Envasado en atmósfera modificada y controlada - Tecnologías para la Industria Alimentaria

La correcta elección del envase en la producción de alimentos es fundamental para la preservación de la calidad del producto y la aceptación del consumidor. Además de protegerlo de daños microbiológicos y de cambios en sus características organolépticas, debe también funcionar de elemento de marketing dado que en este se resaltan atributos del producto y se brinda información al consumidor.

La demanda tanto de productos frescos y sin aditivos, o con un menor contenido de estos, y que además conserven sus propiedades nutricionales y organolépticas luego del procesado; como también de productos de preparación rápida (IV y V gama), condujeron a las industrias de alimentos a la diversificación de los métodos de envasado, los materiales y los tipos de tratamientos de conservación. Como resultado de ello surgieron hace tiempo los sistemas de envasado con atmósferas modificada y controlada.

El desarrollo del envasado o almacenamiento en atmósferas modificadas o controladas para la preservación de alimentos se inició en las primeras décadas del siglo XX. Las experiencias iniciales pretendían alargar la vida útil de algunas frutas y carnes frescas. La aplicación práctica y el desarrollo industrial se hizo efectivo en los años 50, cuando la empresa americana Whirpool Corporation consiguió desarrollar técnicas para el control directo de la atmósfera de conservación de carnes y productos hortofrutícolas. A partir de ese entonces el avance de esta tecnología fue incrementándose, primero para la conservación de alimentos a granel tanto en almacenes como en el transporte y más tarde en el envase final de los productos.

En todos estos años de desarrollo, las técnicas de envasado en atmósfera modificada y controlada se han perfeccionado, llegando a ser actualmente una tecnología que puede aplicarse en los más diversos sectores alimentarios, no sólo en carnes y vegetales frescos como en su inicio. Es por esto que, si bien en el mercado los alimentos envasados en atmósfera modificada no parecen muy visibles, constituyen una fracción importante y creciente de la oferta. La gama de productos que se comercializan ha ido extendiéndose sucesivamente y en la actualidad se aplica a todo tipo de alimentos, siendo las carnes, pastas, panificados, y en menor medida frutas y hortalizas, los que representan los volúmenes más grandes.

El objetivo de esta tecnología es lograr en el interior del envase un ambiente que evite o retrase el deterioro del producto manteniendo la calidad original y minimizando el uso de conservantes. Cambiando la composición de la atmósfera a la que se expone al alimento, la cual será diferente según el tipo de alimento que se quiera preservar, se logra disminuir el efecto nocivo que tiene la exposición de la mayor parte de los alimentos al aire. Como se puede observar en la vida cotidiana, la exposición de los alimentos al aire atmosférico normal provoca un rápido deterioro, ya que la alta concentración de oxígeno de la atmósfera acelera muchas de las reacciones enzimáticas, químicas y microbiológicas responsables del deterioro de los alimentos.

Como definición general, se entiende por atmósferas modificadas o controladas a aquellas que tienen una composición distinta a la del aire normal (78,8 % nitrógeno (N₂), 20,96 % oxígeno (O₂), 0.03 % dióxido de carbono (CO₂)) y están en contacto con los alimentos, ya sea en el envase final o en una cámara de almacenamiento. Las diferencias que se presentan entre atmósfera modificada y atmósfera controlada se describirán a continuación.

I. Atmósfera modificada
Se trata de un método de envasado que implica la eliminación del aire del interior del empaque y su reemplazo por un gas o mezcla de gases, la cual dependerá directamente del tipo de producto.

La característica diferencial de las atmósferas modificadas es que la composición inicial que se establece en el interior del envase no se mantiene constante, sino que varía de manera continua durante el período de almacenamiento y vida útil del producto. Esta variación se debe a distintos factores, tanto internos (inherentes al alimento, como su respiración), como externos (permeabilidad del material de empaque, temperatura o condición de la atmósfera externa), los cuales no son controlados ni contrarestados cuando se aplican atmósferas modificadas.

II. Atmósfera controlada
Inicialmente la atmósfera controlada se concibió como una técnica de complemento a la conservación por refrigeración, consistía en intervenir y modificar la composición gaseosa de las cámaras frigoríficas, junto con la regulación de las variables físicas del ambiente (temperatura, contenido de humedad y velocidad de flujo del aire). En ese entonces se definió como atmósfera controlada a la técnica de conservación de productos fruti hortícolas mediante la que se lograba mantener una atmósfera con contenido muy bajo de O₂ y una mayor concentración de CO₂, de manera tal que la composición de la atmósfera se ajustara constantemente a los requerimientos específicos del producto a conservar. Se logró con esto un efecto sinérgico con la refrigeración (bajas temperaturas), disminuyendo en mayor medida la taza respiratoria de los tejidos vegetales y retrasando de esa forma su maduración y senescencia.

