Envases para productos esterilizados térmicamente.

• Hojalata.
• Aluminio.
• Plásticos y láminas multicapa.

HOJALATA.

Consiste en una hoja central de acero templado con bajo contenido en carbono en cuyas superficies se ha depositado electrolíticamente una capa de estaño.

El espesor típico de la hoja de acero va de 0,15 a 0,30mm

En la actualidad, para la producción de hojalata extra ligera las hojas de acero son laminadas en frío dos veces antes de ser recubiertas de estaño, hojalata doblemente reducida (‘double reduced plate’, DR).

El espesor típico del recubrimiento de estaño va de 0,4 a 2,5 µm.

La hojalata en la que el espesor del recubrimiento, y por tanto los gramos de estaño por metro cuadrado de chapa, es igual en ambas caras de la plancha se denomina hojalada igualmente protegida o recubierta, ‘equally coated plate’, E; mientras que si la deposición de estaño presenta diferente gramaje en cada cara del acero se denomina hojalata diferentemente protegida o recubierta, ‘differentially coated plate’, D. Siguiendo la nomenclatura estándar del sector, si tratamos con una hojalata

E05: el gramaje de estaño es igual en ambas caras y es de 0,28g/m².

D10/05: es una hojalata ‘diferencial’ con 5,6 g/m² de estaño en una cara y 2,8 g/m² de estaño en la otra.

El estaño se aplica a la base de acero como protección sacrificial, esto es, la capa de estaño se disuelve gradualmente en la fase líquida que está en contacto con ella mientras el acero permanece protegido bajo el estaño restante.

La hojalata convencional consiste en una estructura multicapa con el acero en medio, luego una capa de aleación de estaño/hierro, un capa protectora de estaño, otra de óxido de estaño y, finalmente, una última capa de grasa lubricante.

Recientemente, el alto coste del estaño ha vuelto atractiva la fabricación de hojalata libre de estaño, ‘tin-free steel’, TFS) en la que el estaño y óxido de estaño convencionales se han sustituido por capas de cromo y de óxido de cromo. También, desde la introducción de TFS se ha desarrollado un tercer sistema que consiste en usar níquel como material de recubrimiento en lugar del estaño o del cromo.

Hojalata TFS no puede ser soldada fácilmente (de modo que se suele usar para envases embutidos o de dos piezas) y tampoco tiene la resistencia ante corrosión característica de la hojalata convencional por lo que la base TFS suele recubrirse con lacas protectoras.

En conservas de pescado (y otras conservas de productos altamente proteicos como carne o maíz) se acostumbra a utilizar lacas resistentes a sulfuros (SR) para evitar la formación macroscópica de los feos pero inofensivos sulfuros de estaño y de hierro de color azul oscuro o negro. Estas lacas protectoras suelen presentar un aspecto lechoso debido a que en su fórmula se utiliza óxido de zinc, que es blanco; y la razón para que se incluya el zinc es que reacciona con los compuestos sulfurados, procedentes de la degradación proteica del producto, para precipitar en forma de sulfuro de zinc que no puede ser detectado contra el fondo de laca opaca. Otro sistema de lacas comúnmente usado en productos de la pesca se basa en la barrera física que proporciona a la hojalata la inclusión de pigmentos de aluminio en lacas epoxifenólicas.

ALUMINIO.

El lugar dominante de la hojalata como principal material en la fabricación de envases para conservas se ha visto amenazado con el desarrollo de aleaciones con base aluminio. Las aleaciones de aluminio con pequeñas cantidades de magnesio y/o manganeso no tienen la resistencia química del aluminio puro pero proporcional las características mecánicas necesarias para la construcción de envases y que el aluminio puro no tiene: flexibilidad y dureza.

Las aleaciones de aluminio son aleaciones obtenidas a partir de aluminio y otros elementos (generalmente cobre, zinc, manganeso, magnesio o silicio). Forman parte de las llamadas aleaciones ligeras, con una densidad mucho menor que los aceros, pero no tan resistentes a la corrosión como el aluminio puro, que forma en su superficie una capa de óxido de aluminio (alúmina). Las aleaciones de aluminio tienen como principal objetivo mejorar la dureza y resistencia del aluminio, que es en estado puro un metal muy blando.

