Патент на изобретение №2348033

(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СРОКА ГОДНОСТИ ПРОДУКТА ПРИ ХРАНЕНИИ В УПАКОВКЕ

(57) Реферат:

Изобретение касается способа определения срока годности продукта при хранении в упаковке, а также применения устройства для осуществления этого способа. Способ осуществляют следующим образом. Закрытая упаковка, заполненная продуктом, помещается в камеру избыточного давления. Упаковка хранится в камере избыточного давления в течение заданного интервала времени под избыточным давлением при заданной температуре в атмосфере испытательного газа, при этом определенное количество испытательного газа проникает в упаковку, после чего упаковка хранится в течение определенного интервала времени под воздействием тепла и/или света, а затем упакованный продукт подвергается аналитическому и/или органолептическому исследованию. Устройство содержит камеру избыточного давления с закрываемым входным отверстием для размещения по меньшей мере одной упаковки, а также впуск для подачи испытательного газа, выпуск для выпуска испытательного таза и устройство для установки и поддержания избыточного давления. Изобретение позволяет значительно уменьшить время испытаний, ускорить проникновение испытательного газа в упаковку и простым способом получить реалистические результаты для зависящего от времени проникновения посторонних веществ в упакованный продукт. 8 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение касается способа определения срока годности продукта при хранении в упаковке, а также применения устройства для осуществления этого способа.

Различные упаковки, в частности, для пищевых продуктов, должны обеспечивать продукту оптимальную защиту. Как в отношении выбора материала, так и конструкции, такая упаковка должна удовлетворять высоким требованиям, специфическим для упаковываемого продукта. Безупречное качество продукта нужно гарантировать в пределах заявленного срока годности при хранении. Кроме защиты от микробиологических процессов, которая может быть обеспечена соответствующими методами, такими как термообработка, асептическая технология заполнения и упаковывания, а также консервирование, химические или физические изменения упакованного продукта, особенно те, которые могут привести к изменению его запаха, также имеют существенное значение. В частности, проникновение некоторых веществ, особенно таких как кислород, через упаковку и последующее изменение этими веществами состава упакованного продукта может решающим образом влиять на качество продукта.

Помимо входного контроля материалов и теоретических расчетных моделей, для определения минимального срока годности имеются стандартные испытания на соответствие техническим условиям, такие как проверки хранения продукта в реальном времени. При этом исследуемая упаковка заполняется и хранится в контролируемых условиях в течение запланированного минимального срока годности. Это означает, однако, что достаточно достоверное заключение о пригодности упаковки для существующего продукта или, наоборот, о пригодности нового продукта для существующего типа упаковки, может быть сделано только после того, как истечет запланированный минимальный срок годности. Главный недостаток этого способа испытания заключается в этом очень длительном, продолжительностью несколько месяцев, периоде испытания. Вследствие все более широкой номенклатуры продуктов, все более коротких жизненных циклов продуктов и, в то же время, при высоких ожиданиях со стороны потребителей в отношении качества и безопасности продуктов, а также вследствие конкуренции среди поставщиков продуктов, имеется потребность в сокращении необходимого времени разработки.

Исходя из этого, целью изобретения является создание способа определения срока годности продукта при хранении в упаковке, который существенно уменьшает время испытаний и простым путем дает реалистические результаты для зависящего от времени проникновения посторонних веществ в упакованный продукт.

Согласно изобретению эта цель достигается отличительными признаками по пунктам 1 и 9 формулы изобретения.

Согласно этому изобретению, процесс проникновения испытательного газа в упаковку может быть ускорен путем увеличения давления p₁. В этом случае степень проникновения линейно зависит от реальной проницаемости упаковки при давлении окружающей среды (нормальном атмосферном давлении) в реальном времени. При последующем хранении упаковки в течение некоторого интервала времени под воздействием тепла и/или света может произойти взаимодействие газа, присутствующего в большей концентрации вследствие форсирования его проникновения, с другими веществами, содержащимися в продуктах. Следовательно, возникает реалистическая имитация хранения в течение нескольких месяцев. Изменения запаха, которые происходят из-за комбинированного действия света и кислорода, могут моделироваться путем дополнительного светового воздействия. Способ согласно изобретению облегчает процесс быстрого определения срока годности, которое может быть выполнено за одну или несколько недель, и поэтому приводит к очевидной экономии времени по сравнению с испытаниями в реальном времени, которые занимают несколько месяцев. Следовательно, совместимость существующего продукта с некоторой упаковкой с учетом оптимального качества продукта может быть определена простым путем за короткое время.

