envases alimentarios - Facultad de Farmacia y Bioquímica

ENVASES ALIMENTARIOS
M.S. ING. ALEJANDRO ARIOSTI
[email protected]
FACULTAD DE FARMACIA Y BIOQUIMICA
UNIVERSIDAD NACIONAL DE BUENOS
AIRES
CONTENIDO
FUNCIONES Y OBJETIVOS DE LOS ENVASES
ALIMENTARIOS
INTERACCIONES ALIMENTO-ENVASE-MEDIO
AMBIENTE
PERMEABILIDAD Y MATERIALES PLASTICOS DE
BARRERA.
FABRICACION DE ENVASES ALIMENTARIOS
POR COMBINACION DE MATERIALES
APLICACIONES EN TECNOLOGIAS DE
PRESERVACION DE ALIMENTOS
APTITUD SANITARIA Y ASPECTOS SENSORIALES
1
Según el capítulo IV del Código
Alimentario Argentino (CAA) y la
Legislación MERCOSUR (Resolución
GMC (Grupo Mercado Común)
N3/92):
Envase alimentario: es el artículo que
está en contacto directo con alimentos,
destinado a contenerlos desde su
fabricación hasta su entrega al
consumidor, con la finalidad de
protegerlos de agentes externos de
alteración y contaminación, así como
de adulteración (incluye recipientes y
envolturas).
FUNCIONES Y OBJETIVOS DE UN ENVASE
ALIMENTARIO
• CONTENER alimentos en unidades de
venta definidas
• PERMITIR EL TRANSPORTE
• PROTEGER
Vapor de agua
Gases (O2 - CO2 – N2 - SO2 )
Permeabilidad
Aromas
Radiaciones (luz visible, U.V.)
Polvo atmosférico
Líquidos exteriores
Microorganismos
Otras alteraciones biológicas
(insectos, aves, roedores)
Adulteración humana (evidencia
de apertura, tamper-evidence)
2
FUNCIONES Y OBJETIVOS DE UN ENVASE
ALIMENTARIO (cont.)
INTRODUCCION DE NUEVOS SISTEMAS DE
COMERCIALIZACION
•
• SOPORTAR CONDICIONES NORMALES Y ESPECIALES DE
PROCESO Y USO (Esterilización – congelación – “Boil-inBag”)
• POSEER BUENAS PROPIEDADES ESTRUCTURALES Y
MECANICAS
• FACILIDAD DE IMPRESION: Brindar información
• PRESENTACION ELEGANTE DEL PRODUCTO: Atraer al
consumidor y vender el producto
• SER APTO SANITARIAMENTE
• PRODUCIR, DENTRO DE LO POSIBLE, EL MENOR IMPACTO
SOBRE EL MEDIO AMBIENTE
FUNCIONES Y OBJETIVOS DE UN ENVASE
ALIMENTARIO (cont.)
ADAPTARSE A LOS REQUISITOS DE GRUPOS ESPECIALES DE
CONSUMIDORES:
- público de la tercera edad
- público con discapacidades
•
• CONTENER PROMOCIONES, PREMIOS, CUPONES, FIGURITAS
Y JUGUETES:
- en contacto directo si son aptos sanitariamente o si poseen
barrera funcional apta sanitariamente
- dentro de un envase apto sanitariamente y que actúe como
barrera funcional eficiente
- fuera del envase
• ENVASES ACTIVOS (REACTIVOS): Reaccionan con el producto
a fin de aumentar su vida util.
• ENVASES INTELIGENTES (SMART PACKAGING): Poseen
dispositivos que brindan información sobre la calidad del
producto envasado.
3
INTERACCIONES ENVASE-PRODUCTO-MEDIO AMBIENTE
INTERACCIONES ENVASE-PRODUCTO-MEDIO AMBIENTE
4
PELLETS DE MATERIAL PLASTICO
1. POLIMERO: RESINA BASE
2.
