Recomendação do Professor Abbott para a Proteção do Café Verde.

As células não são apenas sacos de água; são soluções concentradas e altamente complexas contendo moléculas projetado para manter proteínas e nucleotídeos em forma e tamanho controlados. Se você desidratá-los descuidadamente, isso pode causar estragos. Mas as células nas sementes, assim como aquelas em (em um extremo) tardígrados ou (em um extremo menor) animais em hibernação, são projetadas para se desligarem de maneira controlada, de modo que fiquem em atividade muito baixa (hibernação) ou totalmente desligadas. (tardígrados). Uma maneira de fazer isso em laboratório é adicionar um açúcar chamado trealose. Nunca cristaliza (ao contrário da sacarose), por isso nunca danifica as células. Apenas forma um vidro resistente que congela tudo em seu estado estável, pronto para voltar à ação quando a água é adicionada suavemente.

Portanto, as sementes estão em algum lugar entre zero e atividade superbaixa. Para transportá-los, você precisa manter O2 porque isso geralmente pode reagir com coisas biológicas. Numa célula ativa, o dano oxidativo é eliminado automaticamente, mas isso não é uma opção quando as coisas estão desligadas. Da mesma forma, você não quer que a água chegue quando o resto do sistema não estiver preparado para a ação (por exemplo, não há O suficiente2 ou CO2 para a sobrevivência) porque as proteínas, etc., podem começar a se mover, mas sem o fluxo dos produtos químicos necessários para funcionar adequadamente.

Uma bolsa com baixo O2 e onde a água não pode escapar (não queremos desidratar além do que a célula fez pela semente) nem entrar, manterá as coisas bem, essencialmente para sempre.

Mantendo o oxigênio e a água fora de um saco de café 

Aqui está uma tarefa aparentemente simples: você tem café em um saco e precisa garantir que durante o armazenamento e transporte não haja vazamento de oxigênio ou água no conteúdo, podendo danificar o sabor e a textura. Porque você quer ser verde, precisa fazer isso com uma quantidade mínima de material, de preferência totalmente reciclável – o que normalmente significa “material único”.

Acontece que apenas um único material prático pode fazer isso: a folha de alumínio. Contanto que você possa selar as bordas da folha e garantir que ela não rasgue, a barreira para água e O2 é essencialmente perfeito. E o alumínio é totalmente reciclável. Mas, por muitas razões, esta não é uma solução que a maioria das pessoas consideraria aceitável.

Um polímero clorado como o PVDC é um material de barreira impressionantemente bom por si só, mas o polímero não é conveniente para embalagens em geral e, em qualquer caso, os polímeros clorados são justamente banidos do uso ocasional pelo consumidor devido ao seu terrível impacto na reciclagem.

O PET, como nas garrafas de refrigerantes, é quase bom por si só, mas não é bom o suficiente como material de saco fino e é relativamente caro.

Alguns polímeros são uma boa barreira para a água, mas não para o oxigênio, e alguns são o contrário. Muitos são intermediários. Em geral, queremos boas barreiras para ambos, e nenhum polímero pode conseguir isso. (Se pudesse, todos nós estaríamos usando).

Que tal fazer uma barreira melhor através de uma película mais espessa? Suponha que precisássemos de uma barreira 2x melhor. Ok, podemos imaginar usar o dobro da espessura. Mas para embalagens, geralmente precisamos de 100x melhor e não podemos usar 100x a espessura!

Portanto, temos que passar para uma barreira multicamadas, e a nossa decisão é então uma equilíbrio de prioridades.

Sacos multipolímeros

Veja por que precisamos de múltiplas camadas. Por muitas razões, o polietileno, PE, é um material de saco excelente e prático. É resistente, leve e fabricado de forma eficiente a partir de matérias-primas comuns em grande escala.1 É totalmente resistente à água e, portanto, uma excelente solução prática para quando os sacos podem ficar expostos, por exemplo, a alguma chuva, e é uma excelente barreira ao vapor de água. Aqui está o problema: é uma barreira super fraca para o oxigênio. Nem mesmo o mais humilde filme de embalagem usado em supermercados pode ser realisticamente feito de PE, porque a taxa na qual o O2 passa é inaceitavelmente alto.

