Todo Empaque mayo-junio 2014 by Alfa Editores Técnicos

2 [ CONTENIDO ]

MAYO / JUNIO 2014 | VOLUMEN 5, NO. 3 www.alfaeditores.com | buzon@alfa-editores.com.mx

Procesos

10 Diseño de una crema regeneradora con quitina para después del bronceado

Tecnología

22 Optimización del proceso de esterilización de los alimentos enlatados utilizando estudios de distribución de temperatura

Materiales

36 Aspectos de la seguridad de los empaques y los biomateriales TodoEmpaque | Mayo - Junio 2014

4 [ CONTENIDO ]

EDITOR FUNDADOR

Ing. Alejandro Garduño Torres DIRECTORA GENERAL

Lic. Elsa Ramírez Zamorano Cruz

Secciones

CONSEJO EDITORIAL Y ÁRBITROS

Editorial Calendario de Eventos

Índice de Anunciantes

CON EL RESPALDO DE:

M. C. Abraham Villegas de Gante Dra. Adriana Llorente Bousquets Dra. Consuelo Silvia O. Lobato Calleros Dr. Francisco Cabrera Chávez Dr. Felipe Vera Solís Dra. Herlinda Soto Valdez Dr. Humberto Hernández Sánchez Dr. J. Antonio Torres Dr. José Pablo Pérez-Gavilán Escalante Dra. Judith Jiménez Guzmán M. C. Ma. del Carmen Beltrán Orozco Dra. Ma. del Carmen Durán de Bazúa Dra. Ma. del Pilar Cañizares Macías Dr. Marco Antonio Covarrubias Cervantes Dr. Mariano García Garibay M. C. Rodolfo Fonseca Larios Dra. Ruth Pedroza Islas Dr. Salvador Vega y León Dr. Santiago Filardo Kerstupp Dra. Silvia Estrada Flores Dr. Valente B. Álvarez DIRECCIÓN TÉCNICA

Q.F.B. Rosa Isela de la Paz G. DIRECCIÓN COMERCIAL

Lic. J. Gerardo Muñoz Lozano PRENSA

ORGANISMOS PARTICIPANTES

Lic. Víctor M. Sánchez Pimentel DISEÑO

Lic. María Teresa Bañales Yerena Lic. Lucio Eduardo Romero Munguía VENTAS

Cristina Garduño Torres Edith López Hernández Juan Carlos González Lora ventas@alfa-editores.com.mx OBJETIVO Y CONTENIDO El objetivo principal de TODOEMPAQUE es difundir la tecnología del empaque y embalaje del ramo alimentario, farmacéutico, cosmético, automotriz, industrial, etc., y servir de medio para que los técnicos, especialistas e investigadores de todas las áreas relacionadas con la industria, expongan sus conocimientos y experiencias. El contenido de la revista se mantiene actualizado gracias a la aportación del conocimiento de muchas personas especializadas en el área, pero además la tecnología que difunde es de aplicación práctica para ayudar a resolver los problemas que se plantean al pequeño y mediano industrial. TODOEMPAQUE se edita bimestralmente y es publicada por ALFA EDITORES TÉCNICOS, S.A. DE C.V., Av. Unidad Modelo No. 34, Col. Unidad Modelo, 09089, México, D.F. Tels./Fax: (55) 55 82 33 42, 78, 96 con 6 líneas. E-mail: buzon@alfa-editores.com.mx, Web: www.alfaeditores.com Todos los derechos reservados. Prohibida la reproducción total o parcial, sin permiso escrito del editor. El contenido de los artículos firmados es responsabilidad del autor. El contenido de los artículos sin firma es responsabilidad de la editorial. La veracidad y legitimidad de los mensajes contenidos en los anuncios publicados en esta revista son responsabilidad de la empresa anunciante. Se aceptan colaboraciones. No se devuelven originales. Se acepta intercambio de publicaciones similares. Certificado de Licitud de Título en trámite • Certificado de Licitud de Contenido en trámite. Reserva No. 04-2009-112013535700-102 expedida por el Instituto Nacional del Derecho de Autor, Registro Postal PP09-1791.

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6 [ EDITORIAL ]

Empaque flexible, el despertar de toda una industria Ambientalmente amigable, económico, versátil y fácilmente operable; así es el empaque flexible.

ara nadie es una novedad que los envases flexibles cada vez más ganan mercado a los de presentación rígida. Tanto la industria de alimentos y bebidas como la de cosméticos y otras se valen de estas soluciones para resguardar sus productos, impulsadas por el cuidado medioambiental que representan, sus bajos costos respecto a versiones sólidas, su versatilidad para crear distintas presentaciones y sus ventajas logísticas (almacenaje, transporte y operación). Los empaques flexibles han penetrado tanto los mercados actualmente, que cuando hemos reportado los resultados de certámenes de diseño de envase (como Pentawards, WorldStar o German Packaging Awards) siempre hay propuestas atractivas ya sea por su funcionalidad, ahorros significativos o creatividad en el diseño. Además, como han demostrado estudios, tienen una influencia considerable en los anaqueles al momento de que los consumidores deciden sus compras. La industria del empaque flexible ha crecido tanto que desde hace algunos años existen elementos suficientes como para establecer datos rastreables y precisos sobre cómo se va desenvolviendo este sector del envase. En la edición más reciente (de 2014) del Flexible Packaging Playbook (herramienta educativa de la revista Packaging World), se establecieron 11 claras tendencias del empaque flexible: facilidad de apertura y re-cierre, películas de alta barrera transparentes, penetración

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en categorías totalmente nuevas, visibilidad frontal del producto envasado, un avance lento dentro del mercado de cereales, más capas de coextrusión, mayor facilidad para dar formas variadas, más esterilizables y resistentes a altas temperaturas, gran impacto gracias a novedosas aplicaciones, nuevas formas de ser empaque sustentable, y mayor aprovechamiento de los residuos para transformarlos en energía. El empaque flexible dejó de ser una novedad, es ya toda una industria. Por ello, con artículos referentes a la seguridad de materiales y la optimización del proceso de esterilización de alimentos, dedicamos el presente número de TodoEmpaque al empaque flexible, una opción para los fabricantes de todo tipo de productos que aún tiene mucho que aportar. Además, incluimos nuestras útiles secciones de Novedades y Calendario de Eventos, así como una nueva sección de contenidos técnicos de interés para el sector cosmético. Gracias por llegar al cierre del primer semestre de 2014 con TodoEmpaque, revista líder en la aportación de documentación profesional práctica para el sector de empaque y embalaje, necesario en todo tipo de industrias. Bienvenid@s. Lic. Elsa Ramírez-Zamorano Cruz Directora General

{8} TETRA PAK REPORTA SUS AVANCES AMBIENTALES DE 2013 Tetra Pak informó que en el 2013 la empresa avanzó de manera contundente hacia sus metas ambientales a cumplirse para el 2020, centrándose en el desarrollo de productos sustentables, en reducir su huella ambiental a lo largo de la cadena de valor y en incrementar su actividad de reciclaje.

Novedades

Con el fin de que los envases de sus productos sean más sustentables, Tetra Pak afirmó enfocarse en aumentar el uso de materiales a partir de recursos naturales que pueden renovarse si se manejan adecuadamente. En promedio, el 75% de un envase Tetra Pak está hecho de cartón que proviene de la madera. Como meta a largo plazo, Tetra Pak quiere desarrollar un envase completamente renovable. Uno de sus pasos destacables en el 2013 fue el lanzamiento global de la tapa biológica LightCap 30, fabricada a partir de HDPE, o polietileno de alta densidad, un derivado de la caña de azúcar. En el 2013, 1.1 mil millones de envases con estas bio-tapas llegaron al mercado, cubriendo toda la cartera de presentaciones, casi duplicando el número alcanzado en el 2012.

SUCCINITY GMBH, DE PURAC Y BASF, PRODUCE ÁCIDO SUCCÍNICO Bajo la razón social Succinity GmbH, las firmas BASF y Corbion Purac iniciaron exitosamente la producción comercial de ácido succínico de base biológica, una molécula trascendente para la bioquímica que juega un papel importante en la industria, pues es un componente intermedio para distintos procesos y productos. Este ácido tiene oportunidad en el sector de los plásticos biodegradables, como botellas o bolsas, en la ingeniería automotriz, en el sector de tejidos y en la construcción, de acuerdo con ambas empresas, que empezaron a trabajar en lo que ahora es Succinity GmbH desde el 2009. La planta de ácido succínico de base biológica se instaló en Montmeló, Barcelona (España).

COCA-COLA FEMSA PROMUEVE EL RECICLAJE DE RESIDUOS La búsqueda de innovadoras prácticas en temas relacionados al reciclaje y el mejor aprovechamiento de residuos, son una motivación para que Coca-Cola FEMSA, a través de alianzas estratégicas con organismos y empresas que comparten la misma filosofía, impulse iniciativas y proyectos cuyo objetivo sea consolidar legados para las generaciones futuras, construyendo entornos sanos, seguros y en condiciones medioambientales óptimas. Es así que Coca-Cola FEMSA apoya al Concurso Nacional de Reciclaje de Residuos organizado por la Confederación Patronal de la República Mexicana (COPARMEX) y la Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales (SEMARNAT), para fomentar una cultura ambiental sostenible y demostrar que la colaboración entre la iniciativa privada, los organismos empresariales y el sector gubernamental potencializa las acciones que transforman positivamente a las comunidades. Con ello, la trasnacional busca generar mecanismos que aumenten la eficiencia en el uso de materiales y promuevan su óptima disposición, así como su reciclaje.

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{9} INVENTAN UNA BOTELLA COMESTIBLE Tres jóvenes londinenses estudiantes de diseño inventaron “Ooho”, una pequeña botella para agua hecha de una membrana gelatinosa a base de alga que una vez vacía puede comerse o simplemente desecharse sin mayor preocupación, pues el material es biodegradable. Si bien llama la atención que es la primera botella comestible para agua, el principal aporte de esta solución es disminuir la presencia de envases de PET comúnmente utilizados por la industria, ya que su degradación implica lapsos de tiempo considerables. Aunque el PET se recicla, no todos los sistemas de recolección a nivel mundial captan cuotas medioambientalmente aceptables de empaques. Para crear “Ooho”, los universitarios se basaron en el principio culinario llamado esferificación, una tendencia iniciada en la década de los 90 que consiste en encapsular alimentos con texturas gelatinosas a manera de que tengan una consistencia parecida a la de la hueva de pescado. “Ooho” es una alternativa de bajo costo que puede fabricarse en diferentes tamaños y para su comercialización es posible emplear etiquetas sin que el líquido contenido se contamine.

Novedades Mayo - Junio 2014 | TodoEmpaque

{10}

Diseño de una crema regeneradora con quitina para después del bronceado

Procesos

Design of a regenerative chitin cream for use after sun tanning [MSc. Patricia Pérez Ramos, I Dra. Olga María Nieto Acosta, I Dra. Ofelia Bilbao Reboredo, I MSc. Ariana López Torres II y MSc. Lenia González Cabrer III]

RESUMEN

Palabras clave: Cosmecéutico; humectante; quitina; crema; regenerador.

Después de tomar el sol resulta indispensable reparar la piel agredida por los rayos nocivos. Los cosmecéuticos para después del sol contienen elementos antinflamatorios, calmantes, hidratantes, suavizantes y regeneradores del epitelio, los cuales evitan o mitigan la sensación de dolor, tirantez, ardor y prurito. El objetivo de este estudio es desarrollar una crema regeneradora con quitina para después del bronceado con la calidad requerida para reparar e hidratar la piel. Se realizaron dos diseños experimentales 22 (F1 y F2), en los que se utilizaron humectantes diferentes, glicerina y propilenglicol respectivamente. Se midieron

como variables respuestas: el pH y la extensibilidad; además se analizaron las propiedades psicofisiológicas, la tensión de cizalla y las pruebas de centrifugación e influencia de la temperatura durante 60 días. No existieron diferencias significativas entre el uso del propilenglicol o la glicerina, mientras que sí fue notable la incidencia del alcohol cetílico en los valores de extensibilidad y pH. Se obtuvo como la mejor variante la I del diseño F2, en la que el alcohol cetílico se encontraba al 4 % y el propilenglicol al 3 %; el pH resultó 7,05 ± 0,00; la extensibilidad igual a 68,15 ± 1,51 y la tensión de cizalla de 1,93 ± 0,01; las propieda-

[I Instituto de Farmacia y Alimentos. La Habana, Cuba. II

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Empresa Laboratorio Farmacéutico "Roberto Escudero". La Habana, Cuba. III Centro de Hemoderivados. La Habana, Cuba.]