El espesor habitual de envases de aluminio para conservas de pescado va desde los 0,18 a los 0,25mm. Hay que prestar especial cuidado durante la fabricación de tapas “abre-fácil” de aluminio para evitar que la punta que forma el debilitado del “abre-fácil” penetre toda la hoja; en la práctica esto limita el espesor de la hoja de aluminio que se puede utilizar.

Los envases de aleación de aluminio suelen recubrirse internamente con una laca epoxifenólica o con base poliéster y externamente con recubrimientos de poliéster y de fluoruro de polivinilo.

Debido a su flexibilidad y plasticidad (esto es, facilidad para deformarse al ser sometido a presión, pero que una vez deformado no recupera la forma original cuando deja de ejercerse dicha presión) y a la gran superficie de algunos formatos, como ‘club’ o ‘dingley’, estos envases tienden a deformarse permanentemente durante la esterilización o al principio del enfriamiento, es decir, cuando la presión interior alcanza el máximo y se produce una abrupta caída de la presión exterior por condensación del vapor (pata de gallo, deformación de aros  de compresión o deformación de tapa). Para evitar esto se aconseja esterilizar los envases de aluminio en equipos capaces de ejercer la sobrepresión adecuada sobre los envases.

PLÁSTICOS Y LÁMINAS MULTICAPA.

Los requisitos más importantes incluyen la utilización de envases herméticos de alta barrera a los gases construidos con materiales que soporten adecuadamente el proceso de esterilización. El material alta barrera más empleado para este tipo de aplicaciones es el co-polímero de etileno-alcohol vinílico (EVOH), ya que además de tener unas excelentes propiedades barrera a gases y compuestos de bajo peso molecular (como los aromas) y de poder ser transformado con los mismos procesos que otros materiales comunes como las poliolefinas, muestra una alta resistencia química a disolventes, excelentes propiedades ópticas y físicas, buena resistencia térmica y altísima velocidad de cristalización.

Las excelentes propiedades barrera de estos co-polímeros se derivan de la presencia en su estructura de grupos hidroxilo que le confieren una elevada cohesión intermolecular, reduciendo el volumen libre entre las cadenas disponible para el intercambio de gases. Pero a su vez, estos grupos hidroxilo hacen que este material sea altamente hidrofílico, de manera que en presencia de agua sus propiedades barrera se ven en gran medida deterioradas4. Por esta razón en la mayoría de las aplicaciones de envasado de alimentos se utilizan estructuras multicapa en las cuales el EVOH se encuentra franqueado entre dos láminas de materiales hidrófobos, como por ejemplo, polietileno, polipropileno, etc.

El EVOH lo podemos encontrar formando parte tanto de envases flexibles como semirrígidos y rígidos. Estos últimos, bien sean bandejas, tarrinas o botellas, se utilizan básicamente para envasar alimentos sensibles al oxígeno que pueden además ser sometidos a procesos tales como llenado en caliente, envasado aséptico ó esterilización dentro del envase. Los procesos de esterilización suelen tener lugar en presencia de vapor de agua a presión, por lo que los envases se ven expuestos a altas temperaturas y altas humedades relativas. En estas condiciones, el agua es capaz de atravesar la capa externa de polipropileno, sorbiéndose en la capa intermedia de EVOH y causando una plastificación del material. Esto provoca un aumento del volumen libre permitiendo el paso de oxígeno hacia el interior del envase.

El elevado paso de oxígeno a través de las paredes del envase tras la esterilización se traduce en una reducción de la vida útil del alimento envasado, especialmente si éste es susceptible de sufrir oxidaciones, ya que, aparte de la potencial alteración microbiológica que con la presencia de oxígeno puede verse favorecida, el producto puede sufrir cambios sensoriales inaceptables induciendo al rechazo por parte del consumidor.