Согласно предпочтительной форме осуществления изобретения испытательный газ содержит O₂ или состоит из чистого O₂. Таким образом, во время периода хранения может моделироваться зависящее от времени поступление кислорода в упакованный продукт, вызванное газопроницаемостью упаковки.

Предпочтительно, температура T₁ на этапе (b) находится в диапазоне от 5 до 40°С, более предпочтительно – равна комнатной температуре в диапазоне от 15 до 25°С. Избыточное давление p₁ предпочтительно находится в диапазоне от 0,1 до 2,5 МПа.

Так как проникновение газа зависит также от относительной влажности в камере избыточного давления, целесообразно также регулировать относительную влажность в этой камере, предпочтительно в диапазоне от 40 до 50%. Таким образом, во время различных измерений используются сопоставимые параметры, подлежащие проверке.

На этапе (с) температура Т₂, при которой упаковка хранится в течение некоторого интервала времени под воздействием тепла, лежит в диапазоне от 25 до 60°С. Таким образом ускоряется и усиливается взаимодействие испытательного газа, имеющегося в большем количестве вследствие его принудительной подачи, с другими веществами, содержащимися в продуктах.

Согласно изобретению дополнительно может быть определен реальный срок t_real хранения, равный интервалу времени t₁, за который при нормальном атмосферном давлении в упаковку проникает то же самое количество Q испытательного газа. Таким образом, за короткое время, то есть за несколько дней, можно сделать вывод о сроке хранения продукта. Альтернативно, время t₁, избыточное давление p₁ и температура T₁ для этапа (b) могут быть определены так, чтобы в упаковку проникало количество Q испытательного газа, соответствующее количеству Q_real, которое проникает в упаковку при давлении окружающей среды (нормальном атмосферном давлении) в реальном времени. При этом возможно, например, за короткое время установить, является ли упаковка подходящей для некоторого продукта.

Этот способ особенно хорошо подходит для пластмассовых бутылок.

На этапе (с) интервал времени t₂ предпочтительно находится в диапазоне от 48 до 720 часов.

Согласно предпочтительной форме осуществления изобретения для упакованного газированного продукта после этапа (с) содержание CO₂ в упакованном продукте устанавливается так, чтобы оно соответствовало содержанию CO₂, которое упакованный продукт имел бы после хранения в течение реального времени t_real, с целью реалистично имитировать потерю CO₂ для органолептической оценки.

Устройство, применяемое для осуществления предложенного способа, имеет простую конструкцию и может быть реализовано с небольшими затратами. Предпочтительно, это устройство содержит нагревательное устройство, чтобы поддерживать по меньшей мере одну упаковку при определенной температуре T₁ и обеспечивать воспроизводимые условия испытаний. Кроме того, устройство может иметь средство установки относительной влажности в камере избыточного давления, чтобы получать воспроизводимые условия проникновения. Камера избыточного давления может работать в диапазоне избыточного давления от 0 до 2 МПа, предпочтительно – до 1 МПа.

Предпочтительно, выпуск для газа соединен с системой измерения состава газа, предназначенной для анализа состава атмосферы испытательного газа в камере избыточного давления.

Ниже данное изобретение объясняется более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи.

На фиг.1 показана принципиальная схема устройства для осуществления предложенного способа.

На фиг.2 показана схема последовательности операций для одной из форм осуществления способа согласно изобретению.

Как видно из фиг.1, устройство для осуществления предложенного способа содержит камеру 1 избыточного давления для размещения по крайней мере одной заполненной и закрытой упаковки; например, здесь – двух полиэтилентерефталатных бутылок 4, расположенных рядом один с другим. Камера 1 избыточного давления имеет закрываемое входное отверстие 9. Камера 1 избыточного давления может использоваться до давления 2 МПа и, кроме того, содержит устройство 12 защиты от избыточного давления, которое посредством (не показанного) клапана уменьшает избыточное давление, если оно превышает рабочее. Кроме того, устройство содержит впуск 2 для подачи испытательного газа и выпуск 3 для вывода испытательного газа. Линия 14 подачи газа соединена с впуском 2, а выпускная линия 13 соединена с выпуском 3. Линия 14 подачи содержит впускной клапан 6, а выпускная линия 13 содержит выпускной клапан 7. Кроме того, устройство содержит средства 10, 6, 2, 7 установки и поддержания избыточного давления p₁. Устройство содержит также газовый манометр 10 для измерения давления p₁ в камере 1 избыточного давления. Здесь, как показано на фиг.1, газовый манометр 10 расположен в камере избыточного давления, но можно также установить его во впускной или выпускной линии 13, 14 в районе впуска 2 или выпуска 3. Таким образом, например, при открытом впускном клапане 6 испытательный газ может подаваться в камеру 1 избыточного давления через впускную линию 14 до тех пор, пока газовый манометр 10 не покажет некоторое избыточное давление p₁. Устройство также может иметь электронный регулятор, который не показан, для регулировки давления газа в камере 1 избыточного давления.

