关于软饮料中氧气测量重要性的研究

• 关键词：软饮料,溶解氧测量仪
• 摘要：根据饮料的成分，软饮料中高含量的溶解氧可能会对软饮料的质量和保质期产生重大影响。 不仅饮料本身，而且包装类型都需要考虑。

根据饮料的成分，软饮料中高含量的溶解氧可能会对软饮料的质量和保质期产生重大影响。 不仅饮料本身，而且包装类型都需要考虑。

1 为什么氧气测量如此重要许多软饮料含有天然成分，例如果肉，果汁或维生素。 这些成分容易氧化。 软饮料中的高含量溶解氧(O2)可能会导致饮料的香气和味道发生变化，颜色发生变化以及营养价值下降。 饮料容器中的氧气越多，氧化速度就越快。 高温也会增强氧化作用。饮料包装中的空气包含约 20.95%体积(%v / v)的氧气，其他主要成分是 78.08%v / v 的氮气(N2)，但氧气是可能干扰饮料成分的物质。 然而，饮料容器中的 O2 总是伴随着氮，氮保留在包装中，即使当氧含量由于氧化反应而消耗时会随着时间的流逝而减少。 O2 和 N2 在饮料中的溶解度很低，这意味着两种气体的大部分都存在于顶部空间中(图 1)。温度越高，顶部空间中积聚的气体越多。 这将会导致内部压力有升高的风险，尤其是在巴氏灭菌过程中，以及在产品的整个保质期内。图 1：包装中主要气体成分 N2 和 O2 的分布

2 包装材料不同，影响也会有所不同随着时间的推移，PET 瓶与外接环境是有氧气交换的。 在较小的程度上，氧气也可以在瓶盖与玻璃瓶口界面处进入玻璃瓶。 因此，PET 瓶和玻璃瓶都必须考虑氧气对饮料稳定性的影响。罐装饮料不会与外接有气体交换。 然而，氧气可能已经在生产和灌装过程中进入罐中并对饮料和罐体产生不利影响，因此对罐装产品也必须控制氧气含量。

3 氧气对罐体的影响

高氧水平会增加罐体腐蚀的风险，例如增加穿孔风险和增加金属析出到饮料内的风险(比较图 2)。关于使用装满测试饮料的铝罐研究铝离子析出过程的测试如下。 这些罐子分为两组。 第 1 组，在图 2 中用左栏表示，其中空气水平增加(远高于允许的极限)。 第 2 组含有的空气量对应于每罐 2 mL 的最大允许含量。从图中可以显著的看到，空气水平升高的样品平均值和中值(即，将数据的上半部分与下半部分分开的值)都远高于两批测试样品的值 标准的空气水平。从这些数据中可以看出，空气含量和金属析出量成正相关!加速储存测试条件：将测试样品放置在在 37°C 的环境下 14 天。 这可以模拟标准软饮料在低温下暴露一年的情况。

图 2：使用空气浓度增加和标准(双重确定)的测试解决方案进行的加速存储测试同时，还使用了两组样品研究了关于穿孔率的问题。 该测试总共使用了 20 罐。 所有使用的罐的内部涂层均被故意损坏。 将样品保持在 37°C 的恒温中，并观察 33 天。灌装过程备压控制条件：一组(第 1 组，在图 3 中用蓝色圆点表示)灌装时使用 CO2 进行备压(即，清除了罐内空气)，用二氧化碳将空气从罐子中排走;另一组(第 2 组，红点)在没有二氧化碳备压的情况下进行灌装 。

空气含量控制条件：第 1 组在 330 mL 罐中包含标准量的空气(2 mL)，第 2 组包含大量空气(18 mL)。图 3 为测试结果：很快就观察到了第一个效果。 7 天后，第二组罐(20 个罐中的 10 个，即 50%)没有 CO2 备压进行灌装的样品，已经显示出可见的异常或泄漏，而所有装有 CO2 备压的样品罐都没有变化。

图 3：穿孔率与溶解空气含量的关系不到一个月后，所有没有 CO2 备压的罐子都出现了腐蚀穿孔的泄露情况，而装有 CO2 备压的罐子在 33 天后仍然没有出现任何泄露情况。这些观察结果可以推断出溶解在饮料中的空气或氧气之间存在的明确化学关系，即是参与罐体腐蚀的积极影响因素。

4 氧气对罐装软饮料的影响结果表明，对氧气的吸收取决于饮料的成分，同时，在罐体未被腐蚀的情况下，随着时间的推移，氧气含量也会降低，如图 4 所示。 蓝色条表示刚填充后的平均氧含量(以微克为单位)，红色条表示两周后的平均氧含量。正如预期的那样，水不会对溶解的 O2 浓度显示任何变化，因为不存在任何可能氧化的成分。 所有其他饮料均显示 O2 减少。在这些罐子上没有发现腐蚀点，因此可以假设某些软饮料成分会随着时间的流逝会将氧气吸收而被氧化。

