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Escuela tcnica superior de ingeniera industrial de BarcelonaNombre: Arturo Jimnez Arellano Profesor: Antonio Martnez Benasat Film multicapas para envase de salchichasBarcelona, 11 de diciembre de 2009

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IndicePg. Objetivo Envase Definicin Necesidades bsicas y requisitos del envase para salchichas Necesidades bsicas Requisitos Seleccin del material y del equipo Polmeros para empaque y coextrusin Films multicapas Fabricacin de films multicapas Coextrusin Envasado al vaco Coste Conclusiones Bibliografa 12 14 14 15 5 8 10 4 4 3 3

OBJETIVOLos cambios en el estilo de vida contemporneo, como el creciente nmero de hogares de una sola persona, falta tiempo disponible para preparar las comidas o ciclos de vida del producto mucho ms largos, estimularan el consumo de productos envasados en films multicapas, por ejemplo carnes, salchichas, etc. Los envases de plstico flexible alcanza el 26 % de los mas de 3,6 billones de unidades de envases comerciados en todo el mundo. El crecimiento esperado en este mercado se sita entre el margen del 2 al 4 %. El objetivo del trabajo, es el estudio de la fabricacin de films multicapas de utilizacin en la industria alimentaria, en especifico las salchichas, centrandonos en la obtencin de films multicapas mediante el proceso de coextrusin. Se realizar un estudio del proceso de fabricacin de dichos films teniendo en cuenta los distintos factores que afectan dicha produccin, como su impacto ambiental, su coste econmico.

Fig 1. El film multicapas es muy utilizado en la industria alimenticia, en nuestro caso se enfocar en el empaque para salchichas.

ENVASEDefinicin de envase El envase es un elemento clave en la vida de un artculo. El envase a sido definido de diferentes maneras pero hay tres fundamentales: 1. Un sistema coordinado de preparacin de productos para el transporte, la distribucin, el almacenaje, la venta al detalle y el uso final. 2. Un medio de asegurar un suministro seguro hasta el ultimo consumidor en condiciones adecuadas a un coste global mnimo. 3. Una funcin tecno-econmica dirigida tanto a maximizarlas ventas y minimizar los costes.

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Necesidades bsicas y requisitos del envase para salchichasNecesidades bsicasLa misin principal del envase es preservar las salchichas en su interior desde el momento de su envasado, durante su transporte, almacenamiento, distribucin, exhibicin, hasta el momento en el que es abierto por el consumidor. Aunque hay muchas otras necesidades, las cuales mencionaremos a continuacin. Contencin. El envase debe mantener seguro sus contenidos desde el final de la lnea de envasado hasta el momento en el que todo el alimento ha sido comido. Proteccin y conservacin. Debe proteger de daos mecnicos durante su manipulacin as como del deterioro debido a diferentes ambientes, durante su distribucin y almacenamiento en el hogar. La carne fresca y los productos crnicos son alimentos bastante perecederos que presentan una elevada actividad de agua y un alto contenido en nutrientes. Ambas caractersticas contribuyen a su deterioro porque favorecen el desarrollo de microorganismos indeseables y la aparicin de otras modificaciones de origen fsicoqumico enzimtico. Comunicacin. Debe identificar el contenido y los requerimientos legales. Tambin debe informar al transportista su destino, instrucciones sobre su manejo y almacenamiento. Facilidad de fabricacin. La velocidad de una lnea de envases va alrededor de los miles por minuto, por lo que se debe realizar un proceso sin demasiados paros, o el proceso se volver antieconmico. Comodidad y uso. Las impresiones mas comunes de comodidad en el envasado para la venta al detalle son aquellas que proporcionan una fcil apertura, manejo y/o uso posterior.

RequisitosMuchas de las necesidades bsicas deseables obtenibles de los films multicapas se relacionan con sus propiedades como plsticos. Desde el punto de vista de empaque las propiedades ms importantes son los siguientes: Resistencia mecnica a la traccin. La cual determina la cantidad de plstico que se necesita para la pared del film. Resistencia mecnica a la perforacin. Aunque este es solicitado cuando se tienen aristas cortantes y puntas agudas. El film debe ser resistente al efecto destructivo de estas caractersticas del producto, cediendo elsticamente ante el efecto de perforacin, sin romperse ni deformarse.

