica y que se usa hace 5000 años, fue fabricado y usado masivamente por los egipcios en el año 1550 a. C. (Coles y otros 2003). El metal descubierto 500 a.C. y el más joven de todos, el plástico, que ingresa al mercado hacia los años 300 años, con el descubrimiento de la baquelita (Plastics Europe 2019) y que actualmente es el material de envase para alimentos; no en vano el 60% de los materiales de envase para la industria de alimentos, son plásticos (Mpagalille 2013). Los materiales de envase están a la orden del día para empresarios y usuarios. Escoger un adecuado envase que se ajuste al presupuesto y las necesidades va más allá de cubrir las exigencias comerciales. Debido al abanico de posibilidades que presenta la industria productora, aquellos que están del otro lado del escritorio deben tener en cuenta que los alimentos requieren mucho más que un material específico o un bajo costo o una tecnología idónea. Si se tiene en cuenta que un alimento está compuesto por vitaminas, minerales, agua, grasa, azucares, entre otros, sin dejar de lado aditivos utilizados durante su producción y buscar protegerlo bajo ambientes extremos, se debe tener en cuenta que cualquier alteración en los compuestos anteriormente mencionados, conlleva inmediatamente al rechazo por parte del consumidor (Povea 2015). El presente artículo pretende poner en lenguaje cotidiano, el análisis técnico que ingenieros, investigadores, tecnólogos, científicos y demás hemos venido trabajando día para que el consumidor tenga en sus manos un producto cada vez más idóneo al momento de su consumo. Se analizará el envase de forma individual, su historia, su aporte a: la sociedad, el mercado, el PIB de las naciones, la cotidianidad, entre otros, y es por supuesto también se analizará el impacto al medio ambiente implicando criterios como análisis de ciclo de vida (ACV), huella de carbono y huella ambiental (Auras 2015). Vol 27, No 47 (2019), Revista Alimentos Hoy -19 Los materiales de envase Catalá (1999), menciona en su libro “Migración de Componentes y Residuos de Envases en Contacto con Alimentos”, que una de las grandes propiedades de todo envase es la capacidad de protección y se debe entender la protección como un todo. Protección de compuestos externos (aire, humedad, microorganismos, etc.) e internos (propios del alimento). Es ahí donde el envase juega un papel fundamental para garantizar que los principales compuestos fisicoquímicos y organolépticos se mantengan intactos durante su vida de anaquel de tal manera que el consumidor encuentre un alimento como si se acabara de cosechar, fabricar o transformar. Más ahora que la demanda de alimentos sanos, nutritivos, orgánicos, funcionales, entre otras tendencias lleva un acelerado crecimiento en las últimas décadas con ventas de 35 billones de dólares para el año 2014 según el Nutrition Business Journal. Los materiales celulósicos Del papel se puede afirmar que es constituido de celulosa, lignina y hemicelulosa y que pertenece a la familia de la madera, el cartón, la cartulina y el papel prensado (Povea 2014) y que con el tiempo se convirtió en el gran envoltorio de los alimentos. Las plazas de marcado (que siempre han cubierto una porción de consumo) son los grandes comercializadores de este tipo de envase. Partiendo del hecho que el precio final del producto no puede verse afectado por un factor externo como el envase, su alta disponibilidad, accesibilidad, uso, y bajo precio, hacen y han hecho siempre de este material, el más apetecido por los vendedores de plaza. Cumple en este caso papel la función de contener el alimento y, en cierta medida, de protegerlo de macro- organismos. Sin embargo, el papel se queda corto en otras funciones primordiales como lo es la protección de: microorganismos, gases, aromas, humedad, entre otros. De la mano del desarrollo tecnológico y las revoluciones industriales, el papel evoluciona hacia la oferta de otros materiales. Algunos conteniéndolo como material principal, otros como una parte del complejo de envasado. Cartulina, cartoncillo, cartón prensado, cartón corrugado, son alternativas del mercado en las cuales el papel es la única materia prima. En otros materiales como es el caso de sistema tubulares, sachets para el envasado de azúcar, cajas de leche UHT, el papel tienen una gran función, sin embargo, no es el componente principal. Estematerial presenta grandes ventajas: reciclable (o por lo menos cuando no se cubre o trata con productos que incrementan su resistencia a la humedad); económico (comparado con el vidrio o metal), versátil (dada las formas que se