علت استفاده از فرآیند تزریق نیتروژن مایع در بسته بندی مواد غذایی چیست؟
نیتروژن مایع و گازی در صنایع غذایی کاربردهای گسترده‌ای دارند که شامل انجماد، بسته‌بندی، فرآوری و نگهداری مواد غذایی می‌شود. دمای بسیار پایین نیتروژن مایع (حدود منفی ۱۹۶ درجه سانتی‌گراد) این امکان را فراهم می‌کند که مواد غذایی به‌سرعت منجمد شوند و از رشد میکروارگانیسم‌ها و کاهش کیفیت محصول جلوگیری شود.
نیتروژن گازی، به دلیل خنثی، غیرسمی و بی‌بو بودن، برای جایگزینی اکسیژن در بسته‌بندی مواد غذایی به‌کار می‌رود تا از اکسیداسیون، فساد و ترشیدگی جلوگیری کند. همچنین، از نیتروژن گازی میتوان برای پر کردن فضاهای خالی در بسته‌بندی، گازدهی محافظتی در فرآوری مواد غذایی، ایجاد حالت حجیم، و کنترل آفات استفاده کرد.
یکی از کاربردهای مهم نیتروژن مایع در صنایع غذایی، فرآیند تزریق نیتروژن مایع (Liquid Nitrogen Dosing) است که در ادامه توضیحات مفصلی در مورد این روش ارائه می‌شود.
تزریق نیتروژن مایع (دوزینگ) چیست؟
تزریق نیتروژن مایع (دوزینگ) یکی از روش‌های پیشرفته‌ای است که در صنایع غذایی برای افزایش کیفیت و ماندگاری محصولات استفاده می‌شود. در این فرآیند، نیتروژن مایع با دمای بسیار پایین به بسته‌های غذا یا نوشیدنی تزریق می‌شود. این مرحله معمولاً در آخرین بخش از فرآیند بسته‌بندی انجام می‌گیرد و هدف اصلی آن ایجاد یک محیط بی‌اثر درون بسته است. وجود این محیط بی‌اثر مانع از ورود اکسیژن به فضای داخلی بسته‌بندی می‌شود و از اکسیداسیون، فساد و رشد میکروبی جلوگیری می‌کند، که همه این عوامل می‌توانند کیفیت و طعم محصولات را تحت تأثیر قرار دهند.
علاوه بر این، تزریق نیتروژن مایع به افزایش فشار داخلی بسته‌ها کمک می‌کند. این ویژگی نه‌تنها شکل و استحکام بسته را بهبود می‌بخشد، بلکه مقاومت آن را در برابر ضربه، فشار یا تغییرات شرایط حمل‌ونقل و ذخیره‌سازی افزایش می‌دهد. این فرآیند برای طیف گسترده‌ای از محصولات غذایی کاربرد دارد، از جمله لبنیات، آب‌میوه‌ها، نوشیدنی‌های گازدار، قهوه، چای، سس‌ها، میوه‌ها، سبزیجات و گوشت.
همچنین، استفاده از تزریق نیتروژن در بسته‌بندی باعث کاهش نیاز به مواد نگهدارنده مصنوعی می‌شود، چرا که محیط بی‌اکسیژن ایجاد شده از فساد طبیعی جلوگیری می‌کند. این موضوع برای مصرف‌کنندگان امروزی که به دنبال محصولات سالم‌تر و طبیعی‌تر هستند، اهمیت ویژه‌ای دارد. بنابراین، دوزینگ نیتروژن نه‌تنها کیفیت محصول را بهبود می‌بخشد، بلکه به طول عمر و قابلیت رقابت آن در بازار نیز کمک شایانی می‌کند.
بیشتر بخوانید مقاله فرآیند تزریق نیتروژن مایع در بسته بندی مواد غذایی: اکسیژن مایع
- افزایش ماندگاری محصولات با کاهش قرار گرفتن در معرض اکسیژن و از دست دادن رطوبت
- بهبود کیفیت محصولات با حفظ طعم، رنگ، بافت و ارزش غذایی آنها
- کاهش نیاز به مواد نگهدارنده، افزودنی ها و مواد مصنوعی
- حفظ ظاهر بسته بندی با جلوگیری از لهیدگی، فرورفتگی و تغییر شکل آن
- صرفه جویی در هزینه ها و انرژی با کاهش ضایعات مواد غذایی
- امکان توسعه و نوآوری در انتخاب قالب ها و اندازه های متنوع در بسته بندی.
فرآیند دوزینگ شامل چه مراحلی میباشد؟
فرآیند دوزینگ نیتروژن شامل چندین مرحله است که به طور دقیق و مهندسی‌شده انجام می‌شود تا کارایی و اثربخشی آن در بسته‌بندی محصولات غذایی تضمین شود. این سیستم از اجزای متعددی تشکیل شده است که هر کدام نقشی کلیدی در فرآیند دارند. اجزای اصلی این سیستم عبارت‌اند از یک مخزن ذخیره نیتروژن مایع، تجهیزات کنترل فشار، شیرهای اطمینان، شیر دوزینگ برقی، لوله‌کشی عایق، پمپ خلاء برای جلوگیری از ورود اکسیژن و رطوبت، و یک کنترلر فرآیند برای تنظیم دقیق عملیات.
