Capsule in Alluminio: Guida per i Professionisti del Confezionamento del Caffè

Capsule di caffè in alluminio: ciò che ogni professionista del packaging deve sapere

Oggi le capsule in alluminio rappresentano una delle porzioni in più rapida crescita del mercato del caffè monodose. Per gli ingegneri di processo e di imballaggio e gli acquirenti che devono affrontare compromessi di progettazione e confronti di qualità, conoscere le ragioni tecniche per cui viene scelto un determinato materiale della capsula, layout della linea e standard di qualità è fondamentale: questa è la conoscenza di base minima. Questa panoramica delle composizioni delle leghe, del processo di produzione, dei punti di controllo della soglia di qualità, della compatibilità e della realtà delle carenze di riciclaggio che tutti i marchi e i co-packer devono affrontare è destinata a fungere da riferimento.

Cosa sono le capsule di alluminio e perché dominano il mercato del caffè?

Le capsule di alluminio sono formate da fogli di alluminio indurito mediante un processo di imbutitura profonda, posizionando il prodotto sostanzialmente in linea con la tradizionale produzione di corpi di lattine in metallo. Le capsule sono sigillate ermeticamente con un coperchio in alluminio sotto flusso di azoto per fornire condizioni omeostatiche per la durata di conservazione e di conservazione.

Ciò che costituisce una capsula di alluminio per l'utente industriale ha una definizione relativamente ristretta: una tazza per l'estrazione formata da un foglio di alluminio laccato, piatto e sigillata con un coperchio in foglio di alluminio. I baccelli di plastica sono generalmente realizzati con una pellicola barriera multistrato, mentre l'alluminio si affida alle proprietà barriera intrinseche della struttura cellulare.

I gradi standard utilizzati sono 8011-O e 8079-O, regolamentati da DIN EN 602:2004 e DIN EN 573-3:2013 rispettivamente. I mercati sensibili ai costi possono specificare il foglio #1100, tuttavia presenta una ridotta duttilità dell'alluminio e generalmente avrebbe uno spessore maggiore per compensare. Si prevede che gli spessori siano di 60 – 120 m con le tipiche capsule Nespresso (linea originale) più nell'intervallo di spessore 80 – 100 m, offrendo resistenza e perforabilità ottimali.

Le dimensioni standard di una capsula Nespresso Original Line sono: diametro interno superiore di 30 mm, diametro esterno superiore di 37 mm (questo è il bordo della flangia), diametro inferiore di 24 mm, altezza della capsula di 29 mm e peso della capsula vuota di 1 g. Le variazioni per gli originali compatibili con Nespresso o equivalenti devono essere quantificate per garantire una qualità della birra accettabile senza problemi irrisolti di prestazione del percorso di alimentazione.

Perché considerare l’uso dell’alluminio per le capsule di caffè premium? I tre fattori principali per gli ingegneri del packaging:

• Barriera a tre percorsi potenziali primari. L'ossigeno, la luce e l'umidità (che asportano l'umidità dal caffè macinato) possono essere bloccati dall'alluminio, garantendo sia la freschezza che la preservazione dell'aroma, senza la necessità di impiegare strati barriera aggiuntivi sulla lamina o sul sigillo della lamina per prevenirne il degrado.
• Penetrazione costante della pressione durante l'estrazione. Poiché l'acqua calda erogata nella capsula attraverso l'esclusivo sistema ad alta pressione Nespresso penetra con una distribuzione accurata del flusso e della pressione, è possibile generare un profilo di estrazione nella tazza che produce ripetutamente uno strato di crema simile a una crema pasticcera... un segnale sensoriale chiave per poter identificare un espresso o una miscela di lusso di qualità.
• Collaborare al fine vita come punto di visione del marchio. La storia del riciclaggio, spesso offuscata o complicata da termini impropri da parte dei consumatori riguardo a ciò che è riciclabile, significa che l’alluminio rappresenta un contributo positivo e in alcuni casi l’opzione di alluminio riciclabile più convincente per i marchi di caffè lungimiranti.

Come vengono realizzate le capsule in alluminio: dalla bobina alla capsula sigillata

La produzione di capsule in alluminio segue un ordine sequenziale con impatti diretti sui punti critici di controllo della qualità come; barriera, impilamento macchina e uscita estrazione.

