Barriera ai Gas e agli Aromi dei Film Plastici

 

La Barriera al Vapor Acqueo, all’Ossigeno, ai Gas e agli Aromi dei Film Plastici

Una buona parte dei contenuti di questa pagina è stata inserita, a gennaio 2018, in un’altra sezione e in un’altra pagina del sito: Film di polipropilene bilaccato ad alta barriera agli aromi  ed era essenzialmente riferita alla barriera agli aromi del film di polipropilene bilaccato. Successivamente lo sviluppo di nuovi progetti ha comportato un notevole lavoro di ricerca sul meccanismo di permeazione delle molecole di gas attraverso i film plastici. Ci riferiamo in particolare:

• all’introduzione dei film eco sostenibili e biocompostabili per l’imballaggio flessibile di prodotti alimentari (vedasi  Film Eco Sostenibili per Imballaggio Flessibile ).  I film ecosostenibili hanno spesso barriere ai gas nettamente inferiori rispetto ai film plastici, e questa caratteristica a volte rende il loro utilizzo impossibile per confezionare alcuni prodotti;
• ad un progetto portato a termine nel 2020 per la realizzazione di cialde biocompostabili per il caffè, il the, e altri infusi caldi. Il caffè richiede valori di barriera ai gas, agli aromi, all’umidità estremamente alti. In aggiunta il film deve anche fare barriera alla luce per evitare l’irrancidimento del caffè. Nello sviluppo del  progetto sono state messe insieme le conoscenze acquisite nelle caratteristiche dei film plastici, nelle varie soluzioni praticabili per ottenere la barriera ai gas, nella formula matematica di calcolo della barriera che si ottiene unendo più film e infine l’esperienza aziendale nell’accoppiamento. Il risultato è stato un film triplex (cioè un accoppiato costituito da 3 strati singoli di film messi insieme), realizzato con film ecosostenibili e  adesivi biocompostabili, privo di metallo ma nondimeno opaco alla luce, e con caratteristiche di barriera ai gas molto vicine ai film tradizionali, che può essere usato per produrre le cialde per il caffè, per il the, per altre bevande calde, e biocompostabile, che a fine vita può essere smaltito nell’umido insieme all’infuso;
• al progetto, portato avanti nel 2019-2020, in collaborazione con una società no-profit per ridurre l’irraggiamento superficiale terrestre e il riscaldamento climatico mediante il lancio e lo stazionamento in stratosfera di Palloni Aereostatici (Mongolfiere) che fungano da Parasoli Riflettenti. (Potete trovare maggiori informazioni su questo progetto in questa pagina web: Altri Film Tecnologici HI Tech);
• a due applicazioni industriali avveniristiche che richiedono valori di barriera ai gas estremamente elevati.

Ci rendiamo quindi conto, oggi, di aver accumulato un insieme di conoscenze sul fenomeno della barriera ai gas dei film plastici, che è molto approfondito, e probabilmente piuttosto raro nel settore. Da qui la scelta di pubblicare separatamente questa pagina web, sia per allargare e portare a fattore comune l’argomento ad altri film plastici che necessitano degli stessi concetti e delle medesime informazioni di base, che per rendere disponibile questa competenza ad eventuali altri soggetti (imprese, Enti di Ricerca, Università) che potessero essere interessati.

Se siete interessati Vi suggeriamo di armarvi di un poco di pazienza e di leggere il testo sotto riportato. La spiegazione che segue è piuttosto lunga (è difficile spiegare in 4 parole meccanismi assai complessi) ma ciò nonostante non è esaustiva delle conoscenze, delle informazioni e della competenza sin qui accumulate.

Esempi di Uso di Film con Barriera agli Aromi

Cominciamo con tre esempi, forse poco conosciuti, non eclatanti, ma estremamente significativi.

1. Per decenni la merendina forse più nota in Italia, ed anche una fra le più vendute e le più buone (per capirci, quella del “……. ti tenta tre volte tanto”) ha usato un film trasparente di polipropilene bilaccato barriera come incarto primario. (Solo recentemente il packaging è stato modificato, passando ad un accoppiato che usa anche un film metallizzato, ma lo snack non si vede più). La merendina è fatta di pandispagna, è ricoperta di cioccolato fondente, ha una farcitura interna di crema all’arancio, ed è imbevuta di liquore. In poche parole è molto buona e profumata. L’alimento ha la necessità tassativa di mantenere tutti gli aromi e i sapori che derivano dagli ingredienti e dal liquore fino al giorno di consumo del prodotto. Infatti se aprite la confezione e non sentite il profumo dell’arancio, se il liquore è evaporato, la bontà del prodotto è persa. In questi casi, se volete mostrare il prodotto al consumatore, la soluzione più economica con un monofilm trasparente è il polipropilene bilaccato ad alta barriera. Come dato di fatto l’azienda leader in Italia per decenni ha speso per questo incarto almeno il doppio rispetto ad un film coestruso. Usando coestruso avrebbe risparmiato più della metà in costo a confezione, ma aromi e liquore sarebbero svaniti con il tempo, e forse avrebbe perduto il favore dei consumatori.
2. Il secondo caso riguarda uno dei migliori cracker del mercato italiano. Anche in questo caso si tratta di un prodotto notissimo, forse uno dei primi cracker lanciati sul mercato italiano, fatto da un’azienda leader. Per decenni il cracker è stato incartato con polipropilene bilaccato ad alta barriera agli aromi ed era ottimo. Recentemente il film primario è stato cambiato, ed ora si usa del normale coestruso. Ebbene, a mio giudizio il prodotto ha perso gran parte della fragranza, della bontà che ha sempre avuto. In questo caso nella ricetta non ci sono ingredienti fortemente aromatizzati, non c’è liquore, eppure si può sentire ugualmente la differenza nella bontà del prodotto.
3. Il terzo esempio esula dal settore alimentare. Avete presente quei deodoranti per auto, a forma di alberello, che si appendono allo specchietto retrovisore, e che si scartano man mano passa il tempo estraendo l’alberello profumato dalla confezione trasparente? Ebbene la confezione per l’appunto è fatta di cellophane bilaccato barriera (film ancora più costoso del polipropilene bilaccato, con proprietà barriera analoghe). L’aroma è tutto per un prodotto del genere, questa caratteristica è talmente importante che il fabbricante usa il film più costoso esistente sul mercato.

Permeabilità ai Gas dei Film Plastici

Adesso bisogna trattare delle proprietà di barriera agli aromi di un film plastico usato come imballaggio. E’ un discorso piuttosto lungo perchè per comprendere il meccanismo bisogna prima spiegare le proprietà di barriera ai gas. Partiamo quindi spiegando il concetto di permeabilità ai gas di un imballaggio in film plastico.

