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X射线检测在食品行业的应用

说到X射线在食品行业的应用,大家第一反应多是关于污染物的检测,其实现代 X 射线系统除了检测物理污染物外,还具有诸多功能,例如保持产品完整性及维护品牌质量等。

在高速生产线上进行单次扫描中,X 射线系统可同时识别污染物并:

  • 测量产品质量。
  • 计件。
  • 检查填充水平。
  • 检查顶部空间。
  • 识别不合格产品。
  • 检查密封质量。
  • 发现缺失赠品。

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X 射线系统的好处包括占地小,一机多用,而不用配置多台机器,由每台机器分别执行一项任务。另外,单一设置屏幕可确保更快更简便地生产线切换,减少操作人员错误,最大限度地缩短生产线停机时间。对于其他检测功能,如果将它们作为 X 射线检测体系的一部分来实施时,可带来较高的投资回报。


长度/宽度/面积/体积测量


这是与污染物检测结合使用的最简单的包装分析形式,一般称为“物体查找器”。由于二维灰度屏幕图像各个像素的吸收值(相对于产品深度而言)已知,因而可以为通过检测机的各个包装创建实际三维图像。此图像中测量了长度、宽度、体积和表面积(图 8.1)。



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产品检测-部件测数

由于可检查图像的总体积和面积,因此可在此过程中更进一步:对每个检查的包装的各个区域(或吸收量更高的特定区域)进行计数。

图 8.2 所示为一个液体袋中的两块蒜蓉法式面包。制造商可能会遇到黄油注入机堵塞或蒜蓉黄油用完的问题,在这种情况下,可能会因每块面包中的蒜蓉黄油不足而导致品质问题。由于 X 射线系统可清晰地看到传送至每个法式面包的蒜蓉黄油的量,因此,可对它们单独分区;然后由该系统检查每个区域的表面积(或体积)是否达到可接受的水平。

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对于希望达到 FDA 要求并力保品牌的制药业客户,X 射线检测系统能够以每分钟 500 包的速度检测吸塑包装药片中的多种异常情况。

图 8.3 所示为 X 射线如何检测出少了一片药。此类检测还可以检测出破损药片、不合格的药片包装,以及是否缺少产品说明书。根据 GMP 指南,由卫生的经过抛光处理的 316 不锈钢制成的检测机非常适合这一应用。

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灌装量


产品或容器的填充量可以通过垂直和水平 X 光束系统检测出来(第 4 章详细介绍了垂直和水平 X 射线光束)。

以图 8.4 所示为例,水平光束检测机发现一个重复利用的组合罐中有一堆马铃薯片,罐底由金属制成,上面是箔盖。即使在这种包装中,检测机也可以检测出包装内的不锈钢和香料块,也就是粉末与脂肪凝结成的硬块。

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在图 8.5 中,薯片堆已经倒向一侧,有些已经破碎。通过检测薯片堆的高度,X 射线分析系统可以检测到填充量低于可接受的标准。


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我们再来看下图 8.6 所示的垂直检测的分区灌装量检查的例子。

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填充不足的一个酸奶罐可能与同一包装中填充过量的另一罐相互抵消。由于传统的在线称重系统只能测量包装总重,因而它可能会遗漏这种异常情况。在图 8.7 中可看到,使用双轨道检测六包装的酸奶;其中一罐的灌装量低,因此,该包装被剔除。

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顶部空间



  测量产品的“顶部空间”是最常见的检测,适用于产品包装在容器中的情况,方法是动态测量产品表面与容器/封盖顶部之间的距离。

保持产品新鲜对于品牌诚信度至关重要,测量顶部空间对于巴氏灭菌和保持产品无菌很重要(图 8.8)。顶部空间工具会自动考虑产品灌装水平的变化以及容器高度的变化。此功能可确保将产品完整性始终保持在所需水平。

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质量测量


X 射线检测系统可以生成三维吸收图像,其中第三维度是灰度值(吸收)。图像上所有灰度值之和与产品的质量成正比。通过根据特定产品的已知质量来校准总吸收值,X 射线系统就可以测定通过系统的每个产品的质量。