این سیستم میتواند به راحتی با خطوط بسته‌بندی موجود ادغام شود یا به عنوان یک واحد مستقل در خطوط تولید نصب گردد. در این فرآیند، مقدار مشخصی از نیتروژن مایع دقیقاً قبل از آب‌بندی ظرف به داخل آن تزریق می‌شود. نیتروژن مایع پس از تزریق به سرعت تبخیر می‌شود و با تبدیل به گاز، محیط داخلی بسته را تحت فشار قرار می‌دهد و فضای بی‌اثر و ایمن ایجاد می‌کند. این محیط نه‌تنها از ورود اکسیژن جلوگیری می‌کند، بلکه فشار داخلی بسته را افزایش می‌دهد تا استحکام و شکل آن در مراحل حمل‌ونقل و ذخیره‌سازی حفظ شود.
مقدار نیتروژن مایع مصرفی به عوامل متعددی بستگی دارد، از جمله حجم و شکل ظرف، نوع ماده غذایی، دمای محیط و شرایط اکسیداسیون محصول. این پارامترها باید به دقت بررسی و تنظیم شوند تا فرآیند دوزینگ بهینه عمل کند. سیستم دوزینگ نیتروژن علاوه بر افزایش ماندگاری و کیفیت محصول، به بهره‌وری و کاهش هزینه‌های تولید نیز کمک می‌کند و به عنوان یک راه‌حل مؤثر در بسته‌بندی مدرن مورد استفاده قرار می‌گیرد.
بیشتر بخوانید مقاله فرآیند تزریق نیتروژن مایع در بسته بندی مواد غذایی: نیتروژن مایع
مقدار نیتروژن مایع مصرفی در این فرآیند به عوامل مختلفی از جمله نوع و اندازه ظرف، دما و فشار خط پرکننده، ویژگی‌های محصول و فضای اضافی در بسته بندی مورد نظر بستگی دارد.
بنابراین، هیچ پاسخ دقیقی برای اینکه چه مقدار نیتروژن باید در فرآیند دوزینگ استفاده کنیم وجود ندارد و مقدار دقیق تنها با انجام آزمایش های فراوان تجربی در شرایط واقعی بسته بندی محصول بدست می آید. اما میتوان حداقل مقدار تقریبی را بر اساس شرایط و الزامات خاص محاسبه کرد. برای این کار می توانیم از فرمول زیر استفاده کنیم:
m = V * (P2 – P1)*M / (R * T)
که در اینجا m مقدار نیتروژن بر حسب گرم، V حجم ظرف بر حسب لیتر، P2 فشار نهایی ظرف بر حسب بار، P1 فشار اولیه در ظرف بر حسب بار (که با فشار اتمسفر برابر میباشد)، R ثابت گاز (تقریبا ۸.۳۱۴ J. /mol K)، T دمای مطلق بر حسب کلوین و M جرم مولکولی گاز نیتروژن میباشد.
با این حال مقدار بدست آمده از این فرمول فقط یک مقدار تقریبی است، زیرا ممکن است برخی تغییرات به دلیل عواملی مانند حلالیت گاز، انبساط ظرف بسته بندی و هدر رفت گاز در فرآیند تزریق وجود داشته باشد. بنابراین، توصیه می شود فرآیند دوزینگ و میزان تزریق نیتروژن را به صورت دوره ای و پس از انجام آزمایشات تجربی تنظیم کنید تا از نتایج بهینه اطمینان داشته باشید.
بیشتر بخوانید مقاله فرآیند تزریق نیتروژن مایع در بسته بندی مواد غذایی: آرگون مایع
برای راه اندازی فرآیند تزریق نیتروژن مایع چه تجهیزاتی نیاز است؟
برای راه اندازی فرآیند تزریق نیتروژن مایع (دوزینگ نیتروژن) به تجهیزات زیر نیاز داریم:
- مخزن ذخیره کرایوژنیک نیتروژن مایع که می تواند نیتروژن مایع کافی را متناسب با ظرفیت بسته بندی و تولید در خود ذخیره و نگهداری نماید. این مخزن باید دوجداره و عایق (از نوع کرایوژنیک) به همراه تجهیزات اندازه گیری سطح و فشار و همچنین تجهیزات تخلیه ایمن در صورت افزایش فشار از جمله شیر های اطمینان باشد.
- لوله کشی (پایپینگ) کرایوژنیک شامل لوله های عایق که مخزن را به دستگاه تزریق متصل می کند. لوله باید بتواند فشار بالا و دمای پایین را تحمل کند و حداقل تلفات حرارتی را داشته باشد.
- دستگاه تزریق که میزان و زمان تزریق نیتروژن را کنترل می نماید. این تجهیز میتواند به خط بسته بندی محصول اضافه گردد یا بصورت یک بخش جدا پیش از آب بند کردن نهایی بسته بندی در خط تولید بکار گرفته شود.
- سیستم کنترلی که فشار، دما و جریان نیتروژن را کنترل می کند و در صورت بروز هرگونه ناهنجاری جریان را قطع می کند. همچنین این سیستم میبایست مجهز به سنسور اکسیژن به منظور تشخیص کاهش اکسیژن در فضای سالن بسته بندی در اثر نشت یا مصرف زیاد نیتروژن باشد، سیستم کنترلی همچنین باید دارای هشدار و نشانگرهایی باشد که اپراتورها را از هر گونه مشکل آگاه کند.
شرکت سیال تامین رهام، تامین کننده نیتروژن مایع با خلوص مورد استفاده در صنایع غذایی، مخازن ذخیره و دوئرهای کرایوژنیک نیتروژن مایع و همچنین ارایه دهنده مشاوره در زمینه تهیه تجهیزات و راه اندازی فرآیند تزریق نیتروژن مایع (دوزینگ) در واحدهای بسته بندی موارد غذایی و نوشیدنی ها میباشد.
بیشتر بخوانید مقاله فرآیند تزریق نیتروژن مایع در بسته بندی مواد غذایی: گاز کربنیک
————————————————–
منابع: