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    创新

    科研项目:不产生气味转移的产品转换

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    看一眼超市货架,就可以了解当今的世界饮料:以趋势、目标群体和季节变化为基础,丰富多彩的口味牢牢掌控着市场发展。更高的灵活性和更高的质量要求将成为灌装企业长期关注的发展方向。

    因此,单一品种的生产时间将缩短,而产品转换将更加频繁。基于这种原因,一种产品被带入后续产品的风险也在持续加大。特别是对于气味强烈的产品,其风险绝对不能忽视,因为一旦出现气味转移,后果将是非计划停产、不合格产品或者消费者投诉。

    为了消除这类风险,需要付出高昂的成本。借助合理安排的生产计划和CIP刷洗计划,可以在一定程度上保持较短的换装时间和刷洗时间,降低气味和口味转移风险。通常情况下,这也限制了灵活性,因为临时改变生产计划将变得非常困难。对于特殊口味的新特产品,口味转移的风险始终存在。

    消除因密封件导致的气味转移

    基于这个原因,克朗斯和特瑞堡密封系统公司联合推出AReS(AromaResistanceSeals)科研项目,其任务是准确调查香味转移的起因。通过详细考察所有的重要设备构件和设备流程,总结出以下关注重点:

    尤其是气味强烈物质,例如,果汁中添加的香精,存在着口味转移的风险。

    气味转移的主要原因

    • 冲洗特性,特别是死区和死角。
    • 设备内的残留污染
    • 与产品接触的表面
    • 采用的材料,特别是密封材料。

    首先,必须评价这些要素,确定其对气味转移的影响。总体上看,刷洗性能不存在任何重大挑战:为了保证产品转换时的冲洗特性,可以在结构设计时避免死区和死角。

    第二种气味转移现象既存在于现场设备,也出现在大量的试验中:材料能够在生产过程中泳移到密封材料中,此后,在产品更换后重新释放。特别是对于味道强烈的饮料,传统的CIP刷洗无法将气味物质溶出。其补救措施是采用合适的设备结构,将可能减少与产品接触的密封面,例如,使用无菌阀门。

    该科研项目已经超越单纯的分析,正在开展对密封材料的具体研发工作。为此,克朗斯与密封件生产商特瑞堡密封系统公司开展合作。其目标是,为课题“通过密封件导致的味道转移”制订能够满足所有生产要求的解决方案。

    EPDM、FKM或者FFKM?

    为此,双方联合开展基础研究,其结果表明:对于大多数味道强烈的产品,如果合理组合现有的灌装工艺和密封材料,可以避免明显的口味转移。不过,有些新型趋势饮料因添加各种香精产生强烈的口味,它们对密封材料带来了巨大的挑战。作为传统的“全能选手”,EPDM(三元乙丙橡胶)虽然具有卓越的特性,但对此常常陷入无能为力的困境。

    对此,一个良好的补救措施就是采用氟橡胶(FKM)。如果刷洗要求更高,还必须满足更高的化学要求。全氟醚橡胶(FFKM)虽然是对此的一个解决方案,但是,与标准密封相比,只在很少情况下能够成为具有经济性的替代品。

    理想情况是开发出一种弹性体,它具有更高的化学耐腐蚀性(针对产品和化学品),极低的气味物质泳移特性,同时还要保持具有吸引力的成本。经过两年多的潜心研发,我们与特瑞堡密封系统公司联合为标准O形圈推出了准确满足这些要求的材料。

    新型密封材料

    研发的出发点是高性能FKM,最初按照静密封设计。这种材料不仅相对清洗剂具有优秀的耐化学腐蚀性能,同时还可以耐受各种不同的产品。此外,它相对其它材料还具有更低的气味物质泳移值。

    首先,进行浸泡试验,利用克朗斯制备的香精混合液,采用常规饮料的典型浓度,其结果证明了新材料的优势:为了验证材料的耐受性能,即使用寿命,尽可能采用不同特性(分子类型,溶解性,极性,分子大小)的香味物质。在化学物质的交替作用下,EPDM和常规的FKM材料出现剧烈膨胀,而高性能FKM和以FFKM为基础的材料表现出更好的耐受性。除了更好地耐受清洗剂和产品,开发高性能FKM材料的另外一个关注重点是减少气味泳移。同时,还要找出哪些气味物质以多大程度从密封中逸出,以及是否能够品尝出味道。为此,对EPDM、FKM、FFKM以及新研发的高性能FKM进行了相互对比。

    首先,将密封材料放入香精混合液中浸泡24小时。这个时间段足够均匀地浸透O形圈。接下来,冲净O形圈,放入水中一个小时。利用气相色谱-离子迁移谱仪(GC-IMS)对由此产生的试样进行化验分析,测定从密封材料中溶解出气味物质的浓度。

    借此,可以确定哪些气味物质从不同的密封材料向外释放以及它们的释放速度。此外,这还取决于一些其它因素,例如,材料和气味物质的极性,气味物质在密封中和产品中的浓度。

    试验结果表明,大部分气味物质从EPDM材料中释放。新开发的高性能FKM材料介于FKM和FFKM之间。因此,这种材料的气味转移方面的特性好于FKM。

    由于在饮料生产中并非仅仅从加味产品转换到水,因此,还要分析各种不同产品的气味物质扩散,例如,能量饮料,可乐饮料,不同口味的加味水。这些试验的结果同样表明,在全部情况下EPDM都是最容易产生气味转移的材料,而新研发的高性能FKM再次好于FKM。

    同时,还进行了品评测试。其试验方式类似于化学测试:不同的密封材料放入饮料中浸泡,经过简单清洗后放入水中保持一段时间。接下来对这些水样进行品评测试,确定气味转移情况。在此,所有材料和水的试样以随机方式摆放。品尝人员按照气味强度对试样进行升序排列,1代表没有味道,6代表味道最强烈。

    品尝结果表明,样品的排序与弥散动力学结果完全相同:水 – FFKM – 高性能FKM – FKM – EPDM。可以明显看到,FKM与FFKM之间存在明显的区别。比照水样的气味强度始终最低。

    总而言之,弥散动力学以及品尝结果均表明,FKM材料在减少气味转移方面明显优于EPDM。这种区别不仅通过化学分析得到验证,感官品尝也能得出同样的结果。

    现场测试

    为了验证实验室结果,最后一步是利用一台饮料灌装设备进行现场测试。对此,将五个灌装阀的O型圈更换成新的密封材料,运行时间为一年。一年之后,拆下密封,与相邻阀门的EPDM密封圈进行对比。对此,一方面在实验室检测外观变化,另一方面,再次进行弥散动力学检验,确定密封圈在多大程度上吸附了来自生产过程的气味物质,尤其是有多少气味物质能够重新释放。为此,从场试设备中拆除O型圈,放入水中,然后每隔一定时间检测气味物质残留量。在这里,也证明高性能FKM比EPDM具有明显更低的气味物质转移量。

    Article 34362
    气味物质能够通过设备的密封件从第一批灌装的饮料转移到后续灌装的饮料中。

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