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La vida útil es el tiempo durante el cual un producto sigue siendo deseable. Su producto puede presentar algunos cambios durante la vida útil, pero el final de la vida útil se define como un punto en el que el producto deja de ser aceptable para los consumidores. Esta guía le ayudará a determinar el envasado exacto que necesita su producto para obtener la máxima calidad y beneficios.

El sobreenvasado merma los beneficios

¿Por qué realizar pruebas de vida útil? Un envasado insuficiente permite que la actividad del agua en los productos alimentarios aumente o disminuya con el tiempo, provocando cambios físicos indeseables, migración de humedad, degradación química y susceptibilidad a la proliferación microbiana. Por otra parte, un envasado excesivo es caro y puede mermar los beneficios. ¿Cómo puede calcular la cantidad exacta de envase que necesita su producto? Todas estas cuestiones están controladas por la actividad del agua. Si entiende cómo funciona la actividad del agua, podrá desarrollar y envasar productos que se mantengan seguros y apetecibles durante toda su vida útil, sin gastar más de la cuenta.

¿Qué es exactamente la vida útil?

La vida útil es el tiempo durante el cual un producto sigue siendo deseable. Su producto puede presentar algunos cambios durante la vida útil, pero el final de la vida útil se define como un punto en el que el producto ya no es aceptable para los consumidores. Los cambios inaceptables pueden ser características sensoriales, pérdida de estabilidad química, cambios en las propiedades físicas, proliferación microbiana, degradación de vitaminas, etc.

Paso 1: Identifique qué finaliza la vida útil

El primer paso para determinar la caducidad es identificar qué finaliza la vida útil de su producto. Hay tres factores principales que influyen en la vida útil:

• Propiedadesmicrobianas: moho o bacterias potencialmente peligrosas que crecen hasta niveles inseguros en su 

• Cambiosquímicos: pardeamiento, oxidación de lípidos, reacciones enzimáticas, 

• Deteriorofísico: cambios en la textura, apelmazamiento, migración de humedad, 

Estos tres factores pueden ser intrínsecos al propio producto, es decir, a su formulación. O pueden ser extrínsecos, relacionados con las condiciones de almacenamiento, en particular la humedad y la temperatura de almacenamiento, o el tipo de envase. Los tres factores están relacionados con la actividad del agua y pueden controlarse mediante ella.

Figura 1. Diagrama de estabilidad de la actividad del agua (por el Dr. Ted Labuza) que muestra el efecto de la actividad del agua en los modos de fallo.

La figura 1 es un diagrama de estabilidad que muestra la actividad del agua y el contenido de humedad. La actividad del agua se muestra en el eje x, y el eje y ilustra las velocidades de reacción (piense en el contenido de humedad como una mayor velocidad de reacción). El trazo azul oscuro es una isoterma genérica de sorción de humedad. Una isoterma de sorción de humedad ilustra la relación entre la actividad del agua y el contenido de humedad de un producto. Los otros trazos representan modos de fallo. Se puede ver que la tasa de crecimiento del moho, la levadura y las bacterias aumenta exponencialmente a medida que aumenta la actividad del agua. La tasa de actividad enzimática comienza a aumentar significativamente a poco menos de 0,9 y se incrementa a medida que aumenta la actividad del agua. Sin embargo, la oxidación de lípidos es diferente. Cuando la actividad del agua es muy baja, es alta, pero a medida que la actividad del agua aumenta hasta aproximadamente 0,3 a 0,5, se estabiliza. Por encima de 0,5, la oxidación lipídica empieza a aumentar de nuevo. Las reacciones de oscurecimiento alcanzan su punto máximo aproximadamente a 0,6. La sección sombreada en azul de la figura 1 ilustra que, en un intervalo de actividad del agua de 0,3 a 0,5, puede producirse un deterioro físico o cambios de textura: pérdida de textura crujiente, apelmazamiento o colapso de la matriz alimentaria.

Paso 2: Encuentre la actividad crítica del agua de su producto

Como se ha ilustrado anteriormente, cada modo de fallo del producto está asociado a una actividad del agua específica. Esta actividad del agua se conoce como actividad crítica del agua o RHc. Una actividad crítica del agua es la actividad exacta del agua en la que se producirá un cambio indeseable en su producto. Por ejemplo, los cambios físicos se identifican por un cambio en las propiedades de sorción, que en última instancia se traduce en un cambio de textura. Este cambio se producirá a una determinada actividad del agua específica de su producto, y su producto será el más estable por debajo de esa actividad crítica del agua. Una isoterma de sorción de humedad (figura 2) le ayuda a identificar cuál es la RHc de su producto.

