Usos del nitrogen en la indústria alimentària

El nitrogen és el gas més abundant a l'atmosfera de la Terra: representa aproximadament el 78% de l'aire que respirem. En la indústria alimentària, precisament la propietat que el fa inert en la natura — no reacciona pràcticament amb res a temperatura ambient — és la que el converteix en el gas de treball més utilitzat per a la conservació, l'envasament i el transport d'aliments.

Però no tot el nitrogen és apte per a l'ús alimentari. El gas que entra en contacte amb els aliments, directament o indirectament, està regulat com a additiu i ha de complir requisits específics de pureza i traçabilitat. Comprendre aquests requisits és el punt de partida per a qualsevol planta que vulgui optimitzar l'ús del gas o avaluar si té sentit generar-lo in situ per a la seva instal·lació.

Per què és el nitrogen el gas escollit a la indústria alimentària?

El principal enemic de la qualitat dels aliments durant el processament, l'envasament i l'emmagatzematge és l'oxigen. La presència d'O₂ accelera tres tipus de deteriorament que escurcen la vida útil dels productes: l'oxidació lipídica, que fa que els greixos es torni rancis; el creixement de microorganismes aerobis; i les reaccions de bruniment enzimàtiques en fruita i verdura.

El nitrogen desplaça l'oxigen. Com que és més dens que l'aire i completament inert en les condicions de temperatura i pressió en què opera la indústria alimentària, es pot introduir en un envàs, un dipòsit o una cambra d'emmagatzematge per crear una atmosfera en la qual l'oxigen és absent o es controla per sota d'un llindar definit. El resultat és una pròrroga de la vida útil del producte sense necessitat d'afegir conservants químics.

Nitrògen com a additiu alimentari, codi E-941

Segons la normativa europea, el nitrogen apte per a l'alimentació es classifica com a additiu amb el codi E-941 al Reglament (CE) núm. 1333/2008 sobre additius alimentaris. Juntament amb el CO₂ (E-290) i l'argó (E-938), forma el grup de gasos d'envasat permesos per al contacte amb els aliments.

El fet que sigui un additiu alimentari té implicacions pràctiques per a qualsevol planta que utilitzi nitrogen en el seu procés. El gas ha de complir uns requisits de qualitat definits, el sistema de subministrament s'ha de documentar i l'ús del gas s'ha de registrar en el sistema de traçabilitat del producte.

Quan el nitrogen es genera in situ mitjançant un generador PSA, aquests requisits de documentació no desapareixen. Simplement es traslladen del certificat d'anàlisi del proveïdor de bomboles al sistema de control i monitoratge de l'equip del generador.

Principals aplicacions del nitrogen a la indústria alimentària

Envasat en atmosfera modificada

Aquesta és l'aplicació més estesa i la que consumeix el volum més gran de nitrogen del sector. L'envasament en atmosfera modificada (EAM) consisteix a substituir l'aire de l'interior del recipient per una mescla de gasos controlada abans de segellar-lo. En la majoria d'aplicacions, aquesta mescla inclou nitrogen i CO₂ en proporcions que varien segons el tipus de producte.

El nitrogen té un paper dual en l'MAP: d'una banda, desplaça l'oxigen, la qual cosa redueix l'oxidació i el creixement microbià aerobi; d'altra banda, actua com a gas d'ompliment que manté el volum de l'embalatge i evita que es col·lapsi quan el CO₂ és parcialment absorbit pel producte. Sense nitrogen, molts envasos de plàstic acabarien aixafats a causa de la pèrdua de pressió interna.

Els sectors on s'utilitza més àmpliament l'MAP són la indústria càrnia (bistecs, salsitxes, hamburgueses), la fleca industrial (pa de tallar, pastissos), el sector lacti (formatge a làmines), els aperitius i els fruits secs, i els plats preparats refrigerats.

Conservació en una atmosfera inert

Més enllà de l'envasat individual, el nitrogen s'utilitza per crear atmosferes de conservació en silos de gra, tinars d'oli d'oliva, dipòsits de vi i de most, i cambres d'emmagatzematge per a fruita i verdura de llarga durada, com ara pomes o peres.

En el cas de l'oli d'oliva, cobrir-lo amb nitrogen durant l'emmagatzematge en dipòsits és una pràctica habitual a les molines i embotelladores que volen preservar la qualitat de l'oli des de l'extracció fins a l'envasament final. L'oli emmagatzemat sense protecció de gas inert oxida els seus compostos fenòlics —que són responsables de les seves propietats organolèptiques i nutricionals— molt més ràpidament que l'oli conservat sota nitrogen.