В предпочтительном случае устройство содержит нагревательное устройство 5, которое позволяет поддерживать упаковки 4 при заданной температуре t₁ для достижения воспроизводимых условий испытаний.

Кроме того, устройство содержит средство 11 регулирования относительной влажности. Так как относительная влажность влияет на проникновение испытательного газа в упаковку 4, удобно, если в камере избыточного давления может устанавливаться определенная относительная влажность. В качестве устройства для регулирования относительной влажности может использоваться, например, отрезок трубы, защищенный от избыточного давления и заполненный ворсистым пластмассовым материалом, который может пропитываться, например, дистиллированной водой, через отдельный соединительный элемент. Количество воды, которое необходимо для установления определенной относительной влажности в атмосфере камеры, например, рассчитанное с помощью диаграммы Молье h-Х и значения давления в камере, может быть введено в ворсистый пластмассовый материал. Во время заполнения камеры газом газ проходит сквозь ворс, испаряет воду и вносит вместе с собой водяной пар в камеру.

В этой форме осуществления изобретения выпуск 3 или выпускная линия 13 соединяется с системой 8 измерения состава газа, которая анализирует состав атмосферы в камере 1 избыточного давления. Система измерения состава газа базируется, например, на технике электрохимических датчиков и может анализировать одновременно несколько газов (например, качественно и количественно) (например, анализатор газов фирмы Drager).

Впускная линия 14 соединена с распределительным газовым щитком, который не показан и служит для подачи испытательного газа или некоторой смеси испытательных газов.

Благодаря вышеописанному устройству может быть ускорено проникновение испытательного газа в упаковку 4, здесь – в полиэтилентерефталатные бутылки 4. Во время проникновения в упаковку 4 газы и пары осаждаются на поверхности проницаемой упаковки, диффундируют через упаковку из-за градиента концентрации и проходят в упакованный продукт. Во время проникновения проникающее вещество (газ) первоначально растворяется в пластмассе, пока не наступит равновесная концентрация (лаг-фаза). Тогда фактическое проникновение испытательного газа происходит линейно согласно следующему уравнению (1):

Q/t=Р/ХАр.

Здесь Q – общее количество проникающего вещества, которое проходит сквозь слой пластмассы площадью А и толщиной Х за время t; р – разность парциальных давлений проникающего вещества между внешней и внутренней сторонами пластмассы, и Р – коэффициент проницаемости, который является специфическим для материала упаковки и проникающего вещества. Таким образом, общее количество проникающего вещества Q линейно зависит от разности парциальных давлений испытательного газа внутри и снаружи упаковки. Концентрацией или парциальным давлением испытательного газа, например Q₂, внутри упаковки пренебрегаем, так что разность парциальных давлений равна абсолютному давлению испытательного газа, здесь – кислорода, снаружи упаковки. В стандартной атмосфере (Т=1013 мбар) парциальное давление кислорода Р(O₂)=0,21222235 бар. Таким образом, путем увеличения парциального давления можно получить то же самое количество просачивающегося испытательного газа, в данном случае – кислорода, за более короткое время. Эта линейная зависимость применима при постоянной температуре. Если, например, парциальное давление для идеального испытательного газа (например, 100% кислорода) повышается с коэффициентом 38,6, так что р=8,1 бар, то реальный период хранения t_real можно сократить, например, с 9 месяцев до 7 дней.

Здесь степень принудительного проникновения линейно зависит от реальной проницаемости упаковки.

Ниже способ согласно изобретению объясняется более подробно со ссылкой на фиг.2.