I film plastici non sono un muro impenetrabile, ma, con il tempo, si lasciano passare, fanno traspirare, un certo quantitativo di gas. Questo fenomeno si chiama permeabilità ai gas e si verifica sia dall’interno della confezione ermeticamente sigillata verso l’esterno, che dall’esterno verso l’interno. Si dice pertanto che un certo film, in un certo periodo di tempo, in certe condizioni ambientali, lascia passare un certo quantitativo di gas. Ad esempio si può dire che un metro quadrato di film di polipropilene coestruso, di spessore 25 micron, in un tempo di 24 ore, posto in un ambiente con una temperatura di 23 gradi C°, un’umidità relativa del 85% e una pressione di 1 atmosfera, lascia traspirare 1,1 grammi di vapor acqueo. A 25 gradi C°, in assenza di umidità (con umidità relativa a zero %) passano 1600 centimetri cubici di ossigeno.

Permeabilità ai gas e barriera ai gas sono concetti opposti, speculari. Un film ha alta barriera all’ossigeno se la sua permeabilità all’ossigeno è bassa, cioè se il quantitativo di ossigeno che riesce a traspirare è basso, il più possibile vicino a zero.

Per dare subito dei termini di paragone, un film di polipropilene bilaccato ad alta barriera da noi proposto, in spessore 26 micron, nelle stesse condizioni ambientali, lascia traspirare 0,8 grammi di vapor acqueo e 11 centimetri cubici di ossigeno. Come si può vedere la barriera all’ossigeno è enormemente migliore.

Poi è necessario chiarire che stiamo parlando di molecole (non di atomi). Sono le molecole di gas, non gli atomi che si comportano come sotto verrà spiegato.

I Gas dell’Imballaggio Alimentare

Nell’imballaggio alimentare quattro gas sono importanti: il vapor acqueo – H2O, l’ossigeno – O2, l’azoto – N2, e l’anidride carbonica – CO2.

Il vapore acqueo è importantissimo nell’imballaggio alimentare perchè in genere bisogna far si che l’alimento con il tempo non perda umidità (si secchi), e non ne acquisisca (diventi molliccio, gommoso).

Azoto ed ossigeno sono i due componenti fondamentali dell’atmosfera. Escludendo il vapor acqueo a livello del suolo insieme costituiscono quasi il 99% del totale. Mentre l’azoto è inerte (in particolare non reagisce con gli alimenti), l’ossigeno è fortemente reattivo sia perchè può ossidare alcuni componenti degli alimenti (ad esempio far ossidare i grassi, irrancidire l’alimento), sia perchè la proliferazione batterica e lo sviluppo di muffe spesso avvengono solo in presenza di ossigeno.

In atmosfera l’anidride carbonica è presente allo stato libero in concentrazioni molto basse, misurabili in parti per milione. L’effetto serra che contribuisce a creare è dovuto all’aumento della concentrazione nelle parti alte dell’atmosfera che ha lo stesso ordine di grandezza. La CO2 viene usata per la conservazione degli alimenti perchè blocca lo sviluppo di microbi e batteri.

L’Atmosfera Modificata

Per evitare queste degradazioni alimentari spesso si sostituisce l’atmosfera interna della confezione con una miscela di gas opportunamente progettata. Questa modalità di confezionamento in termini tecnici si chiama MAP – Modified Atmosphere Packaging, Confezionamento in Atmosfera Modificata, (il termine usato nella legislazione sugli alimenti è invece: Confezionamento in Atmosfera Protettiva, sono la stessa cosa). Orbene, i gas più usati nell’Atmosfera Modificata sono 3: Azoto puro, una miscela di Azoto e Anidride Carbonica (in proporzioni variabili a seconda dell’alimento), ed una miscela che aggiunge l’Ossigeno agli altri due.

In sostanza questi 4 gas sono importantissimi per l’imballaggio alimentare, sia che si trovino nell’ambiente, all’esterno della confezione, e non bisogna dunque farli entrare per evitare degradazioni dell’alimento, sia se stanno dentro la confezione e, per lo stesso motivo, non bisogna farli uscire.

I Gas negli Impieghi Industriali

La soluzione di modificare l’atmosfera all’interno di un contenitore ermetico per proteggere il contenuto viene impiegata anche in numerosi utilizzi industriali, e sovente, per facilitare produzione e applicazione, viene utilizzato un film plastico che funge da barriera ai gas.

Alcune applicazioni utilizzano gas nobili: Elio – He, Neon – Ne, Argon – Ar, Kripton -Kr, Xenon – Xe. In genere i gas nobili non reagiscono con altri elementi chimici, e conseguentemente il meccanismo di fuoriuscita del gas dal contenitore plastico è estremamente limitato, per non dire nullo. In poche parole poichè il gas nobile “non si cura” di fuoriuscire anche un film plastico con limitate proprietà di barriera ai gas è in genere idoneo a mantenerlo al proprio interno. In questi casi, tuttavia, è spesso necessario impedire il fenomeno opposto, cioè che altri gas penetrino all’interno del contenitore perchè l’atmosfera modificata realizzata al suo interno non è stata fatta per diletto, ma ha uno scopo ben preciso: proteggere il contenuto.

Se l’applicazione è progettata per essere impiegata a livello del suolo i gas che si devono “tener fuori” sono in genere il vapore acqueo e l’ossigeno.

In atmosfera le esigenze possono essere diverse.

Nei circuiti elettronici altre ancora.

Il sesto gas nobile naturale è il Radon – Rn. Questo gas è radioattivo e sprigiona naturalmente dal sottosuolo. Dal punto di vista della barriera è una brutta bestia, perchè penetra facilmente persino il cemento armato.  Un cliente ci ha interpellato per realizzare la confezione per una “trappola per radon”, un rilevatore portatile della concentrazione del gas, da posizionare negli ambienti chiusi per misurare velocemente la concentrazione di radon e  calcolare l’esposizione al radon delle persone che frequentano questo ambiente.

Ci hanno anche interpellato per avere un film plastico che funga da barriera per altri gas, in utilizzi i più diversi. In questa pagina web è inutile fare la lista, se avete un’applicazione particolare che richieda la barriera a gas o aromi Vi suggeriamo di contattarci.

Permeabilità Molecolare ai Gas dei Film Plastici

Stabilito che dobbiamo confezionare un alimento, che la confezione è ermetica (le saldature sono perfette, schiacciando il sacchetto la confezione non si sgonfia, ma può solo esplodere), che abbiamo individuato la giusta composizione dell’atmosfera interna (che può essere l’aria atmosferica o una miscela di gas come sopra descritto), perché si parla di proprietà di barriera ai gas o agli aromi di un determinato film? Perché in realtà i film plastici hanno, con il tempo, una certa permeabilità molecolare. Alcune molecole di gas riescono ad uscire dalla confezione, alcune altre riescono ad entrare, e lo stesso può avvenire con le molecole degli aromi (che di solito escono e determinano la perdita di fragranza e sapore), o con le molecole degli olii minerali (che possono entrare e degradare le caratteristiche organolettiche dell’alimento).

Come avviene questo fenomeno?