Figura 2. Las isotermas de absorción de humedad revelan actividades críticas del agua para tres productos diferentes.

En la figura 2 se muestra un gráfico con diferentes isotermas de absorción de humedad generadas por el AQUALAB VSA. Representa la actividad del agua a lo largo del eje x y el contenido de humedad a lo largo del eje y. El trazo azul medio ilustra que la leche en polvo tiene una actividad crítica del agua de 0,42 aproximadamente. ¿Cómo se sabe? En torno a 0,42, se observa un gran aumento del contenido de humedad con un pequeño aumento de la actividad del agua. Aquí es donde empiezan a formarse grumos y apelmazarse.

Curiosamente, la leche en polvo tiene una segunda actividad crítica del agua entre 0,7 y 0,8, donde empieza a cristalizar. En el caso de los cereales (trazo azul oscuro), la actividad crítica del agua es de aproximadamente 0,5. La HRc de las croquetas sin cereales es más cercana a 0,7 debido al crecimiento microbiano. Las empresas de alimentos para animales deben mantenerse por debajo de este nivel. La sacarosa tiene una actividad crítica del agua de aproximadamente 0,85, cuando se produce un aumento repentino del contenido de humedad con sólo un pequeño incremento de la actividad del agua.

Tenga en cuenta también que la actividad crítica del agua depende de la temperatura. A medida que aumente la temperatura de su producto, su actividad crítica del agua disminuirá. Por tanto, es importante conocer la HRc y las condiciones de almacenamiento de su producto (temperatura). A continuación, puede combinar la formulación y el envasado del producto para mantenerlo por debajo de la actividad crítica del agua durante toda la producción y la vida útil.

Paso 3: Realizar pruebas de vida útil acelerada (si es necesario)

Las pruebas de vida útil acelerada exigen identificar primero el modo o modos de fallo más probables y, a continuación, evaluar cuándo y por qué se producen. Es posible que haya más de un modo de fallo. Si no se está seguro de qué fallo se producirá primero, será necesario controlar todos los posibles niveles de fallo durante la prueba. Por ejemplo, si el crecimiento microbiano es uno de los modos de fallo, tendrá que conocer los límites de actividad del agua para el crecimiento microbiano.

Si el modo de fallo es la ranciedad, habrá que medir los niveles de oxidación. Si un cambio de textura acaba con la vida útil, necesitará una isoterma de sorción de humedad (véase la figura 2). Para la degradación vitamínica, medirá los niveles de vitaminas. Los cambios de color pueden evaluarse mediante imágenes de color (también llamadas colorimetría). Y las reacciones enzimáticas pueden evaluarse observando la actividad enzimática. Una vez identificado el tipo de datos que necesita recopilar, puede realizar pruebas de vida útil acelerada para identificar el intervalo ideal de actividad del agua para su producto. El siguiente gráfico ilustra algunos escenarios de lo que podría ser un proceso de prueba de vida útil acelerada después de identificar su(s) modo(s) de fallo más probable(s).

Figura 3. Posibles escenarios para las pruebas de vida útil acelerada.

Cómo realizar pruebas de vida útil acelerada

El objetivo de las pruebas de vida útil acelerada es obtener datos empíricos para su producto específico. Y esto es importante. A veces, la vida útil se determina observando productos similares en el mercado y relacionando esa vida útil con su propio producto. Sin embargo, es mejor utilizar su propio producto final para determinar la vida útil. Para ello, se recopilan datos empíricos y luego se relacionan estos datos con el RHC específico dependiente de la temperatura en el que falla el producto.

Utilizando la actividad del agua (aw), los pasos básicos para las pruebas de vida útil acelerada son:

Pasos básicos para la comprobación de la vida útil mediante la actividad del agua

Aquí tienes los detalles de cómo preparar una prueba:

Las pruebas «aceleradas» consisten en elevar la temperatura y la actividad del agua para que las cosas sucedan más rápidamente. Dado que el RHC disminuye a medida que aumenta la temperatura, seleccionará tres actividades del agua y tres temperaturas diferentes y mantendrá su producto a una combinación de cada una de estas tres (nueve submuestras) hasta que el producto se vuelva indeseable. Durante este tiempo, seguirá el progreso del modo de fallo elegido. Por ejemplo, si está siguiendo la oxidación de lípidos, medirá el nivel de oxidación hasta que sea inaceptable para el consumidor. (Usted decide qué es «inaceptable», ya que se producen algunos cambios en el producto cuando aún es aceptable). A lo largo del tiempo, recoja datos de tiempo frente a cantidad de cambio para determinar la tasa. A continuación, modele los datos recogidos teniendo en cuenta el tiempo, la temperatura y la actividad del agua. Cuando consiga esta correlación, podrá modelizar la vida útil y las tasas de reacción para su modo de fallo.

