Detecção de fugas de ar em alimentos embalados em sacos: tecnologia, métodos e guia de práticas da indústria

1. Os perigos da fuga de ar nos alimentos embalados em sacos e a importância da deteção

   
   

As fugas de ar em alimentos embalados em sacos são um problema comum e grave na indústria alimentar. Quando a selagem de um saco de embalagem é comprometida, ocorre a troca de gases entre o interior e o exterior do saco, provocando oxidação, humidade, bolor e até mesmo deterioração, impactando seriamente a qualidade e a segurança do produto. Para os consumidores, a fuga de alimentos pode representar um risco para a saúde; para os fabricantes, pode levar a recalls de produtos, danos na reputação da marca e perdas financeiras.

A fuga de ar nas embalagens de alimentos ocorre principalmente devido a dois fatores: propriedades de barreira inadequadas do material da embalagem, que não consegue bloquear eficazmente o oxigénio e a humidade externos; e má selagem durante o processo de produção da embalagem final, especialmente defeitos na selagem a quente. Na produção real, a resistência excessiva ou baixa da vedação a quente, bem como a resistência irregular da vedação a quente, podem facilmente levar à fuga de ar. Isto é especialmente verdade para alimentos embalados com ar, como batatas fritas e alimentos insuflados, onde as variações no teor de gás dentro da embalagem podem afetar diretamente a vida útil e o sabor do produto.

A realização de testes de estanquicidade é crucial para as empresas alimentares. Além de ser uma componente essencial do controlo de qualidade, é também um meio eficaz de prevenir fugas dispendiosas. Através de testes científicos, as empresas podem identificar prontamente defeitos de vedação, fornecendo uma referência para melhorar os processos de embalagem e, consequentemente, aumentar a qualidade global do produto e a competitividade no mercado. A moderna tecnologia de testes permite agora a monitorização completa da qualidade da embalagem, minimizando o risco de fuga de alimentos no mercado.

2 métodos de ensaio convencionais e os seus princípios

2.1 Método de descompressão da água (método do vácuo)

O método de descompressão em água é atualmente o método de ensaio tradicional mais utilizado, baseado principalmente na norma nacional "GB/T 15171 Método de Ensaio para o Desempenho de Vedação de Embalagens Flexíveis". O princípio básico deste método é imergir a amostra a testar num líquido. Ao evacuar a câmara de vácuo, cria-se uma diferença de pressão entre o interior e o exterior da amostra. Se a amostra vazar, o gás interior escapará pelo orifício de fuga, formando um fluxo contínuo de bolhas visíveis, que podem ser utilizadas para determinar se a amostra está a verter e localizar o ponto de fuga. O processo operacional específico inclui: injetar uma quantidade adequada de água destilada na câmara de vácuo, fixar a amostra num dispositivo e mergulhá-la completamente na água; fechar a tampa de vedação, fechar a válvula de escape e iniciar a bomba de vácuo para evacuar a câmara; normalmente, ajustar o nível de vácuo para um valor predefinido (como 20, 30, 50 ou 90 kPa) em 30 a 60 segundos; mantendo o nível de vácuo durante 30 segundos após parar a evacuação, observando a geração de bolhas contínuas; por fim, abrindo a válvula de entrada para repor a pressão no normal, removendo a amostra e inspecionando a infiltração de água.

A chave para este método é distinguir entre bolhas contínuas e isoladas. Apenas as bolhas geradas continuamente são consideradas um sinal de fuga, enquanto as bolhas isoladas podem ser gás aderido à superfície da embalagem e não constituem uma fuga. A escolha do nível de vácuo deve ser determinada com base nas características da amostra. Diferenciais de pressão excessivamente elevados podem provocar a rutura da amostra ou a quebra do selo, afetando a precisão do ensaio.