COMPONENTES NO
POLIMERICOS
a) RESIDUOS DE POLIMERIZACION
- MONOMEROS
- OLIGOMEROS
- SOLVENTES DE POLIMERIZACION
- EMULSIONANTES
- CATALIZADORES
- AGENTES DE DESCOMPOSICION DE
CATALIZADORES
MATERIAL
PLASTICO
b) ADITIVOS
- AGENTES ANTIBLOQUEO
- AGENTES ANTIESTATICOS
- AGENTES DE EXPANSION
- AGENTES FUNGISTATICOS/BACTERIOSTATICOS
- CARGAS
- LUBRICANTES
- PLASTIFICANTES
- ESTABILIZANTES
- DESMOLDANTES
- PROTECTORES DE ULTRAVIOLETA
- BLANQUEADORES
- COLORANTES
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INTERACCIONES ENVASE PLASTICO-PRODUCTO-MEDIO
AMBIENTE
VIDA UTIL
APTITUD
SANITARIA
ENVASES
RETORNABLES
Y RECICLADOS
MECANISMO DE LOS FENOMENOS DIFUSIVOS
EN MATERIALES PLASTICOS:
LAS SUSTANCIAS QUE DIFUNDEN
A TRAVES DE LOS PLASTICOS, LO
HACEN A TRAVES DE HUECOS
TRANSITORIOS QUE SE FORMAN
EN LAS ZONAS AMORFAS, POR
MOVIMIENTO DE LAS
MACROMOLECULAS
POLIMERICAS.
SE APLICA A:
• PERMEABILIDAD,
• MIGRACION,
• SORCION (MIGRACION NEGATIVA)
• DESORCION (REMIGRACION)
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PERMEABILIDAD A GASES, VAPORES Y AROMAS
• Pérdida de CO2 en botellas plásticas para bebidas gasificadas
• Pérdida de SO2 en vinos
• Vapor de agua: - quemado por congelamiento (freezer burn)
- pérdidas en alimentos frescos
- adsorción en alimentos deshidratados
• Aromas: - pérdidas en especias, pescado.
- adsorción en pan
•Oxígeno: - rancidez oxidativa de grasas y aceites
- alteración de vitaminas como el ácido ascórbico
- modificación de aminoácidos
- modificación de pigmentos: oximioglobina
mioglobina
metamioglobina
- pardeo (browning) enzimático: oxidación de
polifenoles a melanoidinas
- maduración y senescencia de frutas y hortalizas
(atmósfera modificada)
•Nitrógeno: pérdida en envases con atmósfera modificada
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REPRESENTACION ESQUEMATICA DE POSIBLES
VIAS DE PERMEABILIDAD Y PERDIDAS EN UNA
BOTELLA PLASTICA CON TAPA PLASTICA
P: PERMEABILIDAD
DIFUSIVA
L:
LEAKAGE O
PERDIDAS
(FLUJO CONVECTIVO)
PERMEABILIDAD
DEFINICION:
ES EL PASAJE DE GASES, VAPORES Y AROMAS
(PERMEANTES) A TRAVÉS DE LOS MATERIALES PLÁSTICOS,
HACIA ADENTRO O HACIA AFUERA DEL ENVASE. ES UN
FENÓMENO DIFUSIVO.
LA FUERZA IMPULSORA DE LA PERMEABILIDAD ES LA
DIFERENCIA DE PRESIONES PARCIALES DE LOS
PERMEANTES A AMBOS LADOS DE LA MEMBRANA PLASTICA.
ETAPAS:
 DISOLUCION DEL PERMEANTE EN LA CAPA PLASTICA
 DIFUSION DEL PERMEANTE A TRAVES DE LA CAPA
PLASTICA
 DESORCION DEL PERMEANTE AL LLEGAR A LA OTRA CARA
DE LA CAPA PLASTICA.
