Schutzgasanalyse (MAT)
Hersteller sensibler oder verderblicher Produkte möchten eine erstklassige Produktqualität über lange Zeiträume gewährleisten. Verpackungen mit Schutzatmosphäre erhalten Frische und Güte von Produkten und verlängern so für Lebensmittelproduzenten Regalzeiten.
Deshalb hat sich das Verpacken unter Schutzgas (MAP-Modified Atmosphere Packaging) besonders in der Lebensmittel- und Genussindustrie fest etabliert. Neben kompromissloser Hygiene gelten höchste Anforderungen an die technische Ausstattung zur Qualitätssicherung.
Zur Überwachung von Schutzgas-Verpackungen werden unsere hochwertigen Gasanalysatoren (MAT-Modified Atmosphere Testing) eingesetzt. Diese prüfen die Schutzgasgemische von N2, CO2 und O2.
Schutzgas Stickstoff (N2)
Stickstoff (N2) ist zu etwa 78 % in Luft enthalten. Es ist ein inertes Gas und geht somit keine direkte Reaktion mit dem Lebensmittel ein. Als Packgas wird es insbesondere zur Verdrängung von Sauerstoff (02) aus der Luft eingesetzt. So wird indirekt die Oxidation von Lebensmitteln verhindert und das Wachstum von sauerstoffabhängigen (aeroben) Mikroorganismen gehemmt.
Schutzgas Kohlendioxid (CO2)
Kohlendioxid (CO2) ist ein wichtiges Schutzgas. Es verändert den pH Wert der Produktumgebung und reduziert damit die Schimmelbildung oder das Wachstum von Bakterien, da es auf die Durchlässigkeit der Zellmembran Einfluss hat. Die Konzentration muss sorgfältig gewählt sein, denn zu hoch dosiert wirkt CO2 geschmacksverändernd. Durch seine hohe Fett- bzw. Wasserlöslichkeit und hohe Permeationsfähigkeit verlieren Verpackungen zudem leicht an Druck.
Schutzgas Sauerstoff (O2)
Sauerstoff (O2) kommt in der normalen Luft mit einer Konzentration von etwa ca. 21 % vor und bildet die Voraussetzung für das Wachstum aerober Mikroorganismen. O2 fördert so den oxidationsbedingten Verderb. In einer Verpackung mit Schutzatmosphäre wird daher normalerweise der Sauerstoff erheblich reduziert oder sogar ausgeschlossen. Bei rotem Frischfleisch hingegen wird der Sauerstoffanteil erhöht, um die rote Farbe dazu erhalten oder zu intensivieren.
Wie funktioniert Verpacken unter Schutzgas (MAP)?
Austausch der Umgebungsluft in der Verpackung
Bei der Verpackung unter Schutzgase werden veränderte Gasgemische aus Stickstoff (N2), Kohlendioxid (CO2) und Sauerstoff (O2) eingesetzt. Diese Schutzgase existieren auch als natürlich vorkommende Bestandteile in der Luft.
Die Schutzgasverpackung: Vereinfacht gesagt, wird die natürliche Umgebungsluft in der Verpackung durch ein verändertes Gasgemisch ersetzt. Die Konzentration der Schutzgase N2, CO2 und O2 wird, je nach Anforderung und Produkt, in unterschiedlichen Mischanteilen eingesetzt.
Diese veränderten Gasmischungen unterliegen ständigen Kontrollen, sowohl an der Verpackungslinie als auch im Labor oder auf dem Handelsweg. Die Qualitätssicherung erfolgt mit Gasanalysatoren.
Sensortechnik der Gasanalysatoren
Schutzgasverpackungen werden mit Gasanalysatoren überprüft. Diese arbeiten mit moderner Sensorik und unterschiedlichen Sensorvarianten: Elektrochemische Sauerstoffzellen (EC), nichtdispersive Infrarotsensoren (NDIR) oder (ZrO2). Alle diese Sensoren sind präzise und benötigen nur nur sehr geringe Gasmengen (ca. 3–7 ml).
Die Modelle MAT1400 & MAT1500 sind mit einem nichtdispersiven Infrarotsensor (NDIR) und Zirconiumdioxid-Sensor (ZrO2) ausgestattet.