Embora o método de descompressão subaquática seja simples e barato, é um teste destrutivo. Os produtos testados não são geralmente comercializáveis. A sua sensibilidade a pequenas fugas é limitada, tornando-o utilizado principalmente para amostragem, em vez de inspeções abrangentes. 2.2 Método de Decaimento em Vácuo

O método de decaimento a vácuo é uma tecnologia avançada de deteção de microfugas não destrutiva baseada na norma ASTM F2338, reconhecida pela FDA dos EUA como o padrão de consenso para testes de integridade de embalagens. O seu princípio é colocar uma amostra numa câmara de teste especialmente concebida, evacuá-la para criar um ambiente de pressão negativa e monitorizar as mudanças no nível de vácuo dentro da câmara utilizando um sensor de pressão de alta precisão. Se uma embalagem tiver fugas, o gás entrará na câmara através da fuga, provocando uma alteração de pressão dentro da câmara. Ao medir o valor de decaimento em vácuo, é possível determinar se a amostra está a verter e até quantificar a taxa de fuga.

Comparado com o método de descompressão em água, o método de decaimento a vácuo oferece vantagens significativas: os produtos qualificados podem continuar a ser vendidos após ensaios não destrutivos; elevada sensibilidade, capaz de detetar fugas até 1 mícron; elevada automatização, permitindo a integração em linhas de produção para testes em linha; e saída quantitativa, capaz não só de determinar a presença de fugas, mas também de calcular o seu tamanho. Estas características tornam-no particularmente adequado para as exigentes indústrias de embalagens alimentares e farmacêuticas.

Um sistema de teste de decaimento de vácuo consiste normalmente numa bomba de vácuo, um sensor de alta precisão, uma câmara de teste dedicada e um software de processamento de dados. Durante o teste, o instrumento regista as variações de vácuo ao longo de um período de tempo pré-determinado e utiliza um algoritmo para analisar e determinar a integridade da embalagem. Todo o processo de teste não requer preparação da amostra e não depende do julgamento subjetivo do operador, resultando em resultados mais objetivos e fiáveis.

2.3 Tecnologia de deteção de fugas de pressão diferencial

O detetor de fugas de pressão diferencial é outro método de teste de precisão, baseado na norma nacional "GB/T25752-2010 Detector de fugas de pressão diferencial". Este método utiliza um sensor de pressão diferencial como elemento de deteção de pressão para determinar a presença e a taxa de uma fuga, comparando a diferença de pressão entre o objeto em teste e um objeto de referência.

Durante o teste, o objeto de referência (um objeto de referência com o mesmo formato, material e volume que o objeto em teste e com uma taxa de fuga insignificante) e o objeto em teste são ligados simultaneamente ao sistema de teste. Ambos são inicialmente cheios com gás à mesma pressão e, após a equalização da pressão por uma válvula de equilíbrio, inicia-se a fase de teste. O sensor de pressão diferencial monitoriza continuamente a diferença de pressão entre o objeto em teste e o objeto de referência. Se for detetada uma fuga, a diferença de pressão mudará, e essa alteração será calculada para determinar o estado da fuga.

Os detetores de fugas de pressão diferencial podem ser categorizados em cinco tipos com base na pressão de teste: detetores de fugas a vácuo (abaixo da pressão atmosférica), detetores de fugas de micropressão (0-50 kPa), detetores de fugas de baixa pressão (50-200 kPa), detetores de fugas de média pressão (200-700 kPa) e detetores de fugas de alta pressão (acima de 700 kPa). Esta categorização permite a seleção do equipamento com base nos requisitos de pressão de teste de diferentes embalagens, melhorando a adequação e a precisão da deteção.

Esta tecnologia oferece uma elevada sensibilidade e resultados de testes estáveis ​​e fiáveis, tornando-a particularmente adequada para testar embalagens alimentares de alto valor acrescentado com requisitos de selagem extremamente rigorosos, como testes de embalagens em atmosfera modificada (MAP) para produtos de leite em pó e café de alta qualidade.

2.4 Métodos dos gases traçadores e novas tecnologias

Para embalagens com requisitos especiais, os métodos de gás traçador oferecem soluções de deteção altamente sensíveis. Entre eles, o método do gás traçador de dióxido de carbono é amplamente utilizado na área da embalagem em atmosfera modificada. Este método coloca uma embalagem contendo gás CO2 numa câmara de teste, criando vácuo e um diferencial de pressão. Se a embalagem tiver fugas, um sensor de CO2 no interior da câmara detetará com sensibilidade o gás em fuga e disparará um alarme. Este método não requer a destruição da embalagem, e o produto inspecionado permanece seco e intacto, permitindo que continue a ser vendido. É particularmente adequado para testes em linha de alimentos embalados em atmosfera modificada.