{11} des psicofisiológicas resultaron satisfactorias y no hubo cremado ni coalescencia. Se puede considerar, atendiendo a las mediciones realizadas en el tiempo evaluado, características satisfactorias para las cremas elaboradas siendo la de menor costo, la variante I del diseño

F2. La estabilidad física de las formulaciones, sometidas incluso las bases a pruebas de centrifugación e influencia de la temperatura, es indicativo de una buena compatibilidad entre el biopolímero estudiado y los excipientes de la formulación.

Procesos Mayo - Junio 2014 | TodoEmpaque

12 [ PROCESOS ]

ABSTRACT After taking the sun, it is indispensable to repair the skin affected by harmful rays. The cosmeceuticals for use after sunbath have antinflammatory, relaxing, hydrating, soothing and regenerative elements of the epithelium, which prevent or mitigate the feeling of pain, tautness, burning and rash. To develop a regenerative chitin cream to be used after sun tanning, with due quality to repair and hydrate the skin. Two experimental designs 22 (F1 and F2) were created in which glycerin and propilenglycol were used as humectants respectively. Ph and extensibility were measured as variables in addition to analyzing the psychophysiological properties, the shearing tension and the centrifugation tests as well as the temperature impact during 60 days. There were no significant differences between propilenglycol and

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glycerin whereas the incidence of cetyl alcohol in extensibility and pH values was noticeable. The best variant was the no. 1 in the F2 design in which the cetyl alcohol was found at 4 % and the propilenglycol at 3 %. The pH value was 7.05 ± 0.00; the extensibility was 68.15 ± 1.51 and the shear tension was 1.93 ± 0.01. The psychophysiological properties were satisfactory and there was no creaming or coalescence. It may be considered that, according to the measurements made in the evaluated period of time, the characteristics are satisfactory for the prepared creams; being variant I of the F2 design the least expensive. The physical stability of formulations undergoing tests of centrifugation and temperature impact indicates good compatibility between the studied polymer and the excipients. Key words: cosmeceutical; humectants; chitin; cream; regenerative.

[ PROCESOS ] 13

INTRODUCCIÓN En la actualidad, la finalidad de la cosmética consiste en conservar el alto grado de funcionalidad de la piel, que constantemente se halla expuesta a las influencias ambientales más diversas y a la pérdida de sustancias esenciales, proceso que ocurre al pasar de los años.1 Todo lo anterior argumenta la necesidad de productos que ayuden en la función de la protección de la piel, tanto para evitar lesiones como para conservar sus condiciones naturales.2 A favor del uso de nuestros recursos naturales, resulta ventajosa la utilización de materias primas nacionales en la elaboración de cualquier producto. La quitina ha sido ampliamente estudiada tanto a nivel internacional como en Cuba, se han realizado diversos trabajos en torno a la síntesis, caracterización y aplicación de este biopolímero y algunos de sus derivados.3 Es bueno destacar, que estos estudios han estado dirigidos a la utilización de la quitina como fármaco o sustancia auxiliar en la elaboración de medicamentos, aparecen escasos reportes del uso de esta sustancia en el campo cosmético.4 Actualmente en el Instituto de Farmacia y Alimentos de la Universidad de La Habana se desarrolla una línea cosmética para pieles dañadas utilizando quitina, por ser esta una molécula biocompatible, biodegradable, atóxica y de elevada potencialidad como regenerador hístico unido a un efecto antioxidante.5 Actúa como un excelente agente acelerador de la cicatrización, incorporándose a la dermis sin causar trastornos inflamatorios, lo cual ratifica que las hexosaminas (unidad estructural de la quitina) constituyen un componente endógeno de las células cutáneas.6 El objetivo de este trabajo es desarrollar una crema regeneradora con quitina para después del bronceado con la calidad requerida, a partir de realizar dos diseños F1 y F2 en los

que se utilizaron humectantes diferentes, glicerina y propilenglicol respectivamente.

MÉTODOS Se utilizó como sustancia bioactiva el polvo de quitina procedente de la langosta Panulirus argus, con un tamaño de partícula inferior a 63 µm, suministrado por la Empresa Laboratorio "Mario Muñoz" perteneciente al grupo empresarial QUIMEFA del Ministerio de la Industria Básica (MINBAS), obtenido mediante el procedimiento desarrollado en la Universidad de La Habana.7 Se emplearon como excipientes materias primas de calidad farmacéutica y cosmética, con especificaciones de calidad por USP 30 y BP 2007, suministradas por la Empresa Suchel Fragancia, perteneciente al Ministerio de la Industria Ligera (MINIL) y a la Empresa Laboratorio Farmacéutico "Roberto Escudero Díaz", perteneciente a QUIMEFA, MINBAS.

Métodos de preparación de las cremas a escala de laboratorio Las formulaciones cosmecéuticas para después del bronceado con quitina al 2 %, se elaboraron en el Departamento de Investigación y Desarrollo del Laboratorio Farmacéutico" Roberto Escudero Díaz"; se prepararon 200 g de cada

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14 [ PROCESOS ]

variante, las cuales se envasaron en frascos de polietileno de alta densidad de capacidad 250 mL. El orden de selección de las formulaciones para su preparación fue aleatorio atendiendo al diseño experimental. Para la elaboración de las formulaciones se tuvo en cuenta el cálculo del balance hidrofílico-lipofílico necesario (HLBn) de la fase oleosa y el balance hidrofílico-lipofílico (HLB) de los emulgentes. Los cálculos fueron realizados por la ecuación de Griffin.8

dencia de las concentraciones en que fue utilizado, para una mejor selección de la preparación según los propósitos que se buscan con el cosmecéutico en estudio; la tendencia es que sea una crema suave, no tan consistente para que facilite su extensión y aplicación sobre la piel de las manos. El otro factor a analizar es el humectante (se consideraron dos: glicerina y propilenglicol) por contribuir a proporcionar tersura y suavidad a la piel.

El proceso de elaboración se llevó a cabo a escala de laboratorio, siguiendo la metodología general del método de fusión para la preparación de semisólidos9.

Se elaboraron dos réplicas. En total se realizaron ocho experimentos para cada diseño (cuatro variantes del diseño utilizando como humectante glicerina (F1) con sus réplicas y otras cuatro variantes del diseño utilizando como humectante propilenglicol (F2) con sus réplicas). Los niveles fueron:

Diseño experimental para el desarrollo de la crema para después del bronceado Se utilizó un diseño factorial 22. Los factores utilizados fueron X1: concentración de alcohol cetílico y X2: concentración de humectante, con 2 niveles cada uno. El alcohol cetílico es uno de los factores a analizar en el diseño factorial, porque permite valorar las posibles consistencias de las formulaciones en depen-

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X2: AGENTE HUMECTANTE

X1: ALCOHOL CETÍLICO

GLICERINA (F1) PROPILENGLICOL (F2)

-1= 4 %

-1= 3 %

+1= 7 %

+1= 6 %

[ PROCESOS ] 15

La matriz codificada para ambos diseños se expone a continuación: VARIANTES

-1

III

-1

Durante el transcurso de los 60 días de preparadas las formulaciones se evaluaron, como variables respuesta, la extensibilidad y el pH10 por ser parámetros fundamentales que describen la estabilidad de los sistemas semisólidos, además de avalar la calidad de las preparaciones cosméticas.

Se calculó el área de la circunferencia formada aplicando la siguiente fórmula: E= A= π (d1 x d2)/4 donde: A: área de la circunferencia formada (cm2) d1 y d2: diámetros perpendiculares a la circunferencia formada (cm) E: extensibilidad del producto expresada en cm2 El ensayo se realizó por triplicado, en el cual se determinaron los valores promedio y la desviación estándar mediante el programa estadístico Statistic for Windows, versión 6.5. Determinación de la tensión de cizalla (penetrometría). Estas determinaciones fueron realizadas con un penetrómetro Labor B-202, automático, a la temperatura de 25 ºC.9

Las resultados de las muestras fueron procesados mediante el programa SPSS versión 11.5 Se obtuvieron las ecuaciones de regresión y se determinaron las variables significativas del diseño.

Como cuerpo penetrante se utilizó un cono cuyas constantes físicas son las siguientes: diámetro máximo: 65 mm, diámetro mínimo: 8,4 mm, ángulo del cono 90 º y longitud del cono: 29,15 mm.

Evaluaciones tecnológicas y quimicofísicas a escala de laboratorio

A través del cálculo de la tensión de cizalla se realizó la valoración de la consistencia de las formulaciones.

Determinación de la extensibilidad. Se tomaron dos láminas de vidrio de 12 cm x 15 cm, colocando una de ellas sobre papel milimetrado. Se añadieron 2 g del semisólido pesados en balanza técnica digital Sartorius MC 1, en el centro de la placa antes señalada y se colocó cuidadosamente la otra lámina de vidrio; esta última con un peso de 250 g. Transcurridos 5 min, se determinó la distancia desde el punto de aplicación hasta donde se extendió el semisólido. Se midió la extensibilidad en 4 direcciones perpendiculares entre sí (PNO-LAB 11-001, Determinación del área de extensibilidad en semisólidos, 2008).

Tc= Kα x G/h2 donde: Tc: tensión de cizalla (g/cm2) Kα: constante para a= 90 º (0,159) G: peso del soporte (150 g) h: longitud de penetración (cm) Se realizaron tres mediciones en cada caso, en las cuales se determinaron los valores promedio y la desviación estándar por medio del programa estadístico Statistic for Windows, versión 6.5.

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Determinación de pH. Se determinó el pH de cada una de las muestras utilizando un pH-metro marca Sartorius Professional Meter PP-20, acoplado a una impresora Sartorius. Para hacer la medición se transfirieron aproximadamente 20 g de muestra a un vaso de precipitado de 50 mL. Se estandarizó el equipo antes de cada lectura con soluciones amortiguadoras pH 4 y 7 (PNT-LI.02.001. pH RETOMED 20. 2007). Las determinaciones se efectuaron por triplicado a 25 °C y se obtuvieron los valores promedio y la desviación estándar mediante el programa estadístico Statistic for Windows, versión 6.5. Determinación de las características psicofisiológicas de las bases. Para este análisis se tomó en cuenta el olor, color, brillo, arenosidad, textura, ausencia de grumos y consistencia de la base seleccionada para el cosmecéutico.11 Estas propiedades macroscópicas constituyen una medida de la adecuada distribución del tamaño de partícula, demostrando ser un sistema disperso impalpable para el cosmético con una textura uniforme. Influencia de la temperatura. Prueba en estufa. Para el desarrollo de este estudio se colocaron, en una estufa Retomed modelo HS 62 A, tres muestras envasadas en tubos

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colapsables de polietileno de baja densidad, de capacidad 120 mL; con tapas de polietileno de alta densidad, bien cerrados. Los mismos fueron sometidos a temperaturas de 42 °C por un período de 48 h. Transcurrido el tiempo de ensayo se evaluaron de forma visual las características organolépticas así como la aparición de coalescencia o cremado en el sistema (PNT/ EQ/ 03. Estufa de parafina. CCB IFAL UH. 1998).11 También se evaluó el comportamiento del pH y la extensibilidad; para cada uno de ellos se realizaron tres mediciones y se determinaron los valores promedio y la desviación estándar (DS). Se realizó la comparación de medias a través de la prueba t de Student, por medio del programa de computación Statistic for Windows, versión 6.5. Prueba de centrifugación. Para llevar a cabo el experimento se utilizó una centrífuga marca Brense T 52 con seis tubos, los cuales fueron llenados aproximadamente con 10 g de la crema seleccionada. El equipo fue ajustado a una velocidad de 3000 rpm con un tiempo de duración de 30 min. El ensayo se realizó a 25 ºC. Se evaluó la posible variación en las propiedades organolépticas, así como la aparición de cremado y/o coalescencia (PNT/ EQ/ 03. Estufa de parafina (CCB IFAL UH. 1998).12

[ PROCESOS ] 17

RESULTADOS Las muestras elaboradas para los diseños F1 y F2, envasadas en frascos de polietileno, se evaluaron en el tiempo 2, 7, 15, 30, 45 y 60 días, en las que se apreció que no hubo cambios en las propiedades psicofisiológicas. Las variantes presentaron un olor característico a la fragancia aplicada, brillo y coloración marfil. No se detectó arenosidad sensible al tacto, ni presencia de grumos; las preparaciones presentaron una apariencia agradable. Los resultados para ambos diseños permitieron definir cómo influyeron los factores analizados en las variables respuesta: extensibilidad y pH.

