頂空分析技術在乳粉包裝內部氣體含量測試中的應用

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頂空分析技術在乳粉包裝內部氣體含量測試中的應用

摘要：乳粉多采用充氣包裝形式，包裝內的氣體成分及含量對乳粉的質量具有重要影響，也是乳粉充氣包裝的重要指標。本研究利用HGA-03頂空氣體分析儀分別測試了罐裝乳粉、袋裝乳粉共4種乳粉樣品包裝中氧氣、二氧化碳、氮氣的含量，結果顯示#1、#3號乳粉樣品采用了充氮包裝，#2號樣品為氣調包裝，#4號樣品為普通空氣包裝；隨著儲存時間的增加，#3樣品乳粉包裝中的氧氣濃度逐漸增加，其余3種乳粉包裝中的氣體含量基本保持不變。進一步證明了HGA-03頂空氣體分析儀的測試效率高，試驗耗時短，試驗數據的穩定性及重復性好。關鍵詞：頂空分析、乳粉包裝、氣體含量測試

按照包裝形式的不同，常見的乳粉包裝可分為鋁塑復合膜、鍍鋁復合膜等塑料軟包裝及金屬罐兩種；按照包裝內氣體成分的不同，常見的乳粉包裝又可分為充氮包裝、氣調包裝與普通包裝三種，充氮包裝即向包裝內充入一定量的氮氣置換原有空氣成分，氣調包裝即向包裝內充入氮氣與二氧化碳的混合氣體。而普通包裝即包裝內主要是空氣，并未做任何抽真空或充氣處理。

氮氣為惰性氣體，充入包裝后可使乳粉處于一種惰性氣體氛圍中，既可防止乳粉氧化變質，并能抑制需氧型微生物的生長，二氧化碳氣體可溶于脂肪、水等成分中形成一個弱酸性的環境，從而抑制微生物的生長。因此，理論上而言，對于同種材質結構的包裝材料，充氮包裝或氣調包裝對乳粉的保質效果明顯優于普通包裝。然而在實際應用過程中，由于成品包裝對內部氣體的阻隔能力或密封效果不同，充氮包裝或氣調包裝的實際保質效果取決于包裝內部氮氣、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內氣體濃度是否達到預期的要求及貨架期包裝內的氣體濃度是否發生變化是乳粉生產企業非常關注的問題。

本文利用HGA-03頂空氣體分析儀對市面上常見的4種乳粉成品包裝內的氣體成分含量進行檢測，分析包裝內的氣體含量隨存儲時間的變化。

一、試驗儀器與方法

1、試驗儀器與試樣

1.1 測試原理

HGA-03頂空氣體分析儀：濟南蘭光機電技術有限公司自行研發，專業用于測試包裝袋、瓶、罐等包裝容器中氧氣、二氧化碳、氮氣含量的檢測儀器。該儀器中配置了高精度的氧氣與二氧化碳傳感器，可準確測試包裝中氧氣及二氧化碳的含量。充氮包裝或氣調包裝中的主要氣體成分是氧氣、二氧化碳和氮氣三種氣體，因其他氣體含量可忽略不計，因此氮氣含量即可用包裝內的氣體總量100%減去氧氣、二氧化碳含量而得。

1.2 儀器結構

HGA-03頂空氣體分析儀同時配置了氧氣傳感器、二氧化碳傳感器，可同時測試氧氣、二氧化碳的含量，打破了常見的頂空分析儀一次只能檢測一種氣體的弊端；儀器配備了可滑動式測試頭，可適用于任意高度試樣的測試；設備提供了一種自動刺破試樣裝置，通過設置升降臺，將試樣送至穿刺針處，自動刺破試樣，還可以調節試樣的上升速度，控制刺破強度，克服了大多數頂空分析儀只能測試軟質包裝的弊端，節省了定制測試硬質包裝所需配套夾具的昂貴費用，同時避免了手工操作刺破試樣，提高了測試精度及試樣效率；盡可能縮短設備內的管路長度，縮短了試驗時間，使設備更加適用于食品、藥品等產品生產現場的應用；設備采用了高精密度、高氣密性、小體積的氣體取樣器，以適用于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結構設計，防止奶粉、藥品等粉末類樣品造成儀器堵塞。

圖1HGA-03頂空氣體分析儀

1.3 試樣

從市場上購買了4種乳粉成品包裝，開始試驗日期距生產日期不超過一個周，分別編號為#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，且均為鋁塑復合膜包裝袋。

2、試驗步驟

用HGA-03頂空氣體分析儀分別測試4種樣品中的氣體含量，每種樣品測試3個試樣；每間隔1個月，分別從4種乳粉樣品剩余的試樣中抽取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

在連續四個月內，每種乳粉樣品包裝內氣體含量的測試結果如表1所示。

表1乳粉包裝內氣體含量測試結果

時間

/個月

O2含量(%)

CO2含量(%)

N2含量(%)

試樣1

試樣2

試樣3

平均值

試樣1

試樣2

試樣3

平均值

#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

由于購買的乳粉距離生產日期不超過1周，因此，第1個月測試的成品包裝內氣體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個月的檢測數據可以看出，#1、#3樣品包裝中主要為氮氣，為充氮包裝，#2樣品中主要為氮氣、二氧化碳的混合氣體，為氣調包裝，#4樣品包裝中的氧氣、氮氣、二氧化碳成分含量與空氣中的相似，為普通的空氣包裝。

另外，從4種樣品在連續四個月內包裝內氣體含量的變化可以看出，#1、#2、#4樣品中氧氣、氮氣的含量基本保持不變，3#樣品中氧氣含量逐漸增加，氮氣、二氧化碳含量逐漸減少。乳粉包裝中氣體含量的變化主要與包裝材料的阻隔性、成品包裝的密封性有關，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，#3樣品包裝的阻隔性或密封性較差，引起包裝內氣體成分發生變化。

三、結論

1、HGA-03頂空氣體分析儀可同時檢測出包裝內氧氣、二氧化碳的含量，并間接推算出氮氣的含量，試驗效率高，試驗結果的穩定性及重復性好，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，#4樣品為普通空氣包裝。在對4種樣品的檢測過程中，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變化，#3樣品包裝由于包裝的密封性或阻隔性比較差等原因，引起包裝內氧氣濃度增加，氮氣及二氧化碳濃度降低。

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