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INFLUENCIA DEL
ESPESOR EN LA
BARRERA
ln
INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA
P = permeabilidad
Po = permeabilidad de referencia
E = energía de activación
R = constante universal de los gases
Ec. de Arrhenius
T = temperatura absoluta
Svante August Arrhenius
(Suecia, 1859-1927)
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PROPIEDADES DE BARRERA DE FILMS
PLASTICOS,
ESPESOR 25 µm
MATERIAL
Copolímero de etileno vinilalcohol
(EVOH)
Policloruro de vinilideno
(PVDC)(extrusión)
Poliamida aromática (MXD6)
Tereftalato de polietilenglicol (PET)
Poliamida 6 (Nylon 6)
Policloruro de vinilo rígido (PVC)
Polietileno de alta densidad (PEAD)
Poliestireno (PS)
Velocidad de
transmisión
de oxígeno
(cm3/m2.día.atm)
a 23°C
Velocidad de
transmisión
de vapor de agua
(g/m2.día)
38°C,90% H.R.
0.16-1.6*
24-120
1.2-6.0
0.8-3.2
2.4
25
50
20
80*
200
120-160
22-30
2100
6-8
2500-5000
110-160
Polipropileno (PP)
3000
10
Polietileno de baja densidad (PEBD)
7100
16-24
* dependiente de la humedad
Fuente: Pira International
DESARROLLO DE MATERIALES DE ALTA BARRERA
EVOH (es sensible a la humedad). Es cada vez más usado en
estructuras multicapa, como por ejemplo PP/EVOH/PP


PVDC (es sensible al calor)
Nuevas barreras:

PAN (poliacrilonitrilo)
PA MX-D6 (copolímero de la metaxililen diamina y el ácido
adípico). Un material semicristalino; no es tan sensible a la
humedad. Se usa en tapas para bandejas termoprocesables y en
retortable pouch (bolsa plástica esterilizable).


Poliamidas amorfas: PA X-21.
10
Procesos de transformación de plásticos que
aumentan las propiedades de barrera
Coextrusiones: materiales estructurales con materiales de
barrera
Coinyecciones
Laminación con foil de aluminio
Biorientación
Ejemplos: BOPP, BOPET, BOPA
Deposición al vacío de aluminio, óxidos de silicio, carbono
amorfo, óxidos de aluminio.
Ejemplos: PP ó PET metalizados, o recubiertos con óxidos de
silicio. Botellas de PET recubiertas interiormente con C amorfo.
Recubrimientos exteriores de resinas epoxi en botellas de PET
Aplicaciones de la teoría del camino tortuoso (ej.: blends)
FILMS DE ALTA BARRERA
Films metalizados de alta barrera
como alternativa a los laminados con foil de aluminio
PET metalizado
WVTR ~ 0.5 g /m2.día, a 38ºC / 90%HR
O2TR ~ 1 cm3 (CNPT)/ m2.día.atm, a 23ºC y 1 atm
BOPP metalizado
WVTR ~ 0,3 g /m2.día
O2TR ~ 10 cm3 (CNPT)/ m2.día.atm
a 23ºC y 1 atm
11
CO EXTRUSION
-PLANA O CAST → LAMINAS → TERMOFORMADO → potes, bandejas, tapas, vasos, blister.
LAMINAS ESPUMADAS → obleas
→ TERMOFORMADO → bandejas, vasos térmicos para bebidas
hueveras, maples
FILMS → bolsas, films extensibles o stretch
-TUBULAR
(SOPLADO)
METALIZACION (con aluminio) → films metalizados
RECUBRIMIENTOS: PVDC, SiOx, C amorfo, óxido de Al
BIORIENTACION → films biorientados, films termocontraíbles
LAMINACION EN SECO (adhesivos con y sin solvente)
