頂空分析技術在乳粉包裝內部氣體含量測試中的應用

2015-04-14 LabthinkMD传媒视频常規測試

摘要	乳粉多采用充（chōng）氣包（bāo）裝形（xíng）式，包裝內的氣體（tǐ）成（chéng）分及含量對乳粉的質（zhì）量具有重（chóng）要影響，也是乳粉充氣包裝的重（chóng）要指標（biāo）。本研究利用HGA-03頂空氣體分析儀分別跟蹤測試（shì）了罐裝乳粉、袋裝乳粉共4種乳粉（fěn）樣品（pǐn）包裝中氧氣、二氧化碳、氮氣的（de）含量，結果顯示#1、#3號乳粉樣品采（cǎi）用（yòng）了（le）充氮包裝，#2號樣品（pǐn）為氣調包裝，#4號樣品為普通空氣包（bāo）裝；隨著儲存時（shí）間的（de）增加，#3樣（yàng）品乳粉（fěn）包裝中的氧氣濃度逐漸增加，其餘3種乳粉包裝中的氣（qì）體含量基（jī）本保持不變。進一步證（zhèng）明了HGA-03頂空氣體分（fèn）析儀的測試效率高，試驗耗時短，試驗數據的（de）穩定性（xìng）及重複性好。
關鍵字	頂空分析、乳粉包裝、氣體含量測試
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吳雄傑¹ 於佳佳² 陳欣²
(1. 安徽省包裝印刷產品質量監督檢驗（yàn）中心，桐（tóng）城 231400；
2. 濟南MD传媒视频（guāng）機電技術有限公司，濟南 250031)

　　按照包裝形式的不同，常見的乳粉包裝可分（fèn）為鋁塑複合膜、鍍鋁複合膜等塑料軟包裝及金屬罐兩種；按照包（bāo）裝內（nèi）氣（qì）體成分的不同，常見的乳粉包裝又可（kě）分為充氮包裝、氣調包裝與普通包裝三種（zhǒng），充氮包裝即向包裝內充入一定（dìng）量的氮氣（qì）置換原有空氣成（chéng）分，氣調包（bāo）裝即向包裝內充入氮氣與二（èr）氧化碳（tàn）的混合氣體。而普通包裝即包裝內主要是空氣，並未做任何抽真空或充氣處理。

　　氮氣為惰性氣體，充入包裝後可使乳粉處於一種惰性（xìng）氣體氛圍（wéi）中（zhōng），既可防止乳粉氧化變質，並能抑製需氧型微生（shēng）物的（de）生長，二氧化碳氣體可溶於脂肪、水等成分中形成一個弱酸（suān）性的環境（jìng），從而抑製微生物的生長（zhǎng）。因此，理論（lùn）上而言，對於同種材質結構的包（bāo）裝材（cái）料，充氮包裝或氣調包（bāo）裝對乳粉的保（bǎo）質效果明顯優（yōu）於普通包（bāo）裝（zhuāng）。然而（ér）在實際應用過程中（zhōng），由於（yú）成品包裝對內部氣體的阻隔能力或密封效果不同，充氮（dàn）包裝或（huò）氣調包裝的實際（jì）保質效果取決於包裝內部氮氣、二氧化碳、氧氣等氣體成分含量的變化，故乳粉生產現場包裝（zhuāng）內氣體濃度是否達到預期的要求及貨架期包裝（zhuāng）內的氣體濃度（dù）是否發生（shēng）變化是乳粉生產（chǎn）企業非常（cháng）關注的問題。

　　本文利用HGA-03頂空（kōng）氣（qì）體分析儀對市麵上常見的4種乳粉（fěn）成品包裝（zhuāng）內的氣體成（chéng）分含量進行跟蹤檢測，分析包（bāo）裝內（nèi）的氣體含量隨存儲時間的變化。

一（yī）、試驗（yàn）儀器與方（fāng）法

1、試驗儀器與試樣

1.1 測試原理

　　HGA-03頂空氣體分析儀：濟（jì）南MD传媒视频機電技術（shù）有限公司自行（háng）研發，專業用於測試包裝（zhuāng）袋、瓶、罐等包裝容器中氧氣、二氧化碳、氮氣含量的檢測儀器。該儀（yí）器中配置了高精度的氧氣與二氧化碳傳感器，可準確測試（shì）包（bāo）裝中氧氣（qì）及二氧化碳的含量。充（chōng）氮包（bāo）裝（zhuāng）或氣調包裝中的主要氣體成分是氧氣、二氧化（huà）碳和氮氣三（sān）種氣體，因其他氣體含量可忽略不計，因此氮氣（qì）含量即可用（yòng）包裝（zhuāng）內的氣體（tǐ）總量100%減去氧氣、二氧（yǎng）化碳含量而得。

1.2 儀器結構

　　HGA-03頂空氣體分析儀（yí）同時配（pèi）置了氧氣傳感器、二氧（yǎng）化碳傳感器（qì），可同時測試氧氣、二氧化碳的含量，打破了常見的頂空（kōng）分析儀一次隻能（néng）檢測一種氣體的弊端；儀器配備了可滑動式測試頭，可適用於任意高度試樣的測試；設（shè）備提供了一種自動刺破試樣裝置，通過設置升降台，將試樣（yàng）送至穿刺針（zhēn）處，自動刺破試樣（yàng），還可以調節試樣的上升速度，控製刺破強度，克服（fú）了（le）大多數頂空分（fèn）析儀隻能測試軟質包裝的弊端，節省了定製測（cè）試硬質包裝所需配（pèi）套夾具的昂貴費用，同時避免了手工操作刺破試樣，提高了測試精度及試樣（yàng）效（xiào）率（lǜ）；盡可能縮短設備內的管路長度，縮短了試驗（yàn）時間，使（shǐ）設備更加適用於食品、藥品等產品生產（chǎn）現場的應用；設備采用了高精密度、高氣密性、小體積的氣體取樣器，以適用於氣體體積較小的成品包裝內氣體成分的測試；取樣器內配備了防堵式（shì）結構設計，防止奶粉、藥品等粉末類樣品造成儀器堵塞。