Ejemplo 1: preparados para lactantes

Para ver cómo funciona, examinaremos una prueba de fórmula infantil realizada en AQUALAB. Este estudio se publicó y puede consultarse en el Shelf-Life International Meeting de 2017. La fórmula infantil se mantuvo a tres temperaturas elevadas (30, 37 y 45 grados C) y tres actividades de agua diferentes (0,43, 0,50 y 0,65). Preparamos nueve submuestras diferentes utilizando una combinación de estos factores. Colocamos el producto en recipientes herméticos con una solución salina saturada debajo que produjera la actividad de agua específica que nos interesaba. A continuación, colocamos los recipientes en hornos a la temperatura adecuada y controlamos los cambios.

Elegimos la oxidación lipídica como el modo de fallo para la fórmula infantil, y realizamos un seguimiento de las barras T para determinar cuándo la oxidación había alcanzado un nivel inaceptable. Para este experimento, un nivel inaceptable era un miligramo de Malondialdehído por kilogramo. A continuación, observamos la velocidad de reacción para cada una de esas combinaciones de temperatura y actividad del agua. Lo determinamos utilizando la pendiente del tiempo frente al valor de la barra T y, en este caso, se trataba de una relación lineal.

Sin embargo, no siempre es así. A veces se trata de una reacción de primer orden, lo que significa que tendrá más bien una relación exponencial. Pero en  nuestro caso, se trataba de una relación lineal, lo que simplificó mucho la creación de un modelo de tiempo hidrotermal para la fórmula infantil (envíe un correo electrónico a mary.galloway@metergroup.com para obtener una copia del estudio: A Hygrothermal Model for Predicting Shelf Life in Infant Formula por Brady P. Carter, Mary T. Galloway, Gaylon S. Campbell y Shyam S. Sablani).

Ejemplo 2: chips de col rizada

Un fabricante de chips de col rizada experimentó el fin de su vida útil a los 30 días por pérdida de textura y crecimiento de moho. 30 días le dificultaban enviar el producto muy lejos. ¿Cómo puede aumentar su vida útil?

Para ello, debe determinar a partir de qué actividad del agua corren las patatas fritas riesgo de proliferación microbiana. Según los límites de actividad del agua para el crecimiento microbiano publicados en la literatura (véase la Tabla 1), si mantiene la actividad del agua de su producto por debajo de 0,7, no observará ningún crecimiento microbiano. Por encima de ese valor, existe el riesgo de que aparezca moho.

Tabla 1. Límites de crecimiento microbiano, incluidos mohos y levaduras.

El siguiente paso es determinar a partir de qué actividad del agua los chips pierden textura. Para averiguarlo, el fabricante necesita una isoterma de sorción de humedad que le indique exactamente cuándo verá ese cambio de textura (Figura 4).

Figura 4. Isoterma de sorción de humedad de chips de col rizada

La figura 4 es una isoterma de un chip de col rizada con la actividad del agua en el eje x y el contenido de humedad en el eje y. A simple vista, se puede adivinar que la pérdida de textura se produce en un punto de inflexión del trazo en el que las propiedades de sorción aumentan drásticamente. Sin embargo, es difícil identificar exactamente ese punto, por lo que la forma más sencilla es realizar una evaluación de la segunda derivada en esa pendiente. Una evaluación de la segunda derivada examina la pendiente para determinar cuándo se produce un cambio en la pendiente, lo que indica un cambio en la absorción de humedad (figura 5).

Figura 5. Usando una segunda derivada para identificar RHC

En la segunda derivada a la derecha de la Figura 5, el primer pico va a ser el RHC. Se puede ver que cuando se compara con la isoterma de la izquierda, se correlaciona bien. Por lo tanto, si el fabricante de chips de col rizada puede mantener los chips por debajo de esta actividad crítica del agua de 0,57, mantendrán su textura crujiente y dejarán de ser susceptibles al crecimiento microbiano. Mantener los niveles correctos de actividad del agua es fácil utilizando un medidor de actividad del agua AQUALAB 4TE.