-EXTRUSION COATING → papeles y cartones recubiertos con PE
-EXTRUSION MOLDEO POR COMPRESION ROTACIONAL → tapas y preformas de botellas
-EXTRUSION SOPLADO (EBM) → botellas, frascos, bidones, vinagreras
RECUBRIMIENTOS
-LAMINACION POR CO EXTRUSION → cartones tipo Tetrabrik
CO INYECCION → DIRECTA → tapas, bandejas, potes, vasos, insertos,
preformas, cucharitas para helados, vajilla y cubiertos
SOPLADO (IBM) → botellas, frascos
ESTIRADO Y SOPLADO (ISBM) → botellas, frascos, bidones
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EXTRUSORA
(The Wiley Encyclopedia of Packaging Technology, M. Bakker y
D. Eckroth editores. John Wiley and Sons. Nueva York, 1986).
Feedblock
Cloeren
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SACHET COEXTRUDADO PE/PE PARA LACTEOS
DE VIDA UTIL CORTA
BOLSAS PLASTICAS
TERMOCONTRAIBLES COEXTRUDADAS
PARA VACIO CON CAPA DE BARRERA
(EVA/PVDC/EVA)
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BANDEJAS COEXTRUDADAS
TERMOFORMADAS PARA
COMIDAS PREPARADAS
ESTERILIZADAS.
COEXTRUSION PLANA PARA FONDO DE
BANDEJAS TERMOFORMADAS PARA
COMIDAS PREPARADAS
ESTERILIZADAS:
Polipropileno
Adhesivo de coextrusión
EVOH
Adhesivo de coextrusión
Polipropileno
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MAP
(Modified Atmosphere Packaging)
La tecnología consiste en evacuar
el aire del envase, reemplazándolo
por una mezcla de gases. En este
ejemplo, altas concentraciones de
oxígeno (70%) mantienen el
pigmento rojo de las carnes en
estado de oximioglobina, color
rojo cereza; 20% de dióxido de
carbono como fungistático y
bacteriostático; 10% de nitrógeno
para completar volumen.
Con refrigeración, se logra un
aumento considerable de la vida
útil (shelf-life) del producto.
Envasado aséptico de leche UHT en botella coextrudada.
Botellas de PEAD/adh coex/EVOH/adh coex/PEAD obtenidas por
coextrusión-soplado, para aumentar barrera y la vida útil del
producto. En el envasado aséptico, el alimento no se trata
térmicamente dentro del envase, sino que se esteriliza en otro
equipo, y se envasa en forma estéril en un envase estéril.
16
Botellas multicapa con barrera para jugos y
cervezas obtenidas por co-inyección – estirado –
soplado
(co-injection stretch blow moulding)
•LAMINACION CON ADHESIVO SECO: se aplica el
adhesivo al primer sustrato, se seca y se une al segundo
sustrato (plásticos y foil de Al).
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ENVASES FLEXIBLES: ESTRUCTURAS
MATERIALES LAMINADOS: 3 CAPAS
POLIESTER
TINTAS
ADHESIVO
BOPP METALIZADO
ADHESIVO
POLIETILENO
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POUCH
LAMINADO
PET/foil Al/PE
(sachet no
esterilizable)
18
PET/foil Al/PP
Conservas de atún (Argentina)
(sachet esterilizable o retortable pouch)
BOLSAS FLEXIBLES
ESTERILIZABLES
(RETORTABLE POUCHES)
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LAMINACION POR EXTRUSION
ENVASES ASEPTICOS
Envase Tetrabrik® de
Tetrapak ®
•tapa recap (PP)
•cuerpo (ext. a int.):
PE/tinta/cartulina/PE/
/foil Al/PE/PE
No se realiza
tratamiento térmico
del producto dentro
del envase.
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ENVASADO ASEPTICO DE LECHE
LOS TRES PRINCIPIOS BASICOS DE LA APTITUD
SANITARIA DE ENVASES Y MATERIALES EN
CONTACTO CON ALIMENTOS (Food Contact Materials)
(FCM)
LOS ENVASES Y MATERIALES NO DEBEN CEDER
SUSTANCIAS A LOS ALIMENTOS EN
CANTIDADES QUE:
SEAN UN RIESGO PARA LA SALUD DEL
CONSUMIDOR;
MODIFIQUEN LA COMPOSICION DE LOS
ALIMENTOS EN FORMA INACEPTABLE;
MODIFIQUEN LOS CARACTERES
SENSORIALES DE LOS ALIMENTOS EN FORMA
INACEPTABLE.