Resistencia mecnica a bajas temperaturas. La mayora de las salchichas tienen que mantenerse refrigerados e inclusive para llegar en optimas condiciones de preservacin al consumidor. Barrera. El film debe de tener baja permeabilidad a los gases, vapores, al oxigeno, a la luz y a los aromas. Las carnes procesadas incluyen las salchichas, embutidos, carnes ahumadas. La barrera tiene que ser suficiente para garantizar la vida til deseada. Los embutidos son productos de salida rpida que rara vez requieren de vida til mas alla de los 60 dias. Se utiliza de forma muy extendida el envasado al vacio o con atmosfera modificada y con laminas de alta barrera al oxigeno. Los requerimientos de carne procesada suelen estar entre 0.2-1.0 cm3/(100 in 2 da atm) para el oxgeno (OTR) y 0.2-0.5 g/(100 in 2 da) para la tasa de transmisin de vapor de agua (WVTR). Sellabilidad. Todos los films deben de ser cerrados y la mayora lo son por termosellado. Este es un proceso en el cual una de las capas que componen al film logra la fusin y luego es mantenido en contacto con la superficie opuesta, de similar composicin, hasta que las dos capas solidifiquen formando una nica capa. Imprimibilidad. El uso del film para promocionar y describir al producto es una muy importante herramienta para el marketing. Los grficos, el texto, la disposicin de las figuras en el envase, tienen que estar reproducidos de manera muy precisa y atractiva. Adems de que al menos debe contener la informacin de la direccin del receptor, descripcin del producto, y quiz de cmo manejar el envase y/o manera de consumir el producto. Versatilidad de fabricacin. Todos los plsticos de uso corriente pueden ser convertidos en pelculas delgadas, fuertes y transparentes. Durabilidad. Los pasticos no se oxidan y son inertes al ataque de la gran mayora de agentes ambientales comunes, con excepcin de UV. Costo. Es el factor decisivo para poder utilizar un plstico u otro. Aunque la funcin bsica del envasado es identificar y proteger al producto a travs de la red de distribucin. La minimizacin de costes es un criterio a tomar para el diseo. Sin embargo si se le puede aadir un valor extra, por ejemplo por medio de promociones y ventas de promocin, tal vez un diseo ms costoso pueda justificarse.

Seleccin de materiales y consideraciones de maquinariaLos principales a tener en cuenta en la seleccin para un producto especfico. En este caso las salchichas. Mtodo de produccin Necesidades de exposicin. Consideraciones econmicas. Propiedades de los materiales de envasado.

6MaterialesLos materiales que ms se utilizan para empacar son el papel, madera, vidrio, acero, aluminio y plstico. Los plsticos compiten con todos estos materiales. Las ventajas de los plsticos incluyen su bajo peso, durabilidad, facilidad para dar forma, versatilidad y economa. Los plsticos ms utilizados en el empaque son: LDPE, HDPE, PP, PS, PET y PVC. Podemos ver su consumo de estos plsticos en el sector de empaque en los Estados Unidos.

A continuacin se mencionan las caractersticas de los polmeros que se utilizan ms para los empaques multicapas con las ventajas de cada uno de ellos.

Films multicapas

Materiales de estructura

Materiales de barrera

Materiales de unin

Polipropileno (PP) Teraftalato de Polietileno PET

Etilenvinilacohol (EVOH) Cloruro de Polivinilideno PDVC

EVA EMA EAA EEA

Fig 2. Los diferentes materiales y su funcin en el film multicapas Propiedades de los polmeros ms utilizados para el empaque: LDPE. Polietileno de Baja Densidad. Las caractersticas de esta poliolefina son: Suave al tacto Flexible