Una Similitudine

Facciamo una similitudine che è frutto della fantasia, ma che secondo noi può spiegare in modo semplice e facilmente comprensibile il meccanismo. Immaginate di trovarvi in una piazza quadrata. Al centro della piazza c’è un avvenimento importante, diciamo che c’è un palco preparato per il comizio di un politico, o (meglio) per un concerto rock, o meglio ancora uno spettacolo medioevale con un corteo in costume e l’esibizione di sbandieratori. Corteo di trombe e tamburi e sbandieratori devono muoversi liberamente e quindi hanno bisogno di avere spazio libero. C’è un servizio di sicurezza che provvede a tenere la gente alla debita distanza. Sono alcuni metri di spazio libero. Dopodichè comincia la folla in piedi che si dispone lungo il perimetro della piazza, una persona affianco all’altra, in modo da vedere quello che succede sul palco. Disposta in questo modo la gente riempie tutti gli spazi, non si mette in file ordinate, ma ciascuno si posiziona in modo sfalsato rispetto agli altri, in modo da avere visuale libera. Dall’interno la folla sembra un muro impenetrabile.

Voi ed un gruppetto di amici Vostri state nella cintura di sicurezza, tra il palco e la prima fila di persone. In questa posizione avete una buona possibilità di movimento. Ad un certo momento Vi viene la necessità impellente di uscire. Vi siete stancati delle ca…volate che dice il politico, oppure la musica è troppo alta, non la sopportate più, vi rompe i timpani e vi sta venendo un gran mal di testa. Cosa fate? Quando non ne potete più Vi avvicinate al muro di folla, e provate a passare. Un po’ chiedendo per cortesia, un po’ con la mala grazia, un po’ sgusciando, un po’ lavorando delicatamente con i gomiti, un pò spintonando di brutto le persone Vi intrufolate nella folla. Il primo del gruppo fa da apripista e gli altri seguono facendo lo stesso percorso. Dapprima state nella prima fila, poi nella seconda, poi nella terza, nella quarta, nella quinta……….Dopo un po’ di tempo riuscite ad attraversare il muro di persone che sembrava impenetrabile e ad uscire all’esterno.

L’immagine che abbiamo usato non è per niente scientifica ma spiega abbastanza bene il fenomeno della permeabilità dei film plastici. Le persone che escono sono le molecole di gas o di aromi, il muro di folla è lo strato di film plastico che le trattiene, il palco è l’alimento che sta al centro della confezione.

Adsorbimento, Diffusione e Saturazione, Desorbimento

In termini tecnici si parla di tre fasi del processo:

• adsorbimento del gas nella struttura plastica,
• diffusione del gas in tutta la massa plastica fino a saturazione
• e desorbimento, l’uscita del gas dalla materia plastica all’esterno.

Spieghiamo queste fasi con l’aiuto di alcune figure. Il primo passo è la realizzazione di una barriera in film plastico tra due ambienti con atmosfere diverse. Nell’alimentare di solito si tratta di un sacchetto che contiene un alimento che è facilmente deperibile: una mozzarella di bufala, ad esempio, una pizza con formaggio e prosciutto, del formaggio fresco, un cibo precotto. Negli usi industriali può trattarsi di un contenitore rigido costituito da una plastica che da sola non ha barriera, e quindi il contenitore deve essere  rivestito con un film barrierato; oppure può trattarsi di un elemento in due pezzi – uno rigido e uno flessibile – o altro ancora. In questo caso per prolungare la durata all’interno della confezione/ del contenitore viene inserita una miscela di gas (tipica è la miscela di azoto + CO2) che protegge l’alimento (e sulla confezione sono riportate le diciture: “confezionata in atmosfera protettiva” e “una volta aperta la confezione consumare entro pochi giorni”). La miscela di gas non deve uscire dal sacchetto, ma anche i gas esterni non devono entrare nella confezione. In particolare negli esempi sopra riportati il gas che assolutamente non deve entrare è l’ossigeno perchè ossida gli alimenti e può innescare una reazione. Quindi lo stato iniziale è raffigurato in questa figura:

 

t0 – Atmosfera Modificata. In questa figura la parte centrale azzurra raffigura il film plastico, con uno spessore che può variare da 10 a 500 micrometri (micron). Nella parte sinistra siamo all’esterno della confezione che ha un’atmosfera composta da più gas. In rosso sono rappresentate le molecole di un gas che non deve entrare nella confezione (ad esempio l’ossigeno). Nella parte destra siamo all’interno della confezione: l’atmosfera interna è stata modificata (ad esempio riempiendo la confezione di azoto), e il gas indesiderato è stato tolto dalla composizione dell’atmosfera interna. Al tempo Zero la situazione è la seguente: non c’è gas indesiderato all’interno della confezione (la concentrazione del gas è zero), mentre all’esterno il gas è presente con una concentrazione pari ad a.

t1 – Adsorbimento. Ora il gas esterno ha cominciato a penetrare, ad “intrufolarsi” nel film plastico. Si parla quindi di Adsorbimento. Nonostante ciò le concentrazioni del gas, all’esterno e all’interno della confezione, sono invariate.

t2 – Diffusione e Saturazione. Con il tempo il gas esterno ha continuato a penetrare, si è diffuso in tutta la massa del film plastico fino a raggiungere la saturazione. Le concentrazioni dei gas sono ancora invariate rispetto allo stato iniziale.

t3 – Desorbimento. A questo punto il gas “indesiderato” ha riempito completamente tutta la massa del film plastico e comincia a passare all’interno della confezione. Questo fenomeno si chiama desorbimento. Qui iniziano anche i problemi per il contenuto. Se si tratta di un alimento possono essere lievi (ad esempio l’imbrunimento o un viraggio del colore), medi, o decisamente più gravi (irrancidimento, o muffe o peggio).  La concentrazione del gas interno comincia a salire, ma è sempre una frazione della concentrazione esterna. Esistono in commercio dei preparati che assorbono i gas (principalmente la silica gel per l’umidità e la polvere di ferro per l’ossigeno) e quindi possono salvare la situazione. Ma ovviamente tutto dipende dalla delicatezza del contenuto: in alcune applicazioni industriali anche la trafilatura di una percentuale infima di gas determina il deterioramento del contenuto.

 

t4 – Equilibrio. Il gas esterno continua a passare all’interno della confezione fino a che le due concentrazioni – esterna ed interna – sono uguali. Ci si trova quindi in una situazione di equilibrio. A questo punto il passaggio termina, o per lo meno non è più possibile misurarlo perchè le concentrazioni sono uguali. La confezione/il contenitore si è dimostrato inefficace ed inutile, l’alimento/il contenuto è completamente degradato.