Funktion am Beispiel ZrO2-Sensor: Eine auf 750 °C erhitzte ZrO2-Membran trennt das Messgas von der Umgebungsluft. Durch die Yttriumoxid-Dotierung der Membran diffundieren Sauerstoffionen in Richtung der geringeren Sauerstoff-Konzentration. Beide Seiten der Membran sind mit einem gasdurchlässigen Platinfilm beschichtet. Über Elektroden erfolgt die Spannungsmessung der elektrischen Spannungsdifferenz zwischen den beiden Seiten der Membran. Diese wird gemessen und hieraus wird die Sauerstoff-Konzentration des Messgases errechnet.
Aufklappen und Schutzgasanalyse in der Praxis kennenlernen
Praxisbeispiele für die Gasanalyse
Bei Snacks, Nüssen, Gewürzen oder Kaffee besteht ihre größte Verderbgefahr im hohen Fettgehalt. Oxidation bewirkt, dass Fette schnell ranzig werden. Um dies zu hemmen, wird in der Verpackung der Sauerstoff stark reduziert und durch eine reine Stickstoffatmosphäre (N2) ersetzt. Zur Prüfung dieser speziellen Schutzatmosphäre eignet sich hier der sehr wirtschaftliche MAT1100 — Gasanalysator.
Zur Verlängerung der Haltbarkeit von Milchpulver, vor allem als hochsensiblem Produkt der Babynahrung, wird auf die Verdrängung von Sauerstoff aus der Verpackung geachtet. In der Praxis wird Babymilchpuver häufig unter reinem Stickstoff verpackt, bei möglichst geringem Restsauerstoffanteil. Zur Prüfung arbeitet die Qualitätssicherung hier mit dem MAT 1400 —Gasanalysator.
Schutzgasverpackung als wichtiger Nachhaltigkeitsaspekt
Gerade bei frischen Lebensmitteln, wie schnellverderblichem Biofleisch, kommt der Nachhaltigkeitsaspekt zum Tragen. Diese hochwertigen Lebensmittel sind unter Schutzgasverpackung teilweise doppelt bis dreifach solange haltbar, ohne dass sie an Qualität verlieren. Abfall und Lebensmittelverschwendung wird vermieden, Verpackungsmaterial reduziert.
In diesem Bereich der Lebensmittelindustrie wird häufig der MAT1500—Gasanalysator für Kontrollen eingesetzt. Seine wichtigste Schutzgasanwendung ist die Frischfleisch-Verpackung (70-80% Sauerstoff und 20-30% Kohlendioxid). Das Gerät verfügt über einen Zirkoniumdioxid-Sensor (O2-Messung) und einen nichtdispersiven Infrarotsensor (CO2-Messung).
Kalibrierung und Justierung
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Mehr InformationenDer Einsatz von zertifizierten Prüfgasen
Analytische Messergebnisse müssen rückführbar sein. Rückführbarkeit bedeutet die nachvollziehbare und lückenlose Kontrolle von Messergebnissen durch Vergleichsmessungen mit einem anerkannten Standard.
Dies geschieht bei unseren Gasanalysatoren durch Referenzmaterialien wie Prüf- und Kalibriergasgemische mit hoher Qualität. Damit stellen Sie in selbst festgelegten Zeiträumen oder messtäglich sicher, dass Ihr Messgerät ohne Abweichung zur Norm einsatzbereit ist.
Sie können auch unseren Wartungsservice nutzen zur technischen Prüfung von Komponenten, der Justierung der Gasanalysatoren mit anschließender auditsicherer Kalibrierung. So erhalten Sie die Gewähr, dass ihr Gerät auch über einen langen Nutzungszeitraum, mit dokumentierter Rückführbarkeit und mit anerkannten Standards Messergebnisse liefert.
Gasgemische und Messwerte
Jede Anwendung hat individuelle Schutzgasgemische
Gasanalysatoren arbeiten schnell und liefern zuverlässige Messergebnisse. Zudem lassen sie sich unkompliziert in jeden Arbeitsprozess integrieren.