Acontece que outro polímero comum chamado EVOH (álcool vinílico de polietileno) é uma espécie de mistura de PE e o PVOH comumente usado, álcool polivinílico. Tem propriedades exatamente opostas ao PE. É um Ó maravilhoso2 barreira, mas é facilmente danificada pela água e é uma fraca barreira ao vapor de água.

Portanto, os filmes mais comuns para embalagens de alimentos são um sanduíche de PE:EVOH:PE. Acontece que o EVOH é bastante caro e, ao mesmo tempo, mesmo uma camada superfina (2 µm) é uma excelente barreira, portanto, se o PE externo e o interno tiverem 25 µm de espessura cada, então o EVOH terá aproximadamente 4% de o total. (Voltaremos a este número em breve.)

Uma camada de EVOH de 1 µm ainda seria, em teoria, uma excelente camada, e usá-la reduziria pela metade o custo da porção de EVOH e a reduziria para 2% do total. Mas, na prática, colocar uma camada tão fina de forma confiável é muito difícil e você acaba com furos. Como veremos, os furos são um grande problema quando se deseja uma boa barreira.

Meu entendimento é que sacos como os usados pela GrainPro devem ser deste tipo multicamadas para fornecer propriedades de barreira práticas. O número exato, o tipo e a espessura das camadas são menos importantes para nós do que o princípio geral de múltiplas camadas, cada uma resolvendo um problema que não pode ser resolvido pelas outras camadas. Se qualquer material de camada única pudesse dar conta do recado e fosse de baixo custo, reciclável, etc., você pode ter certeza de que todos o usariam, pois adicionar camadas extras requer equipamentos caros e complexos.

Camadas Al, AlOx e SiOx

Como mencionado acima, o alumínio (Al) é um material de barreira perfeito. Se a folha de alumínio não for aceitável, uma fina camada de alumínio é a alternativa. Quão magro? Apenas, digamos, 20 nm, ou seja, 100x menos material do que em uma bolsa de polímero multicamadas. Em termos de eficiência no uso de materiais, é difícil de superar e, em termos de produção em massa, a indústria de Al é surpreendentemente eficiente.

Como as pessoas não gostam da aparência brilhante do alumínio e porque muitas vezes temos bons motivos para preferir embalagens transparentes, uma alternativa é colocar camadas de óxido de alumínio (AlOx) ou óxido de silício (SiOx). Estes não são materiais simples. Se colocadas corretamente, essas são barreiras maravilhosas. Mas há um problema: deixe-os muito finos e eles não serão uma boa barreira. Deixe-os muito grossos e eles ficarão muito grossos frágil e racha enquanto o filme é manuseado. Acontece que conseguir isso equilíbrio certo e fazê-lo a um custo atraente é difícil, portanto, no momento em que este artigo foi escrito, o EVOH ainda era a tecnologia dominante, embora o AlOx e o SiOx sejam atraentes porque é necessário muito pouco material.

O problema que todos enfrentam é o mesmo das barreiras EVOH – pinholes. Portanto, precisamos explicar por que os furos são um problema tão grande.

O problema do buraco

A ciência é mais complexa do que este exemplo simples ilustra, mas ainda podemos entender o princípio. Vamos pegar um filme com uma barreira EVOH, Al, AlOx ou SiOx livre de defeitos que deixa passar 1 molécula de O2 por cm² durante um determinado tempo, e essa taxa é aceitável para o pacote. Agora, coloque um furo na barreira para que O2 pode passar de 1 milhão moléculas por cm² de pinhole. Se esse orifício tiver apenas 20 µm de diâmetro, então a área será de aproximadamente 3 milionésimos de cm², então deixará 3 moléculas através. Então, apenas um pequeno furo aumentou nosso oxigênio difusão taxa de 1 a 4, tornando-a inaceitável.

Para EVOH, apenas o revestimento mais espesso tende a diminuir os furos, daí o “desperdício” de espessura extra usada na maioria das embalagens. Para o alumínio a situação é mais complicada, mas em geral é necessária uma camada mais espessa do que teoricamente necessária. Se você pudesse fazer um alumínio sem furos para embalagem, a espessura da camada faria com que parecesse mais escura do que brilhante. E para AlOx e SiOx, aumentar a espessura atinge o problema de fragilidade.