Un semplice Esperimento

Un piccolo esperimento che aiuta a capire meglio il fenomeno si può fare con una spugna molto assorbente ben secca ed un po’ d’acqua. Versate dell’acqua sul tavolo della cucina in modo da fare una macchia abbastanza estesa. Prendete poi la spugna secca e mettetela al centro della macchia. Se il materiale è molto assorbente vedrete che la spugna attirerà a sè una buona quantità d’acqua e lo spessore dell’acqua sulla macchia si ridurrà considerevolmente. Adesso prendete la spugna ben secca, mettetela sul tavolo perfettamente asciutto, e cominciate a versarci lentamente sopra un flusso costante di gocce d’acqua. Per un poco la spugna assorbirà tutte le gocce d’acqua, ma a un certo punto sarà completamente inzuppata e l’acqua comincerà a spandersi sul tavolo, intorno alla base della spugna. La prima parte dell’esperimento simula le fasi di adsorbimento e diffusione, la seconda parte le fasi di diffusione e di desorbimento. Nel confezionamento la situazione è analoga: all’inizio il film plastico (la spugna) si trova a contatto con una superficie continua di gas o di aromi (la macchia d’acqua) e comincia ad assorbirli. Una volta che il gas o l’aroma si è completamente diffuso all’interno del film plastico comincia la fase di desorbimento, di rilascio verso l’esterno (l’acqua si spande sul tavolo intorno alla base della spugna) e si avrà permeazione, passaggio del materiale gassoso all’esterno della confezione. Il tutto è invisibile all’occhio umano poiché stiamo parlando di gas trasparenti. E inoltre vale quanto trovate scritto più sotto a proposito di materiali plastici e gas, cioè che è valido, funziona, a seconda della combinazione film plastico – gas.

 

Legge di Fick

Il fenomeno avviene non per volontà delle molecole, ma per una legge della fisica (la legge di Fick, che qui non trattiamo) laddove ci sia una differenza di concentrazione del gas tra lo strato interno e quello esterno. In sostanza se all’interno della confezione c’è poca umidità, e nell’ambiente c’è molto vapor acqueo questo tende a penetrare nella confezione fino all’equilibrio, a pareggiare le concentrazioni (cioè deve esserci tanta umidità all’interno quanta ce n’è all’esterno).

Spessore del Film e Permeabilità ai Gas

Lavorando ancora di fantasia diamo un’idea delle dimensioni. Una molecola d’acqua ha un diametro cinetico di circa 0,2 nanometri (un nanometro è la milionesima parte del millimetro, ci vuole 1 milione di nanometri per fare un millimetro). Un film plastico barriera sottile può avere uno spessore di 25 micron (o micrometri, il micron è la millesima parte del millimetro), cioè di 25000 nanometri. La molecola d’acqua che fuoriesce dal film percorre una distanza pari a 125.000 (25.000/0,2) volte la sua dimensione. Nella nostra similitudine se ad una persona assegnamo un “ingombro”, un “diametro” di un metro lo spessore della folla diventa di 125.000 metri cioè di 125 chilometri. Non è poco, non trovate! Per un uomo 125 chilometri fatti a piedi sono già una bella distanza, immaginate di farli attraversando la folla a spintoni come sopra ipotizzato.

Anche questo ragionamento non è scientifico ma sta a significare che il percorso per uscire dalla confezione è lungo e richiede del tempo, maggiore è lo spessore del film minore sarà la permeabilità. Nel film di polipropilene biorientato coestruso, ad esempio, il valore di permeabilità all’ossigeno di 1600 centimetri cubici valido per il 25 micron, si riduce a 1300 cc per il 30 micron e poi a 1100 cc per il 35 micron e a 950 cc per il 40 micron. Per questo motivo i valori di permeabilità ai gas devono riportare lo spessore e sono parametrati su 24 ore.

Il tutto avviene perchè le molecole dei film plastici (le catene polimeriche) sono posizionate si le une a fianco delle altre, ma c’è comunque dello spazio vuoto tra di loro in cui possono “intrufolarsi” e poi uscire le molecole dei gas e degli aromi.

Tipo di Materiale Plastico e Permeabilità ai Gas

Facciamo ora un passo in avanti nella similitudine. Ipotizziamo che le persone che vogliono uscire penetrando il muro di folla siano molte, e che indossino tre diversi tipi di abiti. Ci sono 3 gruppi, ciascuno composto di 100 persone. Un primo gruppo, i blu, indossa una tuta in cotone (la mimetica, o il “toni”, la tuta blu da lavoro degli operai) che è mediamente scivolosa, il secondo, i rossi, un vestito molto scivoloso (il tessuto delle giacche a vento, o dei k-way), e il terzo, i neri, dei vestiti molto aggrappanti (ad esempio del velcro).

Cosa può succedere? Beh è probabile che il gruppo con le giacche a vento esca molto in fretta, perchè sguscia, scivola via facilmente nel muro di persone. Nel tempo di un giorno escono tutti e cento. I blu, in tuta di cotone, escono per secondi, ci vogliono 5 giorni per uscire. Del gruppo in nero con gli abiti aggrappanti solamente un numero molto piccolo riesce ad uscire, in un tempo molto lungo, perchè il velcro si attacca da tutte le parti e non gli permette di muoversi. In 24 ore passa solamente una persona.

In termini di permeabilità si può dire che i rossi hanno un dato di 100 su 24 ore, i blu un dato di 20 in 24 ore, i neri un dato di 1 su 24 ore. In questa similitudine i gruppi di persone vestite diversamente stanno a indicare le molecole dei vari gas. Dato un certo materiale (ad esempio polipropilene coestruso), la permeabilità al gas può essere molto diversa tra un gas ed un altro. Il polipropilene coestruso ha una permeabilità all’umidità molto bassa e viceversa una alta permeabilità all’ossigeno. Una confezione fatta con questo film non farà passare l’umidità, e avrà un ottima protezione (barriera) all’umidità, ma una bassa barriera all’ossigeno.

Se cambia il materiale cambia anche la permeabilità dei vari gas. E’ come se la stessa molecola di gas indossasse degli abiti diversi a seconda del materiale che incontra. Il vapor d’acqua si veste di velcro se trova polipropilene coestruso (e non passa, la permeabilità è bassa, la barriera è alta), se trova Cellofan P indossa la giacca a vento (e passa in gran quantità, la permeabilità è alta, la barriera è bassa). Per l’ossigeno è l’opposto, la molecola veste la giacca a vento con il polipropilene ed il velcro nel Cellofan.

A questo punto si può fare una prima classificazione e dire che in generale il Cellofan ha ottime proprietà barriera all’ossigeno, il polipropilene fa un’ottima barriera al vapor acqueo, il poliestere all’azoto, ed il poliammide all’anidride carbonica.

Processo Produttivo e Permeabilità ai Gas

E non è finita qui. Infatti a parità di materiale plastico anche il processo produttivo può far variare la permeabilità di un certo gas. Polipropilene biorientato (il coestruso) e polipropilene non orientato (cast) sono fatti dello stesso materiale, la differenza è il processo produttivo del film. Il primo, in spessore 25 micron ha valori medi di permeabilità al vapore acqueo di 1,1 grammi e di permabilità all’ossigeno di 1600 centimetri cubici nelle 24 ore. Il secondo, a parità di spessore e di condizioni, fa passare 2,2 grammi di vapor acqueo e 3000 centimetri cubici di ossigeno.

Condizioni Ambientali e Permeabilità ai Gas

Infine ci sono da considerare le condizioni ambientali. In particolare la temperatura in genere fa alzare di molto i valori di permeabilità al vapor acqueo.