Fcilmente estirable Buena transparencia Provee una buena barrera para el agua. Provee una pobre barrera contra el oxigeno. Inodoro Sin sabor que pueda afectar el producto empacado Fcilmente sellable por el calor. PP. PoliPropileno. El plstico de ms baja densidad en aplicaciones de envase. Biorientado. Le da mucho ms resistencia al empaque. Generalmente ms transparente, rgido y resistente que el LDPE. Baja permeabilidad a los gases y a la humedad. Por su punto de fusin elevado se puede utilizar en empaques a alta temperatura. Poliamidas. El nombre tcnico mas conocido es el del NYLON. o Muy buenas propiedades de permeabilidad al oxigeno y otros gases. o Barrera dbil al vapor de agua. o Muy resistente. o Sobresalientes propiedades de resistencia a la perforacin y rasgado, incluso a altas temperaturas. EVOH. Copolimero termoplstico etileno-alcohol vinilico. Resistente Flexible Excelente barrera contra oxigeno. Excelente barrera contra la permeabilidad del sabor, aroma, gases (oxigeno, nitrgeno, dixido de carbono, helio y otros hidrocarburos). Buena resistencia qumica. Dado que sus propiedades de permeabilidad depende fuertemente del grado de humedad se tiene que colocar el posicin intermedia. PET. Tereftalato de Polietileno

Ligero Resistente a fracturas No son fciles de sellar por el calor Puede servir para hervir el producto Transparente Resistencia y rigidez elevadas Elevada resistencia a la fluencia Elevada dureza de la superficie Elevada estabilidad dimensional Buenas propiedades de friccin por deslizamiento y resistencia a la abrasin Elevada resistencia a sustancias qumicas

8Muy apropiado para ser barnizado

Film multicapasEl empaque flexible es usado para entregar un producto del manufacturero o distribuidor al detallista o al ltimo consumidor y protege el producto durante su envo, distribucin y almacenamiento. Los empaques flexibles multicapas son la combinacin de dos o ms capas en una red composite o tubo que provee propiedades funcionales, protectoras o decorativas. La introduccin de nuevos polmeros, el desarrollo de nueva tecnologa y el surgimiento de nuevas aplicaciones de empaquetamiento ha resultado en buena tasa de crecimiento en estructuras de coextrusin y laminado. Cualquiera que sea la aplicacin, los materiales polmeros son seleccionados y la estructura de empaque es diseada para cumplir los requerimientos de desempeo especficos. Estos pueden ser uno o ms de los siguientes: Propiedades de desempeo especfico. Reducir costos Reducir nmero de procesos Los requerimientos para propiedades de desempeo especfico a veces no pueden ser cumplidos por un polmero o incluso con mezclas extruidas en un film de una sola capa. La mezcla puede ser no deseable si los polmeros son incompatibles. Polmeros de sellado en caliente pueden ser incorporados para mejorar la velocidad y eficiencia de la lnea de empaque. Los films multicapas pueden bajar el costo de de muchas estructuras de film reduciendo los gastos en el polmeros usado, incrementando el uso de polmeros menos costosos, usando material reciclado o reduciendo el espesor del film.

Fig 3. Los requerimientos especficos no pueden ser cumplidos por un polmero sino que se tienen que utilizar un film de varias capas de diferentes materiales.

La posicin que adopta cada polmero en cada una de las capas ya sea interna, intermedia o externa tiene su explicacin. Utilizando diferentes combinaciones de plsticos y aditivos se logran diferentes tipos de barrera, consiguiendo por ejemplo que entre el oxgeno del aire pero que no salga la humedad de un producto envasado en plstico. Tambin pueden obtenerse un envase que sea absolutamente hermtico como el embalaje de la carne, al adherirse a sta, impide la entrada de oxgeno y humedad, lo cual evita su degradacin y la preserva por ms tiempo. De los tres polmeros para hacer el film complejo, el polmero que se halle en la capa exterior, es la que da al envase la resistencia y la dureza, eso va en funcin del alimento que se quiera envasar. El polmero que se halle en la capa intermedia, es el que va proporcionar las propiedades de barrera frente a gases, vapor de agua y los rayos UV, y el polmero que se halle en la capa interna es la que proporciona un sellado seguro por el calor.

Fig 4. Ejemplo de film multicapas. Funcin de la capa externa, intermedia e interna. En nuestro caso concreto, la fabricacin de salchichas, se utiliza una capa externa de PET, por su resistencia y rigidez elevadas adems de que puede imprimirse. Para la parte intermedia seleccionamos el EVOH el cual es un plstico con excelente barrera contra oxgeno, sabores, aromas, nitrgeno, dixido de carbono, etc. Para el film interno colocaremos LDPE que tiene una barrera contra el agua, oxgeno y que adems es fcilmente sellable por el calor.

