摘要：奶粉多采用金屬罐裝，以確保包裝材料的高阻隔性及良好密封性，同時(shí)為了提供奶粉無氧或低氧環(huán)境，保證奶粉不易出現(xiàn)氧化變質(zhì)等質(zhì)量問題，常配合采用充氮包裝或氣調(diào)包裝，即充入氮?dú)饣蛞欢ū壤亩趸細(xì)怏w，但上述氣體的比例含量如何控制、罐內(nèi)氣體成分是否因罐體泄漏出現(xiàn)變化，則需要采用嚴(yán)格的內(nèi)部氣體成分分析儀器及合適的檢測(cè)方法進(jìn)行驗(yàn)證。本文詳細(xì)介紹了金屬罐裝奶粉內(nèi)部頂空氣體成分的檢測(cè)方法及原理，以此為相關(guān)行業(yè)用戶提供較為詳細(xì)的技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：奶粉、充氮包裝、氣調(diào)包裝、無氧或低氧環(huán)境、金屬罐、頂空氣體成分、頂空氣體分析儀、N₂與O₂比例、N₂比例、O₂與CO₂比例

測(cè)試意義：

　　因奶粉含有大量的蛋白質(zhì)、脂肪等高營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，所以與N₂、H₂O等氣體長(zhǎng)期接觸時(shí)會(huì)出現(xiàn)緩慢氧化變質(zhì)、結(jié)塊、顏色與口感異常等質(zhì)量問題。鑒于奶粉上述特殊性，生產(chǎn)廠家采用高阻隔包裝材料對(duì)其進(jìn)行保護(hù)，除了常見的鋁箔復(fù)合膜包裝袋以外，目前zui受青睞的包裝材質(zhì)為金屬罐，其分為鋁合金與馬口鐵兩種材質(zhì)，有些高質(zhì)量要求的廠家甚至搭配三層封口形式進(jìn)行密封，即在罐口進(jìn)行一層錫箔密封后再依次加上金屬蓋、塑料蓋封口，以此保證金屬罐裝的高阻隔性及完好密封性。

　　為了確保金屬罐內(nèi)的無氧或低氧環(huán)境，生產(chǎn)企業(yè)多采用充氮包裝或氣調(diào)包裝，即將盛有奶粉的罐內(nèi)的空氣抽到預(yù)定的真空度后，再充入純N₂這一種氣體（充氮包裝）或一定比例的N₂、CO₂氣體（氣調(diào)包裝），zui后完成罐口密封。充入N₂是為了保證奶粉在此惰性氣體環(huán)境中避免被氧化，而充入的CO₂則是為了抑制奶粉中大多數(shù)需氧菌的生長(zhǎng)，并且促進(jìn)奶粉中水分與CO₂反應(yīng)形成液態(tài)碳酸，形成微負(fù)壓，防止?jié)q罐。但是，金屬罐易出現(xiàn)密封不良的問題，會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致內(nèi)部氣體泄漏，外部空氣進(jìn)入罐內(nèi)，導(dǎo)致奶粉被氧化或結(jié)塊等變質(zhì)現(xiàn)象。另外，有些生產(chǎn)企業(yè)對(duì)罐內(nèi)N₂、CO₂氣體比例的調(diào)節(jié)無法準(zhǔn)確控制，常會(huì)出現(xiàn)漲罐或者奶粉在保質(zhì)期內(nèi)色澤發(fā)生變化等問題。因此，需要采取有效的監(jiān)測(cè)手段對(duì)金屬罐內(nèi)頂空部位的氣體成分進(jìn)行檢測(cè)，以便于及時(shí)避免內(nèi)在的質(zhì)量問題。本文介紹一種新式的頂空分析儀HGA-03(Labthink)測(cè)試金屬罐裝奶粉中N₂、CO₂的比例含量，亦為乳制品生產(chǎn)企業(yè)提供乳粉成品包裝質(zhì)量管控的技術(shù)指導(dǎo)。

圖1  金屬罐裝奶粉（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）

檢測(cè)方法：

　　頂空氣體分析采用氣體傳感器法，即從密封包裝物內(nèi)部頂空部位吸取一定體積的氣體樣品，再將其注入某種特定氣體的分析傳感器中，待一定測(cè)試時(shí)間后記錄傳感器輸出的相應(yīng)氣體濃度值。不同氣體的含量檢測(cè)需要使用不同的氣體分析傳感器。

　　國(guó)內(nèi)密封包裝件內(nèi)部頂空氣體的檢測(cè)暫未有針對(duì)性的標(biāo)準(zhǔn)方法，但頂空氣體檢測(cè)儀器已在市場(chǎng)上普遍存在，說明包裝件內(nèi)頂空氣體成分的監(jiān)測(cè)已是大眾關(guān)注的指標(biāo)。但是，市場(chǎng)上各種品牌的技術(shù)水平及度存在差異，特別是對(duì)于金屬罐此類硬質(zhì)包裝內(nèi)O₂、CO₂氣體的同時(shí)監(jiān)測(cè)的儀器較為少見，如何選擇合適的檢測(cè)設(shè)備至為關(guān)鍵。因此，本文將采用Labthink蘭光公司自主研發(fā)的HGA-03頂空氣體分析儀對(duì)金屬罐奶粉樣品進(jìn)行O₂與CO₂氣體比例含量的同時(shí)檢測(cè)。