Além disso, a tecnologia de teste ultrassónico utiliza as características do ultrassom combinadas com a tecnologia de imagem para realizar testes sem contacto da selagem de sacos de embalagens flexíveis. Quando uma embalagem tem fugas, as características de propagação da onda ultrassónica mudam, e a análise destas alterações pode ser utilizada para determinar o estado da vedação. Este método é rápido e fácil de automatizar, mas requer equipamento especializado e apoio técnico.

Nos últimos anos, com os avanços tecnológicos, os sistemas automáticos de deteção de fugas em linha fabricados pela Jinan Maotong tornaram-se uma tendência crescente. Estes sistemas combinam normalmente diversas tecnologias, como visão por computador e testes de pressão, para conseguir 100% de inspeção de alimentos ensacados em linhas de produção de alta velocidade. Por exemplo, alguns equipamentos avançados de deteção de fugas e fugas de ar podem atingir velocidades de inspeção de 200 a 400 sacos por minuto, com uma taxa de rejeição de fugas de até 99,9%, melhorando significativamente a eficiência da produção e a qualidade do produto.

Tabela: Comparação dos principais métodos de deteção de fugas de alimentos em sacos

3 Equipamentos e Aplicações de Teste Comuns

Os equipamentos de deteção de fugas de alimentos ensacados são categorizados em vários tipos com base nos seus princípios e cenários aplicáveis. O testador de vedação MFY-CM é um testador de descompressão subaquático típico, composto por uma câmara de vácuo, tampa de vedação, suporte para amostras, bomba de vácuo e sistema de controlo. O dispositivo tem uma interface touchscreen de 7 polegadas e pode atingir um nível de vácuo de -90 kPa. É adequado para indústrias como a alimentar, embalagens de plástico flexível, toalhitas, produtos farmacêuticos e produtos químicos de uso diário. Os utilizadores podem definir o nível de vácuo e o tempo de retenção com base nas características do produto, obtendo testes padronizados.

Para necessidades de testes de alta precisão, o Testador de Microfugas MFY-02A utiliza tecnologia de decaimento a vácuo e está equipado com um sensor de pressão de alta precisão (resolução até 1 Pa), capaz de detetar fugas ≥ 1 μm. Este dispositivo é adequado para testes de microfugas em diversos tipos de embalagens, incluindo frascos, seringas pré-cheias, sacos, latas e garrafas. Com um tempo de teste de apenas 5 a 30 segundos, é altamente eficiente e preciso. O dispositivo utiliza um tablet com ecrã táctil de nível industrial de 10 polegadas, permitindo estatísticas de dados inteligentes e gestão de permissões a vários níveis, atendendo aos requisitos de rastreabilidade de dados das indústrias farmacêutica e alimentar.

O testador de fugas de ar WM-230 é um dispositivo multifuncional adequado para sacos macios (como leite em pó, queijo e café), embalagens semi-rígidas (como carnes refrigeradas, saladas de frutas e legumes e iogurte) e embalagens rígidas (como garrafas de bebidas, bidons de óleo e latas). Equipado com um vacuómetro digital de alta precisão, o dispositivo permite definir a pressão negativa alvo e o tempo de espera, e aciona automaticamente um alarme de pressão ao atingir a pressão definida. A câmara de vácuo é construída em folha de acrílico transparente de alta qualidade, facilitando a observação das condições de teste no interior da câmara e personalizável para tamanhos não normalizados.

Quanto ao sistema de inspeção online, os equipamentos avançados de deteção de fugas e fugas de ar podem ser integrados diretamente na linha de produção, permitindo uma inspeção automatizada de alta velocidade. Estes dispositivos incluem normalmente um tapete de inspeção, um mecanismo de deteção de compressão e um dispositivo de rejeição de produtos defeituosos, operando a velocidades de 200 a 400 embalagens por minuto. Detetam e rejeitam eficazmente produtos defeituosos, como embalagens com fugas e inchadas, melhorando significativamente a eficiência da produção. O equipamento oferece uma ampla compatibilidade, manipulando embalagens que variam em tamanho de 40 x 40 mm a 100 x 100 mm para satisfazer as diversas necessidades de produção.