pueden obtener de él); vistoso (por el tipo de impresión flexográfica que se puede trabajar); estanco (buena, pero limitada, capacidad de apilarse); útil (no se requiere maquinaria especializada para su uso, se puede armar manualmente); facilidad de cierre (se requiere de cintas o gomas); uso de materias primas recicladas (papel proveniente de revistas, hojas, periódicos, etc.); se puede encontrar para Vol 27, No 47 (2019), Revista Alimentos Hoy -20 envases primarios (en contacto directo con el producto) como secundarios (contiene a los primarios) y terciarios (unidad de carga); es un material proveniente de fuentes renovables (árboles), entre otras. Sin embargo, el papel también cuenta con desventajas a ser compartidas como: pérdida de resistencia en ambientes húmedos; permeabilidad a: gases, aromas, vapor de agua, microorganismos (entre otros); es atractivo a roedores; limitado en oferta (los moldes están diseñados para hacer ciertos tipos de formas con dimensiones limitadas), entre otras. Vidrio Los envases de vidrio y vidrio son únicos y merecen un lugar especial en la presentación de los diferentes diseños y paquetes de alimentos. El vidrio es, sin duda, uno de los materiales hoy en día utilizados en contacto con alimentos y bebidas, el más antiguo con una historia de más de 5000 años. Probablemente, los primeros objetos de vidrio con funciones contenidas se obtuvieron esculpiendo bloques de obsidiana, que es un material natural proveniente del magma del volcán y similar en apariencia y composición al vidrio sintético. Sin embargo, la producción humana de vidrio moldeado es antigua y probablemente va a los fenicios (desde 2500 a 333 a.C.) hace muchos, muchos siglos. El paso fundamental en la evolución de la fabricación de vidrio, sin embargo, ha sido el descubrimiento de una técnica para soplar vidrio fundido y, en consecuencia, producir objetos huecos con gran libertad de forma. Esto sucedió, aproximadamente 100 años a.C., y, a partir de ese momento, la técnica para transformar el vidrio en objetos útiles evolucionó hacia el envasado de alimentos (Lee y otros 2008). La palabra vidrio se aplica más a un estado físico de la materia que a una composición química. Entre las varias definiciones de vidrio, la más antigua quizás pertenece a Heráclito (un filósofo griego del siglo V a.C.) hasta la propuesta por ASTM en 1999 la cual incluye algunos materiales cerámicos como porcelana y cerámica. Para la elaboración del vidrio, se requieren más de 1500ºC, grandes maquinarias, robustas instalaciones, y el uso de sustancias químicas obtenidas de esta industria (Coles y otros 2003). Dentro de las grandes ventajas del vidrio, se pueden mencionar: es estanco (es decir que se puede apilar sobre sí mismo gracias a su resistencia); es autoclavable (que resiste altas presiones y temperaturas); es transparente (lo cual permite al consumidor ver el producto); es maleable (se pueden obtener diversas formas); es tinturable (se puede obtener de diferentes colores); es un material químicamente inerte (no reacciona con los compuestos de su contenido); es reciclable (aunque se puede hacer un nuevo envase de material 100% reciclable, en la industria se requieren de otros componentes, lo que lleva a que se limite a l 70%); es elegante (se relaciona este material con este aspecto); no requiere de equipos especiales para su llenado y cierre (se puede hacer de manera manual o semi automática), entre otras ventajas Vol 27, No 47 (2019), Revista Alimentos Hoy -21 Sin embargo, el vidrio se considera: frágil (su estructura es muy delicada); tecnificado (para lograr un alimento con más de seis meses de vida útil, se requieren de equipos especiales); ocupa un gran volumen (las empresas requieren un espacio enorme tanto para almacenamiento de envases desocupados como llenos), entre otras. Metales Se conocen varios metales, pero en el envasado de alimentos solo se utilizan unos pocos materiales metálicos (aleaciones metálicas): aluminio y aceros (aleaciones de hierro) en su mayoría recubiertos con estaño, óxidos de cromo y/o barnices en casos especiales. El acero inoxidable se usa ampliamente para fines de contacto con alimentos como recipientes, recipientes, utensilios de cocina y tuberías en hogares y fábricas de alimentos. El aluminio es el metal más abundante en la corteza terrestre (8,1%), donde se encuentra como minerales de aluminio y el tercer elemento después del silicio y el oxígeno. El mineral principal se extrae como bauxita, que contiene óxido de aluminio, junto con óxidos de silicio, hierro y otros metales. El acero es un término