Blog

Pakowanie w atmosferze modyfikowanej zwanej też ochronną dla wielu produktów spożywczych jest warunkiem, którego spełnienie pozwala na wydłużenie okresu przydatności do spożycia, poprawę ich wyglądu oraz smaku poprzez zapobieganie lub opóźnianie mechanizmów psucia się.
Mówiąc prościej, opakowania ze zmodyfikowaną atmosferą wykorzystują główne gazy składowe, które tworzą atmosferę ziemską – azot, tlen i dwutlenek węgla, a następnie zmieniają mieszankę i/lub proporcje w celu uzyskania korzystnych właściwości umożliwiających dłuższą konserwację żywności.
Azot dopuszczony do kontaktu z żywnością w Europie jest klasyfikowany jako dodatek do żywności i otrzymuje numer dodatku E941. Wiele innych organów ustawodawczych na świecie również przyjmuje normę europejską lub stosuję bardzo podobną specyfikację.

Przy stosowaniu dodatku E941do do żywności następujące limity czystości powinny być zachowane:
• Azot* ≥ 99% v
• Tlen ≤ 1% v
• Woda ≤ 0,05% v (500ppmV)
• *99% w tym inne gazy obojętne, takie jak gazy szlachetne (głównie argon)

Oraz limity dla zanieczyszczeń:
• Tlenek węgla ≤10 ppmV
• Metan i inne węglowodory (jako metan) ≤100 ppmV
• Tlenek azotu i dwutlenek azotu ≤ 10 ppmV

Dowiedz się więcej o rozwiązaniach Parker w zakresie generatorów azotu do pakowania w zmodyfikowanej atmosferze, pobierając oficjalny dokument pt. Generowanie gazów azotowych Parker do pakowania w zmodyfikowanej atmosferze (MAP) autorstwa Phila Greena.

Dopuszczalny poziom maksymalnej pozostałej zawartości tlenu (MROC)

Głównym zanieczyszczeniem azotu które należy wziąć pod uwagę w specyfikacji jest zawartość tlenu ≤1%, jednak dotyczy to samego gazu jakim jest azot, niezależnie od tego czy jest on wytwarzany w zakładzie przy użyciu generatora azotu PSA czy azot dostarczany tradycyjnymi metodami takimi jak wysokociśnieniowe butle czy uzyskiwany metodami kriogenicznymi dostarczany do zakładu w formie cieczy.

Jednym z istotnych czynników mających wpływ na ekonomikę wytwarzania azotu jest określenie maksymalnego akceptowalnego poziomu zawartości tlenu (tzw. MROC) na wyjściu z generatora N2. Im ten poziom będzie wyższy tym mniejsza jest potrzebna ilość sprężonego powietrza a tym samym niższy będzie całkowity jednostkowy koszy gazu. Należy zwrócić uwagę, że zazwyczaj koszt produkcji azotu z generatora azotu przy MROC na poziomie 10 ppm resztkowej zawartości tlenu będzie około o 3 razy wyższy niż przy MCOR na poziomie 0,5%.

Często zawartość tlenu w gotowym opakowaniu żywności przepłukiwanej gazem jest wyższa niż 1%, a rzeczywisty akceptowalny poziom jest określany na podstawie rodzaju żywności, wyznaczonego okresu trwałości, warunków przechowywania i możliwych mechanizmów psucia się.
Wielu producentów żywności korzysta z usług niezależnych ekspertów zajmujących się badaniami żywności, takich jak na przykład Campden BRI z siedzibą w Wielkiej Brytanii. W tych jednostkach można ocenić warunki pakowania i przechowywania wraz z oceną mikrobiologiczną w odniesieniu do konkretnego produktu spożywczego, aby ustalić optymalną specyfikację zmodyfikowanej atmosfery — w tym maksymalną pozostałą zawartość tlenu w gotowym opakowaniu.

Obecnie jest już określona gama produktów spożywczych, które od dawna korzystają z pakowania w atmosferze modyfikowanej. Do tej gamy należą min.: produkty suszone, sproszkowane takie jak kawa, mieszanki dla niemowląt oraz przyprawy. Są one rutynowo pakowane przy użyciu maszyny do pionowego napełniania i zamykania form (VFFS), wyposażonej w dedykowany system przepłukiwania gazowym azotem.

Firma Parker posiada wiele generatorów azotu działających na całym świecie, które są wykorzystywane do pakowania suszonej żywności w proszku w zmodyfikowanej atmosferze za pomocą maszyn VFFS. Ustalenie początkowej przydatności może być często trudne, jeśli nie weźmie się pod uwagę prostej logiki.

Wytwarzanie azotu bezpośrednio w zakładzie z generatorów azotu PSA: bezpieczna i niedroga alternatywa dla tradycyjnych metod

Producenci żywności stosujący MAP szybko zdali sobie sprawę z korzyści płynących z wytwarzania na miejscu w zakładzie jako bezpiecznej, wygodnej, zrównoważonej i taniej alternatywy dla tradycyjnych metod dostaw azotu. Przejście z kupowanego gazu na własny może wydawać się niektórym zniechęcającym zadaniem i często podkreśla się, że nowo wytworzone dostawy gazu muszą być zgodne z istniejącą specyfikacją pod względem zawartości tlenu.

