Арт. OTR-PSt3 / OTR-PSt6 / OTR-PSt9
Количество кислорода, допустимое внутри упаковки, существенно зависит от типа продукта. Многие пищевые продукты, лекарственные препараты и технические изделия чувствительны к воздействию кислорода, поэтому для их защиты необходимо правильно подбирать упаковочные материалы. Для обеспечения безопасности продукции и увеличения срока ее хранения важно контролировать барьерные свойства упаковки, а также содержание кислорода в уже заполненной и герметично закрытой упаковке.
Нежелательное присутствие кислорода приводит к окислительной порче продуктов питания и сокращает срок их хранения. Однако для свежих продуктов, продолжающих "дышать" после упаковки, наоборот, требуется высокая кислородопроницаемость упаковочного материала. Допустимый уровень проникновения кислорода может составлять менее 1 мкг на упаковку в сутки для пива [1] и достигать 1 г на упаковку в сутки для фруктов и овощей с высокой интенсивностью дыхания [2].
Кислород может попасть внутрь упаковки на разных этапах:
- во время процесса наполнения;
- через негерметичные крышки и соединения;
- путем постепенной диффузии через материал упаковки.
Именно поэтому регулярный контроль содержания кислорода на производстве и в процессе фасовки является важной частью системы контроля качества.
Не менее важен и выбор самого упаковочного материала. Исследования новых материалов сегодня активно развиваются, поскольку необходимо снижать объем пластиковых отходов и переходить на более экологичные решения. При этом новые биоразлагаемые материалы должны обеспечивать такую же надежную защиту кислородочувствительной продукции.
Для контроля качества и исследований упаковочных материалов необходимы надежные, точные и простые в использовании методы измерения кислорода.
Методы измерения кислорода
Оптические датчики вместо электрохимических
Разнообразие упаковочных материалов предъявляет различные требования к методам измерения кислорода и определения скорости проникновения кислорода через материал (OTR, Oxygen Transmission Rate).
Традиционные электрохимические датчики типа Кларка зачастую оказываются слишком крупными для подобных задач. Для проведения измерений необходимо нарушать целостность упаковки или использовать специальные крышки для установки датчика. При этом требуется принимать дополнительные меры, чтобы атмосферный кислород не попадал внутрь упаковки и не искажал результаты измерений. Кроме того, такие датчики потребляют кислород в процессе измерения.
Оптические датчики кислорода позволяют избежать этих недостатков. Они выпускаются в различных конструкциях и подходят как для контроля качества на производстве и при фасовке продукции, так и для проверки герметичности упаковки и исследования барьерных свойств материалов.
Использование оптических систем позволяет определять проникновение кислорода в упаковку в условиях, максимально приближенных к реальным — например, в газированных напитках или при повышенном давлении.
Неинвазивное измерение кислорода в прозрачной упаковке
Для прозрачной или слабо окрашенной упаковки оптимальным решением являются оптические сенсорные пятна / метки (Sensor Spots). Небольшие датчики диаметром всего 5 мм выпускаются в исполнении, разрешенном для контакта с пищевой продукцией, и позволяют выполнять полностью бесконтактные измерения.
Сенсор фиксируется на внутренней поверхности упаковки:
- ниже уровня жидкости;
- либо в газовом пространстве (headspace).
После заполнения и герметизации упаковки содержание кислорода определяется путем прикладывания полимерного оптического волокна, подключенного к измерителю, к внешней стороне упаковки напротив сенсорного пятна.
Данный метод успешно применяется для:
- измерения кислорода в стеклянных бутылках с различными типами укупорки (кронен-пробки, бугельные пробки);
- оценки содержания растворенного кислорода;
- исследования проникновения кислорода через упаковочный материал.
В частности, сенсорные пятна использовались для изучения барьерных свойств ПЭТ-бутылок после различных способов обработки.
Микроинвазивное измерение кислорода в непрозрачной и фармацевтической упаковке
Для непрозрачной упаковки, а также измерений в очень небольших объемах применяются игольчатые оптические микросенсоры кислорода.
Чувствительный элемент размещен внутри медицинской иглы, которая прокалывает упаковочный материал и позволяет определить содержание кислорода как в газовой фазе, так и непосредственно в жидкости.