genérico que indica una gran familia de aleaciones de hierro, con un bajo contenido de carbono (entre 0.2 y 2%), ampliamente utilizado como materiales estructurales porque son duros, fuertes, duraderos y fáciles de moldear. A nivel mundial, los aceros son los materiales estructurales más utilizados justo después del cemento. La hojalata es el material metálico más antiguo utilizado como material de envasado de alimentos (introducido a mediados del siglo XVIII), pero su fina estructura actual es muy diferente de la utilizada por los pioneros de los alimentos en conserva. Los aceros inoxidables son aleaciones de hierro con mejor resistencia a la corrosión que cualquier otro acero porque contienen grandes cantidades de cromo (Robertson, 2006). Para la producción de envases metálicos se requiere de un proceso automatizado, moderno y robusto. Las máquinas son capaces de fabricar hasta 2600 unidades en un minuto, lo que hace a este, uno de los procesos más eficientes. Independientemente que sean de dos o tres cuerpos, los equipos pueden troquelar, embutir, formar, pintar, secar, cubrir con laca o barniz a razón de 60 envases en un segundo. Esto requiere grandes consumos de energía y de recursos naturales no renovables. Las ventajas de los envases metálicos son muy similares a las de los envases de vidrio: son autoclavables, estancos, termoestables, reciclables, barrera a la luz, e inmunes a cambios ambientales como temperatura, presión y humedad. Dentro de sus desventajas se pueden mencionar, entre otras: no permite ver su contenido, susceptibles a la oxidación, ocupa gran volumen de espacio, y se requiere de máquinas especiales para sellado y esterilización (Coles y otros 2003). Vol 27, No 47 (2019), Revista Alimentos Hoy -22 Polímeros Los polímeros son los materiales de envasado para alimentos más joven de todos. Durante las últimas dos décadas, los polímeros de envasado se han convertido en el material de elección para muchas aplicaciones de envasado de alimentos que alguna vez estuvieron dominadas por el papel, los metales o el vidrio. Los polímeros son un tema amplio cuyos detalles requieren varios libros para completar, y, por lo tanto, este capítulo se limita a una introducción de los conceptos básicos y aplicaciones más relevantes para el envasado de alimentos. Los polímeros abarcan una amplia gama de materiales naturales y sintéticos, de los cuales solo una pequeña parte es adecuada para el embalaje; el papel y el cartón son biopolímeros de celulosa. Los alimentos están compuestos de biopolímeros como la proteína y el almidón. Los polímeros de envasado se limitan principalmente a los polímeros sintéticos de bajo costo que pueden conformarse en varias formas de paquetes y tienen propiedades adecuadas para proteger los alimentos durante la distribución.Los polímeros más comunes son: Polietileno (PE), Polietlileno de baja densidad (LDPE), Polietileno de alta densidad (HDPE), Polietileno Lineal de baja densidad (LLDPE), Polipropileno (PP), Polivinilo de cloruro (PVC), Poliéster (PS), Polietilen Tereftalato (PET), Etil Vinil Alcohol (EVOH), Etil Vinil Acetato (EVA), Poliamidas (PA), metalizados (-met). Aún así, faltan muchos materiales que no se listan, pero que con esta cantidad se puede ver la variedad que se le ofrece a la industria. Cada uno de estos materiales otorgan diferentes opciones de protección a factores extrínsecos como humedad, luz, vapor de agua, aromas, microorganismos, entre otros. Por estos y otros factores que se mencionarán más adelante, hacen de los polímeros un material versátil que cubre muchas de las necesidades de la industria de alimentos. Este material presenta ventajas como: es ligero (bajo peso en comparación con el vidrio y el metal); transparente, versátil (diferentes formas y presentaciones); se puede termoformar (es decir partir de una bobina y ello ocupa el 10% del espacio que lo hace el vidrio o el metal); combina bien con otros materiales, se pueden obtener nuevos materiales al combinarlos (se pueden obtener multiestructuras al coextruir dos o tres materiales); es un material en desarrollo constante; son la base para la obtención de biopolímeros, algunos podrían ser catalogados como biodegradables; es reciclable; puede ser esterilizado (algunos de ellos), entre otras. Sin embargo, los polímeros enfrentan un gran reto, lo cual es su gran desventaja y que los tiene en el ojo de las críticas y movimientos pro-ambiente: el material impacta negativamente al medio ambiente debido a su baja rata de degradación. Estudios muestran que hay materiales poliméricos que pueden durar desde 100 