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APTITUD SANITARIA DE ENVASES PLASTICOS PARA
ALIMENTOS
AS = LP x LMT x LME x LC x CS
AS: APTITUD SANITARIA
LP: INCLUSION EN LISTAS POSITIVAS DE RESINAS Y
ADITIVOS
LMT: CUMPLIMIENTO DEL LIMITE DE MIGRACION
TOTAL
LME: CUMPLIMIENTO DEL LIMITE O DE LOS LIMITES
DE MIGRACION ESPECIFICA
LC: CUMPLIMIENTO DEL LIMITE O DE LOS LIMITES
DE COMPOSICION DE COMPONENTES
CS: INVARIABILIDAD DE LOS CARACTERES SENSORIALES
DE LOS ALIMENTOS ENVASADOS
EFECTOS DE LA MIGRACION
 APORTE DE CONTAMINANTES
- REGULADOS POR LEGISLACION
- NO REGULADOS POR LEGISLACION
(Non listed substances)
(Non intentionally added substances:
NIAS)
- MODIFICADORES DE CARACTERES
SENSORIALES
 APORTE DE SUSTANCIAS BENEFICAS:
sistemas de liberación controlada de
drogas; sistemas de envasado activo con
migración de compuestos antimicrobianos,
antioxidantes, etc., al alimento.
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MECANISMO DE LA
MIGRACION
MATERIAL
PLASTICO
FACTORES QUE INFLUYEN EN LA MIGRACION DE
COMPONENTES NO POLIMERICOS DE
MATERIALES PLASTICOS
NATURALEZA FISICOQUIMICA Y CONCENTRACION DE
COMPONENTES NO POLIMERICOS
CONDICIONES DE TIEMPO Y TEMPERATURA
PROPIEDADES ESTRUCTURALES DEL PLASTICO
TIPO Y CANTIDAD DE SIMULANTE
ESPESOR DEL MATERIAL PLASTICO
UNIDADES
MIGRACION


mg/dm2
ppm; mg/kg
simulante
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ESQUEMA GENERAL DE MIGRACION EN
ENVASES
MIGRANTES
GASES
MOVIENDOSE EN UN
SUSTRATO
ETILENO
CLORURO DE
VINILO
IONES
POLIETILENO
PVC
Na+, K+
VIDRIO
Pb, Cd
CERAMICA
Sn 2+
HOJALATA
Cr 3+
TFS (ECCS)
ACERO INOXIDABLE
Al 3+
ALUMINIO
LIQUIDOS O SOLIDOS
DE BAJO
PLASTICOS
PESO MOLECULAR
BARNICES
ELASTOMEROS
PAPELES
CELOFAN
PROYECTO DE INVESTIGACION PRECOMPETITIVA
XI.7 DEL CYTED (PROGRAMA IBEROAMERICANO
DE CIENCIA Y TECNOLOGIA PARA EL DESARROLLO)
“IMPACTO DE LA MIGRACION DE COMPONENTES Y
RESIDUOS DE ENVASES EN LA CALIDAD Y SALUBRIDAD DE
LOS ALIMENTOS ENVASADOS Y SU INCIDENCIA EN LA
COMERCIALIZACION”.
1997-2001
Coordinador Internacional: Dr. Ramón
Catalá (IATA-Valencia, España).
Coordinador en Argentina: M.S. Ing.
Alejandro Ariosti
•INSTITUCIONES PARTICIPANTES DE LOS SIGUIENTES
PAISES: ARGENTINA, BRASIL, CHILE,
CUBA, ESPAÑA Y MEXICO.
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Publicado por
el Instituto de
Agroquímica
y Tecnología
de Alimentos
(IATA),
Valencia,
España, 2002.
INVARIABILIDAD DE LOS CARACTERES
SENSORIALES DE LOS ALIMENTOS
ENVASADOS
EL ENVASE NO DEBE DEGRADAR LOS
CARACTERES SENSORIALES DE LOS ALIMENTOS
(TAINTS).
SE PRODUCEN PROBLEMAS SANITARIOS,
COMERCIALES Y LEGALES.
SE GENERAN RECLAMOS DEL CLIENTE,
PERDIDAS DE VENTAS, PERDIDAS DE
EXPORTACIONES, ETC.
