Compatibilidad de materiales y cumplimiento normativo para aceites comestibles y condimentos
Materiales en contacto con alimentos: requisitos de la FDA 21 CFR y de la UE 1935/2004 para componentes resistentes al aceite
Según las directrices de la FDA 21 CFR y de la UE 1935/2004, las piezas que entran en contacto con aceites comestibles deben diseñarse para evitar su degradación y lixiviación. Las normativas establecen que, en cada interfaz que entre en contacto con los aceites, deben utilizarse materiales no reactivos. Los componentes diseñados para estar en contacto con aceites durante largos períodos requieren acero inoxidable 316L y juntas de PTFE. Estos materiales evitan la lixiviación o la absorción capilar en productos lipofílicos, como el aceite de oliva. En cuanto a las juntas tóricas, el estándar industrial ha sido seleccionar elastómeros resistentes al aceite que cumplan la norma ASTM D471, con una absorción de ácidos grasos inferior al 10 %. Los materiales de recubrimiento se someten a ensayos de inmersión a 40 °C para determinar si se produce hinchazón o descamación tras el período de inmersión. Las empresas que decidan ignorar estas directrices lo hacen bajo su propio riesgo. Por ejemplo, en 2023 se emitieron Cartas de Advertencia de la FDA por problemas de contaminación derivados de incompatibilidad de materiales, con sanciones superiores a 500 000 USD. Estas directrices y restricciones se establecen para garantizar que los fabricantes de máquinas de llenado y sellado de bolsas con boquilla también mantengan su conformidad durante todo el proceso de envasado, desde el llenado hasta el sellado, y para asegurar que no se produzcan problemas de contaminación.
Adaptación de la viscosidad: manejo de aceites de baja viscosidad (por ejemplo, aceite de canola) a condimentos de alta viscosidad (por ejemplo, mostaza, pasta de chile)
Los más recientes equipos de llenado y tapado de bolsas con boquilla pueden gestionar una impresionante gama de cuatro órdenes de magnitud en viscosidad, desde 30 cP (aceite de canola) hasta 50 000 cP (pasta de chile), sin requerir cambios en el hardware. Esto es posible gracias a tres de sus características integradas.
1. Sistemas de bomba modulares: (1) Bombas de pistón intercambiables para aceites de baja viscosidad; (2) bombas de cavidades progresivas para pastas con alto contenido de sólidos.
2. Conductos calefactados: (40-50 °C) para reducir la viscosidad del producto y evitar su espesamiento debido a descensos de temperatura.
3. Personalización de las boquillas: boquillas más anchas y de bajo cizallamiento que permiten el paso de partículas suspendidas sin obstruirse, como las semillas de mostaza.
Para el llenado de baja viscosidad, se utilizan boquillas antichapote de alta velocidad. Los condimentos de alta viscosidad requieren un mayor control del proceso de llenado para reducir la incorporación de aire y garantizar el llenado completo de las cavidades (un 25-50 % menor) para controlar la dosificación. Este es el conjunto de características y modificaciones que permiten reducir el tiempo de cambio de formato en un 70 % en comparación con los sistemas tradicionales de una sola viscosidad.
Rendimiento de llenado preciso de máquinas de llenado y tapado de bolsas con pico dispensador
precisión de ±0,5 % a 500 mL: cómo los sistemas servo-pistón superan a los medidores de caudal para viscosidades variables
Se espera que los caudalímetros estándar midan volúmenes con una precisión de ±2 % al medir aceite de canola (aproximadamente 50 cP) y productos muy viscosos (más de 20 000 cP), como la pasta de chile. El rendimiento de los caudalímetros varía considerablemente según la viscosidad del fluido que se mide, debido a su dependencia de dicha viscosidad para determinar el caudal. Este fenómeno se produce por la naturaleza estancada del fluido (flujo laminar) y por el flujo caótico (turbulento) del líquido. Los sistemas servo de pistón con desplazamiento positivo eliminan este problema. Los sistemas actuadores de desplazamiento positivo diseñados específicamente son capaces de medir y dosificar exactamente la misma cantidad de un líquido determinado, independientemente de su viscosidad (incluidos productos calientes y fríos) y de la presión, en todos los regímenes de flujo (incluido el flujo turbulento). La revista Packaging Technology Review (2023) describe ensayos realizados por terceros que afirman poder medir el rango más amplio de viscosidades, desde 1 hasta 50 000 cP. ¿Qué implica esto para los fabricantes? Se logra una mejora del beneficio neto al reducirse el desperdicio de producto. Con los sistemas tradicionales, esta pérdida se estima en un 1,2 %. Además, este sistema cumple los requisitos más exigentes en materia de etiquetado y peso del producto establecidos por la FDA (21 CFR Parte 101.105) y la UE (Directiva 2007/45/CE). Al no ser necesario detener el sistema para recalibrar (ajustar) una línea, la capacidad de ajuste rápido (en tiempo real) contribuye a una mayor consistencia en la producción (alta volumetría) y mejora la eficiencia operativa de dichos sistemas.