4 Processo de teste e normas

4.1 Procedimentos Operacionais de Ensaio

Um processo de teste padronizado é crucial para garantir resultados precisos. Tomando como exemplo o método de descompressão subaquática mais utilizado, as etapas padrão do ensaio são as seguintes:

Preparação da amostra: Selecione aleatoriamente os sacos de embalagem a testar e inspecione a superfície quanto à limpeza e a defeitos evidentes. Se existirem rugas ou corpos estranhos na superfície da embalagem, limpe-a cuidadosamente para evitar obstruir a observação. Preparação do equipamento: Encha a câmara de vácuo com uma quantidade adequada de água destilada, certificando-se de que o nível da água está ligeiramente acima da altura de colocação da amostra. Verifique a integridade da vedação da câmara de vácuo e se a tampa está totalmente selada.

Posicionamento da amostra: Fixe a amostra num suporte específico e mergulhe-a completamente em água. Durante este tempo, a distância entre a parte superior da amostra e a superfície da água deve ser de, pelo menos, 25 mm para garantir uma pressão de água suficiente e facilitar a observação de bolhas.

Evacuação: Feche a tampa da câmara de vácuo, feche a válvula de escape e abra a válvula de vácuo para iniciar a aspiração. O processo de aspiração demora normalmente 30 a 60 segundos, parando quando o nível de vácuo desejado (por exemplo, -30 kPa a -90 kPa) é atingido.

Observação da Pressão: Mantenha o nível de vácuo desejado durante 30 segundos, observando atentamente a superfície da amostra para verificar a formação de bolhas contínuas. Note que as bolhas isoladas podem ser causadas por gás aderido à superfície da embalagem e não devem ser consideradas fugas.

Reposição da Pressão: Abra a válvula de entrada de ar para ventilar a câmara de vácuo para a atmosfera. Assim que a pressão voltar ao normal, abra a tampa. Avaliação dos Resultados: Remova a amostra, limpe qualquer humidade da superfície e inspecione o interior da embalagem para verificar se há infiltração de água. Se não forem geradas bolhas contínuas durante as fases de vácuo e de manutenção da pressão, e não houver infiltração de água na embalagem, a amostra é considerada selada.

4.2 Normas e especificações de ensaio

Os testes de fuga de ar para alimentos embalados devem estar em conformidade com as normas nacionais e industriais relevantes para garantir resultados consistentes e comparáveis. A norma GB/T 15171, "Método de Teste para o Desempenho de Selagem de Embalagens Flexíveis", é a principal norma na China para testar o desempenho de selagem de embalagens flexíveis. Detalha o equipamento de teste, as condições de teste e os métodos de avaliação de resultados para o método de descompressão de água. Esta norma é aplicável a embalagens flexíveis seladas feitas de diversos materiais e é o método de ensaio mais utilizado pelas empresas alimentares.

A ASTM D3078, "Método de Ensaio Padrão para Fugas de Embalagens Flexíveis pelo Método das Bolhas", é uma norma internacional desenvolvida pela Sociedade Americana de Ensaios e Materiais. Utiliza também o método das bolhas, fornecendo um método de teste unificado para o comércio internacional. Para testes de alta precisão, o ASTM F2338, o método de decaimento a vácuo, foi reconhecido pela FDA dos EUA como um padrão de consenso para testes de integridade de embalagens. Além dos padrões de métodos de teste, os padrões de instrumentos relevantes também são cruciais. GB/T25752, "Detetor de Fugas de Pressão Diferencial", especifica os requisitos técnicos, os métodos de ensaio e as regras de inspeção para os detetores de fugas de pressão diferencial, de modo a garantir um desempenho fiável. GB/T31473, "Detetor de fugas de gás halogéneo", especifica os requisitos técnicos para os detetores de fugas de gás halogéneo. Embora este método de teste seja menos utilizado na indústria alimentar, ainda é utilizado para determinadas embalagens especializadas.