1. Taglio e tranciatura della bobina

1. Processo di produzione:

Il primo passo è la produzione di bobine di alluminio nel grado di lega specificato (normalmente 8011-0). Il materiale in bobina viene tagliato alla larghezza del nastro richiesta e tranciato in pezzi piatti, circolari o sagomati. L'ispezione del materiale in entrata in questa fase conferma lo spessore uniforme su tutta la larghezza del coil; differenze superiori a 5 m possono portare a difficoltà di formatura a valle.

2. Imbutitura profonda e stampaggio

Gli sbozzati piatti vengono tirati attraverso una serie di presse progressive per imbutitura profonda che formano la forma della tazza della capsula. L'alluminio viene estratto da una lamina piatta laccata nella sua geometria affusolata finale in uno o più tratti. Gli utensili dello stampo devono essere mantenuti entro tolleranze strette: un anello di trafilatura non affilato provoca un assottigliamento delle pareti che compromette la resistenza delle pareti laterali della capsula e provoca perdite stenopeiche.

3. Rivestimento laccato interno per uso alimentare

Una lacca adatta al contatto alimentare, normalmente epossifenolica o a base di PET, riveste la superficie interna. La vernice impedisce qualsiasi contatto diretto con il caffè tostato e l'alluminio nudo e fornisce una superficie di tenuta più liscia per la pellicola del coperchio. Per verificare l'integrità del rivestimento viene utilizzato un test al solfato di rame: l'eventuale alluminio esposto scurisce a contatto con la soluzione.

4. Lavaggio con azoto

Prima del dosaggio del caffè, la cavità della capsula viene lavata con azoto (purezza del 99,9% N). Lo spostamento dell'ossigeno residuo all'interno della cialda crea quindi l'atmosfera modificata che protegge il caffè tostato dal deterioramento ossidativo. Gli obiettivi di ossigeno residuo sono normalmente inferiori al 2% dopo la sigillatura.

5. Dosaggio del caffè macinato

I chicchi di caffè tostato macinato vengono dosati in ciascuna capsula tramite dosatrici volumetriche o gravimetriche. Le tolleranze sul peso di riempimento dipendono dalla macchina e dal prodotto, ma la coerenza in questa fase garantisce un'estrazione uniforme, una buona qualità della tazza e la soddisfazione del consumatore. Anche i sacchetti in eccesso possono causare la contaminazione delle guarnizioni con particelle di caffè sulla flangia o miscele deboli e acquose.

6. Copertura in alluminio e termosaldatura

Le capsule sono chiuse con un coperchio in foglio di alluminio, termosaldato alla flangia. Questa barriera ermetica conserva il prodotto e ne preserva la freschezza.

Se si desidera un'operazione chiavi in ​​mano, l'utilizzo di apparecchiature che coprano sia il processo di formatura che quello di sigillatura delle capsule potrebbe modernizzare la linea di produzione con quella dei produttori di capsule non di plastica.

Capsule di caffè in alluminio e plastica: un confronto tra le linee di imballaggio

L’alluminio rispetto alla plastica è molto più che una semplice preferenza materiale o vantaggi ecologici percepiti. Per gli operatori delle linee di confezionamento, influenza la qualità delle barriere, le sfide relative alla durata di conservazione, la disposizione e i costi dei beni strumentali, l'economia delle unità assemblate e il marketing a fine vita. Leggi di seguito gli aspetti misurabili dei due:

Le capsule in alluminio possono essere del 15-30% più costose in termini di peso rispetto alla plastica stampata a iniezione. Per i marchi di qualità superiore che cercano di promuovere una barriera e un messaggio ambientale, questo delta di prezzo può essere giustificato. Per il marchio del distributore di fascia bassa e con volumi elevati, tuttavia, le capsule compatibili con la plastica possono rappresentare una proposta economica più interessante per ora, anche se ciò potrebbe essere influenzato dalla nuova legislazione UE sugli imballaggi.

Parametri di controllo qualità per capsule di caffè in alluminio

Una capsula di bell'aspetto può ancora andare storta sul campo. Programmi di controllo qualità di buona qualità per le capsule di caffè in alluminio testano ogni fase, dal materiale in entrata al prodotto finale confezionato. Ecco una pratica lista di controllo utilizzata dai produttori di capsule più affermati.