Ingeniería antigoteo: retracción de la boquilla de vacío y control de goteo en dos etapas
Las gotas de líquido que caen después del llenado provocan desperdicio de productos, posibles contaminaciones cruzadas, problemas de sellado y fallos en la adherencia de las tapas. Esto ocurre con mayor frecuencia en productos viscosos como la miel, el jarabe o la mostaza con semillas. Las máquinas dosificadoras y envasadoras para bolsas con pico de la última generación emplean un método denominado retracción asistida por vacío de la boquilla para evitar estos problemas. Al retirarse la boquilla, se genera un vacío que aspira la última gota hacia atrás. Este proceso se lleva a cabo en dos etapas para mejorar la eficacia de la eliminación de la gota. La primera etapa consiste en una retracción rápida para interrumpir el chorro del producto, seguida de una succión intensa mediante vacío para eliminar la gota final. Un estudio publicado el año pasado en la revista Food Processing Journal mostró que estos sistemas redujeron el desperdicio por goteo un 94 % en comparación con los sistemas antiguos de boquillas. Asimismo, mantener limpia la boquilla es fundamental para prevenir daños en el sellado y la corrosión causada por residuos del producto, lo cual resulta especialmente importante con productos ácidos como el vinagre y los aderezos de limón, que reaccionan con los metales expuestos.
Hermeticidad del cierre y de la boquilla en bolsas flexibles con boquilla
Control del par de apriete: encontrar el equilibrio adecuado entre la integridad de la soldadura y la de la boquilla en bolsas laminadas de PE/AL/PE.
El par de apriete utilizado en el proceso de sellado de las bolsas laminadas es de gran importancia. Un par insuficiente provocará una falla en la soldadura, mientras que un par excesivo dañará la boquilla y causará una falla en la soldadura de la capa de aluminio, lo que dará lugar a una absorción de oxígeno. El par de sellado ideal se encuentra aproximadamente entre 1,2 y 1,8 Nm. Dentro de este rango, la soldadura es completa y la integridad de las capas permanece intacta. Actualmente, las cabezas de cierre controladas por servomotores son estándar en la industria moderna del embalaje. Estas controlan el par de apriete en cada cabeza de cierre individualmente, basándose en lecturas en tiempo real de sensores de deformación. Esto permite compensar las variaciones en los materiales de la boquilla y la tapa, logrando así una consistencia significativa en la calidad durante toda la producción.
La tabla siguiente ilustra la relación entre el par de sellado y los riesgos asociados de pérdida de integridad del sello, deformación del pico y potencial de fugas.
El control en tiempo real del par proporciona una solución a los fallos de sellado que son causa del 23 % de las retiradas del mercado de bolsas estacionales relacionadas con fallos del sello de la tapa (Packaging Digest, 2023), especialmente durante el transporte, cuando se genera una presión hidráulica atrapada debido al contenido viscoso.
Estudio de caso: Máquina de llenado de aceite refrigerante CPM-800E, máquina de llenado y tapado de bolsas con pico
Una empresa que ofrece productos de aceite de oliva prensado en frío de alta calidad utilizó la máquina CPM-800E para resolver problemas de fugas y mejorar la precisión del llenado. El pistón servo del sistema mantiene una medición constante del volumen de aceite (±0,5 %), independientemente de las variaciones en la viscosidad del aceite debidas a los cambios estacionales. Además, se implementó asistencia por vacío para retraer las boquillas de llenado, lo que eliminó las gotas posteriores al llenado que anteriormente causaban derrames sobre las bolsas y afectaban negativamente su desempeño en las pruebas de estanqueidad. Para el sellado de las bolsas, se ajustó el par de apriete a aproximadamente 1,5 newton-metro, valor considerado como un par de sellado aceptable (entre 1,2 y 1,8 N·m). Esto dio lugar a sellos bien formados que evitaron que las boquillas se aplastaran durante los tratamientos térmicos posteriores. Tras tres meses de pruebas continuas aceleradas de vida útil en anaquel, aproximadamente el 99,8 % de las bolsas permanecieron libres de fugas. Asimismo, la velocidad de producción mejoró un 22 % gracias a la reducción del tiempo dedicado a la limpieza, la corrección de errores y los ajustes manuales del par de apriete.
Preguntas más frecuentes
¿Qué materiales se pueden utilizar en aplicaciones que entran en contacto con aceites comestibles?
Para aplicaciones que entran en contacto con aceites comestibles, se recomiendan materiales como juntas de sellado de PTFE y acero inoxidable 316L, ya que son resistentes a la degradación por aceite y no liberan sustancias químicas nocivas en los alimentos. Asimismo, se recomienda que las juntas tóricas de los productos utilizados estén fabricadas con elastómeros resistentes al aceite.
¿Por qué es necesario adaptar la viscosidad en las máquinas de llenado de bolsas con boquilla?
Esto significa que las máquinas pueden utilizarse para una amplia variedad de productos, desde aceites de baja viscosidad, como el de colza, hasta productos de alta viscosidad, como las salsas picantes, sin necesidad de cambiar ningún componente físico.
¿De qué manera mejoran los sistemas servo-pistón la precisión del llenado?
Utilizan lo que se denomina desplazamiento positivo en los sistemas de medición de llenado, un método cuya eficacia ha sido demostrada para una amplia gama de viscosidades y, por tanto, resulta más preciso que los sistemas típicos basados en medidores de caudal.
¿Cuáles son las ventajas de la retracción de la boquilla con asistencia de vacío?
Esto ayuda a minimizar la goteo de los productos, lo que contribuye a reducir los residuos y evita la contaminación del producto, además de proporcionar un mejor sellado y ajuste de la tapa.
¿Cómo se consigue el par de apriete adecuado en los procesos de tapado?
Esto se logra mediante el uso de cabezales de tapado controlados por servomotores, lo que permite regular la potencia rotacional para alcanzar el par de apriete adecuado y lograr buenos sellados sin rasgar los materiales de las bolsas.