Pasos 4 y 5: Determinar la vida útil deseada y calcular el envasado

Una vez determinada la actividad crítica del agua, puede calcular la vida útil. Las ecuaciones de caducidad tienen en cuenta varios factores. Uno de los primeros es el envase del producto. Cada envase tiene un índice de transmisión de vapor de agua (Figura 6).

Figura 6. Tasa de transmisión de vapor de agua del embalaje.

En cualquier entorno, habrá una cierta cantidad de agua en el aire o humedad relativa (HR). El envase que elija sólo permite que una cierta cantidad de esa agua pase e interactúe con su producto. Esta cantidad suele medirse en gramos por metro cuadrado y día. El envasador prueba el envase en determinadas condiciones (por lo general, aproximadamente 38 grados centígrados y 90% de humedad relativa). Estas condiciones entrarán en juego en el cálculo de la vida útil. Además, debe conocer la superficie del envase en metros cuadrados y la masa del producto dentro del envase.

Otra información necesaria son las condiciones de almacenamiento del producto: temperatura, humedad y presión atmosférica. La presión atmosférica depende de su altitud y también puede variar con las diferencias meteorológicas.

Por último, deberá conocer la actividad de agua de su producto. Esto incluye la actividad inicial del agua y también la actividad crítica del agua.

Ecuaciones de vida útil simplificadas

Hay varias ecuaciones que intervienen en el cálculo de la vida útil que van más allá del alcance de este artículo (lea sobre ellas aquí). Pero hay una forma más sencilla. Un programa de software llamado Moisture Analysis Toolkit realizará automáticamente estos cálculos por usted. Basta con introducir las variables de un producto y el kit de herramientas determinará la situación ideal para su envase, permitiéndole incluso variar los parámetros de análisis y encontrar el envase que proporcione el mejor rendimiento de la inversión. A continuación, encontrará capturas de pantalla extraídas directamente del software para mostrarle cómo funciona.

Figura 7. Calculadora de vida útil del kit de herramientas de análisis de humedad

El programa le pedirá que introduzca el índice de transmisión de vapor de agua, la temperatura de ensayo y la humedad (normalmente, unos 38 grados centígrados con una humedad del 90%). A continuación, introducirá las condiciones de almacenamiento de su producto y alguna información sobre el propio producto. En la figura 7, colocamos el producto en algún lugar con una humedad del 60% y 100 kilopascales de presión atmosférica. El producto pesa 454 gramos y está almacenado en un ambiente a 30 grados centígrados. Se calcula la superficie del envase y, a continuación, se introducen las actividades iniciales y críticas del agua. Utilizando el software, puede seleccionar rápidamente su archivo de isoterma previamente guardado (La isoterma de su producto se calcula automáticamente y se almacena en el software utilizando el instrumento AQUALAB VSA).

Después de introducir la información, pulse calcular, y el software le proporcionará una vida útil estimada (en este caso 30 días). Para cambiar o prolongar la vida útil, busque envases con un índice de transmisión de vapor de agua menor.

Si desea aumentar el tiempo de conservación, puede utilizar otra calculadora del kit de herramientas de análisis de humedad diseñada exclusivamente para este caso (figura 8).

Figura 8. Herramientas de análisis de humedad Calculadora WVTR

La figura 8 muestra que, para obtener una vida útil de 180 días, se necesita un WVTR de 1,3 en el envase. Puede llevar esta información a su envasador y decirle que necesita algo con este WVTR para conseguir la vida útil deseada.

La Tabla 2 es una comparación de algunos materiales de envasado comunes.

Tabla 2. WVTR para materiales de embalaje comunes

Es importante saber que estos índices de transmisión de vapor de agua se obtuvieron a 38 grados C y 90% de humedad relativa. Pero no siempre es así. A veces se obtienen a 30 grados C y 75% de humedad relativa. Tenga en cuenta también que esta tabla está en unidades métricas, y así es como la calcula el software, pero a veces WVTR aparece como gramos por metro cuadrado por 24 horas. O podría estar en unidades estándar como pulgadas al cuadrado. Por lo tanto, es importante que las unidades sean correctas al introducir el WVTR para el material de envasado. Tenga en cuenta que el polipropileno tiene un WVTR de 8,2, pero un polipropileno orientado y con una capa metalizada, el WVTR se reduce a 1,0. Es bueno saber qué tipo de envase se necesita porque no se quiere envasar de menos. Tomando como ejemplo los chips de col rizada, la figura 8 muestra que con un WVTR de envase de 7,5 el fabricante de alimentos sólo es capaz de mantener el producto durante 30 días. Pero si el fabricante elige un envase con un WVTR de 1,3, el producto durará seis meses. Sin embargo, tenga en cuenta que cuanto menor sea el WVTR, mayor será el coste, así que no envase en exceso o pagará por un envase que no necesita.