Fig 5. Ejemplo de film multicapas para los principales mercados

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FABRICACION DEL FILM MULTICAPASLas estructuras multicapas pueden ser fabricada usando una variedad de tcnicas como unin por adhesivos, recubrimientos y coextrusin. La fabricacin de un film consta de pocas o varias etapas segn sea la complejidad del film. A continuacin se nombran algunos de los procesos mas utilizados en la fabricacin de films multicapas: Extrusin. Utilizado para fabricar laminas y hojas de materiales termoplsticos. Coextrusin. Proceso en el cual varias capas de resinas plsticas son extruidas simultneamente formando una sola lamina. Laminacion. Un substrato es adherido a otro mediante aplicacin de adhesivos. Impresin. Se aplican las tintas al material de empaque, en una cierta manera y siguiendo un cierto patrn. Procesos especiales. Procesos utilizado en ciertas aplicaciones (parafinado). Una tabla que resume muy bien los mtodos de fabricacin de films multicapas:

CoextrusinDe todas las siguientes tcnicas, la coextrusin ofrece numerosas ventajas como procesamiento continuo, habilidad para manejar gran nmero de capas simultneamente, y relativamente menor coste. Es una extrusin simultanea de dos o ms capas de diferente polmero para hacer un film. Film coextruidos tienen principalmente tres ventajas:

(1) (1) (2) (3)

Tienen una alta propiedad de barrera. Similar que el laminado pero a un costo mucho menor. Son ms delgados que los laminados y entonces son fciles para equipo de relleno. Los films no se separan

Hay tres tipos de polmeros que son coextruidos: I.Polietileno de alta y baja densidad, y el polipropileno. II.Poliestireno, acronitrilo-butadieno-estireno. III.Policloruro de vinilo. Normalmente, se realizan coextrusin de tres capas: a.Una capa exterior que tiene esmalte (gloss) y que puede imprimirse. b.La capa de en medio da rigidez y resistencia. c.Una capa interior que sirve para sellar en caliente. La coextrusion se puede realizar por dos procesos: 1. Proceso de film soplado 2. Proceso cast En coextrusion, los materiales nunca existen como redes separadas. Cada tipo de resina es plastificado en una extrusora individual, y el polmero fluido es cuidadosamente colocado en la boquilla de manera que se tienen capas homogeneas, sin mezclar. Atencin especial es requerida para la reologa de los polmeros, especialmente a los patrones de flujo y a la viscosidad, en el diseo de la coextrusin para prevenir que las capas se entremezclen. El flujo en la boquilla que los materiales de una capa. Para muchas combinaciones de materiales, la adhesin entre los polmeros deseados es insuficiente para una buena integridad del producto final, y las capas tienden a separarse bajo esfuerzos. En este caso, es necesario adicionar un tercer componente, conocido como adhesivo de coextrusin, la cual es esencialmente un adhesivo termoplstico. Enlazada fuertemente a ambos componentes, la capa mantiene la integridad del material multicapa. las capas de unin deben tambin ser plastificadas en una extrusora dedicada y alimentar en la boquilla como una capa adicional. Entonces, muchos materiales coextruidos tiene normalmente tres capas. Estrucuturas de ms capas tambin son comunes. por ejemplo, si EVOH es incluido como capa de barrera, el cual es el caso, este debe estar entre otros polmeros para proteger de la humedad. con la adicin de capas de unin, esto significa al menos una estructura de cinco capas. Cada nueva resina en la estructura requiere una extrusora dedicada, aunque las resinas plastificadas de una nica extrusora podran ser la fuente de dos o ms capas en una estructura coextruida.

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1. 2. 3. 4.

Doble Capa (A+B) Tres capas (A+B+A) Tres capas (A+B+C) Cinco capas (A+B+C+D+E)

Fig 6. Proceso de coextrusin de films multicapas Coextrusin puede reducir el nmero de operaciones de proceso requeridos cuando varios polmeros son necesarios para obtener las propiedades deseables reduciendo pasos se ahorra en mano de obra, gastos de equipo y el tiempo de trabajo. Entre ms operaciones puedan ser combinadas en un slo proceso significa ms espacio disponible para otros equipos y menos desecho generado con un proceso de varios pasos. La coextrusin puede eliminar el uso de adhesivos con base solvente. Esto podra proveer algn ahorro en coste de materia prima, adems del ahorro por manejo y disposicin de los mismos.