Во-первых, заполненные и закрытые упаковки 4, здесь – полиэтилентерефталатные бутылки 4, помещают в камеру 1 избыточного давления, и герметично закрывают входное отверстие 9 (этап (а)). Перед хранением упаковки в камере 1 избыточного давления определяют соответствующие параметры испытания, включая уровень избыточного давления p₁, температуру T₁ и время t₁ хранения упаковки 4 в атмосфере испытательного газа (этап b’). Затем в камере 1 избыточного давления устанавливают определенное избыточное давление p₁ средствами 10, 6, 2, 7 установки и поддержания избыточного давления p₁. Кроме того, устанавливают определенную температуру T₁ нагревательным устройством 5, а также устанавливают определенную относительную влажность средством 11 установки относительной влажности. Температуру, избыточное давление и относительную влажность поддерживают постоянными на протяжении всего времени t₁ испытаний. При хранении при избыточном давлении p₁ процесс проникновения газа через упаковку 4 форсируется во времени, как было объяснено ранее. При этом температура T₁ предпочтительно находится в диапазоне от 15 до 25°С, избыточное давление p₁ – в диапазоне от 0,1 до 2,5 МПа, время t₁ – в диапазоне от 0 до 240 часов и относительная влажность – в диапазоне от 0 до 100%.

По истечении интервала времени t₁ давление в камере 1 избыточного давления понижают до давления окружающей среды и упаковку 4 извлекают из камеры 1 избыточного давления.

Затем на этапе (с) упаковку 4 хранят под воздействием тепла и/или света в течение заданного интервала времени t₂, который может составлять, например, 48-720 часов. Этап (с) необходим для того, чтобы взаимодействие содержащегося в упаковке испытательного газа, присутствующего вследствие форсирования в большей степени, с другими веществами, содержащимися в продуктах, было ускорено и усилено.

При хранении в темноте в диапазоне температур от 25 до 60°С при давлении окружающей среды в течение интервала времени от 48 до 720 часов в случае кислорода в качестве испытательного газа, могут происходить реакции, вызванные кислородом, которые соответствуют реакциям, вызываемым кислородом при нормальных условиях хранения (хранения в течение реального периода t_real. равного нескольким месяцам при давлении и температуре окружающей среды). Таким образом, может быть выполнено реалистическое моделирование нескольких месяцев хранения.

В то же самое время, или альтернативно, упаковки 4 могут быть подвергнуты отдельной обработка светом на этапе (с), чтобы вызвать изменения запаха, которые возникают из-за совместного действия света и испытательного газа, здесь – кислорода. В этом случае упаковки подвергают постоянному воздействию света интенсивностью 50-750 Вт/м² в интервале времени от 1 до 10 часов. Это может осуществляться, например, с использованием стандартного испытательного устройства, предпочтительно, Suntest XLS+фирмы Atlas Material Testing Technology, или же путем облучения образцов неоновым светом с короткого расстояния.

Вслед за этим этапом (с) может осуществляться аналитическая и/или органолептическая оценка упакованного продукта. Во время аналитической и/или органолептической оценки упакованный продукт сравнивают с контрольным образцом, который был заключен в непроницаемую упаковку и хранился охлажденным (Т=1-10°С) в темноте до времени испытания.

Во время органолептической оценки упакованного продукта оценивают образцы, например, с помощью теста “Отличие от контрольного образца”, в соответствии с ранее упомянутым стандартом, то есть сравниваемые образцы пробуют на вкус и оценивают отклонение от стандарта.

Изменения продукта во время испытания также могут быть оценены аналитически, при этом, например, содержание L-аскорбиновой кислоты или ароматических веществ, важных для упакованного продукта, определяют количественно, например, методами жидкостной хроматографии высокого разрешения или газовой хроматографии, и сравнивают с ранее упомянутым стандартом. Точно так же возможно профилирование запаха, при этом создается профиль запаха эталонного образца, в котором упаковываемый продукт, как ранее было описано, был упакован и хранился холодным в темноте в непроницаемой упаковке, и сравнивается с профилем запаха упакованного продукта, обработанного согласно данному способу.

Затем на основе аналитической и/или органолептической экспертизы упакованного продукта может быть составлен отчет о качестве продукта, который позволит сделать вывод о минимальном сроке годности.

Способом согласно изобретению может быть определен минимальный срок годности, при этом исходя из интервала времени t₁ рассчитывают реальный срок t_real хранения (этап f), эквивалентный интервалу времени t₁, за который при давлении окружающей среды (нормальном атмосферном давлении) в упаковку проникло бы то же самое количество Q испытательного газа, при котором оцененное качество продукта все еще останется отвечающим требованиям.