• ✔ Verifica dello spessore del coil in entrata (tolleranza ±5 μm)
• ✔ Coerenza della profondità di disegno in tutte le cavità
• ✔ Integrità del rivestimento della vernice (test spot al solfato di rame)
• ✔ Test di resistenza alla pelatura delle guarnizioni (intervallo target 8-15 N)
• ✔ Precisione dimensionale per la compatibilità della macchina originale
• ✔ Stazioni di controllo peso (verifica gravimetrica del riempimento)
• ✔ Rilevamento delle perdite (metodo con decadimento della pressione o immersione in acqua)
• ✔ Test dell'ossigeno residuo (<Obiettivo del 2% dopo il sigillo)

Limiti di sicurezza alimentare e migrazione

Un’altra crescente preoccupazione dei consumatori – la migrazione dell’alluminio nel caffè – è già stata direttamente studiata da dati sottoposti a revisione paritaria. Un articolo del 2020 pubblicato tramite il National Institutes of Health ha valutato i livelli di alluminio nel caffè preparato in capsule (18,26 ± 6,01 g/L). In confronto, si tratta di una cifra molto inferiore a quella del caffè moka (72,57 – 23,96 g/l) e solo una frazione davvero piccola della quantità settimanale integralmente tollerabile dall’EFSA.

Su base normativa, le capsule in alluminio per il contatto con il caffè sono soggette alla regolamentazione FDA 21 CFR 175.300 (rivestimenti per superfici a contatto con gli alimenti) e Regolamento UE 1935/2004 (materiali destinati al contatto con gli alimenti). I limiti di migrazione raggiungono i 60 mg/kg secondo le norme dell’UE. I modelli di conformità UE si basano sui rivestimenti laccati interni e i residui del caffè tostato (una volta che i rivestimenti sono intatti) non aumentano i valori di migrazione oltre il limite.

Per i marchi destinati ai bevitori di caffè espresso, questi risultati rappresentano significative opportunità di marketing. È stato dimostrato che il caffè preparato in capsule espone i consumatori a meno alluminio rispetto ai tradizionali sistemi di erogazione da piano cottura: un importante punto di sicurezza da menzionare nelle informazioni sul prodotto e sui materiali di imballaggio per le macchine da linea del produttore originale.

Considerazioni sulla compatibilità delle capsule e sul profilo di tostatura

Le macchine Nespresso Original Line sono di gran lunga la piattaforma domestica con il maggior numero di capsule di caffè in alluminio. Se si utilizza una macchina Nespresso di terze parti, è necessario che rispetti i parametri delle capsule originali prodotte: l'altezza di ciascuna capsula deve essere vicina a 29 mm, il diametro esterno del bordo superiore deve essere molto vicino a 37 mm e l'angolo di orientamento deve garantire una buona posizione nella camera di infusione.

Dal punto di vista compositivo, il profilo della birra interagisce anche con il design della capsula in un modo che gli ingegneri del pacchetto devono apprezzare. Le tostature più scure del caffè espresso italiano, in particolare le miscele di caffè dalla tostatura scura, emetteranno significativamente più emissioni di CO2 dopo il tempo di tostatura, confezionamento e sigillatura che può esercitare pressione interna sulla capsula. Ciò non è inaspettato, ma deve essere integrato nelle specifiche di resistenza alla sigillatura: se la resistenza alla pelatura è al livello inferiore dell'intervallo 8-15N, un cocktail di tostatura scura fortemente degasante può causare la rottura della sigillatura.

Le miscele più leggere di caffè arabica lungo portano alcune altre considerazioni. Le impostazioni di macinatura devono spesso essere un po' più grossolane rispetto a quelle dell'espresso e anche i pesi di riempimento potrebbero dover essere leggermente elevati per raggiungere i parametri di erogazione. Nel caso delle capsule stile Nespresso, la dose lunga è di circa 6-7 g di caffè rispetto allo standard di 5-5,5 g per un espresso.

Ciò comporta una serie di considerazioni diverse sulla calibrazione del dosaggio e sul trattamento dello spazio di testa attorno al flusso di azoto.