O problema da vedação

Um cálculo semelhante pode ser feito com selos de sacos. Uma falha aparentemente insignificante na vedação pode permitir mais O2 através do que todo o saco em si. Isto não é mera teoria. Estive envolvido em questões de deterioração de alimentos, onde todos culparam o material da embalagem por ser insuficientemente bom, quando se descobriu que a má manutenção de uma humilde unidade de selagem a quente era a causa raiz da entrada de oxigénio.

Remover o ar de um saco e selá-lo com eficácia é uma tarefa muito mais difícil do que a maioria das pessoas imagina. Talvez não seja tão difícil fazer isso em uma única bolsa. Mas fazer isso dia após dia, ano após ano, requer um sistema inteligente e confiável – o que não é nada fácil de configurar.

Reciclando

Suponhamos que temos uma maneira de obter todos os nossos plástico sacos de volta para um centro de reciclagem. Na maioria dos países isto simplesmente não é viável, pelo que os debates sobre a reciclabilidade intrínseca dos sacos são irrelevantes. O único debate é se vão para aterro ou para reciclagem térmica2 – com fortes paixões expressas a favor e contra cada lado. Este debate é muito diferente daquele da reciclagem da maior parte dos plástico embalagens, que são garrafas PE e PET, para as quais a escolha de reciclar é óbvia.

As aplicações industriais não têm problemas em enviar grandes quantidades do mesmo material a partir do qual os sacos GrainPro são construídos para reciclagem. Portanto, um torrador de café que receba milhares de sacos terá muito azar se não houver uma rota de reciclagem para este material simples e relativamente limpo.

As agências reguladoras têm de tomar decisões difíceis. Se eles disserem: 'Apenas polímeros puros 100% podem ser reciclados', então basicamente nenhum seria reciclado porque o material sempre conterá alguns contaminantes, como a impressão necessária na embalagem ou pequenos resíduos no interior. Se disserem: “Permitiremos que 5% de lixo seja incluído na reciclagem”, então serão atacados pelos puristas e bem-vindos pelos realistas. Na prática, os realistas foram atendidos e os baixos níveis de EVOH em embalagens multicamadas são vistos como aceitáveis para polímeros reciclados. Ninguém jamais notaria baixos níveis de AlOx ou SiOx, e o que fazer com os 20 nm de alumínio é incerto - ele poderia se tornar invisível por sua rápida oxidação para AlOx.

Resíduos geralmente são piores do que não reciclar

Indiscutivelmente, um saco de grãos de café que tem de ser descartado porque o oxigênio penetrou na embalagem através de um furo ou de uma vedação deficiente é uma perda maior para o planeta do que um pouco de excesso de múltiplas camadas. plástico. E, dado que em muitas partes do mundo a reciclagem plástico as sacolas estão em qualquer caso, não são práticas nem verdes, seja um pouco mais gentil com quem faz e usa as sacolas.

Sempre temos que ter cuidado em nossas acusações sobre questões ambientais. Quando se trata de fazer uma xícara de café, a parte da cadeia de abastecimento que produz mais CO2 o dano ao planeta somos nós - desde a energia necessária para aquecer a água para preparar o café. Isso vai contra todos os nossos instintos verdes – Certamente, a culpa é dos fertilizantes ou do transporte ou dos torrefadores ou... Não - esmagadoramente, somos nós.

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Sobre o Professor Steven Abbott

Professor Steven Abbott recursos on-line gratuitos de aplicativos e e-books são uma referência para qualquer pessoa séria sobre a ciência da extração. Sua extraordinária carreira o levou ao redor do mundo, com trabalhos que incluíram trabalhar com produtores de banana nas Filipinas, gráficas na Colômbia e uma empresa de válvulas para sacos de café nos EUA.

A Abbott é especialista mundial em ciência de secagem e difusão. Trabalhou por muitos anos na indústria de revestimentos e impressão, especializando-se em nanorevestimentos e nanoestruturas. Ele agora trabalha como consultor independente e divide seu tempo entre escrever aplicativos gratuitos para formuladores, prestar consultoria para a indústria e administrar seu negócio de software técnico. Ele administra tudo isso ao mesmo tempo que possui uma paixão pelo bom café - em particular pelo método de preparação Ibrik.