La tecnología de envasado en atmósfera controlada deriva de ese método de conservación de vegetales, y su principal característica es que la composición de la atmósfera inicial dentro del envase permanece inalterada hasta el final de la vida útil del producto.

Se pueden recurrir a dos estrategias diferentes para modificar la atmósfera del envase. Dependiendo de ello se diferencian los envases con atmósfera modificada activa y los de atmósfera pasiva o de equilibrio. La primera se logra combinando una mezcla adecuada de gases y materiales plásticos de barrera, para inyectar la atmósfera modificada se reemplaza mecánicamente el aire normal por la mezcla de gases. La atmósfera modificada pasiva se obtiene por el equilibrio entre la respiración del producto envasado (vegetales frescos) y la permeabilidad de los materiales de envasado.

Arrastre con gas
Este proceso se realiza empleando equipos de envasado de tipo formado-llenado-cerrado. Se inyecta una corriente continua de gas en el interior del envase para desplazar y reemplazar el aire. De esta forma se “diluye” el aire en el espacio de cabeza, que corresponde al que está por encima del alimento y se cierra el envase cuando se ha desplazado la mayor parte del aire siendo reemplazado por la mezcla de gases correspondiente. Al aplicar esta tecnología de envasado, la atmósfera interna contendrá un nivel residual de oxígeno de 2 – 5 % aproximadamente, que si bien es inferior al contenido del aire (21%), igualmente puede no ser adecuado para alimentos muy sensibles al deterioro por O₂, como son los de alto contenido lipídico. La ventaja del arrastre con gas es la mayor velocidad del proceso, ya que se trata de una operación continua.

Vacío compensado
Este proceso consiste en una primera etapa de aplicación de vacío sobre el producto ya envasado, a fin de eliminar el aire que contiene y una segunda a continuación donde se introduce el gas o mezcla de gases mediante lanzas o contrapuertas. Los equipos diseñados para este proceso disponen de diferentes cámaras. A diferencia del proceso de arrastre con gas, este método presenta una velocidad de operación menor, ya que se requieren dos etapas independientes, pero la eficacia respecto al contenido de O₂ residual es mayor, porque el aire se elimina mediante vacío. El sistema de compensación de vacío, a diferencia del anterior, logra un nivel de O₂ menor al 1 %, las máquinas típicas usadas para esto son las termoformadoras (thermoform-fill-seal: TFFS).

Consiste en la generación de la atmósfera modificada dentro del envase por acción del metabolismo inherente del alimento envasado. Entonces las variables que más influyen en lograr una atmósfera de equilibrio dentro del envase son: temperatura, velocidad de respiración del producto, masa del producto envasado, permeabilidad y espesor del film plástico, relación de permeabilidad CO₂ / O₂ y superficie efectiva del envase.

La atmósfera pasiva o de equilibrio se aplica para envasado de vegetales frescos o vegetales mínimamente procesados, porque estos continúan respirando después de su recolección, consumiendo O₂ y produciendo CO₂ y vapor de agua. El envasado en atmósfera pasiva logra que los productos de la respiración del producto se equilibren con los que difunden a través del film, y de esa manera se alcance un equilibrio y se genere dentro del envase una atmósfera favorable. De esta manera si se emplean películas de permeabilidad selectiva combinándolas con una mezcla de gases de composición inicial conocida, se logra que la atmósfera interna del envase sea la deseada durante la vida útil del producto.

La elección de la película plástica en este caso es fundamental, ya que debe ser de característica tal que permita la entrada controlada de O₂, en una cantidad que sustituya al captado por el producto fresco para su respiración. La permeabilidad de la película plástica debe permitir que la velocidad de entrada de O₂ al envase iguale la de captación por parte del producto para su respiración. Es importante destacar que el valor de la presión a la cual se estabiliza el contenido de O₂ en el envase final depende del producto, la temperatura y la composición de la atmósfera interna y externa. Para estos productos se utilizan films que de alta permeabilidad, todo lo contrario a cuando se quiere mantener inalterada la atmósfera interna, para ello se necesitan films barrera, es por esto que una de las opciones más aplicadas son los films micro perforados (20 a 100 µm) de polietileno (PE), polipropileno (PP), polipropileno biorientado (BOPP), entre otros. En el mercado este tipo de envases se ofrecen en formato institucional (para envasado de 5 a 15 kg de producto) o para consumo individual. Vale aclarar que si en vez de aplicarse este tipo de films se aplicaran materiales impermeables (películas de alta barrera) el resultado sería un veloz deterioro del producto como resultado de la glucólisis anaerobia por la baja disponibilidad de O₂ (los vegetales en ausencia de oxígeno no podrían llevar adelante el proceso de respiración aeróbica).