hasta 1000 años en degradarse. Pero el punto no es ese, el punto es el gran volumen de disposición y la mala cultura del consumidor que lo lleva a ser el gran intruso de los mares, océanos, parques, selvas, ríos, etc. De la misma manera, un envase de vidrio, metal, o cerámica, durarían mucho más, pero debido a capacidad de reutilización, les hace menos impactante al medio ambiente. Muchos de los envases plásticos de un solo uso, usados por las grandes multinacionales están siendo reemplazados y Vol 27, No 47 (2019), Revista Alimentos Hoy -23 además, los gobiernos están implementado leyes que buscan la reducción en la producción, uso y disposición de éstos. El impacto ambiental Como lo hemos compartido anteriormente, cada uno de los procesos de producción, desarrollo y obtención de los diferentes materiales tiene un proceso que impactará al medio ambiente de alguna u otra manera. El vidrio requiere consumir recursos para llegar a 1500ºC o más, siendo el gas natural el mayor recurso energético con el 87%, seguido por la energía con 12% y gasóleo con 1%. Debido a que estas empresas trabajan 24/7, estos consumos anuales ascienden a 35 millones de Nm3 de gas natural, 59 millones de Kw/h de electricidad y 1.5 millones de litros de gasóleo (Carrión 2016). El metal en considerado un envase sostenible; se ha demostrado que este tipo de material ha reducido en un 20% su huella de carbono (en los últimos 5 años) y que necesitan 14% menos de emergía para su fabricación (en el mismo ciclo). Además, hoy en día los envases metálicos son un 2% más ligeros, lo que implica un menor impacto ambiental, sin embargo, el impacto ambiental está en su producción y su alto consumo de energía. La producción de papel y cartón requiere gran cantidad de agua para su proceso. Se requieren 1500 litros/día en su producción (Pérez, Raya, Romero, 2015). En análisis del impacto de los materiales de envasado se deben soportar en el análisis de ciclo de vida (ACV); herramienta que mide el impacto en huella de carbono para el producto que se decida estudiar (Gustavsson y otros 2011). El análisis de ciclo de vida de los alimentos, también muestran resultados impactantes. Si se evalúa el daño de cada elemento del ciclo de vida se asocia asociado mayor uso de recursos minerales, contribuye aproximadamente en un 45% al consumo de combustibles fósiles, en un 60% a la categoría Acidificación/Eutrofización, en un 65% a la categoría de respiración de compuestos inorgánicos y aproximadamente contribuye en un 60% a la emisión de compuestos carcinógenos (Pérez 2013). La industria de los alimentos una de las de mayor impacto al medio ambiente, por el alto consumo de recursos no renovables, el uso de sustancias especiales para el lavado de equipos, superficies e instalaciones, la alta rotación de implementos de aseo, el uso de agua para las operaciones de producción y de lavado y desinfección, la generación de subproductos que aún no tienen un uso adecuado (suero lácteo, pulpa de café, cáscaras de huevo, etc.), y las pérdidas y desperdicios de alimentos que suben al 33% a nivel mundial. Según la FAO, pérdida de alimentos es toda aquella que se da en la primera parte de la cadena (cosecha, recolección, almacenamiento, transporte y comercialización), mientras que desperdicio se presenta en la segunda fase de la cadena (consumo). En Colombia se pierden y desperdician más de 9 millones de toneladas de comida al año, según un estudio realizado por el Departamento Nacional de Planeación (DNP). El Banco de Alimentos establece que esta Vol 27, No 47 (2019), Revista Alimentos Hoy -24 cantidad representa el 34% de los alimentos que se producen en Colombia y que si se recuperase el 50% (de ese 34%) podrían consumirse en el país durante todo un año (DNP 2016). Si se incluye el uso del suelo, el consumo de agua, el uso de fertilizantes, el tiempo de cosecha, los recursos para la cosecha, las condiciones de las instalaciones para el almacenamiento (las cuales pueden ser de refrigeración), el transporte (incluyendo todo el uso de combustibles), la distribución, el uso de recursos para transportar, almacenar y preparar los alimentos, estos costos podrían sumar un trillón de dólares para los 1.3 millones de toneladas de alimentos que se pierden y desperdician en el mundo (FAO, 2011). Todo ello para que simplemente sean dispuestos en contenedores de basura por razones (fuertes o simple) propias del consumidor (World Health Organization 2003). Los alimentos después de ser cosechados siguen respirando lo que reduce su vida útil, a pesar de contar con un “empaque” natural como son las cáscaras. Mandarinas, cebollas, aguacates, entre otros alimentos, se han convertido en protagonistas de una fuerte polémica en redes sociales, hasta el punto de que el hashtag #MandanCáscaraPonerPlástico llegó a ser tendencia nacional. La discusión tiene divido al público en dos bandos. El primero asegura que si los alimentos tienen cáscara es un total despropósito venderlos empacados en plástico que además incrementa los índices de contaminación. El segundo argumenta que es absolutamente inteligente porque al hacerlo se conservan las propiedades nutricionales de los alimentos, se alarga la vida útil de los mismos y se garantiza el correcto manejo de las cáscaras como residuo vegetal. La cáscara no siempre es suficiente Aunque la naturaleza es perfecta y los alimentos vienen en su empaque natural, técnicas como el empacado al vacío y la atmósfera modificada ayudan a conservarlos aún mejor que su propia cáscara, ya que inhiben bacterias, hongos y otros agentes externos. Así mismo, evitan la contaminación por manipulación y transporte, haciéndolos más higiénicos. Se considera que el tema amerita atención porque está lleno de mitos. Lo primero es señalar que para los productos que siguen respirando después de ser cosechadosy que limitan su vida útil por las condiciones externas, los envases pueden representar la diferencia entre comerlos o tener que tirarlos. Estas técnicas de conservación pueden utilizar papel, vidrio, metal o plásticos, siendo este último el más versátil para poder aplicar técnicas que preserven las propiedades del alimento. Si bien es cierto que la biodegradación de plástico es un problema, científicos, académicos, productores, entre otros, trabajan cada día por encontrar una solución integral que permita reducir las pérdidas por mala calidad del alimento y que tenga un menor impacto en el medio ambiente. Sin embargo, para la producción de biopolímeros se requiere gran consumo de agua, lo que hace que el impacto a la vista de la comunidad se reduce, pero detrás del proceso hay un gran consumo de recursos. Vol 27, No 47 (2019), Revista Alimentos Hoy -25 A simple vista, comprar los alimentos empacados es producto del afán constante que lleva a las personas a buscar formas de ahorrar tiempo. Sin embargo, debido al ciclo natural de los alimentos a deteriorarse (perder propiedades), la probabilidad de botar un alimento desnudo será mayor que si éste se encuentra envasado, siendo el polímero el más utilizado y por ende el de mayor volumen en la disposición final (Selke 2015). Buena disposición, mala disposición Hacer una mejor disposición de residuos también es ayudar al medio ambiente. Mucho se habla de la importancia de reciclar y de hacer una correcta clasificación y disposición de elementos como papel, cartón, vidrio, etc., con el propósito de que estos se puedan transformar en nuevos materiales. Sin embargo, poco se habla de lo vital que es para el medio ambiente hacer una correcta disposición del material orgánico. De los 12 millones de toneladas de basura que se generan en Colombia, sólo se recicla el 17% y aunque en muchos hogares el material orgánico se aprovecha como compostaje en la mayoría de los casos este material se desecha de manera inadecuada generando gases contaminantes y agravando más la situación ambiental (El Tiempo 2018). Conclusión Hay un problema que no se puede ocultar y es la manera como los materiales de envasado impactan al medio ambiente. Sin embargo, es la única manera de llegar a un consumidor cada vez más exigente y a mercados cada vez más lejanos. Desearíamos poner una vaca en cada esquina para que sea ordeñada, pero como no es posible, el envase se convierte en la principal herramienta para ello. No en vano, la industria de los envases llega a ser hasta el 2% del PIB en países como España y Estados Unidos. Como se puede observar, no hay un envase perfecto, pero cada uno de ellos con sus pros y contras, buscan un sólo propósito: llevar al consumidor un alimento cada vez más fresco y conservando sus propiedades. Y a pesar de que algunos envases muestren el impacto ambiental posterior a su uso, otros lo “ocultan” antes de su producción. Así las cosas, la ciencia y la tecnología buscan permanentemente una solución que supere las expectativas de los diferentes actores involucrados en esta situación. Referencias Anonymous. 2016. 5 Reasons Why Resealable Packaging Will Make Consumers Love Your Brand. Recuperado de: https://fresh-lock.com/blog/resealable- packaging-consumer-loyalty/. Consultado: junio, 2019. Auras R. 2015. 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