ENVASADO AL VACOLa carne y sus derivados se comercializan con frecuencia al vaco o en atmsfera modificada y bajo temperaturas de refrigeracin, en el caso de las salchichas la composicin gaseosa de la atmsfera que se recomienda: Producto Composicin de la tmosfera modificada (%) 5-30 O2/ 20-30 CO2/ Restos N2 20-40 CO2/ Restos N2 0-20 CO2/ Restos N2 Temperatura de almacenamiento (C) 0-4 Vida til

Elaborados crnicos frescos Elaborados crnicos cocidos Elaborados crnicos curados

Hasta 4 semanas

0-4

4-6 semanas

10-15

Varios meses

La eleccin de una tecnologa de envasado u otra viene condicionada por el tipo de carne. El pH final de la misma vara segn el animal de procedencia.

pH

Ejemplos

Riesgo microbiano Bajo

Tipo de envasado Vaco convencional o de segunda piel Adicin de CO2

Bajo

Ternera, cerdo

Alto

Pavo, cordero

Alto

Ventajas y desventajas del envasado al vaco Ventajas 1. Vida til ms extensa y conserva sus cualidades sensoriales hasta la apertura. 2. Los gases del envasado evitan la proliferacin de bacterias. 3. Material transparente mejora la presentacin. 4. Se pueden eliminar o mininizar los conservadores. 5. Muy buena hermeticidad. 6. El incremento de vida comercial de estos productos permiten ampliar la zona de distribucin y reducir la frecuencia de reparto, la reposicin de los lineales en los supermercados y el nmero de devoluciones. 7. Se optimiza la gestin del trabajo, los almacenes y los equipo lo que supone una reduccin de los costes productivos. Vida til de carne fresca yalgunos productos envasados en atmsfera protectora

Producto

Ejemplos

Temperatura de almacenamiento (C) 0-4 0-4

Vida til

Embutido fresco Embutido cocido

Salchichas crudas Salchicha cocida, butiffarra cocida

12-21 3-4 semanas

Inconvenientes Ms eficaces cuanto ms se ajuste a la atmsfera protectora deseada. Si se pierde la hermeticidad se pierden todas las ventajas. A veces cantidades excesivas de dioxido de carbono pueden daar la apariencia del producto. Si no se cumple con la temperatura de envasado pueden empezar a crearse microorganismos patgenos. La adquisicin de equipos y sistemas de control son una inversin elevada. Adems del coste por el material de envasado, gases y contratacin de personal calificado.

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COSTEEl coste global del envase viene determinado por diversos factores: Coste de los materiales de envase Coste de almacenamiento, manejo de envases vacios. Coste de llenado Coste de almacenamiento de los envases llenos Coste de transporte Costo del seguro que cubre al transporte Perdidas debido a roturas Efecto del envase en ventas

CONCLUSIONESLos films multicapas son muy utilizados en la industria alimenticia, en nuestro caso particular el envase de salchichas. El film tendr como misin principal el de preservar las salchichas desde el momento de envasado hasta que el consumidor ha abierto el empaque. Para esto necesita cumplir con una serie de requisitos de resistencia mecnica, barrera al oxgeno, requisitos de marketing, etc. Es difcil que un solo polmero cumpla con todos estos requisitos de ello la necesidad de hacer films multicapas. En el caso particular del empaque de salchichas la capa externa es el PET, por su resistencia, rigidez y su capacidad de imprimir sobre este. Para la parte intermedia seleccionamos el EVOH es cual es una excelente barrera de oxgeno, sabores, nitrgeno, etc. Para el interior el LDPE es una buena opcin por su barrera contra el agua, oxgeno y adems de ser sellable por el calor. Todo esto se unir por medio de adhesivos. La fabricacin es por medio de coextrusin por su atractivo tcnico y econmico. Ya que ofrece reduccin de costos y procesos complejos de los procesos convencionales de laminacin y recubrimientos. El envase se lleva acabo por medio de envase al vaco el cual proporciona muy buenas ventajas de proteccin de las salchichas.

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