L'introduzione delle confezioni varietate, ovvero combinazioni di profili multi-tostatura in un'unica confezione per la vendita al dettaglio, è un segmento di mercato sempre più popolare. Dal punto di vista della logistica di produzione, le confezioni varietali comportano notevoli esigenze di cambio formato poiché le confezioni possono contenere fino a dodici gusti diversi, richiedendo una serie di attrezzature per il cambio formato o linee di riempimento parallele. I produttori di capsule che rappresentano l'intera gamma di colpi di profilo, dalle miscele Arabica leggere agli espressi italiani sabbiati neri, devono abbinare una profonda flessibilità al suo macchinario integrale, in grado di riempire con qualsiasi macinatura, peso, senza problemi, senza perdita di efficienza a lungo termine.

La linea Keurig K-Cup, comparativamente, rimane ancora una macchina piuttosto plastica e utilizza un plug-in di estrazione completamente diverso, quindi l'interoperabilità multipiattaforma tra le cialde Nespresso e Keurig non è un fattore per le cialde in alluminio.

Avere un affermato produttore di apparecchiature per capsule come AFPAK che ti aiuta a progettare la tua linea di riempimento significa che puoi ospitare più profili di tostatura e cialde compatibili ad alte velocità, offrendo caffè di qualità costante durante i cicli di produzione.

Sostenibilità e riciclabilità: il business case per l’alluminio

Purtroppo, le lattine di “cialde” di alluminio vengono riciclate solo a un tasso pari al 5% circa dei circa 14 miliardi di cialde di caffè vendute ogni anno dai produttori globali. Anche se i processi di riciclaggio sostenibile dell’alluminio sono infiniti e il 75% di tutto l’alluminio prodotto rimane in circolazione, i mercati semplicemente non sono riusciti a tenere il passo.

Nella sua essenza, il problema è meccanico. Le capsule di alluminio usate sono semplicemente troppo piccole per essere recuperate dalle apparecchiature di screening MRF preesistenti. La dimensione minima tipica dell'oggetto è di 2,5 pollici (63,5 mm) per gli schermi di screening e nessuna attrezzatura di screening conosciuta utilizzata in un impianto di riciclaggio convenzionale catturerà una capsula Nespresso con un diametro di 37 mm.

Di conseguenza, devono essere riciclati attraverso uno specifico sistema di raccolta in capsule piuttosto che attraverso il riciclaggio generale a flusso singolo.

Il riciclaggio in pratica è abbastanza semplice una volta effettuata la raccolta: la capsula scaduta viene versata in un trituratore, dove l'alluminio viene separato dalla polvere di caffè esaurita, quest'ultima viene compostata e la prima nuovamente fusa. La rifusione utilizza solo circa il 5% dell’energia necessaria per produrre l’alluminio durante la fusione iniziale, il che rappresenta un risparmio significativo e un ovvio vantaggio, rendendo il divario di raccolta ancora più frustrante.

Attualmente, le organizzazioni di settore stanno mettendo in discussione questo aspetto. IL Alluminio europeo Foil Association e Flessibile Packaging Europe hanno collaborato a un programma incentrato sulle infrastrutture di raccolta dell'alluminio di piccolo formato. In modo incoraggiante, il nuovo Regolamento UE sugli imballaggi e sui rifiuti di imballaggio (PPWR), che entrerà in vigore nell'agosto 2026, stabilirà che il 100% di tutti gli imballaggi dovranno essere riciclabili entro il 2030 e completamente riciclati su larga scala entro il 2035. Per i produttori di capsule, il regolamento prevede sia una scadenza per conformarsi sia un'opportunità per i marchi lungimiranti di costruire un vantaggio competitivo aprendo la strada alle infrastrutture di raccolta fin dall'inizio.

Per quanto riguarda il business case, la questione della sostenibilità delle capsule in alluminio è forte, ma le aziende devono essere oneste. Possono effettivamente affermare che le loro capsule sono costituite da un materiale infinitamente riciclabile, ma non dovrebbero affermare che le loro capsule “sono riciclate” senza specificare il tasso di recupero effettivo. I consumatori informati apprezzeranno la trasparenza e ciò metterà i marchi in una buona posizione per la regolamentazione futura.

Domande frequenti