乳粉充氮包裝（或氣調包裝）頂空氣體分析檢測方案

摘要：為了保證其較長的保質期，在選擇高阻隔材料進行乳粉包裝的基礎上仍需采用充氮或氣調包裝，以求保護乳粉在惰性或酸性環境下不易被氧化。因此需采用有效的頂空氣體成分檢測設備對乳粉包裝內氣體成分進行適時監控，方可預防因包裝密封不嚴或材料阻隔性較差引起的內部N₂或CO₂比例發生下降的質量問題。本文介紹了乳粉氣調包裝內部頂空氣體成分的檢測過程，以此為相關行業用戶提供較為詳細的技術參考。

關鍵詞：乳粉、充氮包裝、氣調包裝、中空包裝容器、頂空氣體成分、頂空氣體分析儀、氮氣與氧氣比例、氮氣比例、O₂與CO₂比例、N₂比例

測試意義：

　　乳粉中蛋白質、脂肪等營養物質含量較高，是體質虛弱以及嬰幼兒群體日常攝入的主要物質來源，因此對于如何保證乳粉內部的營養物質不被破壞以及如何延長乳粉保質期是很多乳粉生產企業面臨的重要難題。目前，乳粉包裝分為袋裝與罐裝兩類，袋裝乳粉多采用鋁塑復合膜或鍍鋁復合膜材質，而罐裝乳粉基本采用鋁合金罐或馬口鐵罐，上述包裝形式可以滿足較高的阻隔性及良好的密封性。

　　為了進一步保證乳粉不易被氧化，較多品牌乳粉企業對包裝內部充入氮氣（N₂）或一定比例的二氧化碳（CO₂），即充氮包裝或氣調包裝，依靠N₂這種惰性氣體杜絕包裝內部O₂的存在，而充入一定比例的CO₂則是為了保證內部酸性環境從而抑制乳粉中嗜氧菌的繁殖。然而，如果乳粉所使用的包材對N₂或CO₂的阻隔性比較差，或者乳粉包裝密封不嚴密，則易改變包裝內部N₂或CO₂的含量，從而使充氮包裝或氣調包裝無法起到對乳粉保護作用。針對上述問題，我們可以采用有效的檢測設備對包裝內部頂空氣體成分進行監測，例如頂空氣體分析儀，從而掌握包裝內O₂、CO₂以及N₂的具體比例含量，及時管控乳粉成品包裝質量。

圖1  乳粉包裝形式

檢測方法：

　　頂空氣體分析常采用傳感器法，將從密封包裝物內部吸取的一定體積的氣體樣品注入特定氣體分析傳感器中，待一定測試時間后記錄傳感器輸出的特定氣體濃度值。每種氣體含量的檢測都需要使用不同的氣體分析傳感器。

　　目前，國內密封包裝件內部頂空氣體的檢測暫未有針對性的標準方法，但國內外對頂空氣體的檢測儀器品種已較繁多，儀器技術水平及度也較高，因此包裝件內頂空氣體成分的監測應具有一定的普遍性。我們將采用Labthink蘭光公司自主研發的HGA-03頂空氣體分析儀對乳粉氣調包裝（鋁塑復合膜）樣品進行O₂與CO₂氣體比例含量的檢測。

1、試驗儀器

　　HGA-03頂空氣體分析儀，同時配備O₂和CO₂兩種氣體的分析傳感器，O₂和CO₂測量范圍均為0 ~ ，O₂和CO₂測量精度分別為±0.5%、±2%，所需試樣氣體體積低，自動模式取樣量僅3.6 mL，手動模式也低于5 mL。配置自動升降樣品臺實現整個試樣刺破和分析過程*自動化，采用防堵式結構設計有效避免粉末狀試樣對儀器造成堵塞。儀器可根據試樣的高度及試驗空間進行自適調節，系統配置中英文雙語操作環境，滿足不同語言用戶的使用。該儀器可以準確、便捷的測定密封包裝袋、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。適合在生產線、倉庫、實驗室等場合快速、準確的對氣體組分含量和比例做出評價，從而指導生產，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的標準環境下，將無明顯缺陷、泄露現象且密封良好的試樣置于干燥器內調節狀態48小時以上。試樣數量5個，取測試平均值作為試驗結果。

3. 試驗條件

地點：濟南蘭光包裝安全檢測中心
試驗溫度與濕度：23℃，50%RH
試驗方法：氣體傳感器法 

4. 試驗步驟

4.1 試驗原理

　　HGA-03頂空氣體分析儀將取樣器插入待測包裝物內部，從包裝物內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，間隔一定的測試時間或者待氣體分析傳感器輸出的氣體濃度值穩定之后記錄試驗數據。每種氣體含量的檢測都需要使用不同的氣體分析傳感器，當檢測樣氣中的O₂含量時需要將樣氣注入O₂分析傳感器，而當檢測樣氣中的CO₂含量時需要將樣氣注入CO₂分析傳感器。

4.2 試樣處理

　　將密封墊貼到試樣的待測部位，注意要貼牢固，防止漏氣。

圖3  密封墊粘貼示意圖

4.3 檢測過程

　　HGA-03自動采集頂空氣體，儀器采用微電腦控制系統，可以對試驗數據進行分析、處理、并提供報告輸出功能，所以整個測試過程方便快捷：

• 打開儀器電源，預熱儀器。
• 將取樣針頭插入樣品。待試樣放置穩定后，將取樣針頭刺穿密封墊中間部位進入試樣內部，但避免取樣針頭扎到包裝內的物品而導致針頭堵塞或斷裂。
• 設置試驗參數，如測試時間、氣體采集體積等。
• 點擊開始試驗后，取樣器自動從試樣內部采集足夠體積的樣氣。
• 樣氣將自動經注樣口、管路進入氣體分析傳感器。
• 間隔一定的測試時間或者待氣體分析傳感器輸出的氣體濃度值穩定之后記錄試驗數據。
• 關閉儀器電源。

　　5個樣品內頂空氣體中O₂和CO₂比例含量的算術平均值分別為2.1%、25.7%，每一個試樣的測試值與算術平均值的偏差不超過±10%。對于氣調包裝來說，內部氣體除了O₂、CO₂，其余絕大部分為N₂（因N₂為惰性氣體，目前國內外未開發出相應的氣體傳感器），其他氣體比例含量可忽略不計，所以N₂比例含量可由減去O₂、CO₂的比例含量后獲取。

總結：

　　采用HGA-03頂空氣體分析儀測試氣調包裝乳粉內頂空氣體成分時，可獲得度與重復性均較高的O₂和CO₂比例含量，可真實反映乳粉中氣體環境，有效監控有害O₂的成分，保證內部CO₂與N₂的比例可滿足乳粉保質期的需要。本試驗采用的檢測設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定。Labthink蘭光一直致力于為客戶提供專業的檢測服務與設備，多年來為客戶提供了數以千計的包裝內部氣體成分的監控方案，為客戶提供可靠的數據支持。了解關于更多包裝阻隔性、機械性能等相關檢測儀器信息，您可以登陸蘭光查看具體信息或致電咨詢。Labthink蘭光期待與行業中的企事業單位增進技術交流與合作。

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