Development analysis on Lavazza A Modo Mio capsule

Single-serving units are one of the most widespread coffee preparation methods. They are gaining increasing popularity among consumers for their convenience and fast use. However, one of the main topics under discussion in recent years is the impact associated to the end-of-use phase of coffee capsules. Usually, this waste cannot be recycled as the packaging materials are contaminated with coffee. So, exhausted capsules are sent to landfills, where degradation takes a long time. However, companies have started to look for new more sustainable materials suitable for this purpose. For example, both industrial compostable bioplastics and home-compostable paper-based materials have been used for the development of new coffee capsules. This study aims to evaluate the possibility of developing the traditional Lavazza A Modo Mio capsule through an innovative paper-based technology developed by PulPac, Dry Molded Fiber. First, the traditional AMM capsule geometry and design have been studied to understand which modifications needed to be introduced for the new process technology, always ensuring compatibility with the current Lavazza machines. Then, piercing and swelling tests were performed on Dry Molded Fiber samples to assess their performances and compare them with polypropylene and bioplastics behavior. The results recommended the use of 400 gsm DMF materials; the application of a capsule internal liner to improve the mechanical properties; the presence of over-compressed material in the piercing areas. Also, home-compostable functional materials for liner and lid applications have been selected based on 11 criteria. First capsule prototypes have been produced through different DMF forming methods and the functional materials have been applied to them. Results have shown limitations in realizing the AMM geometry through the traditional PulPac Flat Sheet forming method since it was not possible to obtain even material compression in the capsule side walls. A big phase of the project was focused on testing prototypes in the AMM machine to understand the capsule’s major failure modes and the improvements to be implemented. The results obtained have shown middle performances in terms of liner and bottom piercing; capsule ejection; layers delamination. Also, brewing parameters (time, dose, maximum pressure, and Brix) were recorded to compare the values with current targets for polypropylene AMM capsules. Maximum pressure and Brix values were within the current range, whereas time and dose measurements were lower than the targets. Lastly, the DMF capsule cost was estimated and compared to the current cost for both polypropylene and bioplastics AMM capsules, resulting to be comparable only to the industrial compostable solution.

Le unità single-serving sono uno dei metodi più diffusi di preparazione del caffè. Grazie alla loro comodità e velocità di utilizzo stanno acquisendo sempre più apprezzamento tra i consumatori. Tuttavia, uno dei principali argomenti in discussione negli ultimi anni è l’impatto associato alla fase di fine uso delle capsule di caffè. Solitamente questi rifiuti non possono essere riciclati dal momento che i materiali tradizionalmente utilizzati per il packaging sono contaminati dal caffè. Quindi le aziende hanno iniziato a cercare nuovi materiali più sostenibili adatti a questo scopo. Ad esempio, sia bioplastiche compostabili industrialmente che materiali a base carta home-compostable sono stati utilizzati per sviluppare nuove capsule di caffè. Questo studio si propone di valutare la possibilità di sviluppare la tradizionale capsula A Modo Mio di Lavazza con un processo innovativo sviluppato da PulPac per la produzione di packaging in carta: la tecnologia Dry Molded Fiber. Per prima cosa la geometria e il design della capsula AMM sono stati studiati per capire quali modifiche era necessari introdurre per la nuova tecnologia di processo, sempre mantenendo la compatibilità con le attuali macchine Lavazza. In seguito, test di punturazione e di rigonfiamento sono stati effettuati su materiali Dry Molded Fiber per valutare le loro prestazioni e confrontarle con il comportamento del polipropilene e delle bioplastiche. I risultati hanno suggerito l’utilizzo di carta con grammatura 400 gsm; l’applicazione di un liner interno alla capsula per migliorare le proprietà meccaniche; la presenza di materiale a maggiore compressione nelle aree dove avviene la punturazione. Inoltre, materiali home-compostable funzionali alle applicazioni di liner e lid sono stati selezionati in base a undici criteri. Poi, i primi prototipi sono stati prodotti attraverso diversi metodi di formatura della capsula e successivamente i materiali funzionali sono stati applicati ai campioni. I risultati hanno mostrato limiti per la realizzazione della geometria AMM attraverso il metodo di formatura tradizionale di PulPac (Flat Sheet) in quanto non è stato possibile ottenere una compressione uniforme sulle pareti laterali della capsula. Una grande fase del progetto è stata incentrata sul test dei prototipi in macchina AMM per capire le principali modalità di fallimento della capsula e i miglioramenti da implementare. I risultati ottenuti hanno mostrato performance medie in termini di punturazione del liner e del fondo, espulsione della capsula e delaminazione dei vari strati. Inoltre, i parametri di erogazione (tempo, dose, Brix e pressione massima) sono stati registrati e confrontati con gli attuali targets delle capsule in polipropilene. I valori di pressione massima e Brix erano all’interno del range attuale, mentre i valori di dose e tempo di erogazione erano inferiori rispetto ai targets. Infine, il costo della capsula DMF è stato stimato e confrontato con il costo attuale relativo alle capsule AMM in polipropilene e bioplastica, risultando paragonabile solo alla soluzione compostabile industrialmente.