Чтобы предотвратить попадание атмосферного воздуха внутрь упаковки, на место прокола предварительно устанавливается специальная септа.
Преимущества метода:
- быстрый отклик (результаты доступны уже через несколько секунд);
- диаметр чувствительного наконечника от 50 мкм;
- возможность работы с очень малыми объемами (например, блистерной упаковкой или флаконами с лекарственными препаратами);
- отсутствие потребления кислорода во время измерений, что обеспечивает высокую точность даже при объеме образца всего несколько миллилитров.
Определение барьерных свойств упаковочных материалов
Оптические датчики кислорода выпускаются для различных диапазонов измерений:
|
Диапазон |
Предел обнаружения |
|
Стандартный |
от 15 ppb растворенного кислорода, 0–100 % O₂ |
|
Следовый (Trace) |
от 1 ppb растворенного кислорода, 0–4,2 % O₂ |
|
Ультранизкие концентрации (Ultra Trace) |
от 0,5 ppmv O₂, диапазон 0–200 ppmv |
Благодаря высокой чувствительности такие системы идеально подходят для исследования кислородной проницаемости полимерных материалов.
Компания PreSens разработала специальную герметичную пермеационную ячейку для измерения скорости проникновения кислорода через синтетические пленки с высокой и низкой барьерностью.
Испытуемый материал фиксируется между двумя герметичными камерами, каждая из которых может независимо заполняться жидкостью или газом. Это позволяет проводить измерения в условиях, максимально приближенных к реальной эксплуатации, включая работу под давлением.
Оборудование PreSens для контроля кислорода в упаковке
Неинвазивные измерения в прозрачной упаковке
Для последовательного контроля большого количества упаковок и длительных исследований проникновения кислорода используются:
Fibox 4 (Trace) + полимерное оптическое волокно + сенсорные пятна O₂
OXY-1 SMA (Trace) + полимерное оптическое волокно + сенсорные пятна O₂ + программное обеспечение PreSens Measurement Studio 2
Система отображает результаты измерений в режиме реального времени.
Контроль кислорода в небольшом газовом объеме (Headspace)
Для блистерной упаковки применяется микросенсор кислорода с фиксированным чувствительным наконечником (NFSG). В отличие от традиционных микросенсоров, чувствительный элемент не выдвигается из иглы, благодаря чему исключается риск его повреждения при работе в ограниченном пространстве между продуктом и стенкой блистера.
Совместимые измерительные системы:
Microx 4 (Trace) + NFSG
OXY-1 ST (Trace) + NFSG + PreSens Measurement Studio 2
Измерение кислорода в упаковке типа Tetra Pak и фармацевтических флаконах
Для непрозрачной упаковки, пакетов Tetra Pak и фармацевтических флаконов используются игольчатые микросенсоры NTH. После прокола упаковки чувствительный наконечник выдвигается за пределы иглы, что позволяет выполнять измерения в газовом пространстве и непосредственно в жидком продукте.
Поддерживаемые измерительные системы:
Microx 4 (Trace) + NTH
OXY-1 ST (Trace) + NTH + PreSens Measurement Studio 2.
Измерение скорости проникновения кислорода через упаковочные материалы (OTR)
Для исследования кислородной проницаемости синтетических пленок компания PreSens предлагает специальную пермеационную ячейку.
Конструкция представляет собой герметичную двухкамерную систему, в которой:
- исследуемая пленка фиксируется между двумя камерами;
- каждая камера может быть заполнена газом или жидкостью;
- в верхней камере установлен кислородный сенсор, диапазон которого подбирается в зависимости от предполагаемой барьерности материала.
После заполнения верхней камеры средой без кислорода проводится длительный мониторинг, позволяющий определить скорость проникновения кислорода через исследуемый материал.
Для таких измерений применяется комплект:
Fibox 4 (Trace) + полимерное оптическое волокно + сенсорные пятна O₂ + пермеационная ячейка
Литература
- [1] Kuchel L., Brody A.L., Wicher L. Oxygen and its reactions in beer. Packaging Technology and Science, 2006, 19(1), pp. 25–32.
- [2] Müller K., Gibis D. Packaging Design for Chilled Product. Proceedings of the 4th International Workshop Cold Chain-Management, Bonn, Germany, 2010.