X 射线系统具有一项自动学习功能,这样重量合格的产品包装(接近标称)可以通过机器测量,通常为 10 次。然后将产品包装的毛重输入到系统内;但是,用户之前必须已经在一组具有适用称量范围和精确度且经校准的静态衡上称量该包装。当生产线运行时,每个成像的新包装根据已知的基准包装按比例计算,从而获得每个新包装的质量。
质量与产品吸收的 X 射线总量的关系不呈直线,尽管在生产包装重量接近目标重量时,使用单个产品自动学习功能非常准确。


图 8.9 所示为一个双格即食餐(电视餐),正在测量包装的总质量。同时对每一格的质量单独进行检查。在图示情况下,总重量正确,但是米饭格中填充量不足。因此该包装被剔除。

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分量测量

在图 8.10 和图 8.11 中,将产品质量测量的同一原理提升到一个新的层次。在这里,可以划分为多个区域并且可以单独检查各个包装的质量 – 在这个案例中以巧克力盒为例。除包装总质量及正在检查的内容外,还将测量每个巧克力的质量、缺失的巧克力及错位的巧克力。

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包装完整性

X 射线检测系统除检测包装产品内的物品外,还可以检测有凹痕的罐头、压扁或变形的包装,并检查封盖是否到位。图 8.12 所示为一管医膏,由于缺少螺旋盖而被剔除。


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赠品或脱氧剂

很多生产企业都会在包装内放入一些赠品或额外的插入物来诱惑顾客和提升销售量。这些插入物是自动分配给产品的,有时可能会漏掉。这种情况会引来客户的投诉。图 8.13 所示为一盒谷物中有一个小玩具,对每个包装进行检查以确保都带有该玩具。

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在很多肉类产品中,会放入脱氧剂(或“清除剂”)来帮助产品保鲜。这些物品的密度非常高,因而降低了检测的可行性。如图 8.14 和 8.15 所示,X 射线机在检测一包熟火腿时,不仅检测出了脱氧剂,还将其从 X 射线图像中删除,优化了包装的检测效果。

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密封产品检测


对于密封食品和药品包装的制造商而言,确保密封状况完好无损非常重要。如果密封状态被破坏,产品在到达超市货架时可能就已变质或不再处于无菌状态。

可以用一款专用的超高对比度检测器系统来检测低密度包装中的密封区域。同时还可以检测污染物以及产品的完整性。图 8.16(一包饼干)所示为已经创建的图像,以及系统如何检测到密封材料的内外边缘之间有致密材料。如果系统在该区域检测出某种材料,即清楚密封材料已经很脆弱或可能受损,则会将该产品剔除。

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X射线检测在即食食品的应用


据美国FDA定义,即食食品(Ready-to-EatFoods)是指食物可以在出售后即时食用,不需要清洗、加热等处理。即食食品可以是未经烹煮的,比如新鲜水果蔬菜,也可以是已经煮熟的,烫热的或者冷冻的,比如瘦肉制品三明治和芝士。

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近年来,即食食品越来越受欢迎,品种随之丰富,与之相关的食品安全问题也频繁发生,并呈上升趋势。食品企业可适当借助X射线技术来确保产品质量和完整性,以减少相关食品安全问题的发生。


Rex Pak Limited 是加拿大最大的独立干性粉末产品代加工商。公司包装从大米与面食到乳酪、汤粉以及袋装糖等所有产品。Rex Pak 购置了三台梅特勒-托利多 x 射线检测系统:2013 年安装的X33 和自 2016 年初起一直运行的两台 X36。由于发电机运行功率仅为 20 瓦,总拥有成本较低,因此选择了X33。其用于灌装、密封与称重袋成品的检测。“X36 系统用于检测 Rex Pak较大的产品,擅长处理多种产品类型和变化,为 Rex Pak 提供了极为重要的灵活性。


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