Resultados del diseño factorial F1: crema con quitina para después del bronceado con humectante glicerina

Los resultados que se muestran en la figura 1 confirman que la extensibilidad está en relación inversa con X1(concentración de alcohol cetílico), por eso para la menor X1 (nivel -1= 4 %) esa respuesta es mayor (que es lo que requiere). La X2 (concentración de glicerina) no dio significación estadística, lo cual implicaría que se puede usar indistintamente cualquiera de las dos concentraciones entre +1= 6 % y -1= 3 % de glicerina. Variable dependiente pH: resultados de los coeficientes de regresión: Coeficientes de regr.; Var.:pH2D; R2= ,99971; R= ,99949 FIGURA 1. Contorno de extensibilidad.

Diseño 2** (2-0); MS Residual= ,000025

Variable dependiente extensibilidad: resultados de los coeficientes de regresión: Coeficientes de regr.; Var.: GLICE2D; R2= ,99766; R= ,99591 Diseño 2** (2-0); MS Residual= ,1088332 Para la variable respuesta extensibilidad (variable dependiente) la ecuación del diseño es: Y= 61,666 4,818 X1 TABLA 1.

COEF. REGRESIÓN

T(4)

-95% LÍM. CONF.

+ 95% LÍM. CONF.

61.66665

.116637

528.7066

0.00000

61.34281

61.99049

MEDIA/INTERC.

(1)

-4.81832

0.116637

-41.3105

0.000002

-5.14216

-4.49449

(2)

0.02832

0.116637

-0.2428

0.820068

-0.35216

0.29551

-0.09000

0.116637

-0.7716

0.483390

-0.41384

0.23384

1 por 2

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18 [ PROCESOS ]

TABLA 2.

COEF. REGRESIÓN

T(4)

-95% LÍM. CONF.

+95% LÍM.CONF.

6.797500

0.001768

3845.247

0.000000

6.792592

6.802408

MEDIA/INTERC.

(1)

-0.207500

0.001768

-117.380

0.000000

-0.212408

-0.202592

(2)

0.010000

0.001768

5.657

0.004813

0.005092

0.014908

0.000000

0.001768

0.000

1.000000

-0.004908

0.004908

1 por 2

Para la variable respuesta pH, la ecuación del diseño es: Y= 6,797 - 0,207 X1 + 0,01 X2

FIGURA 2. Contorno de pH con el empleo de glicerina (F1).

Los resultados que se presentan en la figura 2 confirman la significación tanto de X1 (relación inversa) como X2(relación directa). Es por eso que el pH mayor (que es lo que se quiere) se obtiene con el menor nivel de X1= -1= 4 % de alcohol cetílico y con el mayor nivel de X2= +1= 6 % de glicerina.

Resultados del diseño factorial F2: crema con quitina para después del bronceado con humectante propilenglicol Variable dependiente extensibilidad: coeficiente de regresión: Var. PROPI2D; R2= ,99722; R= ,99513 Diseño 2** (2-0); MS Residual= ,1458534 Ver Tabla 3 La ecuación del diseño es: Y= 61,851 - 5,112 X1 Para el diseño con propilenglicol, la extensibilidad está en relación inversa con X1 (concentración de alcohol cetílico), por eso para la menor X1 (nivel 1= 4 %) esa respuesta es mayor (que es lo que requiere). La X1 (concentración de propilenglicol) no mostró significación estadística, lo que implica que se puede trabajar con cualquier concentración entre +1= 6 % y -1= 3 % de propilenglicol. Se obtiene aquí el mismo resultado que en el diseño F1 (con glicerina).

TABLA 3.

MEDIA/INTERC.

COEF. REGRESIÓN

T(4)

-95% LÍM. CONF.

+95% LÍM.CONF.

61.85125

0.135025

458.0735

0.000000

61.47636

62.22614

(1)

-5.11208

0.135025

-37.8603

0.000003

-5.48696

-4.73719

(2)

-0.00543

0.135025

-0.0402

0.969877

-0.38031

0.36946

-0.05540

0.135025

-0.4103

0.702614

-0.43029

0.31949

1 por 2

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[ PROCESOS ] 19

Variable dependiente pH: coeficiente de regresión: Var. PROPI2D; R2=,99634; R=,9936 Diseño 2** (2-0); MS Residual= ,000325 Ecuación del diseño es: Y= 6,807 - 0,210 X1 TABLA 4.

COEF. REGRESIÓN

T(4)

-95% LÍM. CONF.

+95% LÍM.CONF.

6.807500

0.006374

1068.048

0.000000

6.789804

6.825196

MEDIA/INTERC.

(1)

-0.210000

0.006374

-32.948

0.000005

-0.227696

-0.192304

(2)

-0.01250

0.006374

-1.961

0.121393

-0.030196

0.005196

-0.005000

0.006374

0.784

0.476621

-0.012696

0.022696

1 por 2

Los resultados obtenidos para la variable pH en el diseño con propilenglicol, difiere respecto al diseño con glicerina. En este caso, el pH está en relación inversa con X1 (concentración de alcohol cetílico), por eso para la menor X1 (nivel -1= 4%) esa respuesta es mayor (que es lo que requiere). La X2 (concentración de propilenglicol) no mostró significación estadística, por eso resulta lo mismo cualquier concentración entre +1= 6 % y -1= 3 % de propilenglicol.

se pudo observar que transcurrido el tiempo de ensayo las características psicofisiológicas se encontraban invariables comparadas con las que presentaban al inicio de la prueba, a pesar de la alta densidad (1,42 ± 0,09 g/cm3) que tiene el biopolímero estudiado. La presencia de cremado o coalescencia fue nula.

En las Tablas 1 y 2 se presentan los resultados correspondientes al control de calidad fisicoquímico y tecnológico de las variantes de las cremas regeneradoras con quitina para después del bronceado durante los 60 días de estudio; los valores expresados en la tabla son el resultado de tres réplicas con sus respectivas desviaciones estándar (DE).

Las propiedades macroscópicas, como son la arenosidad y ausencia de grumos, refleja una correcta interacción entre los componentes, es decir, una elevada compatibilidad entre el biopolímero estudiado con todos los excipientes de la formulación. La no coalescencia o cremado en estas formulaciones sometidas a prueba de centrifugación y de influencia de la temperatura, corroboran la estabilidad de estas formulaciones.

Los valores de pH se mantuvieron en el rango establecido para este tipo de preparaciones durante el tiempo de estudio.

DISCUSIÓN

Tanto en el estudio de la influencia de la temperatura como la prueba de centrifugación

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20 [ PROCESOS ]

No hubo cambios estadísticamente significativos ni para el pH ni para la extensibilidad al analizar los diferentes parámetros en el tiempo de estudio, lo cual se obtuvo al realizar una comparación múltiple de medias mediante el programa SPSS versión 11.5. Si bien la estadística es una herramienta muy importante y adecuada para llegar a resultados, no se puede interpretar de manera absoluta sin tener en cuenta un análisis integral y lógico de todos aquellos factores a considerar desde el punto de vista tecnológico para una preparación semisólida. De forma general se pudiera plantear que de las ocho variantes estudiadas, aquellas en las

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que se emplea el alcohol cetílico en su nivel más bajo (4 %) son en las que las preparaciones muestran la mejor extensibilidad y los mejores valores de pH, o sea, los valores cercanos a la neutralidad. Estas variantes corresponden, según la matriz estudiada, a las formulaciones I y III de cada diseño, que contienen el 4 % de alcohol cetílico. Atendiendo a este criterio, se seleccionaron en el diseño F1 la variante III como la más adecuada, según el análisis estadístico de los datos, y en el F2, estadísticamente pudiera ser cualquiera de las dos variantes, I o III, pero teniendo en cuenta el aspecto económico se selecciona la I, que contiene el nivel más bajo del propilenglicol. No obstante el mejor pH

[ PROCESOS ] 21

se obtiene con la mayor concentración de glicerina, lo que determina que la variante III del diseño F1 es la de mejor comportamiento. Teniendo en cuenta la importancia de la interacción del humectante sobre la piel y el aspecto económico, la mejor formulación resultó la variante I del diseño F2, pues el propilenglicol se encuentra en el nivel menor de concentración: 3 % y es más barato como humectante que la glicerina (precio en la industria de propilenglicol= 1.4211 cuc/kg, mientras que la glicerina= 2.9821 cuc/kg). Por tanto, se considera que la crema regeneradora con quitina para después del bronceado, con características satisfactorias y menor costo es la variante I del diseño F2, en que el alcohol cetílico se encuentra a un 4 % y el propilenglicol al 3 %. El cosmecéutico diseñado a escala de laboratorio, crema regeneradora con quitina para después del bronceado, presenta propiedades psicofisiológicas satisfactorias, cuya medición en el tiempo evaluado demuestra su estabilidad física, aun sometidas las bases a pruebas de centrifugación e influencia de la temperatura.

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Optimización del proceso de esterilización de los alimentos enlatados utilizando estudios de distribución de temperatura Tecnología

Optimizing the sterilization process of canned food using temperature distribution studies [Ibrahim. M. Ismail 1, Alaa Fahmy 1, Ahmed Azab 1, Magdy Abadir 1 y Seif-Eddeen Fateen 1]

RESUMEN

Palabras clave: Autoclave; distribución de temperatura; enlatado; optimización; procesamiento térmico.

El procesamiento térmico de los alimentos enlatados es la etapa más importante en el procedimiento de envasado. Los procedimientos de esterilización por autoclave deben asegurar que se logre y se mantenga una temperatura de procesamiento uniforme en todas las posiciones de los contenedores enlatados durante el proceso. En este estudio, se han utilizado pruebas de distribución de temperatura como medio de verificación de la uniformidad de tem-

peratura alrededor de los contenedores. Estos estudios se realizaron en dos plantas egipcias de enlatado con autoclave de inmersión horizontal en agua y aspersión del mismo solvente, bajo condiciones de operación completamente cargadas. Los datos recolectados de tiempo-temperatura se utilizaron como una herramienta de guía en el mejoramiento de la distribución de temperatura y en la optimización del itinerario del procesamiento.

[1 Departamento de Ingeniería Química, Facultad de Ingeniería, Universidad del Cairo, Giza, Egipto.] TodoEmpaque | Mayo - Junio 2014

{23} ABSTRACT The thermal processing of canned food is the most important step in the canning procedure. Retort operating procedures must ensure that uniform processing temperature is achieved and maintained throughout the locations of the canned containers during the process. In this study, temperature distribution tests have been used as a means of verifying the temperature uniformity around the containers.

These studies were carried out in two Egyptian canning plants in horizontal water-immersion and water-spray retorts under fully loaded operating conditions. Time-temperature data gathered were used as a guidance tool in improving temperature distribution and in optimizing the process schedule. Key words: Temperature Distribution; Canning; Optimization; Retorts; Thermal Processing.