Альтернативно этому, на этапе (b’) отдельные параметры, такие как избыточное давление p₁, температура T₁ и время t₁, могут быть уже заранее рассчитаны так, чтобы количество Q испытательного газа, который проникает в упаковку 4, соответствовало количеству Q, которое проникает в упаковку при испытаниях в реальном времени в течение реального срока хранения t_real при давлении окружающей среды и соответствующей температуре. Тогда на этапе (е) может быть определено качество продукта (в отношении аналитических и органолептических испытаний упакованного продукта, выполненных на этапе (d)), чтобы, например, можно было составить заключение, является ли некоторая упаковка подходящей для существующего продукта с определенным сроком годности, или, наоборот, для существующей упаковки была возможность выбрать лучший из нескольких вариантов продукта. Кроме того, например, может быть сделано ориентировочное сравнение вновь разработанных продуктов с текущими рыночными образцами (эталонные тесты).

Вычисление соответствующих параметров выполняется, например, с помощью уравнения (1).

Поскольку в газированном углекислым газом упакованном продукте на этапе (b) содержание CO₂ в течение интервала времени t₁ уменьшается в меньшей степени, чем за эквивалентный реальный срок хранения t_real, содержание CO₂ C_target между этапами (с) и (d) устанавливается таким, чтобы оно соответствовало содержанию CO₂ C_real, которое упакованный продукт имел бы после хранения в течение периода t_real хранения в реальном времени. Соответствующее содержание CO₂ определяется с достаточным приближением, например, согласно уравнению (2):

C_real,=PV^-1A t_real,

где Р – коэффициент проницаемости пластиковой пленки заданной толщины для испытательного газа при температуре Т=20°С (г м^-2 бар^-1 сутки^-1),

А – площадь поверхности бутылки (м²),

V – номинальный объем бутылки (л),

t_real = реальное время (в сутках).

Содержание CO₂ в продукте пропорционально эквивалентному давлению на уровне продукта. Поэтому для пластмассовых бутылок установка давления происходит с использованием аппарата для прокола бутылки, позволяющего посредством клапана выполнить регулируемое снижение эквивалентного давления, которое считывается по манометру.

Балансирование содержания CO₂ до величины, которая ожидается по расчетам, оказывает влияние только на общее органолептическое восприятие и не оказывает влияния на какие-либо изменения ароматических веществ, которые обнаруживаются аналитически. Поэтому точность ±0,3 г/л является достаточной.

Итак, благодаря предложенному способу длительные испытания в реальном времени для определения качества продукта с учетом процессов проникновения становятся излишними. Посредством комбинирования хранения упаковки при избыточном давлении с последующим хранением упаковки под действием тепла и/или света может быть осуществлено реалистическое моделирование проникновения посторонних веществ в упаковку.

Формула изобретения

1. Способ определения срока годности продукта при хранении в упаковке, включающий a) помещение закрытой упаковки (4), наполненной продуктом, в камеру (1) избыточного давления; b) хранение упаковки (4) в камере (1) избыточного давления в течение интервала времени t₁ при избыточном давлении p₁ и температуре T₁ так, чтобы в упаковку (4) проникло количество Q_real испытательного газа, которое проникает в упаковку за реальный срок хранения t_real при нормальном атмосферном давлении P_standard окружающей среды; c) хранение упаковки (4) под воздействием тепла и/или света в течение интервала времени t₂, необходимого для взаимодействия испытательного газа с веществами, содержащимися в продукте, и

d) аналитическое и/или органолептическое исследование продукта для составления заключения об изменении качества продукта, которое позволяет сделать вывод о сроке годности продукта и/или о пригодности продукта для данной упаковки или наоборот.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что испытательный газ содержит O₂ или состоит из чистого О₂.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что температура T₁ на этапе (b) находится в диапазоне от 5 до 40°С, а в предпочтительном случае является комнатной температурой в диапазоне от 15 до 25°С.

4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что на этапе (b) избыточное давление p₁ находится в диапазоне от 0,1 до 2,5 МПа.

5. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что на этапе (b) в камере (1) избыточного давления устанавливают относительную влажность в диапазоне от 0 до 100%.

6. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что температура T₂ на этапе (с) находится в диапазоне от 25 до 60°С.

7. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что упаковка представляет собой пластмассовую бутылку.

8. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что на этапе (с) интервал времени t₂ находится в диапазоне от 48 до 720 ч.

9. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что для газированного продукта после этапа (с) содержание CO₂ в продукте устанавливают таким, что оно соответствует содержанию СО₂, которое упакованный продукт имел бы после хранения в течение реального периода времени t_real.

РИСУНКИ