Maksymalna akceptowalna zawartość azotu (MROC) w zakupionym gazie a generator azotu

Czasami dochodzi do impasu w rozmowach, gdy producent żywności chce przejść na generator gazu Parkera, ale nalega na czystość 99,999% (maksymalna pozostała zawartość tlenu 10 ppm), chyba że można udowodnić, że gaz o nieco wyższej zawartości tlenu zapewni dokładnie te same wyniki. Do takiego impasu dochodzi nawet w sytuacjach, gdy akceptowalny poziom tlenu w gotowym opakowaniu byłby zazwyczaj w zakresie 2% zawartości tlenu.

Parker szanuje to stanowisko i w pełni rozumie, że dla producentów żywności jest to bardzo istotny aspekt, który musi być rozwiązany we właściwy sposób. Czy przejście z gazu zakupionego o czystości zwykle na poziomie 10-20 ppm na wytwarzany gaz przez generator powiedzmy na poziomie 0,5% zmienia cokolwiek w wymaganym MROC na poziomie 2% w gotowym opakowaniu?

W rzeczywistości tak się nie dzieje, a powodem tego jest to, że prawie niemożliwe jest wypłukanie całego powietrza z opakowań, ponieważ są one szybko i w sposób ciągły formowane w maszynie pakującej, więc pewna zawartość tlenu z pozostałego powietrza otoczenia zawsze pozostaje. Po drugie, gdy produkt jest wrzucany do opakowania z wagi wielogłowicowej przez lejek napełniający, wciąga on powietrze z otoczenia, w ten sposób wprowadzając do opakowania nieco więcej tlenu.

Jednym z możliwych sposobów potwierdzenia przydatności zainstalowania generatora do wytwarzania azotu spożywczego byłoby jego zainstalowanie i dokonania prób i testów dla różnych czystości azotu, jednak w większości przypadków nie jest to wykonalne z logistycznego lub fizycznego punktu widzenia.

Studium przypadku

Jaka powinna być optymalna czystość azotu jako gazu do zastosowań w opakowaniach żywności przy użyciu generatorów azotu Parker Dywizji GSFE serii NTROSource? Przed takim dylematem stanął Parker UK, gdy brytyjski producent wysokiej jakości kawy desperacko chciał przejść z drogiego i problematycznego, długotrwałego zaopatrzenia w gaz dostarczany w stanie ciekłym na gaz produkowany przy użyciu generatora NitroSource produkcji Parker.

Producent w pełni rozumiał ogromne oszczędności kosztów, jakie można uzyskać, określając czystość 0,5% w przeciwieństwie do 10 ppm, ale chciał absolutnego dowodu, że zmiana czystości nie zagrozi jego reputacji i jakości jego produktów.

Aby przezwyciężyć problemy związane z instalacją jednostki próbnej na pełną skalę, Dywizja produkcyjna firmy Parker w UK i Parker Sales UK w Wielkiej Brytanii, opracowali rozwiązanie polegające na wprowadzeniu małej, w pełni regulowanej ilości sprężonego powietrza klasy spożywczej do istniejącej nitki azotu, umożliwiając się tym samym zmieszanie powietrza z azotem i zwiększenie MROC do dowolnego pożądanego poziomu. Wykalibrowany niezależny analizator tlenu został zainstalowany na wylocie urządzenia, aby stale monitorować poziomy tlenu.

Przeprowadzono serię testów na jednej linii pakowania, gdzie zainstalowano urządzenie, a dział zapewnienia jakości producenta nadzorował próbę i pobierał próbki z gotowych opakowań za pomocą skalibrowanego analizatora opakowań typu dla określania MROC.

Maszyna działała ze standardowymi 36 workami na minutę, najpierw przy dostawie azotu z firmy gazowej o czystości tylko 10 ppm, a następnie 2 poziomach zawartości tlenu gazowego podniesionych do o stężeń 0,1% i 0,5% osiąganym dzięki niewielkiemu dopływowi sprężonego powietrza klasy spożywczej.

Tabela: Optymalna czystość gazu azotowego do zastosowań w pakowaniu żywności — próbka wsadowa — poziom O2 — Parker GSFE

Jak widać z tabeli wyników, nie było praktycznie żadnej różnicy między czystością gazu w odniesieniu do MROC w opakowaniu, gdyż poziom tlenu w opakowaniu końcowym był utrzymywany znacznie poniżej limitu.
Test został oceniony przez zespół decyzyjny producenta, a dwubankowy system NITROSource PSA został odpowiednio zamówiony i zainstalowany w celu zaspokojenia zapotrzebowania całej fabryki.

Warto zauważyć, że w dniu przejścia z istniejącego ciekłego źródła gazu na gaz wytwarzany przez wytwornicę azotu Parker, pracownicy i dział kontroli jakości nie zostali poinformowani, aby przeprowadzić ślepy test. Z przyjemnością informujemy, że system faktycznie działał przez 3 tygodnie bez żadnej wykrytej różnicy, zanim zainteresowane strony zostały ostatecznie poinformowane!

Biorąc pod uwagę całkowity koszt posiadania instalacji generatorów azotu Parker w tym wydatki na energię elektryczną, serwis i wydatki inwestycyjne związane z zakupem, oczekuje się, że cały system zwróci się w ciągu 2 lat i obniży koszty nawet o 75%.

Autor postu: Phil Green, manager do przemysłowych aplikacji gazowych oraz ds. szkoleń - Parker Gas Separation and Filtration Europe EMEA

Tłumaczenie: Bartłomiej Branowski