TecnologĂa Mayo - Junio 2014 | TodoEmpaque

24 [ TECNOLOGÍA ]

INTRODUCCIÓN El medio más simple y efectivo de almacenar una gran parte de nuestra reserva de alimentos es el enlatado, en donde se utiliza la conservación por calor o procesamiento térmico para proporcionar un producto seguro y palatable. El procesamiento térmico de los alimentos enlatados, comúnmente conocido como “cocción, autoclave o procesamiento” es la aplicación de calor a una temperatura específica en un tiempo específico. Esta operación tiene dos propósitos fundamentales. El primero es producir un producto comercialmente estéril. El producto se mantiene en un contenedor sellado herméticamente y se somete a tratamiento por calor a cierta temperatura y durante el tiempo suficiente para destruir todos los organismos que pueden adversamente perjudicar la salud de los consumidores. El tratamiento por calor también destruye más organismos resistentes que

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podrían producir la descomposición bajo condiciones normales de almacenamiento. El segundo propósito es cocer los alimentos a un punto donde se requiere un mínimo de preparación para su consumo. Obviamente, el equipo de proceso para esta importante operación se debe instalar, equipar y operar adecuadamente, de acuerdo con las prácticas demostradas. Las autoclaves son recipientes tipo válvulas de presión cerrada que utilizan vapor de una fuente externa, como calentadores o generadores de vapor. Las primeras autoclaves que utilizaban vapor de una fuente externa fueron inventados por A. K. Shriver aproximadamente en 1875 [1]. Las autoclaves sin agitación (inmóviles) que operan en un ambiente de vapor puro son las más simples desde el aspecto tanto operativo como de control. Estas autoclaves por lotes pueden orientarse ya sea vertical u horizontalmente; se diseñan para

[ TECNOLOGÍA ] 25

en dicha temperatura [4]. Para medir la temperatura del proceso, se monta un termómetro en el armazón del equipo. Por razones prácticas, el termómetro se coloca lejos de los contenedores y el fluido de calentamiento que rodea inmediatamente los contenedores que se están procesando. Las regulaciones requieren el uso de un termómetro de vidrio con mercurio [5].

procesar únicamente latas de metal con doble costura. Actualmente, además de las latas de metal, los alimentos también se pueden empacar en vidrio, plástico, materiales semi-rígidos y flexibles. Se necesitan autoclaves que sean capaces de alcanzar la sobrepresión para procesar estos materiales [2]. Las autoclaves que operan con sobrepresión incluyen autoclaves de vapor/aire, baño de agua, atomización de agua e inmersión en agua. No importa qué tipo de sistema de autoclave se utiliza en las instalaciones de enlatado, los procedimientos de operación del autoclave deben asegurar que se alcance y se mantenga una temperatura uniforme de procesamiento a lo largo de las posiciones de los contenedores durante el proceso [3]. Las temperaturas uniformes dentro del autoclave deben ocurrir al final del tiempo de esterilización para alcanzar la temperatura ideal, que es el periodo desde que se admite el vapor en el autoclave hasta que comienza el proceso.

Las pruebas de distribución de temperatura ayudan en el establecimiento de procedimientos de operación para todos los tipos de autoclave. Los sensores de temperatura o termopares se localizan entre los contenedores a lo largo de la carga del autoclave. Las temperaturas se monitorean durante el proceso para asegurar que el aparato indicador de temperatura o el termómetro de vidrio con mercurio para el autoclave sea representativo de las temperaturas en el interior [2]. Los datos de esta prueba proporcionaron un perfil de la distribución de temperatura dentro del autoclave. La resistencia al flujo introducida por los contenedores, los anaqueles o las láminas de separación afectarán la distribución de la

Independientemente del fluido del proceso (vapor, agua, vapor/aire, aspersión de agua), se debe conocer el momento en el que la autoclave alcanza la temperatura de operación y debe ser posible verificar que permanezca

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temperatura. Los contenedores con un área abierta pequeña serán más difíciles de ventilar que los anaqueles con un área abierta grande. Los contenedores que utilizan láminas de separación entre las capas son muy comunes en las instalaciones de enlatado. Entre más capas haya por contenedor, más difícil es la tarea de obtener una buena distribución de temperatura.

proceso de esterilización [7] y la predicción de la variación de temperatura de la zona de calor más lenta con el paso del tiempo [8]. Intentos experimentales recientes incluyeron el uso de una metodología de diseño experimental para optimizar las condiciones de procesamiento para la esterilización de medallones de costillar [9] y varios estudios de control de autoclave en tiempo real [10-12].

Debido a que el entendimiento de la distribución de temperatura dentro del autoclave es vital para el mejoramiento del proceso de esterilización, se han publicado varios estudios que presentan los resultados de intentos tanto experimentales como de simulación para identificar los perfiles de distribución de temperatura dentro de las autoclaves. Estudios de simulación numérica recientemente publicados incluyeron la esterilización de alimentos enlatados que utilizan la degradación de sacarosa como indicador [6], el uso de redes neurales artificiales para el moldeo del

El objetivo de este estudio es optimizar el rendimiento del proceso de esterilización al conducir y analizar los estudios de distribución de temperatura. La metodología explicada a continuación se aplica exitosamente a dos autoclaves. Los resultados se presentan y discuten más adelante y finalmente se resumen las conclusiones de este estudio.

MATERIALES Y MÉTODOS Descripción de la autoclave Se realizaron estudios de distribución de temperatura en dos instalaciones comerciales de enlatado en el área metropolitana del Cairo. Las dos instalaciones tenían autoclaves horizontales convencionales. La planta A tiene una autoclave de inmersión en agua y la planta B tiene un autoclave de aspersión de agua. En la Figura 1 se muestra una descripción general de la autoclave. Autoclave A (inmersión en agua) La autoclave es de tipo horizontal y utiliza agua como el medio de calentamiento. El agua se calienta mediante inyección directa de vapor, que condensa y pierde su calor latente conforme calienta el agua que inicialmente llena la autoclave. La autoclave mide aproximadamente 19.7 pies (6 m) de largo y 4.9 pies (1.5 m) de diámetro; puede contener 6 canastos de producto. Cada uno de los agujeros abiertos al fondo del canasto mide ¾ de pulgada (1.9 cm) de diámetro con un espacio

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[ TECNOLOGÍA ] 27

centro a centro de 1.5 pulgadas. Por lo tanto, el área abierta constituye aproximadamente 30% del área del fondo de los canastos. Las láminas de separación se utilizaron entre las filas. El tamaño del agujero fue de 1 pulgada sobre 1.5 pulgadas de centro a centro. El abastecimiento de agua del autoclave surgió de un pozo en la tierra a través de una tubería de entrada de 3 pulgadas. El distribuidor era un ducto rectangular con un área transversal de 8 x 2 pulgadas mediante la cual pasan los agujeros. El diámetro del agujero fue de 0.5 pulgadas sobre 4 pulgadas de centro a centro. El abastecimiento de vapor para la autoclave surgió del calentador de 6 bar de presión y tamaño de colector de 2.5 pulgadas mediante una tubería de 2.5 pulgadas de tamaño desde el colector hasta la válvula de suministro. La entrada de aire se realizó mediante una tubería de 2 pulgadas con una válvula de retención y se localizaba a 1 m de la puerta.

La autoclave tenía una tubería de entrada de vapor de 2.5 pulgadas y dos tuberías de distribución de 2 pulgadas de diámetro, cada una con 60 agujeros de ½ pulgada (12.7 mm) de diámetro sobre 2.5 pulgadas de centro a centro. El drenaje era una tubería de 3 pulgadas y se encontraba a 1 m del ventilador. La autoclave tenía dos tuberías de ventilación. La tubería de ventilación pequeña de 1.5 pulgadas se localizó a 6.6 pies (2 m) de la puerta y la ventilación grande se ubicó a 5 pies (1.5 m) de la puerta. Autoclave B (Aspersión de agua) La autoclave medía aproximadamente 6 m de largo y 1.2 m de diámetro. Podía contener 6 canastos de producto. Cada canasto mantenía 6 capas de latas. No se utilizaron láminas divisoras entre las capas. El canasto medía aproximadamente 1 m x 1 m de tamaño y estaba hecha de alambre de acero inoxidable.

FIGURA 1. Esquema de un autoclave horizontal.

vapor

ventilación, válvula de descarga

Válvulas manuales

agua

aire

globo

drenaje, sobreflujo

válvulas de seguridad, válvulas de alivio de presión

compuerta

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Los agujeros entre los alambres medían aproximadamente 5 cm x 5 cm. El autoclave no tenía mercurio en el termómetro de vidrio. El autoclave era del tipo de aspersión de agua en el que el medio de calentamiento era agua caliente. El sistema de distribución de agua se localizaba en la parte superior del autoclave para permitir que el agua de calentamiento y enfriamiento fluya sobre los contenedores. El aire fue una fuente de sobrepresión. El agua se calentó externamente mediante un intercambiador de calor y se bombeó a través del sistema.

Herramientas de medición Termopar estándar Se utilizó un cobre-constantán del orden de 5 milivolts o menos para una diferencia de temperatura entre los empalmes de 180 °F (100 °C) o menos. Se fabricó localmente por Al-Allammia Co. para los instrumentos de medición. Conector de cables de extensión Se utilizaron cables de extensión totalmente aislados tensados del mismo tipo. Los cables se unieron mediante el uso de conectores macho para termopar. Los puntos de conexión se engarzaron después de la inserción de los cables. Los cables de extensión se conectaron al potenciómetro utilizando conectores tipo jack. Se tuvo cuidado al revisar que los cables estuvieran limpios en los puntos de conexión.

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Registrador de datos Como se debían leer diversos termopares, se conectaron a un interruptor multicanal que a su vez estaba conectado a un potenciómetro. Los sistemas de registro de datos tuvieron una medición de temperatura por multicanal en combinación con una producción de datos digitales; este instrumento se fabricó para encajar con tipos específicos de termopares. La producción de datos digitales hizo que la recolección de datos fuera más fácil y abrió la posibilidad de análisis directo de los datos de penetración de calor mediante una computadora. Este sistema también permitió numerosas mediciones de muchas temperaturas diferentes durante 1 minuto, mejorando el análisis de los datos de computadora. El registrador de datos se conectó a tierra adecuadamente para prevenir interferencia de los circuitos eléctricos.

Selección de productos y contenedores Las pruebas se realizaron de acuerdo con las prácticas más adecuadas de los estudios de distribución de calor [13]. Las autoclaves se cargaron completamente con las latas de menor perfil, que tenían el diámetro más pequeño. Se utilizó agua u otro producto de calentamiento por convección, ya que las pruebas de distribución de calor estaban planeadas para abarcar un amplio rango de productos.

[ TECNOLOGÍA ] 29

La autoclave medía aproximadamente 6 metros de largo y 1.2 metros de diámetro; podía contener 6 canastas de producto y cada canasta contenía 6 capas de latas. No se utilizaron láminas separadoras entre las capas de latas. La canasta medía aproximadamente 1 m x 1 m x 1 m y estaba hecha de alambre de acero inoxidable. Los agujeros entre los alambres medían aproximadamente 5 cm x 5 cm. La autoclave no tenía mercurio en el termómetro de vidrio y era de tipo de aspersión de agua en el que el medio de calentamiento era agua caliente. El sistema de distribución de agua se localizaba en la parte superior para permitir que el agua de calentamiento y enfriamiento fluyera sobre los contenedores. El aire fue una fuente de sobrepresión. El agua se calentó externamente mediante un intercambiador de calor y se bombeó a través del sistema.

Ubicación del sensor termopar Los sensores de la distribución de temperatura se repartieron entre los contenedores para monitorear las temperaturas a través de la carga de la autoclave. Adicionalmente, por lo menos un sensor (a veces dos) se localizó cerca del aparato de indicación de temperatura para servir como referencia contra el cual se compararían los demás sensores.

canastos de la autoclave y se colocaron los termopares de distribución en los canastos. Los contenedores se colocaron en los canastos de forma que representara la peor situación posible razonablemente esperada durante la operación normal. Después de que se llenaba un canasto, se colocaba dentro de la autoclave (junto con los cables sensores). Los datos de tiempo-temperatura se recolectaron en intervalos de un minuto o menos a partir del momento en el que se encendió el vapor hasta aproximadamente 20 minutos después de alcanzar la temperatura de la autoclave. La prueba se realizó utilizando termopares sin recubrimiento que se distribuyeron entre las latas A10 de agua en las seis canastas dentro de la autoclave a tres niveles diferentes, es decir para tener la peor distribución de temperatura durante el tiempo esperado y el de procesamiento. Cada canasta tenía cuatro filas cargadas de 120 latas de agua; la autoclave se cargó completamente con las seis canastas. Se distribuyeron quince termopares en las seis canastas de arriba, en medio,

Calibración del equipo Se calibró el equipo de registro de temperatura junto con los sensores de temperatura y los cables. El equipo (con todas las conexiones en su lugar) se calibró antes de la prueba al agrupar todos los sensores cerca de un estándar exacto conocido y al revisar la concordancia de temperatura en la temperatura nominal de la autoclave.