Neben der Lebensmittelbranche, werden Gasanalysatoren auch in der Qualitätssicherung der Elektronik-, pharmazeutischen oder Kosmetikindustrie verwendet.
Dabei arbeitet jede Industrie mit unterschiedlichen Gemischen für das jeweilige Schutzgas. Je nach Einsatzzweck kommen also unterschiedliche Konzentrationen zum Einsatz.
Es gibt z.B. reine Stickstoffbegasung oder gleichgewichtige Schutzatmosphären (Equilibrium Modified Atmosphere = EMA) für verpacktes Obst und Gemüse in vorbereiteter, geschnittener Form. Nachfolgend eine Übersicht von möglichen Gasgemischen in unterschiedlichen Industrien.
Typische Anwendungsbereiche
Gasanalysatoren – unverzichtbare Geräte in modernen Verpackungsprozessen
Hier kommen Gasanalysatoren in der Praxis zum Einsatz:
- Stichprobenmessungen an der Linie während des Verpackungsvorgangs
- Prüfung nach Revision: Änderung der Folien- oder Verpackungsmaterialien
- Änderung an der Verpackungsmaschine: Siegelnähte, Schweißnähte
- Rückstellproben, Qualitätssicherung im Labor
- Prüfungen auf dem Lieferweg
Nachfolgend eine Gesamtübersicht von Branchen und Industrien, die Gasanalyse nutzen. Außerdem erfahren Sie welches MAT-Modell für welche Anwendung geeignet ist.
Sensortechnik der Gerätevarianten
Herzstück der Gasanalysatoren ist die Sensortechnik
Für eine optimale Anpassung an die jeweilige Applikation stehen optional verschiedenen Modelle mit unterschiedlicher Sensortechnik zur Verfügung. Für jede spezielle Anwendung und jedes Verfahren sollte die jeweilige erprobte Sensortechnik ausgewählt werden. Die Palette der zur Verfügung stehenden Sensoren erlaubt eine optimale Anpassung bezüglich Messbereich und Genauigkeit:
- Elektrochemische Sauerstoffzelle (EC)
- Zirconiumdioxidzelle (ZrO2) zur O2-Messung
- Nichtdispersiver Infrarotsensor (NDIR) für die CO2-Messung
Die folgende Übersicht erlaubt eine erste Übersicht. Welche Gerätemodelle für ihre spezifischen Anforderungen passen, können wir gerne in einer persönlichen Beratung besprechen.
Kontaktieren Sie uns gern.
| Spezifikation | MAT1100-Gerät | MAT1200-Gerät | MAT 1400-Gerät | MAT1500-Gerät |
|---|---|---|---|---|
| Einsatzgebiet | Sporadische O2-Stichprobenkontrolle | Kombinierte O2- und CO2-Messung | Hohes Probenaufkommen oder hohe O2-Konzentration | Hohes Probenaufkommen oder hohe O2-Konzentration + Kombinierte O2/CO2-Messung |
| Vorteil Modellvariante | Wirtschaftliche Variante, schnelle Einsatzbereitschaft, driftarm | Wirtschaftliche Variante, driftarm, umweltkompensierte CO2-Messung | Hohe Lebensdauer, schnelle Messung, hohe Präzision bei geringsten O2-Konzentrationen, weiter Messbereich, driftfrei | Hohe Lebensdauer, schnelle Messung, hohe Präzision bei geringsten O2-Konzentrationen, weiter Messbereich, ZrO2: driftfrei, NDIR: driftfrei, umweltkompensierte CO2-Messung |
| O2-Sensortechnik | Elektrochemische Sauerstoffzelle (EC) | Elektrochemische Sauerstoffzelle (EC) | Zirconiumdioxid-Sensor (ZrO2) | Zirconiumdioxid-Sensor (ZrO2) |
| CO2- Sensortechnik | Nichtdispersiver Infrarotsensor (NIR) | Nichtdispersive Infrarotsensor (NIR) | Nichtdispersiver Infrarotsensor (NIR) | Nichtdispersiver Infrarotsensor (NIR) |
| N2-Sensortechnik | Arithmetische Ermittlung | Arithmetische Ermittlung | Arithmetische Ermittlung | Arithmetische Ermittlung |
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