Per questo motivo nell’imballaggio alimentare spesso la permeabilità al vapor acqueo si misura in due condizioni diverse: in condizioni normali, a 23 C°, e con un’umidità relativa del 85%, e con il “test tropicale”, condotto a 38 C°, e con un’umidità relativa del 90%. Questo secondo test ha un notevole interesse. Nel clima europeo è difficile che una confezione con dentro un alimento si trovi esposta ad una temperatura di 38 gradi in un ambiente molto umido. Ma lo stesso alimento potrebbe essere venduto, per l’appunto, in Paesi con un clima tropicale. O, peggio ancora, essere spedito via mare su un container, che viene magari esposto al sole per 20 giorni mentre attraversa l’oceano. (E’ realmente accaduto alle confezioni di un nostro cliente che spedisce grissini aromatizzati oltre oceano). Per farla molto breve in genere in condizioni tropicali i valori di permeabilità al vapor acqueo risultano 4-5 volte maggiori dei valori misurati in condizíoni normali.

Ci sono poi alcuni utilizzi industriali in cui le condizioni operative, in termini di temperature e percentuali di umidità sono significativamente peggiori, a volte l’applicazione viene anche esposta a notevoli sbalzi termici e la durata utile del contenitore ermetico deve essere di alcuni anni, non di mesi.

Riassumendo, la Permeabilità all’Umidità, ai Gas, agli Aromi di un Film Plastico dipende:

• dal gas/aroma preso in considerazione;
• dal materiale plastico con cui è fatta la confezione/il contenitore;
• dal processo produttivo di trasformazione del materiale plastico in film;
• dallo spessore del film;
• dalle condizioni ambientali in cui è tenuta la confezione/il contenitore, in particolare da temperatura, umidità relativa e pressione atmosferica;

e queste sono le variabili che entrano in gioco finchè si tratta di un film plastico monomateriale ottenuto (di solito) con un processo di estrusione. Ma è possibile migliorare significativamente la barriera all’umidità, ai gas, agli aromi dei film plastici con altri modi. Ci riferiamo:

• alla realizzazione di trattamenti superficiali “tradizionali” sul materiale di base. In particolare ci riferiamo alla metallizzazione e alla laccatura;
• all’accoppiamento che mette insieme due o più film con diversa natura, combinando le caratteristiche barriera di ciascun film;
• alla realizzazione di strati barrierati con metodi moderni. Si tratta, ad esempio, della stesura superficiale di uno strato di ossido di silicio o di ossido di alluminio, o all’inserimento nel corpo del film di uno strato interno di EVOH;
• alla realizzazione di barriere con metodi innovativi. Questa è attualmente la frontiera, uno dei campi di maggior interesse/sviluppo dell’industria, sia dell’industria del packaging che per altre applicazioni industriali (ad esempio edilizia, coibentazione, elettronica ed altro).

Trattamenti Superficiali Tradizionali con Effetto Barriera – La Metallizzazione

Quest’ultimo punto non è stato trattato prima, e dobbiamo quindi spiegarlo adesso. Immaginate che durante il percorso di 125 chilometri le persone vestite di rosso (con le giacche scivolanti) trovino all’improvviso una rete di contenimento. Anche in questo caso non si tratta di un muro impenetrabile, ma di una rete, che pur avendo delle maglie assai larghe necessita per essere oltrepassata di particolari acrobazie e contorsioni. I rossi passano lo stesso, ma, invece di impiegare un certo tempo, ne impiegano molto di più. A fine giornata le persone che sono passate attraverso il muro di folla sono molte meno. La “rete di contenimento” può trovarsi sulla parte interna dello strato di folla, o sul lato esterno. Il risultato è analogo: il rallentamento del flusso di persone che esce dal sistema.

Nei film plastici la soluzione che è stata trovata da tempo per abbattere la permeabilità ad un gas di un certo materiale, ovvero conferirgli proprietà barriera consiste nel sottoporre il film ad un apposito trattamento superficiale.

A quanto ne sappiamo la soluzione più veccchia consiste nella metallizzazione.

(Tecnicamente si parla di Vaporizzazione di Metallo Sotto Vuoto e la tecnologia risale agli inizi del 900.) La bobina del film viene introdotta in una camera stagna. All’interno viene fatto il vuoto, la bobina viene svolta e riavvolta e nel percorso sul film viene vaporizzato uno strato metallico.

Nel packaging il metallo più usato è l’alluminio (ma per altri usi tecnicamente è possibile stendere altri metalli: rame, argento, oro ed altro).  Gli spessori sono sottilissimi (tipicamente 15 – 20 nanometri, nel caso dell’alluminio), e l’effetto che si può ottenere è ottimo: anche con uno strato di metallo piuttosto ridotto il metallo fa barriera all’ossigeno, al vapor d’acqua, a molti gas, agli aromi. In aggiunta il metallo fa anche barriera alla luce è può quindi proteggere quegli alimenti che soffrono dell’esposizione alla luce (ad esempio il caffè). Se poi è necessario migliorare la barriera ai gas e/o alla luce si può opportunamente aumentare lo spessore del metallo.

Cosa succede ad un film plastico se gli viene applicato uno strato superficiale di alluminio? Vediamo queste figure:

 

t0 – Film Metallizzato, Atmosfera Modificata. Al consueto film plastico è stato  applicato uno strato di alluminio, raffigurato in questo caso dal reticolo grigio sulla destra. Lo strato è superficiale. Si procede quindi a realizzare la confezione/il contenitore ermetici e a modificarne l’atmosfera interna. 

t3 La Barriera Funzionale impedisce il Desorbimento. Dopo un pò di tempo il “gas indesiderato” è penetrato nella massa del film plastico e al suo interno è stato raggiunto lo stato di saturazione. A questo punto, però, le molecole del gas trovano la barriera funzionale costituita dall’alluminio, e non riescono a passare, a trafilare all’interno della confezione, se non in percentuali estremamente basse. Il desorbimento non è possibile, il contenuto risulta protetto dall’esposizione al gas deteriorante.

Le Lacche con Effetto Barriera

L’altra soluzione che, (a quanto ne sappiamo risale al 1928, è stata sviluppata dalla Dupont per rendere il Cellofan saldabile e impermeabile all’umidità) e’ l’applicazione di apposite lacche di spessore molto fine (di solito di 1 micron).

E’ esattamente quello che succede con il polipropilene bilaccato barriera qui descritto: Film di Polipropilene Bilaccato ad Alta Barriera agli Aromi

Il film di base è un normale polipropilene coestruso, che, da solo avrebbe limitate proprietà di barriera all’ossigeno. Per aumentarle si mettono, non una, ma addirittura due “reti di contenimento”, due laccature , una su ciascuna faccia del film di base.

Non basta, perchè per aumentare ulteriormente le proprietà di barriera le due lacche sono differenti l’una dall’altra (ed è per questo che il film si chiama bilaccato). In un certo senso una rete ha le maglie con una certa larghezza e geometria, l’altra ha maglie e geometria diversa. Il risultato finale è che la permeabilità all’ossigeno crolla. Come indicato sopra, a parità di spessore (25 micron) il valore di permeabilità all’ossigeno passa da 1600 centimetri cubici per metro quadrato di superficie nelle 24 ore (il polipropilene coestruso) a 11 centimetri cubici (il polipropilene bilaccato ad alta barriera).