1、試驗(yàn)儀器

　　HGA-03頂空氣體分析儀（Labthink蘭光），同時(shí)配備O₂和CO₂兩種氣體的分析傳感器，傳感器壽命分別可達(dá)到6年與15年以上。O₂和CO₂測(cè)量范圍均為0 ~ 100%，O₂和CO₂測(cè)量精度分別為±0.5%、±2%，特別是O₂范圍為0 ~ 2%時(shí)，測(cè)量精度可達(dá)±0.1%。所需試樣氣體體積低，自動(dòng)模式取樣量?jī)H3.6 mL，手動(dòng)模式也< 5 mL。配置自動(dòng)升降樣品臺(tái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)試樣刺破和分析過程*自動(dòng)化，采用防堵式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有效避免粉末狀試樣對(duì)儀器造成堵塞。儀器可根據(jù)試樣的高度及試驗(yàn)空間進(jìn)行自適調(diào)節(jié)。該儀器可以準(zhǔn)確、便捷的測(cè)定密封包裝袋、瓶、罐等中空包裝容器中O₂和CO₂的含量及其混合比例，例如咖啡、奶茶、奶粉、面包等食品以及藥品；適合在生產(chǎn)線、倉(cāng)庫(kù)、實(shí)驗(yàn)室等場(chǎng)合快速、的對(duì)氣體組分含量和比例做出評(píng)價(jià)，從而指導(dǎo)生產(chǎn)，保證貨架期。

圖2  HGA-03頂空氣體分析儀

2. 試樣的制備

　　在23℃、50%RH的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下，將無明顯缺陷、泄露現(xiàn)象且密封良好的金屬罐試樣置于干燥環(huán)境內(nèi)調(diào)節(jié)狀態(tài)48小時(shí)以上。試樣數(shù)量5個(gè)，取測(cè)試平均值作為試驗(yàn)結(jié)果。

3. 試驗(yàn)條件

地點(diǎn)：濟(jì)南蘭光包裝安全檢測(cè)中心
試驗(yàn)溫度與濕度：23℃，50%RH
試驗(yàn)方法：氣體傳感器法 

4. 試驗(yàn)步驟

4.1 試驗(yàn)原理

　　HGA-03頂空氣體分析儀將取樣器插入待測(cè)包裝物內(nèi)部，從包裝物內(nèi)頂空部位采集足夠體積的樣氣。將樣氣注入氣體分析傳感器中，間隔一定的測(cè)試時(shí)間或者待氣體分析傳感器輸出的氣體濃度值穩(wěn)定之后記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)。每種氣體含量的檢測(cè)都需要使用不同的氣體分析傳感器，當(dāng)檢測(cè)樣氣中的O₂含量時(shí)需要將樣氣注入O₂分析傳感器，而當(dāng)檢測(cè)樣氣中的CO₂含量時(shí)需要將樣氣注入CO₂分析傳感器。

　　對(duì)于氣調(diào)包裝來說，內(nèi)部氣體除了O₂、CO₂，其余絕大部分為N₂（因N₂為惰性氣體，目前國(guó)內(nèi)外未開發(fā)出相應(yīng)的氣體傳感器），而可能混入的空氣中其他氣體比例含量可忽略不計(jì)，所以N₂比例含量則為100% — O₂% — CO₂%。

4.2 試樣處理

　　將密封墊貼到試樣的待測(cè)部位，注意要貼牢固，防止漏氣。

圖3  密封墊粘貼示意圖

4.3 檢測(cè)過程

　　HGA-03自動(dòng)采集罐體內(nèi)頂空氣體，儀器可自動(dòng)進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析、處理，并提供報(bào)告輸出功能，整個(gè)測(cè)試過程便捷易操作：

　　√　打開儀器電源，預(yù)熱儀器。
　　√　將取樣針頭插入樣品。待試樣放置穩(wěn)定后，將取樣針頭刺穿密封墊中間部位進(jìn)入試樣內(nèi)部，但避免取樣針頭扎到包裝內(nèi)的物品而導(dǎo)致針頭堵塞或斷裂。

4  穿刺試樣過程

　　√　設(shè)置試驗(yàn)參數(shù)，如測(cè)試時(shí)間、氣體采集體積等。
　　√　點(diǎn)擊開始試驗(yàn)后，取樣器自動(dòng)從試樣內(nèi)部采集足夠體積的樣氣。

圖5  吸取樣氣的過程

　　√　樣氣將自動(dòng)經(jīng)注樣口、管路進(jìn)入氣體分析傳感器。
　　√　間隔一定的測(cè)試時(shí)間或者待氣體分析傳感器輸出的氣體濃度值穩(wěn)定之后記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)。
　　√　關(guān)閉儀器電源。

　　5個(gè)試樣內(nèi)頂空氣體中O₂和CO₂比例含量的算術(shù)平均值分別為3.4%、28.8%。

總結(jié)：

　　HGA-03頂空氣體分析儀在監(jiān)測(cè)奶粉金屬罐內(nèi)氣體成分時(shí)，可提供準(zhǔn)確的O₂和CO₂比例含量，并進(jìn)一步反映出內(nèi)部N₂比例含量，可為企業(yè)控制包裝密封性以及適合的N₂、CO₂充入比例提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)指導(dǎo)。本試驗(yàn)采用的檢測(cè)設(shè)備同樣適用于其他含有一定氣體的包裝容器中O₂和CO₂的含量及其混合比例的測(cè)定。Labthink蘭光一直致力于為客戶提供專業(yè)的檢測(cè)服務(wù)與設(shè)備，多年來為客戶提供了數(shù)以千計(jì)的包裝內(nèi)部氣體成分的監(jiān)控方案，為客戶提供可靠的數(shù)據(jù)支持。了解更多與包裝材料檢測(cè)有關(guān)的儀器信息，您可以登陸濟(jì)南蘭光公司查看具體信息或致電咨詢。Labthink蘭光期待與行業(yè)中的企事業(yè)單位增進(jìn)技術(shù)交流與合作。