图 4：氧气的变化取决于饮料的种类

5 O2 对 PET 瓶软饮料的影响

通过定期测量几个瓶子中溶解的 O2 含量，研究了一组全部来自同一批次的 PET 瓶灌装样品。 溶解氧的含量随时间而增加。结果以图形方式显示在图 5 中。使用 CboxQC 一体式 CO2 和 O2 测量仪记录饮料的相关数据。 样品温度为 20°C，测量前将所有样品在实验室振荡器上振荡 3 分钟。对于 PET 瓶装饮料的氧含量的测试，属于破坏性测试(即，相对于实验的时间跨度而言，每瓶饮料只能测试一次)，因此进行对比试验过程中必须认真仔细，要基于控制变量法原则，仅可使用顶空体积和净含量一致的样品来进行对比试验，避免产生错误结论。样品灌装后立即进行测量，然后每两周进行一次测量。 图 5 清楚地表明，PET 瓶中饮料的溶解氧含量随时间而增加。

图 5：PET 瓶内的氧气随时间增加

6 氧气测量仪器

6.1 实验室仪器 ▪ OxyQC ：适用于饮料的溶解氧检测的测量仪(0 至4 ppm O2) ▪ OxyQC Wide Range：适用于饮料的宽范围溶解氧检测的测量仪(0.015 ppm 至 45 ppm O2) ▪ CboxQC：实验室版本(可连接主机)，适用于饮料 CO2 和 O2 检测的便携式一体测量仪 ▪ CboxQC At-line：在线版本，用于饮料生产现场 CO2 和 O2 检测的便携式一体测量仪 ▪ 用于 PBA-B / S / SI 测量系统的选件 O2 6.2 在线仪器 ▪Oxy 510 嵌入式氧气传感器

7 如何正确执行软饮料中的 O2 测量

为了获得可靠和正确的测量结果，必须以“是”回答以下问题。 ▪ 使用纯氮气(99.999%N2)进行的 O2 系统检查是否成功? ▪ 样品容器是否已平衡? 为了获得具有代表性的氧气含量，包装至少需要摇动 3 分钟! 当样品容器水平放置时，最好手动或用实验室摇床完成。 ▪ 是否已正确设置冲洗时间以提供所需的样品量? ▪ 在实验室中使用合适的填充设备填充 OxyQC 或 CboxQC 时：填充时是否显示了所需的相应压力? ▪ 测量室内要保证被样品完全充满，即是否充分排除了气泡?

8 实验室和生产过程中的氧气测量

由于在整个生产过程中都要避免氧气的混入，因此，无论是在线或旁通以及实验室中，随时监控产品中的氧含量是同样重要的。提示：在生产过程中使用过程仪器获得的氧气结果与在包装产品上获得的实验室仪器获得的氧气结果可能不同。 这种现象，可以在包装产品的顶部空间找到原因。 由于氧气在饮料中的溶解度低，包装样品中的溶解氧含量会降低，剩余的氧气将留在顶部空间。 样品越热，更多的氧气将迁移到顶部空间。提供了几种使过程和实验室仪器保持一致的方法，并且被软饮料制造商采用。

在线测量时，将在线氧气计的结果与最终且易于包装的产品的总包装氧气含量进行比较。 如果需要，必须使用参比气体调整在线氧气计。调整实验室仪器和过程仪器的另一种方法是使用实验室仪表(OxyQC 或 CboxQC / At-line)调整在线仪器。 在这种情况下，由于顶部空间与液体的比例可能不同，因此需要针对不同的包装尺寸和/或类型创建不同的方法(例如 0.5 L PET 瓶或 0.33 L 罐)。 第三种方法是将 CboxQC At-line 或 OxyQC 连接到该线路，并将读数与在线氧气计的读数进行比较。

9 饮料生产过程可能的氧气进入源

在软饮料生产过程中，氧气的主要进入来源为 ▪ 原材料交付， ▪ 处理水， ▪ 罐体内部 ▪ 预灌装(备压等)，预混， ▪ 灌装，以及 ▪ 压盖/封口。图 6 用红色圆圈以图形方式标记了软饮料生产的各个阶段，应在其中进行氧气的测量，因为这有助于确保最终产品的质量和保质期。

10 如何避免氧气的进入

基于可能的氧气进入源，可采取相应的措施来降低软饮料中的氧气含量。建议包括 ▪ 灌装线的智能设计–管道系统，储罐，搅拌器，泵等 ▪ 对工艺用水除气， ▪ 清洗储罐后使用无氧气体备压， ▪ 在预混料中除气， ▪ 准确调整填充物，以及 ▪ 充分调整封口机中的惰性气体备压，以确保顶部空间的惰性化。

一个好的产品从生产的第一步开始!为了确保最佳的最终产品，从开始到整个生产过程都必须将氧气的进入量降至最低。 这使得从一开始就要在每个生产步骤中进行氧的含量监控。