Prueba de distribución de temperatura Planta A (autoclave de inmersión en agua) Los contenedores se apilaron a mano en los

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abajo y en todas las direcciones de la canasta para tener una distribución representativa de temperatura. Se colocó un termopar sin recubrimiento cerca del termómetro de vidrio con mercurio como referencia. Los mapas de distribución de los termopares se dibujaron para cada prueba.

TABLA 1. Ubicación de los termopares en la autoclave de inmersión en agua.

TABLA 2. Programa establecido durante la prueba 1 de distribución.

FIGURA 2. Mapa de distribución de termopares.

TERMOPAR

CANASTA

BANDEJA

Termopar sin recubrimiento

3, 4

5,6

7,8

14, 15

El programa de esterilización se realizó en cuatro pasos: calentamiento, esterilización, condensación y enfriamiento, como se muestra en la Tabla 2. Planta B (autoclave de aspersión de agua) Los cables sin recubrimiento de los termopares se distribuyeron en los canastos a lo largo de toda la longitud de la autoclave y en diferentes partes del canasto; las ubicaciones de

TIEMPO (MIN)

TEMPERATURA (°C)

PRESIÓN (MBAR)

Inicial

Calentamiento

100

1000

Calentamiento

121.1

1800

Esterilización

121.1

1800

Condensación

100

1000

Enfriamiento

300

Enfriamiento

200

Bandeja #2

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La Tabla 1 muestra la distribución de los termopares en los canastos de la autoclave de inmersión en agua.

ETAPA

Bandeja #1

Puerta de la autoclave

Los datos de tiempo/temperatura para cada termopar se registraron desde el inicio del ciclo hasta el final, utilizando el registrador de datos y un registro mediante software a un intervalo de 0.25 minutos. Los termopares sin recubrimiento se acomodaron en los canastos de la autoclave en tres posiciones diferentes, como se muestra en la Figura 2, y la siguiente distribución de termopares.

Bandeja #3 Bandeja #4

[ TECNOLOGÍA ] 31

los termopares se eligieron para colocarse al fondo y en medio de los canastos, ya que se esperaba que mostraran la peor distribución de temperatura [14]. El procedimiento es el mismo seguido en la Planta A. Los tamaños de las latas eran de 603 x 700. Los datos de tiempo-temperatura durante el calentamiento, procesamiento y enfriamiento se observaron en el registrador de datos y se guardaron en el software. La Tabla 3 muestra la distribución de los termopares en los canastos de la autoclave de aspersión de agua. El programa de esterilización se realizó en cuatro pasos, calentamiento, esterilización, condensación y enfriamiento, como se muestra en la Tabla 4.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN Planta A Los resultados de la prueba 1 se ilustran en la Figura 3, que indica los datos de tiempo/temperatura para todos los termopares durante el periodo inmediatamente anterior a alcanzar la temperatura ideal hasta el final del tiempo de procesamiento y el rango de temperatura cercana al valor de esterilización. Un lineamiento que se ha utilizado durante muchos años indica que la autoclave tendría una distribución de temperatura adecuada si la diferencia de temperatura para el termopar más lento fuera menor a -3.0 °F del aparato indicador de temperatura un minuto después de alcanzar la temperatura ideal y menor a -1.0 °F tres minutos después de alcanzar la temperatura ideal. En la Figura 3

Distribución de temperatura (prueba 1).

CANASTO

FILA

Termopar sin recubrimiento

2, 3

4, 5, 6

7, 8

9, 10, 11

12, 13

14, 15, 16

Temperatura (°F)

TABLA 3. Ubicación de los termopares en la autoclave de aspersión de agua.

TERMOPAR

FIGURA 3. Relación tiempo-temperatura en la prueba 1.

Tiempo

ETAPA

TIEMPO (MIN)

TEMPERATURA (°C)

PRESIÓN (MBAR)

Inicial

Calentamiento

100

1000

Calentamiento

115

1500

Calentamiento

122

2500

Procesamiento

122

2500

Ciclo de enfriamiento

100

2500

Enfriamiento

2500

Enfriamiento

1000

TABLA 4. Programa establecido para el autoclave de aspersión de agua.

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FIGURA 4. Relación tiempo-temperatura en la prueba 2.

se muestra claramente que la diferencia de temperatura a t = 27.5 min es de 3.6 °F, que es mayor a 3 °F y a t = 29.5 min es de 2 °F, que es mayor a 1 °F.

la utilice en la siguiente prueba, con base en el aumento del tiempo de calentamiento en 3 minutos. La Tabla 5 muestra el programa establecido para la prueba 2.

Consecuentemente, se puede decir que la autoclave tiene una baja distribución de temperatura. Se ha programado un itinerario de calentamiento sugerido para que el operador

Los resultados de tiempo/temperatura para la prueba 2 se presentan en la Figura 4.

Temperatura (°F)

Distribución de temperatura (prueba 2).

Se implementó otro programa en el que el aumento del tiempo de calentamiento se mantuvo a 122 °C durante los tres minutos adicionales, como se indica en la Tabla 6.

tiempo de temperatura

Los resultados de tiempo/temperatura de la prueba 3 se muestran en la Figura 5.

Tiempo

TABLA 5. Programa establecido durante la prueba 2 de distribución.

TABLA 6. Programa establecido durante la prueba 3 de distribución.

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En la Figura 4 se muestra claramente que la diferencia de temperatura a t = 30.5 min es 1.2 °F, lo cual es menor que 3 °F y a t = 32.5 min es 0.2 °F, que es menor a 1 °F. Consecuentemente, se puede decir que la autoclave tiene una temperatura de distribución adecuada.

ETAPA

TIEMPO (MIN)

TEMPERATURA (°C)

PRESIÓN (MBAR)

Inicial

Calentamiento

100

1000

Calentamiento

121.1

1800

Esterilización

121.1

1800

Condensación

100

1000

Enfriamiento

300

Enfriamiento

200

ETAPA

TIEMPO (MIN)

TEMPERATURA (°C)

PRESIÓN (MBAR)

Inicial

Calentamiento

100

1000

Calentamiento

121.1

1800

Calentamiento

122

1800

Esterilización

121.1

1800

Condensación

100

1000

Enfriamiento

300

Enfriamiento

200

[ TECNOLOGÍA ] 33

Como se muestra en los resultados anteriores, las pruebas de distribución de temperatura se realizaron utilizando el tamaño más pequeño de lata disponible en la planta, llenadas con agua, lo cual representaba las peores condiciones esperadas. La autoclave mostró una distribución de temperatura inadecuada con el programa operativo utilizado por la compañía. Por lo tanto, el horario de procesamiento de la compañía no debería utilizarse para el procesamiento de ningún producto hasta que se haya modificado como en los programas sugeridos. Este estudio proporcionó dos alternativas para el procesamiento bajo el cual la autoclave mostró una distribución de temperatura inadecuada. El operador de la autoclave tiene la elección de procesar el producto utilizando el horario de calentamiento de la prueba 2 o el utilizado en la prueba 1. Con esta modificación, el programa de operación se puede utilizar para el procesamiento de cualquier producto, con la condición de que el tamaño de la lata sea el mismo que el utilizado durante las pruebas o incluso mayor; si no, las pruebas de distribución de temperatura se deben realizar sobre el nuevo tamaño de lata. Está claro que ambos tienen una distribución de temperatura adecuada; se recomendaría utilizar el programa adoptado para la prueba 3, que aporta una mejor distribución que el adoptado para la prueba 2. Sin importar el programa elegido para el procesamiento, todos tienen el mismo horario de calentamiento y tendrían la misma distribución de temperatura adecuada, únicamente diferirían en

FIGURA 5. Relación tiempotemperatura en la prueba 3.

Distribución de temperatura (prueba 3).

Temperatura (°F)

En la Figura 5 se muestra claramente que la diferencia de temperatura a t = 30.5 min es de 0.8 °F, que es menor a 3 °F y a 32.5 min es de 1 °F. Consecuentemente se puede decir que la autoclave tiene una temperatura de distribución adecuada.

tiempo de temperatura

Tiempo

el tiempo de procesamiento, que se debería calcular mediante estudios de penetración de calor.

Planta B La Figura 6 muestra una imagen del software con los datos registrados para la distribución térmica en la autoclave de aspersión de agua de la planta B. Los resultados de esta prueba indicaron una distribución de temperatura inadecuada. Durante el avance y término del programa de esterilización, hubo varios puntos en la autoclave que no alcanzaron la temperatura de esterilización requerida, lo cual fue indicación de un problema severo. La distribución inadecuada podría deberse a problemas mecánicos como autoclave sucia, las tuberías de entrada, las placas de precipitación y que el intercambiador de calor externo esté sucio y parcialmente obstruido. Después de la limpieza química del ciclo de agua y desmontaje y limpieza mecánica del intercambiador de calor de placas externo, se repitió la prueba y se mostró una distribución de temperatura adecuada, como se muestra en la Figura 7.

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34 [ TECNOLOGÍA ]

FIGURA 6. Relación tiempo-temperatura en la prueba 4.

FIGURA 7. Relación tiempo-temperatura en la prueba 5.

CONCLUSIÓN En este estudio, se investigó el proceso de esterilización de dos tipos diferentes de autoclaves (inmersión en agua y aspersión de agua) mediante cinco pruebas de distribu-

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ción de temperatura. El estudio generó la modificación del procedimiento de esterilización para una de las autoclaves y la identificación y solución posterior de los problemas mecánicos en el otro. Por lo tanto, las pruebas de distribución de temperatura son una he-

[ TECNOLOGÍA ] 35

rramienta vital para garantizar la seguridad de los alimentos enlatados. Como se requieren hacer pruebas a la autoclave recién instalada para guiarla en el diseño del programa de esterilización, es de igual importancia conducir dichas evaluaciones regularmente, por lo menos una vez cada seis meses. Esto asegurará que la temperatura de la autoclave, como se muestra en el aparato indicador de temperatura, es uniforme en todo el ambiente del equipo. Las pruebas de distribución de temperatura también ayudarán a identificar algunos problemas mecánicos severos que afectan la consistencia del procesamiento térmico, como el ensuciamiento y obstrucción parcial de las entradas, las tuberías de aspersión y los intercambiadores de calor.

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Aspectos de la seguridad de los empaques y los biomateriales

Materiales

Aspects on packaging safety and biomaterials [Leminen, V. 1; Kainusalmi, M. 1; Tanninen, P. 1; Lindell, H. 1; Varis, J. 1; Ovaska, S-S. 2; Backfolk, K. 2; Pitkänen, M. 3; Sipiläinen-Malm, T. 3; Hartman, J. 3; Rusko, E. 3; Hakola, L. 3; Ihalainen, P. 4; Määttänen, A. 4; Sarfraz, J. 4 y Peltonen, J 4]

RESUMEN La seguridad en los empaques es un tema muy amplio que cubre la cadena completa de valor. Los aspectos de seguridad se reconocen cuando se eligen los materiales de empaque con cierto propósito, cuando los materiales se convierten en empaques, cuando los empaques se llenan y se cierran, cuando se distribuyen, cuando se utilizan en el hogar y finalmente cuando se reciclan. En este estudio se discuten los temas de seguridad relacionados con los biomateriales nuevos, su funcionamiento en la conversión en empaques y el llenado. El objetivo principal es tener un empaque cerrado con seguridad

hecho de materiales renovables que pueda retener la atmósfera modificada (MAP) para un producto elegido. Posteriormente se discute la barrera necesaria y la detección de filtraciones. Se reporta la posibilidad de que el empaque comunique la condición del producto empacado, en una forma entendible, durante la vida útil del producto. Esta publicación es parte del reporte en desarrollo “Safe Food Packages in the Future” realizado por la Universidad Tecnológica de Lappeenranta, el Centro de Investigación Técnica VTT de Finlandia y la Universidad Åbo Akademi.

