Los beneficios ambientales del llenado aséptico

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Durante la última década, los beneficios de la tecnología de llenado aséptico en comparación con las técnicas tradicionales de llenado en caliente se han vuelto bien conocidos en el sector de alimentos y bebidas. Los beneficios en términos de calidad del producto han sido bien documentados y discutidos.1 Sin embargo, los beneficios ambientales, tanto en términos de consumo de energía como de análisis del ciclo de vida típico de este método de envasado, se comprenden menos.

Varios estudios de análisis del ciclo de vida (ACV) han demostrado que las técnicas de llenado aséptico que utilizan sistemas de pasteurización o esterilización con tratamiento ultratérmico (UHT), que se basan en intercambiadores de calor, generalmente tienen menores impactos ambientales.2,3 Esto se debe a dos principales factores: el embalaje utilizado en los dos procesos diferentes y la huella energética del proceso en sí.

El procesamiento térmico de alimentos y bebidas y la producción de los envases correspondientes tienen impactos ambientales significativos.2 Sin embargo, a pesar de esto, se han realizado pocos estudios que analicen la huella energética y otros impactos ambientales de estos procesos.

El llenado aséptico proporciona una calidad sólida del producto, un impacto térmico mínimo en la bebida y una mayor flexibilidad en el diseño de la botella con la capacidad de utilizar botellas o cartones de PET más livianos. Por el contrario, el llenado en caliente requiere un mayor consumo de energía, tiene un impacto térmico en la propia bebida y tiene menos flexibilidad en el diseño de la botella que el llenado aséptico.

Diferencia clave entre sistemas En un sistema aséptico (llenado en frío), el producto se pasteuriza o esteriliza utilizando sistemas UHT y luego se enfría inmediatamente. Luego se coloca en el envase que ha sido preesterilizado o, a veces, esterilizado en el momento del llenado. Los intercambiadores de calor se utilizan generalmente tanto para los procesos de calefacción como de refrigeración, lo que permite una transferencia de calor muy eficiente y el uso de la regeneración de calor para minimizar el requisito energético general. En estas situaciones se ahorra una cantidad considerable de energía al utilizar el calor del producto caliente para precalentar el frío, y viceversa.2

En un sistema de llenado en caliente, el producto se pasteuriza o esteriliza (utilizando intercambiadores de calor u otras tecnologías térmicas). Luego, el embalaje se llena a alta temperatura (normalmente entre 80°C y 92°C), lo que tiene como resultado la esterilización del embalaje. Luego, el embalaje se inclina o agita para asegurar un contacto completo con el producto caliente y la temperatura se mantiene durante un período específico, como dos minutos. Después de esto se enfrían el embalaje y el producto. Cómo se hace esto y qué tan pronto se lleva a cabo el proceso después del llenado depende del producto y del embalaje. Los métodos típicos incluyen túneles de voladura, enfriadores de agua que caen o incluso almacenamiento en frío.

Si bien la inversión de capital inicial en un sistema aséptico suele ser mayor que la de un sistema de llenado en caliente comparable, los sistemas asépticos tienen costos operativos diarios más bajos (por ejemplo, menos uso de energía) y permiten el uso de botellas de PET más livianas. Como resultado, el costo total de propiedad (TOC) de un sistema aséptico es menor que el de un sistema de llenado en caliente.

Diferencia en el ACV de embalajeEn la práctica, se utilizan muchos tipos diferentes de envases en ambos sistemas, aunque en términos generales se utilizan cajas de cartón y botellas de PET livianas con sistemas asépticos, mientras que las máquinas de llenado en caliente se asocian con botellas de PET, vidrio o latas más pesadas.

En un esfuerzo por comparar con precisión el impacto ambiental de ambos sistemas, algunos investigadores compararon sistemas de llenado aséptico y en caliente basados ​​en la producción de botellas PET de jugo de naranja de 500 ml.2 Debido a que se requiere un calibre más grueso de botella de plástico para soportar las temperaturas más altas en En los sistemas de llenado en caliente se utiliza más plástico (en este ejemplo, 24 g para el llenado en caliente frente a 16 g para el llenado aséptico). Como resultado, las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) asociadas con el embalaje son de 80,4 g CO2e por botella para el proceso de llenado en caliente, en comparación con 61,8 g CO2e por botella para el llenado aséptico, un ahorro del 23,1 %.