Purga de línies i dipòsits abans de l'ompliment

Abans d'introduir el producte en una línia d'ompliment o un dipòsit d'emmagatzematge, el purgat amb nitrogen elimina l'oxigen i la humitat residuals de l'interior. Aquesta operació és especialment important en les indústries de l'oli, el vi i el suc, i per a qualsevol producte sensible a l'oxidació, així com en les línies d'ompliment asèptiques, on la qualitat de l'atmosfera de gas en el moment de l'ompliment afecta directament l'esterilitat del producte.

Transport pneumàtic d'ingredients sensibles

En instal·lacions que manipulen pols i grànuls d'aliments —farina, sucre, espècies, llet en pols, cacau—, el nitrogen pot substituir l'aire comprimit com a gas de transport pneumàtic quan el producte és sensible a l'oxidació o quan la concentració de pols a l'aire crea un risc d'explosió. En aquestes instal·lacions, els compressors d'aire convencionals s'eliminen del circuit de transport i el nitrogen assumeix aquesta funció de manera segura.

Quina puresa es requereix per al nitrogen d'ús alimentari

No existeix una única especificació de puresa per al nitrogen apte per a l'alimentació. El requisit depèn de l'aplicació i del nivell de contacte entre el gas i el producte.

Per a l'envasament amb atmosfera modificada (MAP) en els sectors de la carn i els lactis, la puresa estàndard és d'entre el 99,0 % i el 99,5 % d'N₂. Per a cobrir oli o vi en dipòsits, el 99,0 % sol ser suficient. Per a les operacions de purgat de línia on el gas no entra en contacte directe amb el producte, pureses del 97,0 % o inferiors poden ser acceptables.

El factor que més afecta la qualitat del nitrogen de qualitat alimentària no és la puresa en si mateixa, sinó l'absència de contaminants específics: la humitat, les partícules i, sobretot, les traces d'hidrocarburs. El nitrogen amb una puresa del 99,0 % és més adequat per a l'ús alimentari que el nitrogen amb una puresa del 99,5 % que contingui traces d'oli mineral.

Com es produeix internament el nitrogen apte per a l'alimentació

Hi ha dues maneres d'obtenir nitrogen d'alimentació en una planta de producció: subministrament extern en cilindres o en un dipòsit criogènic, i generació pròpia mitjançant un sistema PSA (adsorció per oscil·lació de pressió).

Subministrament extern — El nitrogen arriba a la planta en cilindres d'alta pressió o en un dipòsit criogènic subministrat per un proveïdor de gasos industrials. El gas està certificat i és llest per a l'ús, però això implica una gestió logística contínua, costos de lloguer d'equipament i dependència del calendari de lliuraments del proveïdor.

Generació in situ amb PSA — Un generador PSA produeix nitrogen directament a partir de l'aire comprimit disponible a la instal·lació. El procés separa el nitrogen de l'oxigen i altres components de l'aire mitjançant un tamís molecular de carboni (TMC) en un cicle d'adsorció que alterna entre dues torres. El gas es produeix de manera contínua, amb la puresa especificada, sense necessitat d'emmagatzematge de gas a alta pressió.

Perquè el nitrogen produït per un generador PSA sigui apte per a l'ús alimentari, l'aire comprimit d'entrada ha de ser net i sec quan entra al sistema. Els compressors d'aire que alimenten el generador han d'estar equipats amb un conjunt de filtració que inclogui, com a mínim, un filtre coalescent, un dessecador i un filtre de carbó actiu per retenir els vapors residuals d'hidrocarburs. Sense aquest filtre de carbó actiu, les traces d'oli del compressor poden arribar al tamís molecular i contaminar de manera irreversible el gas produït.

Si la vostra planta està considerant la generació de nitrogen in situ per a ús alimentari, a la pàgina dels generadors de nitrogen de qualitat alimentària trobareu especificacions de pureza per aplicació, requisits del sistema de filtració i una anàlisi de retorn de la inversió en comparació amb el subministrament extern.

Traçabilitat del nitrogen de qualitat alimentària en una auditoria

Una de les preguntes recurrents en les plantes que treballen amb nitrogen E-941 és com documentar el gas quan es produeix internament. Amb subministrament extern, la traçabilitat és senzilla: el proveïdor proporciona un certificat d'anàlisi amb cada lot de bombones o cada lliurament de dipòsit criogènic. Aquest document s'introdueix al sistema de gestió de proveïdors i s'arxiva juntament amb la traçabilitat del producte fabricat aquell dia.