[1 Universidad Tecnológica de Lappeenranta, Ingeniería Mecánica, P.O. Box 20 FI – 53851, Lappeenranta, Finlandia. Universidad Tecnológica de Lappeenranta, Química, P.O. Box 20 FI – 53851, Lappeenranta, Finlandia. Centro de Investigación Técnica de Finlandia VTT, Biologinkuja 7, Espoo, P.O. Box 1000, FI-02044 VTT, Finlandia. 4 Universidad Åbo Akademi, Química Física, Porthansgatan 3, FIN-20500 Åbo, Finlandia.] 2

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{37} ABSTRACT Packaging safety is a very broad topic covering the whole packaging value chain. Safety aspects are recognized when packaging materials are selected for a certain purpose, when packaging materials are converted into packages, when packages are filled and closed, when packages are distributed, when these are used at home and finally when recycled. In this paper the safety issues related to new biomaterials, their functioning in package converting and filling are discussed. The main objective is

to have a safely closed package made from renewable materials that can retain modified atmosphere (MAP) for a selected product. Further the needed barrier and detection of leaks are discussed. The possibility of the package to communicate the condition of the packed product, in an understandable way, during the shelf life of the product is reported. The paper is part of the on-going report from the on-going project “Safe Food Packages in the Future” carried out by Lappeenranta University of Technology, VTT Technical Research Centre of Finland and Åbo Akademi University.

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INTRODUCCIÓN La Universidad Tecnológica de Lapperanta (LUT) ha desarrollado una línea de empaque flexible innovador que permite el desarrollo de bandejas y la realización de pruebas. La línea de empaque flexible (Figura 1) ofrece formas para nuevos mercados y oportunidades para cambios en la cadena de valor del mercado/producto [30].

FIGURA 1. Línea de empaque utilizada en este proyecto.

En el proyecto “Safe Food packages of the Future” (Empaques seguros del futuro para los alimentos) la seguridad de los empaques se aborda desde diferentes ángulos. En este proyecto, el área de Ingeniería Mecánica de LUT coopera con el área de Química de LUT, VTT y la Universidad Åbo Akademi (ÅAU). Cada grupo del laboratorio de investigación tiene su propio sub-proyecto y estos sub-proyectos tienen el objetivo conjunto de mejorar la seguridad de los empaques. El área de Ingeniería Mecánica de LUT se concentra en la hermeticidad del empaque, mientras que el área de Química de LUT y VTT desarrolla nuevos recubrimientos biológicos para bandejas de cartón. El área de ÅAU se concentra en los indicadores de descomposición, mientras que VTT también investiga indicadores de oxígeno. Se

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analizarán estos materiales e indicadores en la línea de empaque localizada en Lapperanta para obtener resultados de su funcionalidad en la conversión y después del sellado. En este artículo, se introducen los sub-proyectos de cada miembro del proyecto. La duración del proyecto es de abril de 2012 a junio de 2014.

DESCRIPCIONES DE LOS SUB-PROYECTOS Ingeniería mecánica de LUT – desarrollo de una solución de sellado y un sistema de control de calidad En abril de 2012 comenzó el proyecto “Safe Food packages of the Future” (Empaques seguros del futuro para los alimentos). El área de Ingeniería mecánica tiene dos objetivos principales en este proyecto. El primero es investigar el sellado de las películas de plástico para las bandejas de cartón, mientras se enfocan en la hermeticidad del empaque con atmósfera modificada (MAP; del inglés modified atmosphere packaging). El segundo objetivo es desarrollar un sistema de control de calidad que pueda detectar defectos en las bandejas y por lo tanto mejorar la seguridad de los empaques fabricados.

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FIGURA 2. Área de la esquina de una bandeja de cartón.

El sellado de la tapa es un paso crítico en los empaques de atmósfera modificada (por ejemplo, MAP), ya que la tasa de producción y la vida útil se pueden ver afectadas por el proceso de sellado y la calidad del sello. Además de prevenir que el empaque gotee, el sello debe evitar que el aire entre en contacto con los alimentos [14]. Un factor principal en el sellado de las tapas con calor en una bandeja de cartón son los pliegues en las esquinas de la bandeja (Figura 2). Se necesitan estos pliegues en el proceso de fabricación de la bandeja, pero al mismo tiempo pueden actuar como un túnel de discontinuidad y pueden causar que el gas se filtre fácilmente al utilizar MAP [13]. El efecto de los parámetros de fabricación (como ajustes del cortado a troquel, temperaturas de formación, presión de formación, tiempo de permanencia en la formación, fuerza de la herramienta en el borde) y las propiedades de los materiales (grosor del recubrimiento y cartón base, plástico de cubierta, película de sellado, etc.) en la calidad del área de la esquina es un área importante que se debe investigar. La fabricación del empaque tiene un efecto importante sobre la calidad del borde de la bandeja. Esto tiene un efecto sobre la hermeticidad general del empaque. Las imágenes microscópicas (Figura 3) de la sección cruzada revelan la estructura de los pliegues y el efecto de los parámetros del proceso y las propiedades del material.

Esta estructura es crucial para asegurar un sello hermético. Los parámetros del proceso de sellado con calor así como las geometrías de herramientas nuevas serán un punto de interés en la optimización del proceso y el ajuste del sellado. Las pruebas de MAP con una mezcla de gases N2/CO2 se realizarán con diferentes materiales de sellado para comparar construcciones diferentes con los niveles de hermeticidad adquirida. Las bandejas selladas con MAP se mantendrán en un refrigerador y se observarán los cambios en la composición del gas con el tiempo. El sistema de control de calidad está diseñado para detectar defectos y filtraciones en los empaques fabricados. El sistema funciona al tomar una imagen digital de la bandeja lista. De esta imagen, se pueden medir automáticamente las dimensiones y también se pueden detectar rupturas al observar diferentes niveles de luz en la imagen. Un ejemplo de dicha imagen se presenta en la Figura 4. En este proyecto también se investiga el efecto de la impresión y las geometrías diferentes en la funcionalidad del control de calidad. La impresión puede tener un efecto en la calidad de la imagen y las rupturas pueden ser más difíciles de detectar con materiales impresos. También, un enfoque importante de la investigación es el desarrollo de un sistema que

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FIGURA 3. Área de la esquina de una bandeja de cartón.

FIGURA 4. Imagen desde la visión de una máquina utilizada para medir las dimensiones de una bandeja fabricada.

pueda detectar defectos en la superficie del sello. Este tipo de sistema aporta seguridad general de la cadena de empaque porque se pueden rechazar los empaques defectuosos automáticamente antes del llenado y sellado. Este tipo de sistema es mucho más difícil de desarrollar debido a los requisitos de mayor exactitud en el escaneo.

Química de LUT Los empaques a base de cartón para los alimentos frecuentemente están cubiertos con capas de barrera múltiples para proteger los alimentos de, por ejemplo, el oxígeno, la suciedad, la migración, los aromas, la luz UV, los olores y el agua. Además de proteger los alimentos de sustancias externas, el empaque también debe mantener dentro del empaque los componentes de los alimentos. Por lo tanto, las capas de barrera deben aportar una protección de dos vías. Las capas de barrera de los cartones para el empaque de alimentos consisten típicamente en plásticos a base de petróleo como el polietileno (PE) o el tereftalato de polietileno (PET), o de manera alternativa biopolímeros como ácido poliláctico (PLA). Para obtener suficiente resistencia a la grasa se han utilizado fluoroquímicos sin importar su nocividad. El interés hacia el reemplazo de fluoroquímicos y plásticos a base de petróleo está creciendo constantemente y recientemente se han hecho esfuerzos notables para desarrollar materiales de barrera con bases biológicas.

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Hasta ahora, han surgido varios problemas relacionados con la explotación de biopolímeros de dispersión como materiales de barrera. Un problema notable es el precio de muchos biopolímeros en comparación con los químicos a base de petróleo. Las propiedades de muchos biopolímeros forman otro grupo completo de problemas. En el caso de muchos polímeros en solución, como la carboximetilcelulosa (CMC) o el almidón, la desventaja principal es la asociación con la reología y el comportamiento. Otro problema típico relacionado con el comportamiento característico de las soluciones, que usualmente sigue pequeños volúmenes de deposición, es el bajo peso del recubrimiento que se puede compensar añadiendo el número de capas de recubrimiento. Pero incluso cuando el peso del recubrimiento se puede ver como razonable, las propiedades de barrera pueden estar en riesgo cuando el material entra en contacto con el agua [1]. Por lo tanto, la sensibilidad al agua debe enlistarse como otra desventaja en cuando a biopolímeros. Desarrollo de materiales de barrera biológicos El objetivo del sub-proyecto “Soluciones de materiales y revestimientos del futuro” es el desarrollo de un concepto de biomateriales a base de madera de nueva degeneración que aporte buenas propiedades multi-barrera y proteja los alimentos de manera segura y controlada. Además de los químicos comerciales aprobados para los empaques, se probarán químicos experimentales y modificados. La observación de los problemas de seguridad y el cumplimiento de los requisitos especiales relacionados con los empaques de alimentos pueden considerarse como la parte más importante del desarrollo de barreras. La dispersión de químicos de recubrimientos hechos a partir de fuentes renovables (Figura 5), de preferencia a base de madera, y pe-

queñas fracciones de celulosa se considera la base de un nuevo material de biobarrera. Se ha reportado que las pequeñas fracciones de celulosa aportan muy baja permeancia al aire [2] pero su efecto en la resistencia al aceite y la grasa puede ser dañina [3]. Entre las docenas de productos a base de madera, los químicos prometedores han sido, por ejemplo carboximetilcelulosas modificadas (CMC-M) y 2,3-dialdehído celulosa (DAC), que se ha utilizado tradicionalmente como adhesivo en la fabricación de papel [4], pero también ha invocado el interés de los desarrolladores de barreras [5]. Modificaciones comunes sustituyen la CMC hidrofóbicamente con hexadecilamina [6] o tratan la CMC con un surfactante cargado opuestamente como cloruro de tetradecil dimetil bencil amonio o cloruro

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de alquil trimetil amonio [7-8]. En contraste con muchos otros derivados de la celulosa como etil hidroxietil celulosa (EHEC) o CMC, el DAC generalmente se considera insoluble en agua o en solventes orgánicos comunes, aunque se ha reportado que la solubilidad es posible mediante el tratamiento de calor [9]. El potencial de las sustancias a base de madera generalmente se considera alto, pero la construcción de la receta de un recubrimiento funcional es desafiante debido a los problemas causados por el bajo contenido de sólidos secos y la baja tasa de transmisión de vapor de agua (WVTR). Universalmente se conocen varias formas de mejorar la resistencia al aceite y la grasa, pero se necesita aumentar la dependencia al aceite y eliminar los canales de fluoroquímicos utilizando pigmentos de grado barrera para mejorar las propiedades de barrera del material en desarrollo. Las desventajas de dichos químicos de recubrimientos biológicos de dispersión como el almidón son la sensibilidad al vapor y los efectos negativos de la conversión asociada con estos. El agrietamiento de las capas de recubrimiento mineral es un problema típico en los pliegues [1]. Generalmente, la proporción de los pigmentos debe ser relativamente baja [1] para maximizar la flexibilidad del recubrimiento [10], pero se ha sugerido que se puede obtener mejor convertibilidad al añadir una pequeña proporción de dichos polímeros sintéticos como látex en el pigmento del recubrimiento [3,11]. En lugar del

FIGURA 5. Imágenes de microscopio electrónico de barrido de recubrimientos de una capa de EHEC (2.5 g/m2; izquierda), CMC (2.5 g/m2; en medio) y almidón (8 g/m2; derecha) sobre un cartón base. El tamaño de la barra es de 250 µm.

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látex sintético, también puede ser posible explotar productos biológicos de látex para asegurar una convertibilidad adecuada y obtener buenas propiedades de barrera [12]. Después de que se desarrolla un nuevo material de biobarrera, es esencial optimizar el concepto de recubrimiento, incluyendo el proceso de manejo de la producción descartada. Se requiere la relación costo-efectividad en la selección de materiales y el procedimiento de recubrimiento aplicable para impulsar la industria del papel. Por lo tanto, el proceso completo debe cumplir con los objetivos de los materiales y de eficiencia energética. Por ejemplo, el consumo de energía durante el secado es una variable importante a minimizar. Un factor esencial en los nuevos empaques para alimentos es el reconocimiento de la posible formación o la presencia de componentes dañinos. El empaque debe ser seguro y estable en varias temperaturas y condiciones, lo cual debe considerarse en la fase de desarrollo de materiales. Por ejemplo, la solubilidad de sustancias del material de empaque en diferentes ambientes y con énfasis particular en la interacción alimento-sustrato es un tema clave de investigación que requiere el desarrollo de un método de medición. La solubilidad de biomateriales no es únicamente una cuestión de seguridad sino que también podría tener un efecto en el sabor y el olor del alimento. Se necesitan nuevos métodos de

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medición también para la evaluación de las propiedades de barrera de los biomateriales ya que los aceites y grasas utilizadas en los métodos estándares disponibles no corresponden con la composición de la grasa de los alimentos de conveniencia modernos. Además, la cantidad de publicaciones sobre el comportamiento de emulsiones de agua/ aceite o mezclas heterogéneas de grasa en un biomaterial es muy pequeña, lo cual indica que se debe desarrollar un nuevo método para el estudio de las emulsiones de agua/ aceite o las mezclas de grasa. Los métodos desarrollados incluso pueden ayudar a elegir los componentes que son benéficos para la seguridad del alimento.