Las atmósferas modificadas y controladas se componen por mezclas específicas de los mismos gases que componen la atmósfera normal, es decir se aplican los mismos pero en una proporción distinta a la que presentan en el aire para lograr el efecto de preservación deseado. A continuación se describen las características más relevantes de cada uno de ellos.

Es un fuerte inhibidor del desarrollo de microorganismos, por ello permite extender la vida útil de productos alimenticios. La presencia de determinadas concentraciones de CO₂ en la atmósfera interna del envase provoca que se extienda la fase de latencia de los microorganismos (es decir permanecen durante más tiempo sin aumentar el número, sin crecimiento) y además disminuye la cantidad de estos que logran crecer exponencialmente (esto se manifiesta en una disminución de la pendiente de la fase exponencial), por ello el CO₂ inactiva parte de la flora alterante y patógena.

Cuando se formulan atmósferas con concentraciones de CO₂ superiores a un 5 a 10 % se logra suprimir el desarrollo de hongos y bacterias aerobias estrictas. Particularmente esas concentraciones son efectivas para inactivar bacterias aerobias gram negativas responsables del deterioro organoléptico de la mayor parte de los alimentos, tales como Pseudomonas sp. (responsables de aromas indeseables y deterioro del color en carnes rojas y pescados), Micrococcus y Bacillus spp.

El efecto inhibitorio se incrementa en función del aumento de la concentración, hasta valores de 50 – 60 %. Si la concentración supera esos valores se puede obtener un efecto negativo sobre la preservación del alimento o no tener ningún efecto adicional. En algunos casos, para alimentos en los cuales la dilución de CO₂ es significativa, suelen aplicarse concentraciones superiores a fin de suplir las pérdidas por absorción en el producto. Vale destacar que la presencia de este gas en ese rango de concentraciones no es efectivo para inactivar bacterias ácido lácticas, Brochothrix thermosphacta, ni levaduras.

El CO₂ tiene mayor efecto inhibitorio a bajas temperaturas porque a esas condiciones se incrementa su solubilidad en la fase acuosa del alimento, es así que las atmósferas de alto contenido de CO₂ son más efectivas en alimentos refrigerados. Por esto mismo la absorción de CO₂ en el alimento depende de su contenido de humedad y composición lipídica, adicionalmente a las condiciones a las que se exponga el producto. Cuando se produce una disolución excesiva del mismo en el alimento pueden desencadenarse dos fenómenos negativos: el colapso del envase y presencia de exudado. El primero consiste en la retracción del material de envasado debido al descenso de la presión que ejerce el CO₂ en el interior del paquete. El exudado se origina por la pérdida de la capacidad de retención de agua de las proteínas, como consecuencia de la desnaturalización proteica por el descenso del pH del medio provocado por la dilución del CO₂.

En algunos alimentos, como carnes rojas y carne de ave, las elevadas concentraciones de CO₂ pueden deteriorar su calidad organoléptica, provocando sabores ácidos punzantes.

Además se debe tener en cuenta que el CO₂ difunde a través de los films de envasado a una velocidad hasta 30 veces mayor a la que lo hacen los otros gases aplicados. En general, la relación de permeabilidades corresponde a CO₂> O₂> N₂.

Es un gas inerte, poco soluble en agua y en la fracción grasa, por lo cual es utilizado en el envasado en atmósfera modificada fundamentalmente para desplazar el O₂ y prevenir el enranciamiento de productos de bajo contenido de humedad (snacks, panificados de baja actividad de agua, otros).

La otra aplicación de N₂ en sistemas de envasado de atmósferas modificadas, es como gas de llenado, para completar el volumen y evitar el colapso del envase por diferencias de presión respecto a la presión externa, cuando alguno de los otros gases que componen la atmósfera es absorbido por el producto. Como el N₂ no se absorbe en la matriz del producto, mantiene la integridad del empaque.

En oposición a las atmósferas activas y semiactivas con CO₂, las que contienen exclusivamente N₂ se denominan atmósferas inertes, porque no inhiben de forma directa el desarrollo de microorganismos. El principal inconveniente de estos ambientes gaseosos es el riesgo de crecimiento de microorganismos anaerobios.

Es uno de los principales responsables de la alteración de los alimentos, ya que por ser un elemento muy reactivo, origina las reacciones oxidación que producen sabores y olores desagradables. También favorece el crecimiento de microorganismos patógenos y alterantes que lo utilizan en sus funciones metabólicas (microorganismos aerobios). Es por esto que generalmente en el envasado de alimentos con atmósfera modificada o controlada se trata de eliminar o reducir al máximo la concentración de O₂, a fin de inhibir dichas reacciones de oxidación.