En un sistema de generació intern, aquesta traçabilitat s'estableix de manera diferent. El generador està equipat amb un analitzador de pureza que registra contínuament la concentració d'O₂ a la línia de sortida. Aquest registre —amb horetjat i emmagatzemat de manera contínua— és l'equivalent funcional del certificat d'anàlisi del proveïdor extern. En una auditoria de qualitat, les dades de l'analitzador demostren que el gas utilitzat en la producció complia l'especificació en el moment de l'ompliment.

És per això que un sistema de monitoratge continu no és un extra opcional en una instal·lació de generació de nitrogen de qualitat alimentària. És l'eina que permet que el procés sigui auditable.

Preguntes freqüents sobre el nitrogen d'grau alimentari

El nitrogen d'un generador PSA té la mateixa qualitat que el nitrogen envasat?

Des d'un punt de vista químic, el nitrogen produït per un PSA és el mateix gas que el subministrat en cilindres: N₂ amb la puresa especificada. La diferència rau en la manera com es certifica aquesta puresa. En el cas de subministrament extern, el fabricant de gas emet un certificat d'anàlisi. En la generació pròpia, l'analitzador de pureza de l'equip registra contínuament la qualitat del gas produït. Ambdues formes de documentació són vàlides en una auditoria alimentària sempre que s'implementin correctament.

Es pot utilitzar nitrogen industrial per a envasos d'aliments?

No directament. El nitrogen industrial no compleix els requisits de puresa ni disposa de la documentació de traçabilitat necessària per al contacte amb aliments. Per a l'ús alimentari, el nitrogen s'ha de classificar com a E-941 i el sistema de subministrament s'ha de documentar d'acord amb els requisits del sistema de gestió de qualitat alimentària aplicable (IFS, BRC, FSSC 22000 o altres).

Quanta nitrogen consumeix una línia d'envasament MAP?

Depèn del tipus d'envasament, del rendiment de la línia i de l'eficiència del sistema d'injecció de gas. Com a orientació general, una línia d'envasament MAP de capacitat mitjana per a productes de carn pot consumir entre 5 i 20 Nm³ de nitrogen per hora. Per dimensionar correctament un generador, cal conèixer el consum real de la instal·lació, no només el cabal nominal de la màquina d'envasar.

El nitrogen afecta el gust o l'olor del producte envasat?

No. El nitrogen és un gas completament inert i inodor. No interactua amb els components dels aliments ni altera les seves propietats organolèptiques. Precisament, és aquesta neutralitat la que el converteix en el gas d'envasament més utilitzat a la indústria alimentària.

{
"@context": "https://schema.org",
"@type": "FAQPage",
"mainEntity": [
{
"@type": "Question",
"name": "¿El nitrógeno de un generador PSA tiene la misma calidad que el nitrógeno de botella?",
"acceptedAnswer": {
"@type": "Answer",
"text": "Desde el punto de vista químico, el nitrógeno producido por PSA es el mismo gas que el suministrado en botella: N₂ a la pureza especificada. La diferencia está en cómo se certifica esa pureza. En el suministro externo el fabricante de gases emite un certificado de análisis. En la generación propia, el analizador de pureza del equipo registra la calidad del gas producido de forma continua. Ambas formas de documentación son válidas en una auditoría alimentaria siempre que estén correctamente implementadas."
}
},
{
"@type": "Question",
"name": "¿Puede usarse nitrógeno industrial para envasado alimentario?",
"acceptedAnswer": {
"@type": "Answer",
"text": "No directamente. El nitrógeno industrial no tiene los requisitos de pureza ni la documentación de trazabilidad exigidos para contacto con alimentos. Para uso alimentario el nitrógeno debe estar catalogado como E-941 y el sistema de suministro debe estar documentado conforme a los requisitos del sistema de gestión de calidad alimentaria aplicable (IFS, BRC, FSSC 22000 u otros)."
}
},
{
"@type": "Question",
"name": "¿Cuánto nitrógeno consume una línea de envasado MAP?",
"acceptedAnswer": {
"@type": "Answer",
"text": "Depende del tipo de envase, del caudal de la línea y de la eficiencia del sistema de inyección de gas. Como referencia general, una línea de envasado MAP para productos cárnicos de mediana capacidad puede consumir entre 5 y 20 Nm³ de nitrógeno por hora."
}
},
{
"@type": "Question",
"name": "¿El nitrógeno afecta al sabor o al olor del producto envasado?",
"acceptedAnswer": {
"@type": "Answer",
"text": "No. El nitrógeno es un gas completamente inerte e inodoro. No interacciona con los componentes del alimento ni altera sus propiedades organolépticas. Es precisamente esa neutralidad la que lo convierte en el gas de envasado más utilizado en la industria alimentaria."
}
}
]
}