Обзор газоанализаторов для пищевой промышленности

Применение анализаторов кислорода (О₂) и углекислого газа (СО₂) для контроля газовой среды в пищевой промышленности

 Основные требование к месту использования анализаторов кислорода (О₂) и углекислого газа (СО₂) в пищевой промышленности

 Для производства пищевой продукции на пищевых предприятиях созданы «чистая зона», максимально предотвращающая попадание вредоносных бактерий в зону производства и отвечающая следующим требованиям:

• «чистая зона» -пространство, в котором контролируется концентрация взвешенных в воздухе частиц, построенное и используемое так, чтобы свести к минимуму поступление, выделение и удержание частиц внутри зоны, и позволяющее, по мере необходимости, контролировать другие параметры, например, температуру, влажность и давление;

Примечание – «чистая зона» может быть открытой или замкнутой и находиться как внутри, так и вне чистого помещения. 
ГОСТ ИСО 14644-1-2002, статья 2.1.2;

•  «класс чистоты» - уровень чистоты по взвешенным в воздухе частицам, применимый к чистому помещению или чистой зоне, выраженный в терминах "Класс N ИСО", который определяет максимально допустимые концентрации частиц (частиц/м²) для заданных диапазонов размеров частиц. ГОСТ ИСО 14644-1-2002, статья 2.1.4;
• «барьерная система с ограниченным доступом (Restricted Access Barrier Systems, RABS)» - система, которая находится в помещении и ограждена от окружающей среды с целью защиты от проникания в нее загрязнений, но не отвечает требованиям к изолирующим устройствам;
• материалы, портативное и передвижное оборудование должны соответствовать уровню чистоты помещения, в котором они используются, и не загрязнять продукт и технологический процесс. ГОСТ Р ИСО 14644-5-2005, статья 4.5.1;
• в чистое помещение допускается вносить только те материалы и портативное оборудование, которые могут использоваться в чистом помещении данного класса. Внешняя упаковка, выделяющая частицы, например из дерева, картона, бумаги и пр., должна быть снята до вноса материалов в чистое помещение или контролируемую зону. На этом этапе не следует удалять внутреннюю упаковку (пленку) материалов. До вноса в контролируемую зону или зону, предназначенную для удаления упаковки для чистых помещений, внутренняя упаковка очищается влажной салфеткой. ГОСТ Р ИСО 14644-5 42;
• перед вносом в чистое помещение неупакованных предметов требуется их тщательная очистка согласно Е.5. Окончательную протирку следует выполнять в специально предназначенных для этого зонах, например в воздушных шлюзах. Для этой цели не следует использовать помещения для переодевания, чтобы не загрязнить одежду для чистых помещений. Рабочие поверхности и протирочные материалы, предназначенные для окончательной очистки, должны быть заранее подготовлены. При наличии двойного слоя упаковки наружный слой следует снять и поместить в специальный контейнер для последующего удаления. Последний слой упаковки снимается непосредственно перед использованием материала. ГОСТ Р ИСО 14644-5 42;

Модифицированная газовая среда применимо к пищевой промышленности

Модифицированная газовая среда (МГС) или атмосфера (МГА), далее МГС, определена FDA (Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США) как «активный или пассивный контроль или модификация атмосферы, окружающей продукт внутри плёночной упаковки». Модифицированная газовая среда отличается от естественной по газовому составу и нужна, чтобы создать оптимальные условия для увеличения срока годности скоропортящихся продуктов и напитков, а именно создать условия, в которых они не будут окисляться.

Преимущества использования МГС

 Типы существующих МГС

 Разновидности упаковок с изменённой внутренней газовой средой:

 Основные используемые газы в пищевой промышленности и их влияние на упакованные продукты

Кислород (О₂) – в большинстве продуктов мы стараемся свести остаточное содержание кислорода к минимуму. Эмпирическое правило гласит, что чем меньше кислорода, тем лучше для срока годности. Исключение делается для таких продуктов, как сырое мясо или салаты. В сыром мясе кислород поддерживает красную окраску, вызванную миоглобином, мясо выглядит более свежим. В салатах поддерживается клеточное дыхание, салат не вянет и выглядит свежее.