圖1 HGA-03頂（dǐng）空氣體分析（xī）儀

1.3 試樣

　　從市場上購買了4種乳粉成品包裝，開始試驗（yàn）日期距生產日期不超過一個周，分別（bié）編號為#1、#2、#3、#4，每種樣品各12個試樣。其中#1、#2樣品為罐裝乳粉，#3、#4樣品為袋裝乳粉，且均為鋁塑複合膜包裝袋。

2、試驗步驟

　　用HGA-03頂空氣體分（fèn）析儀分別測試4種樣品中的氣體含量，每（měi）種樣品測試3個試樣（yàng）；每間隔1個月，分別（bié）從4種乳粉樣（yàng）品剩餘的試（shì）樣中抽取3個，測試其包裝內的氣體含量，直至12個試樣均測試完畢。

二、結果與討論（lùn）

　　在連續四個月內，每種乳粉樣品包裝內氣體含量的測（cè）試（shì）結果如表1所示（shì）。

表1乳粉包裝內氣體含量測試結果

	時間（jiān）個月	O₂含量(%)				CO₂含量(%)				N₂含（hán）量(%)
	時間（jiān）個月	試樣1	試樣2	試樣3	平均值	試樣1	試樣2	試樣3	平均值	N₂含（hán）量(%)
#1	1	1.05	1.12	1.09	1.09	0	0	0	0	98.91
	2	1.07	1.06	1.04	1.06	0	0	0	0	98.94
	3	1.12	1.09	1.15	1.12	0	0	0	0	98.88
	4	1.10	1.17	1.13	1.13	0	0	0	0	98.87
#2	1	2.14	2.09	2.16	2.13	28.78	27.04	27.31	27.71	70.16
	2	2.19	2.03	2.18	2.13	29.01	28.96	27.46	28.48	69.39
	3	2.20	2.09	2.17	2.15	28.96	27.55	27.00	27.84	70.01
	4	2.15	2.24	2.08	2.16	27.46	27.04	27.96	27.49	70.35
#3	1	1.06	0.95	1.00	1.00	0.08	0.07	0.08	0.08	98.92
	2	6.96	7.31	6.51	6.93	0.05	0.05	0.06	0.05	93.02
	3	10.06	11.52	10.69	10.76	0.05	0.03	0.03	0.04	89.20
	4	13.16	12.09	13.55	12.93	0.03	0.03	0.04	0.03	87.04
#4	1	20.12	20.96	21.09	20.72	0.03	0.02	0.04	0.03	79.25
	2	21.64	21.33	20.57	21.18	0.05	0.01	0.04	0.03	78.79
	3	20.99	20.16	21.61	20.92	0.06	0.04	0.03	0.04	79.04
	4	20.45	20.07	20.94	20.49	0.04	0.03	0.03	0.03	79.48

　　由於購買的乳粉距離生產日期不超過1周，因此，第1個月（yuè）測試的成品包裝內（nèi）氣體（tǐ）成分含量基本可以代表乳粉生產現場向包裝充入的氣體情況。從4種樣品第1個月的檢測數據可（kě）以看出，#1、#3樣品包裝中主要（yào）為氮氣，為充氮（dàn）包裝，#2樣（yàng）品中主要為氮氣、二氧（yǎng）化碳的混合氣體，為氣調包（bāo）裝，#4樣品包裝中的氧氣（qì）、氮氣、二（èr）氧化碳成分含量與空氣中的相（xiàng）似，為普通的空氣包裝。

　　另外，從4種樣品在連（lián）續四個月內包裝內氣體含量（liàng）的變化可（kě）以看出（chū），#1、#2、#4樣品中氧氣（qì）、氮氣的含量基本保持不變，3#樣品中氧氣含量逐漸增加，氮（dàn）氣、二氧化碳（tàn）含量逐漸減少。乳粉（fěn）包裝中氣體含量的變化主要與包裝材料（liào）的阻隔性（xìng）、成品包裝的密封（fēng）性（xìng）有關，因此#1、#2、#4樣品包裝的阻隔性及成品包裝的密封性均比較好（hǎo），#3樣品包裝的阻隔性或密封性較差，引起包裝內氣體成（chéng）分發生變化。

三、結論（lùn）

　　1、HGA-03頂空氣體分析儀可同時檢測出包裝內氧氣、二（èr）氧化碳的（de）含量，並間接推算出氮氣（qì）的含量，試驗效率高，試驗（yàn）結果的穩定性（xìng）及重複性好，可真實反映包裝內氣體成分含量。

　　2、檢測的4種乳粉包裝中，#1、#3樣品為充氮包裝，#2樣品為氣調包裝（zhuāng），#4樣品為普通（tōng）空氣包裝（zhuāng）。在對4種（zhǒng）樣品的跟蹤（zōng）檢測過程中，發現#1、#2、#4樣品包裝的密封性、阻隔性比較好，包裝內的氣體成分基本未發生（shēng）變化，#3樣品包裝由於包裝的密封性或阻隔性比較差等原因，引（yǐn）起包裝（zhuāng）內氧氣濃度增加，氮氣及二氧化碳濃度降低。