Anche in questo caso la figura aiuta a comprendere il meccanismo di funzionamento dei film bilaccati:

t0 – Atmosfera Modificata e Film Bilaccati. In questo caso al film plastico di base sono state aggiunte due lacche che hanno differenti proprietà di barriera ai gas. Sulla sinistra c’è un tipo di lacca, raffigurata col reticolo arancione, a destra un’altro tipo di lacca, disegnata in verde. Anche in questo caso si procede a modificare l’atmosfera all’interno della confezione/contenitore. La lacca arancione fa, da sola, già una ottima barriera al gas indesiderato. L’adsorbimento non inizia, e nel caso il gas riuscisse comunque a trafilare e a saturare la massa plastica sarebbe comunque bloccato dalla successiva barriera della lacca verde.

E qui bisogna parlare di lacche. Mentre i materiali plastici sono sostanzialmente gli stessi per tutti i produttori di film, le lacche sono state sviluppate all’interno di ogni singola azienda. Le ricette sono segrete, e l’efficacia di una determinata lacca può essere significativamente diversa tra un produttore di film e un altro. In altri termini la laccatura acrilica del produttore X può essere migliore della stessa laccatura del produttore Y. La lacca PVdC di Y può essere migliore della stessa lacca di X. In questa prospettiva i film bilaccati, a laccatura differenziata, anche se sulla carta hanno lo stesso principio di funzionamento (una lacca acrilica e una lacca PVdC) possono nella realtà avere comportamenti piuttosto diversi, in particolare per quanto riguarda la barriera agli aromi.

L’Accoppiamento di Due o più Film per Migliorare la Barriera ai Gas

La barriera all’Umidità, ai Gas, agli Aromi può essere significativamente migliorata mettendo insieme due o più film. Si tratta in questo caso di Film Accoppiati (o Laminated Film, in inglese), Triplex (a 3 strati) o Quadruplex (a 4 strati).  

In genere l’accoppiato viene realizzato per conferire al film risultante le proprietà barriera di ciascun componente. Alcuni esempi:

• per confezionare alimenti in atmosfera modificata (azoto+CO2) si mettono insieme un film di poliammide (nylon) che ha ottime caratteristiche di barriera all’azoto e all’anidride carbonica, ma non è saldabile, e un film di polietilene che ha ottime caratteristiche di saldabilità e di tenuta alla lacerazione. Questa soluzione è ancora largamente usata per il confezionamento di mozzarelle, pizze destinate al banco frigo, formaggi, cibi precotti;
• per le confezioni di caffè in sottovuoto si mettono insieme un film di poliestere trasparente, un film di alluminio, e un film di polietilene saldabile. L’alluminio ha ottime caratteristiche di barriera ai gas, ma non è saldabile, è piuttosto rigido e poco flessibile e pertanto da solo risulta difficile da lavorare e facilmente lacerabile e perforabile. Il poliestere trasparente ha ottime caratteristiche meccaniche, conferisce all’accoppiato la necessaria flessibilità e migliora le barriere ai gas. Inoltre, essendo trasparente, viene stampato a sandwich confinando così lo strato dell’inchiostro all’interno della struttura. Il polietilene migliora ulteriormente la flessibilità ed è facilmente saldabile.   

Nulla vieta, tuttavia, di mettere insieme due film gemelli, che, singolarmente presi, fanno  già un’ottima barriera ad un gas. In questo modo la permeabilità a quel gas viene dimezzata. E’ una soluzione utilizzata in alcune applicazioni industriali, in cui la barriera del monofilm risulta comunque insufficiente. 

La nostra azienda accoppia film plastici con la tecnologia a solvente dagli anni ’80 del secolo scorso. Dal 2019 accoppiamo anche con la tecnologia solventless. In questa pagina web: Le Nostre Competenze – L’Accoppiamento si possono trovare molte informazioni sull’accoppiamento.

I Moderni Metodi per Ottenere Effetto Barriera ai Gas: Ossido di Alluminio -AlOx, Ossido di Silicio – SiOx, Etilene Vinile Alcool -EVOH

Per qualche decennio metallizzazione, lacche e accoppiati hanno fornito soluzioni eccellenti alle esigenze di confezionamento di quasi tutti gli alimenti e degli altri prodotti non alimentari.

Ma il mondo cambia, per fortuna evolve, e recentemente sono nate nuove richieste, in merito alla barriera ai gas e agli aromi, per i prodotti plastici. I principali fattori di cambiamento sono:

• la richiesta del marketing di mostrare il prodotto in vendita. In alcuni mercati (ad esempio in Giappone) è praticamente obbligatorio far sì che il prodotto sia visibile al consumatore al momento dell’acquisto. In altre realtà, ad esempio in Italia, mostrare l’alimento è una potente leva del marketing mix disponibile anche alle aziende più piccole, e che non hanno budget pubblicitari o promozionali;
• lo sviluppo di nuove applicazioni industriali che richiedono, nel contempo film trasparenti e barriere ai gas molto più spinte di quanto ottenibile in passato;
• ma sicuramente il fattore che più sta spingendo nella ricerca di nuove soluzioni di film barrierati è il problema del fine vita dell’imballaggio. Recentemente questa richiesta “dal basso” ha assunto forma concreta e vincolante con l’approvazione del Regolamento UE 2025/40 del 19 dicembre 2024, chiamato anche PPWR (Packaging and Packaging Waste Regulation). Il Regolamento è estremamente complesso, molte delle prescrizioni entreranno in vigore nei prossimi anni, non è certo questo il contesto per discuterne. Ma la direzione è chiara: gli imballaggi plastici dovranno essere o riutilizzabili, o riciclabili, oppure biocompostabili.

E qui nascono i problemi per i tradizionali metodi per ottenere la barriera nei film plastici. Attualmente le materie plastiche sono riciclabili con il riciclaggio meccanico. Il riciclo chimico è ancora in fase di sviluppo.

I film multimateriale (ad esempio il triplex poliestere-alluminio-polietene) non sono riciclabili col riciclo meccanico, ma sono destinati alla discarica o all’incenerimento. 

Le lacche superficiali creano spesso grossi problemi alle viti degli estrusori.

Lo strato di alluminio della metallizzazione, è sì in peso una frazione minuscola rispetto al totale del film, ma la presenza del metallo comunque sporca la plastica riciclata.

E quindi sono stati sviluppati dei moderni metodi per ottenere la barriera ai gas su film plastici.

Il Trattamento con Ossido di Alluminio – AlOx per Ottenere Effetto Barriera ai Gas

Una prima soluzione data dalla ricerca e dall’industria è la realizzazione di uno strato esterno in Ossido di Alluminio (chiamato AlOx). 