Углекислый газ, или диоксид кислорода, или двуокись углерода (СО₂) – используется как газ-заместитель в МГС-упаковке для пищевых продуктов. Углекислый газ, в частности, замедляет жизнедеятельность аэробных бактерий, которые вызывают изменение вкуса и запаха мяса, птицы и рыбы. Этот газ имеет высокий уровень растворимости в водной составляющей пищевых продуктов и таким образом снижает рH, подкисляя их вследствие образования угольной кислоты. При высоких концентрациях СО₂ может происходить разрушение мясных продуктов, появляется посторонний привкус в жирах и маслах, изменяется естественный цвет свежих продуктов. Углекислый газ также имеет некоторое антибактериальное воздействие. Он препятствует «дыханию» фруктов и овощей при концентрациях выше 1%. Чрезмерная концентрация углекислого газа ведет к повреждению растительных тканей, снижению давления в упаковке (из-за растворимости СО₂ в продукте) и усаживанию пленки. Этот эффект может быть уравновешен введением азота (N₂).

Азот (N₂) – как инертный газ используется в МГС и других видах упаковки для пищевых продуктов для замещения атмосферного воздуха, особенно кислорода, что продлевает срок годности продуктов, сохраняет их вкус и аромат. Азот предохраняет жиры от окисления и замедляет рост микроорганизмов анаэробного гниения. Тем самым он предотвращает разрушение пищевых продуктов. Из-за низкой растворимости N₂ в воде и жировой составляющей продуктов он практически не изменяет их вкуса и запаха. Дешевизна азота и легкость поддержания его высокой концентрации в смеси газов внутри упаковки, обеспечили широкое применение этого газа в МГС-упаковке, например, для чипсов или других деликатных продуктов. Азот служит для минимизации потери вкуса, а также обеспечивает защиту во время транспортировки.

Монооксид углерода или угарный газ (CO) - эффективен для сохранения красного цвета свежего мяса вследствие образования карбоксимиоглобина. При концентрации, равной 1%, монооксид углерода препятствует образованию многих бактерий, замедляет процессы брожения и образования плесени, будучи эффективен в качестве фунгистата для фруктов. Однако Монооксид углерода практически не применяется в промышленности из-за его токсичности и взрывоопасности (при концентрации 12,5–74,2%)

Сернистый газ (SO₂) - является антибактериальным веществом и используется с целью контролирования роста плесени и бактерий на некоторых фруктах и ягодах, особенно на винограде и сухофруктах. Это соединение можно использовать для регулирования роста бактерий в фруктовых соках, винах, креветках, маринадах и некоторых видах колбас. Диоксид серы оказывает токсическое действие. При низких концентрациях (например, 25 ед./миллион) он фунгицидный, но при 1–2 ед./миллион диоксид серы оказывает бактериостатическое действие.

Аргон (Ar) – используется для ингибирования ферментативных реакций. Он может конкурентно ингибировать ферменты, которые преобразуют кислород в ферментативной реакции или окислении. Например, можно частично предотвратить окисление полифенолов в листьях салата, чтобы листья не потемнели, а продукт сохранил свой цвет и, следовательно, стал более привлекательным.

Основные требования к анализаторам кислорода (О₂) и углекислого газа (СО₂) в пищевой промышленности

Для использования в пищевой промышленности газоанализаторы кислорода (О₂) и углекислого газа (СО₂) должны, прежде всего, отвечать определённым требования:

 Рекомендованные производителями оборудования анализаторы кислорода и углекислого газа

 Газоанализаторы кислорода и углекислого газа Check Point 2, Oxybaby и OxyPRO с электрохимическим датчиком кислорода и инфракрасным датчиком углекислого газа.

Фото 1	Фото 2	Фото 3

Газоанализаторы Check Point 2, Oxybaby и OxyPRO выпускаются в двух версиях: однокомпонентные анализаторы для измерения кислорода и двухкомпонентные анализаторы для измерения кислорода и углекислого газа.

Газоанализаторы этих моделей взаимозаменяемы, похожи по своим свойствам и функционалу, практически не отличаясь друг от друга, имеют программное обеспечение для передачи данных в компьютер. Анализаторы разработаны для применения в пищевой промышленности, собраны из материалов, допущенных к использованию в пищевой промышленности, и крайне редко используются в других областях.

 Сравнительные технические характеристики анализаторов Check Point 2, Oxybaby и OxyPRO

 Внутренняя конкуренция привела к тому, что основные технические характеристик у представленных анализаторов кислорода и углекислого газа Check Point 2, Oxybaby и OxyPRO практически идентичные.