LAS CAUSAS DE TAINTS SE ANALIZAN POR
TECNICAS INSTRUMENTALES (GC, GC/MS),
ANALISIS SENSORIAL Y METODOS COMBINADOS
(OLFATOMETRIA).
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Programas de evaluación sensorial
ANALISIS SENSORIAL MODERNO
OLFATOMETRIA
(OLFACTOMETRY)
Señal cromatográfica (GC/MS) combinada con análisis
sensorial.
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DEFINICIONES SEGÚN NORMAS ISO 13302-2003 E
IRAM 20021-2004:
TAINTS: olores y flavours desagradables impartidos al
alimento por fuentes externas al mismo.
OFF-FLAVOURS: olores y flavours desagradables
impartidos al alimento por deterioro propio del mismo.
Umbral de percepción: es la mínima intensidad física de
un estímulo que indica al ser humano un cambio
sensorial en el alimento.
Umbral de reconocimiento: es la mínima intensidad
física de un estímulo que permite la identificación de la
sustancia que causa un cambio sensorial en el alimento,
por parte de un panelista entrenado en análisis sensorial.
PRINCIPALES FUENTES DE OLORES Y
SABORES INDESEABLES (TAINTS)
DEBIDOS A ENVASES PLASTICOS
SOLVENTES ORGANICOS USADOS EN TINTAS,
ADHESIVOS Y COATINGS Y SUS IMPUREZAS (p.ej.:
TOLUENO, CETONAS, ACETATO DE ETILO, ETC.)
MONOMEROS (p.ej.: ESTIRENO)
COMPONENTES NO POLIMERICOS (RESTOS DE
AGENTES DE POLIMERIZACION Y ADITIVOS Y
SUS IMPUREZAS)
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PRINCIPALES FUENTES DE OLORES Y
SABORES INDESEABLES (TAINTS) DEBIDOS
A ENVASES PLASTICOS (CONT.)
TERMO-OXIDACION DE POLIMEROS POR
SOBRECALENTAMIENTO DURANTE SU
TRANSFORMACION (p. ej.: ACETALDEHIDO
EN PET).
FOTO-OXIDACION DE POLIMEROS
EXPUESTOS AL SOL (p. ej.: BUTIL VINIL
CETONA EN PEBD).
BONOS, PREMIOS, CUPONES Y FIGURITAS
IMPRESOS, JUGUETES PLASTICOS
PINTADOS, EN CONTACTO CON EL
ALIMENTO.
SORCION O MIGRACION NEGATIVA
ES LA TRANSFERENCIA DE COMPONENTES DEL
MEDIO DE CONTACTO CON EL PLASTICO HACIA EL
INTERIOR DEL MISMO.
ES UN FENOMENO DIFUSIVO.
SI LAS SUSTANCIAS ESTAN EN SOLUCION DILUIDA
EN EL MEDIO EN CONTACTO, LA MIGRACION
NEGATIVA SE DENOMINA SCALPING.
SI LAS SUSTANCIAS QUE HAN DIFUNDIDO SON
COMPONENTES MAYORES DEL MEDIO DE CONTACTO
(AGUA, GRASA, ACEITE, ETC.), LA MIGRACION NEGATIVA
SE DENOMINA SWELLING (HINCHAMIENTO).
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SORCION O MIGRACION NEGATIVA
FENOMENO MUY IMPORTANTE, QUE JUSTIFICA LA
PROHIBICION GENERAL DE REUSO DE PLASTICOS EN
CONTACTO CON ALIMENTOS, Y DEBE SER TENIDO EN
CUENTA EN ENVASES PLASTICOS RETORNABLES Y
RECICLADOS.
1. Botellas de PET
retornables
2. Botellas de PET reciclado
multicapa con barrera
funcional
3. Botellas de PET
reciclado monocapa
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ROTULACION
BOTELLAS RETORNABLES DE PET PARA GASEOSAS
BOTELLA DE GASEOSA MONOCAPA FABRICADA CON
PET-PCR EN ARGENTINA
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