Sin embargo el O₂ es necesario para la respiración de frutas y hortalizas frescas o mínimamente procesadas, para la estabilidad del la oximioglobina en carnes rojas, compuesto responsable del color rojo brillante, y para evitar la atmósfera de anaerobiosis en el envasado de pescado blanco. En cada uno de esos productos se deberá diseñar una atmósfera cuya composición presente la concentración de O₂ que permita mantener estable al alimento y que a su vez no promueva el crecimiento de microorganismos indeseables o reacciones químicas o enzimáticas de deterioro.

El material de envase debe elegirse a fin de que cumpla con mantener durante el tiempo de vida útil la composición de la atmósfera aplicada. Es fundamental también que la soldadura de los envases sea resistente, impermeable y de fácil apertura.

Películas conformadas por láminas de diferentes materiales unidas mediante un adhesivo, en forma de sándwich. Este tipo de películas presentan la ventaja de poseer una mayor calidad de grabado, dado que las láminas impresas se incorporan entre las distintas láminas que constituyen la película. La desventaja es que tienen un mayor costo. Se emplean en productos de baja o media actividad respiratoria, ya que las capas interfieren en la movilidad del oxígeno hacia el interior del envase (por esto no se aplican en envasado de vegetales frescos o mínimamente procesado).

Los laminados típicos para envasado en atmósfera modificada son constituidos por PET 12 µm / PVDC / adhesivo / PE 50 µm / anti fog, aplicado para envases de quesos, productos de panificación, pizza y en las tapas de envases de carnes rojas.

Son láminas que se producen por co - extrusión de los distintos polímeros plásticos, son más económicas que las películas laminadas. Como desventaja presentan una menor calidad de grabado ya que se graban en la superficie, y por lo tanto tienden a desgastarse por el rose con la maquinaria durante el llenado y sellado. La velocidad de transferencia del O₂ hacia el interior del envase es mayor que en las películas laminadas.

Las co-extrusiones típicas aplicadas a envasado en atmósfera modificada son: PEBDL / tie / EVOH / tie / PEBDL y PC / tie / EVOH / tie / PEBDL. Principalmente se aplican en bandejas para envasado de fiambres y carnes rojas.

Vale destacar que las industrias dedicadas a producir materiales co extrudidos y laminados para el envasado de alimentos constantemente invierten en la investigación y desarrollo de nuevos materiales, de mayor efectividad para aplicaciones específicas.

Se emplean para el envasado de aquellos productos que requieren una alta permeabilidad del O₂ hacia el interior del envase, tal como se mencionó es el caso de envasado de vegetales. Se trata de films micro perforados a láser de PE, PP, BOPP, el tamaño de los poros varía de 40 a 200 µm de diámetro, dependiendo del tipo de producto a envasar. La atmósfera interna es determinada por el área total de perforaciones en la superficie del envase. Las películas micro perforadas mantienen niveles de humedad relativa altos y son muy efectivas para prolongar la vida media de productos especialmente sensibles a la deshidratación y deterioro por microorganismos.

La tecnología de envasado en atmósfera modificada o controlada surge como respuesta a una demanda insatisfecha del mercado. Esto es, responde las nuevas preferencias y hábitos de consumo de los consumidores. Al respecto, el envasado en atmósfera modificada o controlada logra mantener la calidad deseada de los alimentos durante mayor período de tiempo, disminuyendo el uso de conservantes o aditivos, y ofreciendo alimentos en empaques llamativos e innovadores. Gracias a que se logra extender la vida útil de productos frescos (como carnes y vegetales), lo que se consigue es disminuir la frecuencia en la distribución, disminuyendo el número de entregas o repartos por período de tiempo, y con esto la reducción significativa en gastos de logística y transporte. A su vez permite ampliar la zona geográfica de alcance del producto, ya que se puede llegar a lugares más alejados con el producto fresco y con una vida útil tal que permite su comercialización.

Es por esto que la tecnología de envasado en atmósfera modificada y controlada consigue disminuir el número de devoluciones o rechazos por productos vencidos, de esta manera las empresas que apuestan por esta tecnología amplían su cuota de mercado y logran que más consumidores se interesen por su producto. En esto último también influye la imagen positiva que se adquiere por reducir el uso de conservantes en el producto, con lo que también se satisface la tendencia de consumo actual como ya se mencionó. Como consecuencia la productividad y rentabilidad aumentan, que es al final de cuentas el objetivo perseguido por todas las empresas, sea cual sea su tamaño y sector productivo.

El responder a las nuevas tendencias de consumo, permite evidenciar que la implementación de esta tecnología conduciría a beneficios económicos al largo plazo. Por lo tanto se presenta como una opción válida a la hora de invertir en un nuevo proyecto.