As empresas devem selecionar padrões de teste adequados com base nas características do produto e nos requisitos do cliente e estabelecer procedimentos internos de controlo de qualidade, incluindo a frequência de amostragem, as definições dos parâmetros de teste e os critérios de aceitação, para formar um sistema sistemático de monitorização de fugas.

5. Seleção do método de ensaio e perspetivas da indústria

5.1 Como selecionar o método de ensaio adequado

Ao selecionar um método de deteção de fugas para alimentos ensacados, devem ser considerados vários fatores:

Características do Produto e Tipo de Embalagem: Para embalagens insufláveis, como alimentos insufláveis, o método de descompressão subaquática é mais económico. Para produtos de elevado valor acrescentado ou embalagens em atmosfera modificada, o método de decaimento a vácuo ou o método de pressão diferencial são mais adequados. Finalidade do Ensaio: Para inspeções rápidas e completas de uma linha de produção, devem ser selecionados métodos não destrutivos (como o decaimento a vácuo). Apenas para amostragem de controlo de qualidade, o método de descompressão subaquática pode ser mais económico.

Requisitos de sensibilidade: Para produtos com requisitos rigorosos para fugas vestigiais (como embalagens de dispositivos médicos), são necessários métodos altamente sensíveis (como os métodos de decaimento a vácuo ou de gás traçador). Para as embalagens alimentares em geral, os métodos tradicionais de descompressão subaquática podem ser suficientes.

Produtividade e eficiência: As linhas de produção de alta velocidade requerem sistemas de inspeção online, como traçadores de extrusão automáticos ou sistemas de decaimento a vácuo online. Produção em pequenos lotes ou ambientes laboratoriais podem utilizar equipamentos de inspeção de bancada.

Orçamento de Custos: O equipamento de descompressão subaquática tem um custo relativamente baixo, mas os custos de mão-de-obra são elevados. Os equipamentos de inspeção avançados requerem um elevado investimento inicial, mas oferecem baixos custos operacionais a longo prazo e uma elevada eficiência.

5.2 Tendências e Perspectivas de Desenvolvimento da Indústria

A tecnologia de deteção de fugas em alimentos ensacados está a evoluir para características inteligentes, automatizadas e de alta precisão. Com o aprofundamento do conceito da Indústria 4.0, os sistemas automatizados de deteção de fugas online tornar-se-ão cada vez mais populares, permitindo uma inspeção completa em vez de uma amostragem aleatória. A integração perfeita dos dados de teste com os sistemas de qualidade empresariais permitirá a monitorização em tempo real e o controlo de qualidade preventivo.

No futuro, a tecnologia de ensaios dará maior ênfase aos ensaios não destrutivos, reduzindo o desperdício e melhorando o controlo de qualidade do produto. O âmbito de aplicação dos métodos de ensaios não destrutivos, como a decadência a vácuo, irá expandir-se ainda mais e poderá tornar-se a tecnologia predominante para os ensaios de embalagens alimentares. Além disso, com o avanço da tecnologia de sensores e da inteligência artificial, a precisão e a eficiência dos testes continuarão a melhorar, e a capacidade de identificar pequenas fugas continuará a aumentar.

Além disso, a normalização e a regularização são também tendências importantes no desenvolvimento da indústria. Com a crescente ênfase do país na segurança alimentar, os padrões de teste relevantes continuarão a ser melhorados, fornecendo às empresas orientações técnicas claras. O desenvolvimento de serviços de testes terceirizados também ajudará as pequenas e médias empresas alimentares a melhorar o seu controlo de qualidade das embalagens e a promover a melhoria geral da qualidade no setor.

Em resumo, a deteção de fugas de ar nos alimentos embalados é uma etapa crítica para garantir a segurança e a qualidade dos alimentos. As empresas devem selecionar os métodos de ensaio cientificamente com base nas características dos seus produtos e necessidades de produção, além de estabelecer um sistema sistemático de controlo de qualidade para obter vantagem competitiva no mercado e fornecer aos consumidores produtos alimentares seguros e fiáveis.