Арт. OXY-4 SMA trace (G3)
Кислород вызывает химические процессы, которые ухудшают вкусовые качества напитков и сокращают срок их хранения в ПЭТ-бутылках. Это связано с тем, что молекулярная структура полиэтилентерефталата (ПЭТ) обеспечивает недостаточную барьерную защиту от проникновения кислорода внутрь упаковки и потери углекислого газа (CO₂).
Поэтому уровень проницаемости ПЭТ-бутылок (материала корпуса, уплотнений, крышек и других элементов) должен соответствовать чувствительности напитка к воздействию кислорода и требуемому сроку годности. Для одних продуктов необходима практически герметичная упаковка, тогда как для других допускается или даже требуется определённая степень газопроницаемости.
Кроме того, на срок хранения продукции влияет множество дополнительных факторов. В связи с этим точное знание скорости проникновения кислорода через упаковку является важнейшим условием для контроля качества и оптимизации характеристик упаковочных материалов.
Факторы, влияющие на срок хранения продукции
Текущие существующие методы контроля
Существует два распространённых способа определения проникновения кислорода в ПЭТ-бутылки. Первый — электрохимический метод измерения, при котором используется центральный измерительный модуль, отделённый от исследуемой плёнки. Второй — метод периодического контактного измерения.
Около десяти лет назад появился третий подход — неинвазивное измерение с использованием оптико-химической сенсорной технологии. Этот метод позволяет определять кислородопроницаемость путём регистрации следовых концентраций кислорода внутри ПЭТ-бутылки. При этом бутылку не требуется вскрывать или повреждать, а измерения можно проводить многократно на одном и том же образце.
Технология позволяет выполнять измерения не только в газовой фазе (в свободном пространстве над жидкостью), но и непосредственно в напитке, что является существенным преимуществом для промышленных применений.
Принцип работы основан на методе тушения флуоресценции кислородом с измерением времени затухания люминесценции. Для этого оптическое волокно передаёт свет к сенсору и возвращает флуоресцентный сигнал на фотодиод, встроенный в прибор для измерения кислородопроницаемости.
Данная методика обеспечивает возможность проведения долговременных исследований с небольшим количеством образцов и получения высоконадёжных данных. Концентрации кислорода как в газовой фазе, так и в растворённом состоянии могут определяться с пределом обнаружения до 1 ppb (одной миллиардной доли) растворённого кислорода.
Результаты для различных типов ПЭТ-бутылок
На рисунке слева представлены результаты измерения проникновения кислорода в ПЭТ-бутылки с различными вариантами обработки. Исследуемые образцы отличались наличием внешних барьерных покрытий и различным содержанием кислородопоглощающих добавок (oxygen scavengers).
Кислородопоглотители предназначены для предотвращения миграции кислорода, содержащегося в самом материале бутылки, в продукт. В исследовании были использованы следующие варианты упаковки:
(A) ПЭТ-бутылка без покрытия с добавлением 2 % кислородопоглотителя;
(B) ПЭТ-бутылка с покрытием LC2 без кислородопоглотителя;
(C) ПЭТ-бутылка с покрытием LC2 и 1 % кислородопоглотителя;
(D) ПЭТ-бутылка с покрытием LC2 и 0,5 % кислородопоглотителя.
Комбинированные системы (C) и (D) обеспечивали поддержание уровня проникновения кислорода ниже 1 ppm на протяжении шести месяцев. Такой результат не удавалось достичь при использовании только активного барьера (кислородопоглотитель, вариант A) или только пассивного барьера (покрытие LC2, вариант B). Частота отбора данных в эксперименте составляла 30 секунд.
Проникновение кислорода в ПЭТ-бутылки одного типа с различными вариантами обработки
Полученные результаты показывают, что количество кислорода, попадающего в продукт, зависит как от расположения барьерного слоя (внешнее покрытие или встроенный барьер), так и от наличия кислородопоглотителя.
Наилучшие характеристики продемонстрировали бутылки, в которых активный барьер (кислородопоглотитель) используется совместно с пассивным барьером (покрытием). При этом покрытие дополнительно выполняет защитную функцию, предотвращая взаимодействие кислородопоглотителя с атмосферным кислородом. Такой подход позволяет обеспечить срок хранения продукции более 180 дней, даже при уменьшенном содержании кислородопоглощающей добавки.
Варианты организации измерений проникновения кислорода
Для измерения проникновения кислорода в упаковку могут использоваться две схемы, представленные на рисунке ниже:
- Последовательные измерения нескольких бутылок с помощью одноканального прибора Fibox 4 trace;
- Одновременные измерения четырёх и более бутылок с использованием многоканальной системы OXY-4 SMA trace.
Обе конфигурации работают под управлением единого программного обеспечения PreSens Measurement Studio 2, поддерживающего работу с базами данных. Интеллектуальная система управления сенсорами обеспечивает удобную обработку больших массивов данных, их хранение и передачу.
Такой подход особенно полезен при проведении параллельных измерений и построении измерительных сетей, например при одновременной работе двух и более систем OXY-4 SMA trace.
В зависимости от выбранного оборудования возможны как последовательные, так и одновременные измерения кислородопроницаемости:
- Fibox 4 trace — последовательный контроль образцов;
- OXY-4 SMA trace — параллельный мониторинг нескольких образцов одновременно.
Это позволяет подобрать оптимальную конфигурацию измерительной системы в зависимости от количества исследуемых образцов и требуемой производительности эксперимента.