Вышеперечисленные значения позволяют предприятиям достаточно комфортно применять анализаторы в производственной зоне и лаборатории. Д Все газоанализаторы имеют перезаписываемую память для обработки данных измерений. Имеют функции, регулируемые под конкретного клиента (используется крайне редко). Удобные кейсы для хранения прибора и комплектующих. Имеют место парковки иглы или закрывающий колпачок для предотвращения травм. Имеют сервисные центры.

 Основные эргономические отличия анализаторов Check Point 2, Oxybaby и OxyPRO

Фото 1	Фото 2

Анализаторы кислорода (О₂) и углекислого газа (СО₂) с твердотельным датчиком отличаются повышенной точностью измерения кислорода в ppm (ppm, или миллионная доля - единица измерения концентрации и других относительных величин, аналогична по смыслу проценту или промилле, представляет собой одну миллионную долю. Обозначается сокращением ppm (англ. Parts per million или лат. pro pro mille, читается «пи-пи-эм», «частей на миллион») или млн^{− 1}, или мд.: 1 ppm = 0,001 ‰ = 0,0001 % = 0,000001 = 10 −6 1 % = 10.000 ppm).

В практике измерение в ppm представляется измерение концентрации остаточного кислорода с точностью 0,01%, что вполне достаточно для предприятий пищевой промышленности

Отличаются долгим, более 5-ти лет, сроком службы датчика кислорода, надёжность измерений и независимостью датчика от влияния кислых газов, к которым относится углекислый газ.

Из недостатков можно отметить необходимость нагрева датчика перед использованием, которое может составляет порядка 6 минут, что обусловлено спецификой применения твердотельных датчиков с рабочей температурой порядка 400^о C и выше.

Кроме того, газоанализаторы Check Point 3 и OxySMART примерно в 2,5-3 раза дороже газоанализаторов Check Point 2, Oxybaby и OxyPRO с электрохимическим датчиком кислорода.

На настоящий момент газоанализатор Check Point 3 является самым дорогим анализатором в сегменте портативных анализаторов для пищевой промышленности.

 Экономия «на тормозах» или цена ошибки

Эпоха полного дефицита прошла. Покупатель стал избалован предложением и осторожен в выборе. Необходимо убедить его в качестве вашей продукции, приемлемой цене и постоянстве качества по сравнению с конкурентами. И, если по причине плохо подобранного анализатора, продукт будет испорчен или появится плесень раньше окончания срока хранения, то будет вынесен самый страшный приговор покупателя для каждого производителя, категоричное: «Всё, это больше не куплю ни разу в жизни!».

Приобретение некачественного или не отвечающего требованиям газоанализатора для измерения остаточного кислорода и концентрации углекислого газа может привести, в лучшем случае выбраковке выпущенной продукции, или, в худшем, образования в торговых сетях в продукции грибковых образований (плесени) ранее указанного срока хранения

Правильно подобранный анализатор является одним из важных средств контроля качества продукции и экономить «на тормозах» не стоит. Цена ошибки намного превысит стоимость мнимой экономии на качественном анализаторе.

Руководство предприятием или технолог предприятия, принимая решение о выборе анализатора из представленных в данной статье, должен руководствоваться требованиями к оперативности и требуемой точности измерения, а также оценивать риски возможных ошибок при использовании газоанализатора.

Также стоит учитывать, что сетевые продавцы имеют свои лаборатории, и, как минимум, необходимо приобретать газоанализатор аналогичной категории.

Именно в этом случае можно гарантировать выпуск продукции, отвечающей требованиям конечного покупателя.

Ценообразование

Как видно из статьи разброс цен обусловлен 2 основными факторами:

Анализаторы с твердотельными датчиками кислорода всегда будут дороже анализаторов с ЭХД.

По комплектующим кратко можно привести пример на основе одного маркет плейса. Помпы немецкого производителя, отличающиеся надёжностью используемые в представленных выше газоанализаторах, стоят в 8-10 раз дороже помп азиатского происхождения. Пластиковые корпуса приборов имеет немецкое происхождение. Корпус анализаторов MOCON смело можно назвать уникальными для этого сегмента пищевых анализаторов.

В любом случае, решение о выборе анализатора остаётся за покупателем….

 Данная статья является обзорной и основана на опыте применения газоанализаторов в пищевой промышленности**.

** фотографии в статье из получены свободных источников.

 Москва, 2023 год.