摘要：奶粉多采用金屬罐裝，以確保包裝材料的高阻隔性及良好密封性，同時為了提供奶粉無氧或低氧環境，保證奶粉不易出現氧化變質等質量問題，常配合采用充氮包裝或氣調包裝，即充入氮氣或一定比例的二氧化碳氣體，但上述氣體的比例含量如何控制、罐內氣體成分是否因罐體泄漏出現變化，則需要采用嚴格的內部氣體成分分析儀器及合適的檢測方法進行驗證。本文詳細介紹了金屬罐裝奶粉內部頂空氣體成分的檢測方法及原理，以此為相關行業用戶提供較為詳細的技術參考。

關鍵詞：奶粉、充氮包裝、氣調包裝、無氧或低氧環境、金屬罐、頂空氣體成分、頂空氣體分析儀、N₂與O₂比例、N₂比例、O₂與CO₂比例

測試意義：

　　因奶粉含有大量的蛋白質、脂肪等高營養物質，所以與N₂、H₂O等氣體長期接觸時會出現緩慢氧化變質、結塊、顏色與口感異常等質量問題。鑒于奶粉上述特殊性，生產廠家采用高阻隔包裝材料對其進行保護，除了常見的鋁箔復合膜包裝袋以外，目前zui受青睞的包裝材質為金屬罐，其分為鋁合金與馬口鐵兩種材質，有些高質量要求的廠家甚至搭配三層封口形式進行密封，即在罐口進行一層錫箔密封后再依次加上金屬蓋、塑料蓋封口，以此保證金屬罐裝的高阻隔性及完好密封性。

　　為了確保金屬罐內的無氧或低氧環境，生產企業多采用充氮包裝或氣調包裝，即將盛有奶粉的罐內的空氣抽到預定的真空度后，再充入純N₂這一種氣體（充氮包裝）或一定比例的N₂、CO₂氣體（氣調包裝），zui后完成罐口密封。充入N₂是為了保證奶粉在此惰性氣體環境中避免被氧化，而充入的CO₂則是為了抑制奶粉中大多數需氧菌的生長，并且促進奶粉中水分與CO₂反應形成液態碳酸，形成微負壓，防止漲罐。但是，金屬罐易出現密封不良的問題，會進一步導致內部氣體泄漏，外部空氣進入罐內，導致奶粉被氧化或結塊等變質現象。另外，有些生產企業對罐內N₂、CO₂氣體比例的調節無法準確控制，常會出現漲罐或者奶粉在保質期內色澤發生變化等問題。因此，需要采取有效的監測手段對金屬罐內頂空部位的氣體成分進行檢測，以便于及時避免內在的質量問題。本文介紹一種新式的頂空分析儀HGA-03(Labthink)測試金屬罐裝奶粉中N₂、CO₂的比例含量，亦為乳制品生產企業提供乳粉成品包裝質量管控的技術指導。

圖1  金屬罐裝奶粉（圖片來源于網絡）

檢測方法：

　　頂空氣體分析采用氣體傳感器法，即從密封包裝物內部頂空部位吸取一定體積的氣體樣品，再將其注入某種特定氣體的分析傳感器中，待一定測試時間后記錄傳感器輸出的相應氣體濃度值。不同氣體的含量檢測需要使用不同的氣體分析傳感器。

　　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，但頂空氣體檢測儀器已在市場上普遍存在，說明包裝件內頂空氣體成分的監測已是大眾關注的指標。但是，市場上各種品牌的技術水平及度存在差異，特別是對于金屬罐此類硬質包裝內O₂、CO₂氣體的同時監測的儀器較為少見，如何選擇合適的檢測設備至為關鍵。因此，本文將采用Labthink蘭光公司自主研發的HGA-03頂空氣體分析儀對金屬罐奶粉樣品進行O₂與CO₂氣體比例含量的同時檢測。

1、試驗儀器

　　HGA-03頂空氣體分析儀（Labthink蘭光），同時配備O₂和CO₂兩種氣體的分析傳感器，傳感器壽命分別可達到6年與15年以上。O₂和CO₂測量范圍均為0 ~ 100%，O₂和CO₂測量精度分別為±0.5%、±2%，特別是O₂范圍為0 ~ 2%時，測量精度可達±0.1%。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< 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。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、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金屬罐試樣置于干燥環境內調節狀態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。

　　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），而可能混入的空氣中其他氣體比例含量可忽略不計，所以N₂比例含量則為100% — O₂% — CO₂%。

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自動采集罐體內頂空氣體，儀器可自動進行試驗數據的分析、處理，并提供報告輸出功能，整個測試過程便捷易操作：

　　√　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。

4  穿刺試樣過程

　　√　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。

圖5  吸取樣氣的過程

　　√　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個試樣內頂空氣體中O₂和CO₂比例含量的算術平均值分別為3.4%、28.8%。

總結：

　　HGA-03頂空氣體分析儀在監測奶粉金屬罐內氣體成分時，可提供準確的O₂和CO₂比例含量，并進一步反映出內部N₂比例含量，可為企業控制包裝密封性以及適合的N₂、CO₂充入比例提供堅實的技術指導。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。了解更多與包裝材料檢測有關的儀器信息，您可以登陸濟南蘭光公司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。