Il processo produttivo è simile alla metallizzazione sopra descritta. La principale differenza consiste nel fatto che nella camera stagna non viene fatto il vuoto, ma al posto immesso ossigeno. In questa condizione quando l’alluminio viene vaporizzato per essere depositato sul film si trasforma immediatamente in Ossido di Alluminio (per l’appunto AlOx). L’AlOx è trasparente, e conferisce al film plastico eccezionali proprietà di barriera all’umidità, all’ossigeno, ai gas, agli aromi. In aggiunta lo spessore di AlOx è infinitesimale e quindi non pregiudica il riciclaggio meccanico a fine vita del film.

Lo strato di alluminio depositato sotto vuoto (la metallizzazione) ha in genere una buona adesione al film plastico, e quindi il film può essere impiegato tal quale, senza ulteriori lavorazioni. Lo strato di Ossido di Alluminio, invece, è piuttosto delicato. E’ quindi indispensabile proteggerlo con una vernice protettiva trasparente, chiamata Coating. 

Il Trattamento con Ossido di Silicio – SiOx per Ottenere Effetto Barriera ai Gas

Un metodo alternativo prevede la realizzazione di uno strato superficiale di Ossido di Silicio (chiamato SiOx). 

Il principio di base è il medesimo, la stesura sulla superficie di un sottilissimo strato di Ossido di Silicio. In questo caso però il processo produttivo è un tantino più complicato.

Il risultato è analogo. Anche il SiOx è trasparente, e conferisce al film plastico eccezionali proprietà di barriera all’umidità, all’ossigeno, ai gas, agli aromi. Anche lo spessore di SiOx è infinitesimale e quindi non pregiudica il riciclaggio meccanico a fine vita del film.

Anche lo strato di Ossido di Silicio è piuttosto delicato. E’ quindi indispensabile proteggerlo con una vernice protettiva trasparente, chiamata Coating. 

     

Lo Strato di Etilene Vinile Alcool – EVOH per Ottenere Effetto Barriera ai Gas

Infine un’alternativa già sul mercato da alcuni anni è costituita dalla realizzazione, all’interno del film, di uno strato di Etilene Vinile Alcool (EVOH, Ethylene Vinyl Alcohol in inglese).

In questo caso bisogna intervenire sull’estrusore e aggiungere agli strati di materiale plastico che già sono presenti tre strati aggiuntivi: uno strato centrale di EVOH e due strati esterni di un materiale legante.

L’EVOH è trasparente e quindi anche in questo caso il film coestruso con uno strato di EVOH risulta trasparente. L”EVOH ha ottime proprietà barriera all’ossigeno, ai gas, agli aromi. L’EVOH reagisce con l’umidità e questa caratteristica ha tre implicazioni:

• lo strato di EVOH non può essere superficiale (perchè verrebbe velocemente degradato dall’umidità presente in atmosfera);
• lo strato di EVOH non ha nessuna proprietà di barriera al vapor acqueo;
• ma il vantaggio consiste nel fatto che nel processo di riciclo meccanico l’EVOH si scioglie rapidamente in acqua e quindi il film che lo contiene risulta facilmente riciclabile. 

Molte aziende si sono attrezzate per includere l’EVOH all’interno dei loro film. In particolare sono già disponibili dei film in polipropilene e in polietilene che hanno l’EVOH.

Nel caso del polipropilene biorientato il film che ne risulta è eccezionale: infatti combina le consuete eccellenti proprietà di barriera all’umidità, tipiche del polipropilene, alle eccellenti proprietà di barriera ai gas e agli aromi conferite dallo strato di EVOH. Il film può essere utilizzato da solo, come monofilm, oppure accoppiato ad altri film plastici.

Il polietilene che ingloba l’EVOH può essere realizzato sia nella versione trasparente, che nella versione bianca. Alle consuete ottime caratteristiche di saldabilità del materiale viene aggiunta la barriera ai gas e agli aromi (che sono del tutto assenti nel tradizionale polietilene). In questo caso il film viene prevalentemente utilizzato in accoppiamento con altri film.

 

Tutte queste soluzioni risultano, ad oggi, trasparenti e riciclabili e rispondono quindi a due dei fattori di sviluppo sopra citati.

Tutti i film che hanno questi trattamenti sono nella disponibilità della nostra azienda.

In particolare possiamo offrire:

• un film di polipropilene biorientato coestruso con uno strato di EVOH, venduto come monofilm, che ha eccezionali proprietà di barriera ai gas e agli aromi;
• inoltre con il medesimo film abbiamo anche realizzato un’accoppiato con un’altro film di polipropilene. Si ottiene così un film monomateriale, trasparente, con eccellenti caratteristiche di barriera all’umidità, ai gas e agli aromi. Con ottime caratteristiche di tenuta alla lacerazione, ottima saldabilità ed infine facilmente riciclabile nel riciclaggio meccanico;
• due film di polietilene (uno trasparente, l’altro bianco) con lo strato di EVOH. Li utilizziamo per fare degli accoppiati impiegati con l’atmosfera modificata, per conferire all’accoppiato eccezionali proprietà di barriera all’ossigeno, all’anidride carbonica, all’azoto.

Metodi Innovativi per Ottenere Barriera al Vapor Acqueo, all’Ossigeno, ai Gas, agli Aromi nei Film Plastici

Ma, oltre ad Ossido di Alluminio – AlOx, Ossido di Silicio – SiOx ed Etilene Vinile Alcool – EVOH ci sono anche altri metodi innovativi per ottenere un’ottima barriera al Vapor d’Acqua, all’Ossigeno, ai Gas e agli Aromi. 

Come scritto in precedenza questa è una frontiera, un campo in cui l’industria chimica e in particolare i produttori di film plastici e di carta stanno facendo molta ricerca e sperimentazione.

Anche la nostra azienda sta facendo ricerca, e molte soluzioni nuove sono adesso possibili.

A nostro giudizio alcune sono già disponibili, pronte domanimattina, altre hanno un orizzonte più lungo. Altre ancora sono ancora allo stato della ricerca pura, ma i risultati che promettono sono decisamente rivoluzionari.

In questa pagina web non anticipiamo nulla, seguendo la politica che viene seguita dalla nostra azienda sulla divulgazione delle nostre conoscenze sul web. (Se volete conoscerla andate a questa pagina: La Web Policy )

Ma se siete interessati, se avete un’applicazione, un utilizzo che necessita di una barriera al Vapor d’Acqua, all’Ossigeno, a qualche Gas strano che attualmente non trova soddisfazione nei metodi tradizionali o moderni, non esitate a contattarci. Vedremo insieme se c’è già una soluzione disponibile, se è necessario fare dello sviluppo congiunto, o se si possono anticipare le soluzioni più radicali.

I Test di Permeabilità ai Gas

Fra un poco arriviamo alla barriera agli aromi. Prima però bisogna trattare delle modalità di esecuzione dei test di permeabilità.

Nel caso dei gas i test sono relativamente semplici: i gas interessanti di solito sono i quattro sopra listati. E’ piuttosto semplice ed economico procurarsene anche in gran quantità.