El llenado aséptico tiene una huella de GEI menor que el llenado en caliente. Imagen cortesía de HRS Heat Exchangers

Diferencia en el consumo de energía

La diferencia en el consumo de energía entre los dos sistemas se debe a los diferentes tratamientos térmicos, y los investigadores a menudo han ignorado los métodos de llenado y enfriamiento. Una observación típica (e inexacta) es que “se supuso que la matriz energética era la misma para todos los sistemas”. 4 Esto es evidentemente falso, ya que otros estudios han demostrado que “el procesamiento y el envasado asépticos presentan varias ventajas sobre la pasteurización tradicional. Las ventajas incluyen una mayor vida útil [y] menores costos de energía”.3

Cuando se comparó la huella energética del llenado aséptico con las técnicas de llenado en caliente,2 se demostró que “el tratamiento del producto en el llenado en caliente parece tener mayores impactos debido al mayor requerimiento de energía que ocurre durante las fases de calentamiento y enfriamiento”. y, “en los sistemas de llenado en caliente no se puede recuperar el calor del producto tratado”.

Algunos de los beneficios son menos claros de lo que se podría suponer y varían según la fuente del medio de calentamiento (como el vapor), así como el consumo eléctrico y de aire comprimido de los diferentes componentes del sistema. Sin embargo, el uso de intercambiadores de calor con recuperación de energía proporciona importantes ahorros energéticos.

A pesar de estas complicaciones, utilizando las mismas botellas de PET de 500 ml de jugo de naranja del ejemplo anterior, las emisiones de GEI asociadas con el consumo de energía del proceso fueron de 31,6 g de CO2e por botella para el proceso de llenado en caliente, en comparación con 24,4 g de CO2e por botella para el llenado aséptico. ahorro del 5,32%. Si bien esto puede parecer pequeño, cuando se aplica a una producción teórica de 250 millones de botellas por año, representa un ahorro de más de 1.500 toneladas métricas de CO2e cada año.

Basándonos en nuestra experiencia con sistemas de procesamiento térmico en todo el mundo, en HRS creemos que los impactos de GEI de la tecnología de llenado en caliente son, de hecho, mayores. Hay varias técnicas diferentes que se utilizan para enfriar el producto y el empaque después del llenado en caliente, y no todas son tan eficientes energéticamente como el empapado con agua enfriada descrito en el estudio anterior. Por ejemplo, cuando se utilizan cámaras frigoríficas, su eficiencia de refrigeración general es baja y los requisitos de energía eléctrica son significativos.

El uso de intercambiadores de calor para pasteurización y enfriamiento como parte del llenado aséptico proporciona importantes ahorros de energía. Imagen cortesía de HRS Heat Exchangers

Los efectos combinados A medida que los precios de la energía en todo el mundo aumentan rápidamente y se intensifica la necesidad de tomar medidas contra el cambio climático, cada vez más fabricantes de alimentos y bebidas buscan reducir los costos energéticos de sus procesos de producción. Cambiar de líneas de producción de llenado en caliente a líneas de producción asépticas es cada vez más atractivo y, en el caso de las nuevas líneas, los argumentos para adoptar técnicas asépticas son claros. Como muestran los estudios científicos anteriores, es posible ahorrar en términos generales de GEI 24,9 g de CO2e por botella, algo que está lejos de ser insignificante. Para analizar cómo la gama HRS de intercambiadores de calor, tecnologías de pasteurización y esterilización y sistemas completos de tratamiento y llenado asépticos pueden ayudar a su empresa a lograr estos ahorros monetarios y medioambientales, póngase en contacto con nosotros.

1 https://www.hrs-heatexchangers.com/news/the-advantages-of-cold-aseptic-filling/2 Manfredi, M. & Vignali, G. (2014), Evaluación comparativa del ciclo de vida del llenado en caliente y aséptico Sistemas de envasado utilizados para bebidas. En https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S02608774140038603 Scott, DL (2008), Procesamiento UHT y llenado aséptico de alimentos lácteos. En https://core.ac.uk/download/5165017.pdf4 García, HL (2021), Evaluación del ciclo de vida de sistemas de envasado de bebidas: un estudio de caso para México. En https://tinyurl.com/23yqta8h

Matt Hale es el director de marketing y ventas internacionales de HRS Heat Exchangers.