VTT Necesidades de comunicación y seguridad del producto de envase Típicamente, los problemas de seguridad del producto se relacionan con los materiales que están en contacto con los alimentos, por ejemplo los empaques de los alimentos. Todos los materiales y parámetros de procesos interactúan entre ellos y tienen un efecto sobre la seguridad del producto final de los empaques de alimentos. También la forma en que los empaques se comunican con los consumidores es un aspecto importante de seguridad del empaque ya que los consumido-

res deberían tener tanta información como sea posible en un formato claro. Cada grupo de productos alimentarios tiene su propia comunicación específica y sus necesidades de seguridad debido al almacenamiento y las condiciones de uso, ingredientes y tipo de empaque requeridos. En este estudio el enfoque se tiene sobre los empaques MAP (empaque de atmósfera modificada) para pollo, que típicamente se empacan bandejas. La atmósfera modificada se utiliza para aumentar la vida útil. Con los empaques de alimentos es importante garantizar que los ingredientes de los materiales de empaque no migran al producto. Esto se puede controlar utilizando capas de barrera y al mismo tiempo estas capas controlan las filtraciones de gas del empaque. Las filtraciones tienen un efecto sobre la vida útil del producto, causando así la descomposición temprana del producto, en comparación con la información de “uso por fecha”. El monitoreo inteligente de la frescura del pollo se puede lograr utilizando indicadores de oxígeno que den información más precisa con base en las condiciones actuales dentro del paquete. Los indicadores de oxígeno se encuentran en contacto directo con el producto alimentario, lo cual implica que la compatibilidad de los alimentos es un asunto importante.

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VTT ha desarrollado soluciones de barrera y de indicador de oxígeno y se ha considerado su escalabilidad vertical de la escala de laboratorio a escala industrial. Se definió el efecto de estas tecnologías sobre la seguridad y comunicación del producto de los empaques MAP de pollo. Demandas de nuevas tecnologías Únicamente se permite sacar al mercado productos nuevos. Esta certeza y demanda general se declara en la Directiva 2001/95/EC sobre la Seguridad General de los Productos (GPSD). Todos los materiales en contacto con los alimentos deben cumplir con la regulación (EC) No. 1935/2004 (Regulación Marco) sobre los materiales y artículos establecidos para entrar en contacto con los alimentos. La Regulación Marco establece que los materiales en contacto con los alimentos deben fabricarse para que, bajo condiciones normales o predecibles de uso, no transfieran sustancias a los alimentos en concentraciones que puedan poner en peligro la salud humana o cambiar las características del alimento empacado en términos de sabor, olor o composición; la Regulación Marco únicamente da el principio, no dice cómo probar la seguridad.

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Además, los materiales en contacto con los alimentos deben fabricarse para cumplir los requisitos establecidos en la Reglamento (CE) No. 2023/2006 de la Comisión (Regulación GMP) sobre la buena práctica de fabricación para materiales y artículos en contacto con los alimentos. La regulación GMP proporciona reglas más detalladas sobre la buena práctica de fabricación. Se debe aplicar a todos los sectores y a todas las etapas de fabricación, procesamiento y distribución. Cubre todos los materiales y artículos que entran en contacto con los alimentos o que razonablemente se espera que entre en contacto con los alimentos, incluyendo las combinaciones de materiales. De acuerdo con la Regulación GMP, todos los productores deben tener una gestión de calidad efectiva de sus operaciones de fabricación. La regulación también especifica las demandas generales de sistemas de aseguramiento de calidad y control de calidad, así como la documentación relacionada con esto para todos los operadores de negocios en la cadena de suministro. El objetivo de la Regulación GMP es asegurar que los materiales terminados y los artículos se produzcan de acuerdo con las instruccio-

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se establecen límites específicos de migración o contenidos máximos en los materiales de plástico. Para las sustancias a las que no se proporciona un límite específico de migración u otra restricción se debe aplicar un límite genérico de migración de 60 mg/kg de alimento. Además, los materiales de plástico no deben transferir sus componentes a los alimentos en cantidades que excedan 10 mg por dm2 de superficie de contacto con los alimentos.

nes pre-establecidas y documentadas y por lo tanto cumplan con las especificaciones. Se requiere que el productor documente todas las especificaciones, fórmulas de fabricación y procesamiento que son relevantes para el cumplimiento y seguridad del material terminado, así como los resultados del sistema de control de calidad. La documentación también debe estar disponible para cuando las autoridades lo soliciten. Para algunos materiales en contacto con los alimentos se proporcionan medidas específicas, es decir materiales plásticos, plásticos reciclados, materiales activos e inteligentes, celulosa regenerada, cerámica, elastómeros y gomas. Por lo tanto, actualmente la mayoría de los materiales que no son de plástico y están en contacto con los alimentos no están sujetos a disposiciones específicas a nivel Europeo. Por ende, las demandas legislativas para los empaques y los materiales de los empaques difieren dependiendo de la materia prima utilizada en el empaque. Para los empaques de plástico se debe seguir el Reglamento (CE) No. 10/2011 sobre los materiales y artículos de plástico. Además, para ciertas sustancias

Para los materiales de papel y cartón no existen dichas medidas específicas. Por lo tanto, los empaques de cartón recubiertos por dispersión están regulados únicamente por la Regulación Marco y la Regulación GMP. Sin embargo, en caso de ausencia de medidas específicas, los estados miembro mantienen medidas específicas mediante disposiciones nacionales, es decir reglamentos y recomendaciones, por ejemplo recomendaciones BfR (Bundesinstitut für Riskobewertung; Alemania) y las regulaciones de la FDA (Administración de Alimentos y Medicamentos de Estados Unidos; Estados Unidos); ambas ampliamente citadas en Europa. Además, en la resolución ResAP (2002)1 de la Unión Europea sobre los materiales de papel y cartón se indican las especificaciones de pureza. Todas estas recomendaciones aplican para la parte a base de fibra del material para empaque de cartón recubierto por dispersión. Sin embargo, todas las capas plásticas en los multi-materiales multicapa deben cumplir los requisitos establecidos en el Reglamento (CE) No. 10/2011. Para las capas de plástico en los materiales en contacto con los alimentos que no están en contacto directo con los alimentos y se separan de los alimentos mediante una barrera funcional aplican menos requisitos. El material no necesita cumplir con las restricciones y especificaciones establecidas en el Reglamento (UE) No. 10/2011 y se pueden fabricar con sustancias que no se encuentran en la lista de la Unión, ya que las

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en contacto con los alimentos , incluyendo bandejas, tapas, etiquetas, adhesivos, tintas de impresión/procesos de impresión, indicadores de frescura, etcétera. La persona que combina los alimentos y los empaques, el fabricante del empaque final del alimento tienen la responsabilidad de asegurar que el empaque es adecuado para contener el alimento. Soluciones de barrera El control de la difusión, filtración o migración de moléculas dentro y fuera de los empaques son aspectos de la seguridad del producto. El movimiento de moléculas no deseadas a través de los empaques se puede controlar añadiendo capas de barrera a los sustratos de los empaques, por ejemplo cartón. Las barreras se pueden añadir ya sea por extrusión o métodos de recubrimiento líquido offline y online, respectivamente. Las propiedades de barrera típicas en las aplicaciones de empaques son resistencia al vapor de agua, oxígeno, grasa y aroma. Diferentes productos alimentarios tienen diferentes requisitos para la permeabilidad al vapor y el oxígeno de las capas de barrera debido, por ejemplo a los requisitos de almacenamiento. sustancias no se clasifican como mutagénicas, carcinogénicas o tóxicas para la reproducción (sustancia CRM) o que se encuentran en nanoforma. Las sustancias en nanoforma únicamente se deben utilizar si está explícitamente autorizado (en la lista de la Unión). Al momento, la nanoforma se especifica únicamente para las siguientes nanopartículas: negro de carbón, nitruro de titanio y dióxido de silicio. Todos los indicadores deben concordar con el Reglamento de la Comisión (CE) No. 450/2009 y deben aplicar sobre materiales y artículos activos e inteligentes que se consideran para contacto con los alimentos. En la evaluación de la seguridad de los alimentos, se deben considerar los materiales en contacto con los alimentos o los artículos destinados para estar

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VTT ha desarrollado, entre otras, una barrera termoplástica de dispersión de almidón con un rango de temperatura de transición vítrea de 40 a 150 °C, que sería adecuada para los empaques de aves [15]. Las barreras de dispersión se pueden aplicar mediante métodos de recubrimiento online y mediante algunas técnicas de impresión. El uso de almidón termoplástico respalda el cambio de los materiales de barrera a base de aceites a los materiales renovables biológicos. El enfoque principal se encuentra en la resistencia a la grasa para los alimentos húmedos, cuyo tiempo de venta es de 1-2 días. El ascenso industrial de la producción de este almidón termoplástico no requeriría una investigación muy grande para una compañía de modificadores químicos comerciales.

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Un temor en cuanto a la seguridad en el mercado de los empaques es la migración de los llamados aceites minerales en los alimentos empacados [16]. Los aceites minerales se pueden originar a partir de fibra reciclada, tintas de impresión inadecuadas o de materiales de barrera utilizados en el empaque mismo o de sus alrededores. Las típicas barreras sintéticas de extrusión actualmente en el mercado se hacen frecuentemente con aceites minerales y por lo tanto podrían ser un riesgo. Esto exige barreras de empaques que no estén hechas de componentes de aceites minerales, por ejemplo los biológicos [17]. Además, ya que la tasa de reciclaje del papel y el cartón en Europa alcanzó un registro alto de 68.9% en 2010 y con el objetivo voluntario de reciclaje del 70% para el 20150 [18], el riesgo de la migración de aceites minerales aumenta aún más si los componentes de los aceites minerales continúan constituyendo la estructura de barrera. Indicador de filtraciones Para extender la vida útil, muchos empaques de alimentos utilizan MAP para reducir la concentración de oxígeno en el espacio de cabeza del empaque ya que el oxígeno es responsable de los procesos de descomposición de los alimentos, como promover el crecimiento bacteriano, la oxidación lipídica y la decoloración. En MAP, el empaque se purga con un gas protector para reducir la concentración de oxígeno del ambiente del 21% al 0.5-2%. Se pueden emplear técnicas de neu-

tralización del oxígeno para reducir el contenido de oxígeno a un nivel mucho menor. En el proyecto “Safety Food Packages of the Future” la condición de la composición e integridad óptima del gas en el empaque MA para pollo con bajo contenido de oxígeno se prueba visualmente utilizando un indicador de oxígeno. El indicador de oxígeno para detectar las filtraciones desarrollado en VTT se basa en la reacción de un tinte reducido por redox [19]. El indicador está unido dentro del empaque y se puede detectar un cambio visual de color desde el exterior del empaque. El sistema utiliza un sistema reductor para activar el indicador, es decir, para formar las especies reducidas de la sustancia indicadora de color. El indicador interactuará posteriormente con el oxígeno que se filtra hacia el empaque para regenerar el color original. En este caso, la forma reducida es amarilla y reacciona con el oxígeno atmosférico para formar un producto de reacción azul inmediatamente después del contacto con el oxígeno. La activación se puede realizar ya sea antes o después de la fase de empaque. Los indicadores deben almacenarse y el pollo empacarse en un ambiente libre de oxigeno si se activaron antes de insertarse en el empaque de los alimentos. Por lo tanto, para cumplir con los requisitos ambientales de producción, en este proyecto se desarrolló un sistema para activar el indicador en el empaque pre-fabricado (Figura 6).

intrusión de oxígeno

activación

Empaque prefabricado de atmósfera modificada con indicador

Empaque con indicador activado

Empaque con filtración

FIGURA 6. Ilustración del principio de funcionamiento del indicador de filtración: El indicador del empaque pre-fabricado con atmósfera modificada para pollo se activa mediante la película de sellado. El cambio de color se detecta inmediatamente después de la intrusión de oxígeno en el empaque.