Il test più semplice prevede la realizzazione dell’atmosfera modificata all’interno di una confezione ermetica. Si saldano due lembi della confezione e si immette un flusso di gas in quantità tale da far espellere l’aria. Poi si salda l’ultimo lato. La confezione viene posta all’interno di un contenitore stagno che ha anch’esso un’atmosfera controllata di contrasto. Si tiene il tutto in un ambiente a temperatura controllata per un certo periodo di tempo e poi si analizza l’atmosfera controllata di contrasto misurando il contenuto di gas della confezione.

Un test più sofisticato prevede l’uso di un apposito macchinario dotato di due camere stagne, separate dal film da analizzare. Dapprima si posiziona il film e si sigillano le pareti. Poi le due camere vengono svuotate dell’aria e riempite ciascuna con un gas ben preciso. Ad esempio azoto in una e ossigeno nell’altra. Si impostano le condizioni di temperatura e pressione e anche in questo caso si attende un certo periodo di tempo. Trascorso il quale si misura il contenuto di gas nella camera di controllo (ad esempio il contenuto di O2 nella camera che contiene azoto). Si fanno una serie di conteggi e si ottiene il valore di riferimento parametrato sulle 24 ore e per metro quadrato di superficie.

Il test è relativamente semplice da eseguire. L’ultima apparecchiatura di questo tipo che ho visto (si chiamano: “Permeabilimetri”) ha l’aspetto e le dimensioni di una media stampante laser ed il prezzo di un grosso SUV (costosa, ma alla portata di molti laboratori di analisi). In realtà l’apparecchio non è molto complesso, è formato da una serie di pompe per il vuoto e per il pompaggio dei gas. Il cuore del macchinario è il sensore del gas, che deve essere specializzato per ciascun gas (cioè ci vuole un sensore per l’ossigeno, uno per il vapor acqueo, uno per l’azoto, uno per l’anidride carbonica).

La Barriera agli Aromi

E gli aromi?

Nel mondo del packaging spesso una alta barriera all’ossigeno è associata ad una alta barriera agli aromi. Cioè se un film ha alta barriera all’ossigeno si presume che abbia anche alta barriera agli aromi.

A nostro giudizio una alta barriera all’ossigeno è una condizione necessaria, ma non sufficiente per avere anche una alta barriera agli aromi. In altri termini è una semplificazione piuttosto rozza, che sta in piedi per la mancanza di dati oggettivi facilmente riscontrabili.

Un’altra affermazione che ultimamente abbiamo sentito spesso è il ragionamento per cui, se un materiale fa barriera ad una molecola che ha certe dimensioni, farà anche barriera a molecole con dimensioni maggiori. Questa, a nostro giudizio, è una stupidaggine bella e buona, e potete capire subito sotto le ragioni della nostra convinzione.

Infatti, trattando di aromi, le cose si fanno assai più complesse per i tecnici di laboratorio, molto più gradevoli e accessibili per i produttori degli alimenti.

Bisogna dire subito che il meccanismo di base di permeabilità è il medesimo. Anche gli aromi sono molecole, in particolare sono molecole organiche volatili. In quanto tali si comportano come i gas, con il processo in tre fasi (adsorbimento, diffusione, desorbimento) dei film plastici sopra descritto.

Ma detto questo le cose si complicano maledettamente:

• innanzitutto le molecole degli aromi sono grandi e complesse (ad esempio il lemonene ha la formula C10H16, la caffeina ha formula C8H10O2N4). Questo significa immediatamente che, se fosse vera la relazione dimensione della molecola – barriera, un materiale (ad esempio il polipropilene coestruso) che ha ottime proprietà barriera al vapore acqueo (H2O), dovrebbe avere eccezionali proprietà barriera agli aromi, che hanno molecole assai più grandi. Sappiamo perfettamente dall’esperienza che non è così;
• ci sono pochi studi scientifici che hanno analizzato la permeabilità dei singoli aromi ai vari film plastici (ad esempio la permeabilità del polipropilene, o del poliestere al lemonene);
• poi spesso un determinato aroma come lo percepiamo (ad esempio l’aroma di fragola) è costituito dall’insieme di moltissime molecole aromatiche componenti;
• ancora la permeabilità delle singole molecole attraverso i film plastici può essere influenzata dalla presenza di altre sostanze permeanti. Anche isolando un singolo componente è estremamente difficile misurare il quantitativo di molecole che è permeato attraverso il film;
• infine non esistono sensori specifici per rilevare la presenza degli aromi in un volume di gas, ma bisogna ricorrere alla gascromatografia.

In sostanza gli attuali strumenti analitici di laboratorio per la rilevazione e la misura della permeazione degli aromi danno dei risultati che sono poco affidabili, e spesso sono molto lontani dalla realtà delle cose.

Da qui la complessità per i laboratori.

E tornando alla nostra similitudine può essere che a parità di film plastico un determinato aroma “vesta” la tuta rossa e quindi fuoriesca rapidamente dalla confezione ed un altro la tuta nera, e rimanga all’interno. Cosa succede se avete un alimento (ad esempio un biscotto) che ha all’interno aromi di mandorle e limone e la confezione fa “perdere” un aroma (ad esempio il limone) e conserva, trattiene l’altro? Probabilmente il biscotto diventa una mezza schifezza se non proprio una schifezza intera.

L’Analisi Sensoriale Comparativa

E allora cosa fare?

Ebbene esiste un metodo alla portata di tutti i produttori di alimenti che costa relativamente poco, si può fare a casa propria, è divertente, e che soprattutto riproduce bene le condizioni reali in cui si trovano l’alimento ed il packaging. Si chiama analisi sensoriale comparativa. Si tratta di organizzare un “panel di esperti”, un gruppo di persone che esegue in modo controllato dei test di assaggio del prodotto ripetuti a distanza di tempo.

È un consiglio che abbiamo dato spesso ai nostri clienti. Fate il Vostro alimento nel modo consueto e confezionate un certo numero (100 – 200 pezzi) di prodotti con due film diversi, di cui volete confrontare le proprietà barriera agli aromi. Controllate bene che le confezioni siano perfettamente ermetiche e riponete i prodotti confezionati in un ambiente a temperatura controllata (ad esempio, se l’alimento viene conservato a temperatura ambiente, lo richiudete in un armadio al buio).

Dopodichè selezionate un numero non piccolo (almeno 5, 8, 10 persone) di assaggiatori. Li convocate a più riprese a distanza di tempo (dopo una settimana, dopo due, dopo un mese, alla fine della shelf life dell’alimento) e procedete ad aprire le confezioni dell’alimento e a registrare le impressioni gustative ed olfattive di ciascun assaggiatore. Anche se le sensibilità individuali sono diverse tra persona e persona, è possibile trovare degli elementi comuni.

In un tempo ragionevole, se i film sono realmente differenti si riesce a stabilire se un packaging mantiene l’aroma, la fragranza dell’alimento e l’altro lo perde. (Per inciso, questo tipo di test viene offerto anche dai migliori laboratori di analisi degli alimenti. E attenzione: l’analisi sensoriale non sostituisce le consuete analisi bromatologiche sugli alimenti che dovete comunque eseguire per controllare la salubrità del vostro alimento).

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