咖啡胶囊包装氧气阻隔性的监测方案

摘要：咖啡胶囊产品为高浓缩咖啡粉，为保证咖啡香醇持久，其所使用的胶囊杯体及铝箔盖膜对外界氧气、水蒸气等气体的阻隔性应较高，以保证自身香气不易散失且不发生结块现象。本文对不易监测阻隔性的咖啡胶囊杯体入手，利用可测试容器的OX2/230氧气透过率测试系统进行咖啡胶囊杯体氧气透过率的检测，验证杯体的阻氧性，并介绍了氧气透过率的检测原理及方法，可为相关生产企业解决目前对咖啡胶囊阻隔性不易监控的棘手问题。

　　关键词：咖啡胶囊、包装容器、阻氧性、阻隔性、氧气透过量（率）、氧气透过率测试系统、等压法

1、意义

　　咖啡胶囊类似药用胶囊，即在胶囊包装里装入咖啡粉物质，采用太空舱技术铝箔无氧密封。因胶囊杯体采用食品级PP包装材料，质地较为坚硬，在高温下亦可维持原型，可实现高压水蒸汽的注入，从而使咖啡在压力的作用下完全析出带有咖啡脂的浓缩咖啡，保持咖啡的香醇。咖啡胶囊采用独立设计的铝箔材料封盖，搭配聚丙烯材质的杯体使得胶囊整体具有良好的保香性、阻氧性、遮光性，可有效防止咖啡粉吸潮变质，使咖啡保质期可达到2年。但PP材质的杯体的厚度以及质量好坏决定了咖啡胶囊对外界的氧气、水蒸气以及内部咖啡香气的阻隔性（即阻氧性、阻湿性及保香性）的高低，因此，对于杯体相关阻隔性能的监测对于判断所使用的咖啡胶囊杯体质量优劣极为重要。本文以Labthink兰光自主研发生产的OX2/230氧气透过率测试系统进行杯体容器氧气透过率的检测，即杯体对外部氧气的阻隔性，可为相关咖啡制造行业提供有力的技术参考。
图1  咖啡胶囊包装

 

2、参考标准

　　目前，国内尚无容器氧气透过率的检测标准，本文依据美国标准ASTM F1307-2002(2007)《用电量传感器测定固体包装件氧气透过率的标准试验方法》进行检测，该标准也是目前检测容器氧气透过率的主要参考标准。

3、试验样品

　　某品牌咖啡胶囊所使用的PP材质杯体。

4、试验设备

　　对于氧气透过率数值较小的容器样品，通常采用等压法原理进行氧气透过率的测试，即ASTM F1307中规定的等压法，本文采用的Lanthink兰光OX2/230氧气透过量测试系统则是此原理检测设备。


图2  OX2/230氧气透过率测试系统

4.1 设备原理

　　OX2/230氧气透过率测试系统采用等压法测试原理，将预先处理好的试样装夹于测试腔之间，氧气或空气在薄膜的一侧流动，高纯氮气在薄膜的另一侧流动，氧气分子穿过薄膜扩散到另一侧的高纯氮气中，被流动的氮气携带至传感器。通过对传感器测量到的氧气浓度进行分析，从而计算出氧气透过率等参数。对于包装容器而言，高纯氮气在容器内流动，空气或高纯氧气则包围在容器的外侧。

4.2 适用范围

容器类：适用于塑料、橡胶、纸、纸塑复合、玻璃、金属等材料做成的瓶、袋、罐、盒、桶的氧气透过率测试，如可乐瓶、花生油桶、利乐包装、真空包装袋、金属三罐片、塑料化妆品包装、牙膏软管、果冻杯、酸奶杯等。

薄膜类：适用于各种塑料盖膜、塑料复合薄膜、纸塑复合膜、共挤膜、镀铝膜、铝箔、铝塑复合膜等膜状材料的氧气透过率测试。

片材类：适用于各种工程塑料、橡胶、建材等片状材料的氧气透过率测试，如PP片材、PVC片材、PVDC片材等。

可满足标准： ASTM F1307、ISO 15105-2、GB/T 19789、ASTM D3985、ASTM F2622、ASTM F1927、JIS K7126-2、YBB00082003等多项国家和国际标准。

4.3 设备参数

容器类试样的测试范围为0.0001 ~ 60 cm3/(pkg·d)，分辨率为0.00001 cm3/(pkg·d)；薄膜类试样的测试范围为0.01 ~ 6500 cm3/(m2·d)，分辨率为0.001 cm3/(m2·d)。

可同时测试3个相同或不同的试样，系统zui多可支持10台仪器的并行连接，建立30个试样同时试验的系统。

试验温度控制范围15 ~ 55℃，控温精度为±0.1℃。

试验湿度控制范围0%RH、35%RH~90%RH，控湿精度为±1%RH。

宽范围、高精度的温湿度控制范围，试样两侧均可加湿，实现试样在不同温湿度条件下的测试。

专业的压力补偿技术保证了试验结果的高精度及可重复性。

可与水蒸气透过率测试系统搭配，组成混合测试系统，由一台计算机统一控制，实现氧气、水蒸气透过率同时测试。

支持LystemTM实验室数据共享系统，统一管理试验结果和试验报告。

5、试验过程

(1) 用快固胶将胶囊杯体杯口边缘封固在容器试样用封口装置上，密封完成后，将其装夹到仪器中，再用密封袋将杯体样品及封口装置进行密封包扎。

(2) 打开仪器控制软件，设置试验温度、试验湿度等试验参数，点击试验选项，试验开始。

(3) 调节湿度、载气流量。

(4) 试验结束后，记录仪器自动计算的试验结果。

6、试验结果

　　本文所测试的咖啡胶囊杯体样品的氧气透过率为5.0347 cm3/(pkg·d)。

7、结论

　　咖啡胶囊杯体的阻隔性对保存咖啡香气、防止被氧化及潮解结块至关重要，尤其是对外界氧气及水蒸汽的阻隔性，即氧气透过率或水蒸气透过量越小，产品保质期越长。OX2/230氧气透过率测试系统在测试咖啡胶囊杯体对氧气阻隔性方面，具有精度高、稳定性好、操作便捷等优点，同时还可检测杯体铝箔盖膜的阻隔性情况。

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