Paso 6: Reevaluación tras cambios en la formulación

El kit de herramientas de análisis de humedad facilita el cálculo del efecto de los cambios en los ingredientes sobre la vida útil. Puede calcular la actividad de agua final de una mezcla o una receta sin ni siquiera fabricar el producto. Para ello se necesita una isoterma para cada uno de los ingredientes. La figura 9 muestra cómo el kit de herramientas de análisis de humedad predice la actividad de agua final si se añade un condimento al producto final.

Figura 9. Calculadora de cambio de ingredientes del kit de herramientas de análisis de humedad

Arriba a la izquierda, se añaden diferentes ingredientes. En la parte inferior izquierda están los resultados. Para una libra de chips de col rizada, hemos introducido la actividad del agua inicial y la masa para averiguar qué ocurre con la actividad del agua al añadir cinco gramos de ajo en polvo. Después de introducir la información, pulsamos calcular y el software nos proporciona una nueva actividad de agua final para la mezcla. En la figura 9, la actividad del agua ha disminuido ligeramente. El programa también indica el contenido final de humedad de los trocitos de col rizada y el ajo. El gráfico de la derecha muestra cómo se combinan las isotermas (los trozos de col rizada son el trazo azul y el ajo es el trazo verde). El trazo rojo es una isoterma combinada, y el programa también proporciona la actividad de agua de equilibrio (0,449), que será la actividad de agua final de la mezcla.

Paso 7: Probar las predicciones de vida útil con pruebas empíricas

Los ejemplos anteriores ilustran cómo el VSA y el kit de herramientas de análisis de humedad pueden acelerar los procesos de investigación y desarrollo y predecir cómo cambiará la actividad del agua en un producto. Pero si no ha realizado pruebas de vida útil, tendrá que poner a prueba sus predicciones. El software del kit de herramientas de análisis de humedad manipula muy bien los parámetros y ofrece una respuesta rápida, pero se trata de predicciones basadas en ecuaciones matemáticas. Tendrá que realizar pruebas empíricas para demostrar que su formulación y envasado son exactamente lo que necesita.

¿Por qué realizar pruebas de vida útil?

Históricamente, muy pocos fabricantes han tomado decisiones científicas sobre envasado y vida útil. Muchas empresas sobreenvasan para evitar problemas y sólo hacen cambios cuando surgen. Sin embargo, el sobreenvasado puede reducir considerablemente los beneficios. Por eso, cuando es necesario maniobrar hábilmente entre el coste y la calidad, la información científica precisa ayuda a mejorar el balance final. A modo de repaso, he aquí los pasos para determinar la vida útil y el envasado.

1. Identifiquelo que acaba con la vida útil (modo de fallo: Obtenga más información al respecto en la Guía completa de vida útil para la industria alimentaria).
2. Determinarla actividad crítica del agua (RHc).
3. Realicepruebas aceleradas de vida útil, si es necesario.
4. Determinela vida útil deseada.
5. Calcularel envasado adecuado.
6. Reevaluartras cambios en la formulación.
7. Demuestrelas predicciones de vida útil con pruebas empíricas.

Recursos de vida útil

• AHygrothermal Model for Predicting Shelf Life in Infant Formula by Brady  Carter, Mary T. Galloway, Gaylon S. Campbell, and Shyam S. Sablani.
• FoodShelf-Life Stability Chemical, Biochemical, and Microbiological Changes edited  N.A. Michael Eskin.
• FoodDrying Science and TEchnology Microbiology, Chemistry, Applications edited by H. Hui.
• Freshnessand Shelf Life of Foods edited by Keith  Cadawallader and Hugo Weenen.
• OpenDating of Foods  Theodore P. Labuza and Lynn M. Szybist.
• Shelflife: Food Industry Briefing by Dominic Man.
• Shelf-LifeEvaluation of Foods Second Edition edited by Dominic Man and Adrian Jones.
• Understandingand Measuring the Shelf Life of Food edited by  Steele.
• Stabilityand Shelf Life of Food edited by David Kilcast and Persis Subramaniam.
• SousVide and Cook Chill Processing for the Food Industry edited by  Ghazala.
• Sterilizationof Food in Retort Pouches by G. Abdul Ghani Al Baali.

Chile: miarias@morph2ola.com

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