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La formulación del aparato indicador de oxígeno se basa exclusivamente en los ingredientes compatibles con los alimentos para cumplir los requisitos de las leyes sobre los indicadores incorporados en los empaques de alimentos. Además, se utilizarán técnicas de impresión como método de producción para la incorporación del indicador al empaque. Un indicador ideal de oxígeno no es costoso y es fácil de almacenar y utilizar. Tiene un cambio de color detectable a la vista; es irreversible en respuesta y aporta seguridad de la integridad del empaque.

Universidad Åbo Akademi

R en Ω

FIGURA 7. Cambio de resistencia de una película de acetato de cobre impresa por inyección, expuesta a H2S a 15 ppm a una humedad relativa del 30%.

Se realizó un conjunto de investigación en el desarrollo de sensores químicos para la detección de gases tóxicos. El H2S es un gas venenoso e inflamable que se puede generar mediante la degradación bacteriana de materia orgánica en la ausencia de oxígeno [20]. Los sensores de H2S son importantes para diferentes industrias incluyendo el empaque de alimentos, minería, defensa, petróleo y gas, etc. [21-24]. Por ejemplo, la descomposición de la carne empacada al vacío se carac-

Tiempo en minutos

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teriza principalmente por la descomposición de los aminoácidos y durante el proceso de producen H2S, aminas y ácidos grasos. Los compuestos de polímeros conductores con sales metálicas se han estudiado como materiales de percepción de gas. Sarfraz et al. mostraron un aparato de percepción de H2S hecho de un compuesto de polianilina con una sal metálica [20]. Recientemente, también se han estudiado las sales metálicas de los ácidos orgánicos para la percepción del gas ácido sulfhídrico [25, 26]. Se ha demostrado que las películas de acetato de cobre generan grandes cambios en la conductividad con la exposición al gas H2S, que se puede relacionar con la diferencia en la conductividad de la sal metálica y el sulfuro del metal resultante. En este trabajo, se utilizó un papel base pre-recubierto y libre de madera (Lumipress 115 g/m2, Stora Enso Oyj) como sustrato para los sensores impresos. El papel base era una cortina multicapa recubierta a una velocidad de 400 m/min en una máquina piloto Metso (Opticoater, Metso Oyj, Järvenpää, Finlandia). El recubrimiento multicapa se construyó para tener una capa superior que aporte propiedades optimizadas para las tintas funcionales de impresión, y una capa inferior que aporte propiedades de barrera excelente contra solventes tanto orgánicos como acuosos [27-29]. La impresión por inyección se realizó utilizando una impresora Dimatix Materials (DMP2831) con un cartucho compuesto por 16 boquillas con un tamaño de gota nominal de 10 pL. Los contactos para el quimiresistor se imprimieron por inyección como estructuras de electrodos interdigitados utilizando una tinta a base de nanopartículas de plata (SunTronic, Sun Chemicals). La tinta (20 % de peso de Ag) se imprimió con un espacio entre gotas de 20 µm. Se logró una conductividad suficiente (resistencia R < 5 Ω) mediante sinterización

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al exponer las estructuras de plata impresas a radiación infrarroja durante 15 segundos. Tres capas de acetato de cobre en agua/EG/ IPA se imprimieron con un espacio entre gotas de 25 µm. El arreglo dela percepción de gas se ha descrito anteriormente. [20] Brevemente, se utilizó un cilindro de gas con una mezcla de gas H2S a 200 ppm como fuente de H2S. Una cámara de medición de resistencia consistió en una caja de aluminio (aluNORM) con dimensiones de 20 cm x 20 cm x 12 cm, sondas de medición de resistencia que se conectan (dos puntos) con un multímetro digital (Keithley 2100), un sensor de H2S (AlphaSense, con un rango de operación de 0-200 ppm y tiempo de respuesta de <35 s), un sensor de humedad y temperatura (Sensirion SHT75, con un tiempo de respuesta de 8 segundos) y cuatro sondas de tungsteno. La resistencia del sensor se midió con un método de dos puntos utilizando un multímetro digital (Keithley 2100). La Figura 7 muestra la respuesta de percepción de un sensor impreso por inyección de tinta hacia la exposición a H2S. El inicio de la respuesta ocurrió minutos después de la exposición con la cinética de respuesta dependiente de la concentración del gas. Se debe notar el gran rango dinámico de respuesta, más allá de 7 órdenes de magnitud.

de plata impresos, un transistor y un elemento de visualización. En la estructura de la plataforma modular, el diseño se puede cambiar fácilmente y también el material de sensor activo se puede elegir de acuerdo con la aplicación.

CONCLUSIONES En este proyecto, se aborda la seguridad de los empaques desde diferentes puntos de vista; el desarrollo de materiales y barreras, la detección de filtraciones y descomposición, la fabricación y el desarrollo del proceso de sellado y también las necesidades de comunicación del empaque. Todas estas se combinan con el objetivo de lograr un empaque seguro, capaz de tener atmósfera modificada, a base de fibra y adecuado para el empaque de los alimentos.

BIBLIOGRAFÍA 1.

3. La Figura 8 muestra un conjunto de sensores que se imprimen en un sustrato de papel. Varios sensores se pueden imprimir rollo a rollo y por lo tanto, se pueden producir en masa. Además, se ha integrado el sensor como parte de un circuito eléctrico, incluyendo conductores

FIGURA 8. Se puede producir en serie un sensor de gas mediante la impresión por inyección como un componente en un circuito eléctrico que incluye, por ejemplo, un elemento de visualización y un transistor que permite las operaciones lógicas.

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CALENDARIO DE EVENTOS

WORLDFOOD AZERBAIJAN 2014 Exhibición Internacional de la Industria Alimentaria de Azerbaiyán 22 al 24 de Mayo Sede: Baku Expo Exhibition and Convention Center, Baku, Azerbaiyán Organiza: Iteca Caspian LLC Teléfono: +994 (12) 404 1000 Fax: +994 (12) 404 1001 E-mail: office@iteca.az Web: www.worldfood.az Un país de rápido crecimiento entre los mejores de la región para atraer inversiones. Un tradicional centro agrícola mundial, con un clima diverso que permite una gran variedad de cultivos que producen. Ventajas significativas para la exportación de frutas y hortalizas frescas. Fácil acceso a los mercados regionales. Sistemas de comercio y acuerdos de libre comercio con países de la Comunidad de Estados Independientes. Crecimiento económico importante en la última década, un ejemplo ideal de la rehabilitación de una economía en transición.

Ciudad de México, México Organiza: Alfa Promoeventos Teléfono: +52 (55) 5582 3342 Fax: +52 (55) 5582 3342 E-mail: ventas@tecnoalimentosexpo.com.mx Web: www.expotecnoalimentos.com TecnoAlimentos Expo es la exposición más importante en Latinoamérica sobre proveeduría de soluciones, así como innovación de procesos y productos, para la industria fabricante de alimentos y bebidas. Asisten propietarios, presidentes, directores, gerentes, supervisores, operadores, integradores y proyectistas de la industria alimentaria, entre otros profesionales, para hacer negocios y favorecer los resultados de sus empresas. Además de contar con un práctico programa académico, es el evento donde se encuentra todo lo que el fabricante de alimentos y bebidas requiere para garantizar el éxito de su negocio.

ALIMENTARIA MÉXICO 2014 Un mundo de Alimentos y Bebidas

LONDON INTERNATIONAL WINE FAIR (LIWF) 2014 2 al 4 de Junio Sede: ExCeL London Exhibition and Convention Centre, Londres, Inglaterra Organiza: Brintex Events Teléfono: +44 (0) 20 7973 6401 Fax: +44 (0) 20 7233 5054 E-mail: wine@hgluk.com Web: www.londonwinefair.com Exponer en la LIWF te pone justo en frente de miles de compradores y la prensa del Reino Unido, Europa y el resto del mundo. Desde comerciantes de vino independientes hasta los supermercados del Reino Unido, y de los importadores estadounidenses a las cadenas de restaurantes, en la LIWF se reúnen los profesionales de todos aspectos de la industria. Si usted está lanzando nuevos productos, quiere conocer clientes, busca agentes, contactar a la prensa o establecer nuevos negocios directos, el LIWF es el evento clave en el calendario mundial del vino para obtener resultados.

3 al 5 de Junio Sede: Centro Banamex, Ciudad de México, México Organiza: E.J. Krause de México Teléfono: +52 (55) 1087 1650 Fax +52 (55) 5523 8276 E-mail: morales@ekkrause.com Web: www.alimentaria-mexico.com Una de las exposiciones de alimentos, bebidas y equipos más importantes del país en el sector alimentario, caracterizada por ser la feria internacional más profesional de la industria de alimentos y bebidas en México. Un referente en la región para conocer las novedades en producto terminado y opciones gourmet.

SEMINARIO DE TECNOLOGÍA DEL SABOR Y EVALUACIÓN SENSORIAL

Tecnología al Servicio de la Innovación

3 al 5 de Junio Sede: Centro Banamex, Ciudad de México, México Organiza: Alfa Promoeventos Teléfono: +52 (55) 5582 3342 Fax: +52 (55) 5582 3342 E-mail: seminarios@tecnoalimentosexpo.com.mx Web: www.expotecnoalimentos.com

3 al 5 de Junio Sede: Centro Banamex,

En el Seminario de Tecnología del Sabor y Evaluación Sensorial, que se desarrollará como parte de las actividades

TECNOALIMENTOS EXPO 2014

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{53} de TecnoAlimentos Expo 2014 “el evento de la industria alimentaria”, los profesionales del sector podrán comprender las bases del análisis sensorial y su importancia como parámetro de calidad en alimentos y bebidas; además, aprenderán a interpretar la información que es posible obtener a través de los sentidos y estudiarán las principales pruebas sensoriales empleadas por la industria así como las condiciones para su desarrollo; entre otros beneficios prácticos. Con ponentes internacionales, este seminario tiene valor curricular.

21 al 24 de Junio Sede: New Orleans Morial Convention Center, Nueva Orleans, Estados Unidos Organiza: Institute of Food Technologists (IFT) Teléfono: +1 (312) 782 8424 Fax: +1 (312) 782 8348 E-mail: info@ift.org Web: www.am-fe.ift.org Únase a nosotros para ser parte del evento mundial que reúne a los profesionales más respetados de los alimentos en la industria, el gobierno y la academia... la gente como usted... en todas las facetas de la ciencia y tecnología de alimentos. En IFT va a adquirir conocimientos prácticos, ideas innovadoras y conexiones profesionales que directamente afectarán a su trabajo y contribuirán al éxito de su organización, todo en apenas cuatro días.

EXPO PACK MÉXICO 2014 Tecnología de envasado y procesamiento para su producto 17 al 20 de Junio Sede: Centro Banamex, México, D.F., México Organiza: PMMI Teléfono: +52 (55) 5545 4254 Fax: +52 (55) 5545 4302 E-mail: ventas@expopack.com.mx Web: www.expopack.com.mx Más de 900 expositores de soluciones de envasado y procesamiento y 25 mil profesionales que asisten cada año hacen a Expo Pack el evento de negocios líder en Latinoamérica.

IFT 14 La más grande muestra de ingredientes alimenticios en el mundo

COMPAÑÍA

SPECIALITY & FINE FOOD FAIR 2014 7 al 9 de Septiembre Sede: London Olympia, Londres, Inglaterra Organiza: Fresh Montgomery Teléfono: (020) 7886 3066 E-mail: keterina.albanese@freshmontgomery.co.uk Web: www.specialityandfinefoodfairs.co.uk El evento definitivo para la exhibición de alimentos y bebidas artesanales a compradores profesionales de alta calidad. Conoce a tiendas de delicatessen, centros de productos agrícolas, minoristas independientes, restaurantes, hoteles, empresas de catering y comerciantes que están mirando a las fuentes de “la buena comida”.

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