Los plásticos entraron en la fabricación de conservas con el desarrollo de las técnicas de envasado aséptico y de las bolsas esterilizables en la década de los años 60 del siglo pasado. El camino recorrido desde esas fechas, en los intentos de encontrar materiales plásticos resistentes a las temperaturas de esterilización sin problemas tecnológicos, ha sido muy largo, con avances muy significativos en diversas líneas de actuación, hasta culminar en años recientes con los nuevos materiales plásticos de alta barrera esterilizables a alta temperatura que ya constituyen una realidad comercial.

En el desarrollo de los envases plásticos esterilizables pueden establecerse tres etapas bien definidas, que han dado lugar a diferentes tecnologías que coexisten en la actualidad con diferente grado de penetración comercial:

·         Bolsas flexibles esterilizables

·         Envases rígidos esterilizables

·         Envases semirrígidos de plásticos alta barrera, entre los que encontramos: bandejas con tapa de complejos termosellables y tarrinas con tapa metálica con doble cierre.

En la línea de sustitución de los envases metálicos clásicos para alimentos esterilizados, la primera y más significativa alternativa hasta años recientes ha sido la bolsa flexible esterilizable, cuyo desarrollo se inició en los años 50. En su diseño generalizado, la bolsa flexible esterilizable tiene forma de sobre plano con cuatro costuras laterales y está constituida por laminados de alta barrera resistentes a temperaturas de esterilización. El diseño y las características del material permiten una rápida y eficaz esterilización del producto envasado, con la mínima sobrecocción de las zonas periféricas, así como un rápido calentamiento del alimento para el consumo.

El éxito tecnológico e incluso comercial de los primeros años de su desarrollo se debió a las sustanciales ventajas que, en principio, aporta esta tecnología, particularmente su ligereza y perfil plano que permite una rápida esterilización y, por tanto, una excelente calidad del producto envasado. No obstante, presentaba también ciertos inconvenientes prácticos, como por ejemplo:

·         Difícil llenado y manipulación en caliente de las bolsas.

·         Bajas velocidades de producción.

·         Necesidad de control muy estricto en la esterilización.

Estos inconvenientes han limitado su desarrollo comercial, sólo apreciable en algunos países como Japón. En los últimos años se han desarrollado las bolsas flexibles autosustentables como las que se muestran en la figura, diseñadas para facilitar el llenado y manipulación y aumentar las velocidades de producción.

Por otro lado, las dificultades tecnológicas de las bolsas flexibles esterilizables y el interés de los fabricantes de envases impulsaron el desarrollo como alternativa en los años 70 de las bandejas esterilizables. Uno de los primeros ejemplos de estos envases fue el Lamipack, desarrollado en Japón. Se trata de una bandeja esterilizable constituida por una multicapa co-extruida de polipropileno (PP)/policloruro de vinilideno (PVdC)/PP. Posteriormente se comercializaron otras tecnologías si bien usando co-polímeros de etileno y alcohol vinílico (EVOH) como sistema barrera alternativo al PVdC21. Básicamente las diversas alternativas actuales consisten en bandejas planas termoformadas de baja profundidad, de composición PP/EVOH/PP, con distintos formatos, en algunos casos multicompartimentadas para contener varias partes de una comida. En la figura siguiente se muestra esquemáticamente la estructura de este tipo de bandejas así como de los materiales que se emplean en las tapas.

Figura: Estructuras de envase comúnmente utilizadas como cuerpo y tapa de bandejas esterilizables.

Como ya se ha comentado previamente, diversos estudios realizados con éstas y otras estructuras multicapa conteniendo EVOH como material barrera, han demostrado un aumento en la permeabilidad al oxígeno del mismo como consecuencia de los procesos de esterilización. La pérdida de propiedades barrera de estos materiales, así como el tiempo que tarda el material en recuperar su permeabilidad original, son datos indispensables para conocer la cantidad de oxígeno que atraviesa el envase y que puede alterar las propiedades de los alimentos envasados e, incluso, comprometer su vida útil.