Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Анализ состояния проблемы
1.1 Обеспечение стойкости в хранении молочных продуктов 13
1.2 Способы сохранения качества молочной продукции 17
1.3 Современные системы асептической расфасовки молочной продукции 21
1.4 Асептическая упаковка продуктов 22
1.4.1 Химические способы обеззараживания 26
1.4.2 Физические способы обеззараживания 28
1.4.3 Ультрафиолетовое излучение 29
1.4.4 Комбинированные системы обеззараживания 34
1.5 Влияние способов обеззараживания на полимерные упаковочные материалы 37
1.6 Термическая деструкция полимеров 39
1.7 Термоокислительная деструкция 40
1.8 Фото деструкция и светостабилизация полимеров 41
1.9 Радиационная деструкция 42
1.10 Санитарно-гигиеническая безопасность упаковки 44
ГЛАВА 2 Объекты и методы исследований
2.1 Организация экспериментальных работ 47
2.2 Объекты исследований 47
2.3 Приборы и методы исследований 50
2.3.1 Физико-механические исследования 50
2.3.2 Санитарно-гигиенические исследования 51
2.3.2.1 Органолептическая оценка 52
2.3.3 Санитарно-химические исследования 54
2.3.3.1 Определение формальдегида 56
2.3.3.2 Определение бромирующихся веществ 56
2.3.3.3 Спектрофотометрический метод определения стирола 57
2.3.4 Микробиологические исследования 58
2.3.5 Методика определения краевого угла смачивания 58
2.3.6 Изучение изменений в приповерхностных слоях полимерных упаковочных материалов под действием
света ксеноновой лампы 59
2.3.7 Методика планирования эксперимента и математическая обработка результатов исследований 61
2.3.8 Методика проведения экспериментальных работ по определению хранимоспособности молока стерилизованного вскрытого в обработанной и необработанной полимерной таре 63
2.3.9 Методика проведения экспериментальных работ по определению хранимоспособности йогурта 0,5% жирности в обработанной и необработанной полимерной таре 63
2.4 Описание экспериментальной макетной установки 64
ГЛАВА 3 Экспериментальная часть
3.1 Изучение изменения физико-механических показателей исследованных образцов 75
3.1.1 Обработка массива экспериментальных данных и определение изменений физико-механических характеристик образцов из полистирольной и полипропиленовой ленты 79
3.1.2 Обработка массива экспериментальных данных и определение изменений физико-механических характеристик образцов из полипропиленовых и полистирольных стаканчиков 3.2 Определение органолептических показателей исследуемых
материалов 86
3.2.1 Определение запаха водных вытяжек образцов из полипропиленовой и полистирольной ленты 86
3.2.2 Определение запаха водных вытяжек образцов из полипропиленовых и полистирольных стаканчиков 89
3.3 Определение количества формальдегида в водных вытяжках образцов из полипропиленовой ленты и полипропиленовых стаканчиков 91
3.4 Определение количества бромирующихся веществ в исследуемых материалах 91
3.5 Результаты спектрофотометрических исследований 92
3.6 Микробиологические исследования 94
3.6.1 Определение остаточного количества микроорганизмов в смывах с поверхности полимерной тары 94
3.6.2 Определение эффективности обеззараживания поверхности полимерных материалов импульсной ксеноновой лампы при различных поверхностных дозах излучения 95
3.7 Исследование изменения краевого угла смачивания 96
3.8 Изучение изменения структуры поверхностных слоев полистирольной и полипропиленовой ленты и потребительской тары из полистирола и полипропилена после воздействия УФ -излучения 98
3.9 Изучение зависимости влияния режимов обеззараживания на ее эффективность 101
3.10 Изучение хранпмоспособности молока и молочной продукции в обработанной и необработанной УФ - излучением полимерной таре 108
3.10.1 Изучение хранимоспособности молока стерилизованного вскрытого в обработанной и необработанной УФ —
излучением полимерной таре 108
3.10.2 Изучение хранимоспособности йогурта 0,5 % жирности в обработанной и необработанной УФ - излучением
полимерной таре 112
Выводы 118
Список использованных источников литературы
- Современные системы асептической расфасовки молочной продукции
- Санитарно-гигиенические исследования
- Обработка массива экспериментальных данных и определение изменений физико-механических характеристик образцов из полистирольной и полипропиленовой ленты
- Определение эффективности обеззараживания поверхности полимерных материалов импульсной ксеноновой лампы при различных поверхностных дозах излучения
Введение к работе
Актуальность проблемы. Сохранение пищевых продуктов без снижения их качества — это один из важнейших вопросов обеспечения населения России сбалансированным питанием в течение круглого года, в различных условиях деятельности и обитания человека.
Одним из направлений обеспечения качества и сохранности молочной продукции является правильно выбранная упаковка и условия расфасовки.
В соответствии с Федеральным законом №88 «Технический регламент на молоко и молочную продукцию» молоко и продукты его переработки, предназначенные для реализации, должны быть расфасованы, упакованы в тару или упаковку, изготовленную из экологически безопасных материалов, разрешенных федеральным органом исполнительной власти, осуществляющим функции по контролю и надзору в сфере обеспечения санитарно-эпидемиологического благополучия населения, защиты прав потребителей, для контакта с пищевыми продуктами и обеспечивающих безопасность и качество молока и продуктов его переработки в течение срока их годности.
Даже изначально стерильная потребительская тара в результате перепадов температур, возможного образования конденсата в процессе транспортирования, хранения, использования и других влияющих факторов, может подвергаться повторному обсеменению.
Перспективным и рациональным приемом обеззараживания упаковочных полимерных материалов является их асептическая обработка непосредственно перед розливом либо упаковыванием молочной продукции. В мировой и отечественной практике наиболее распространенными методами обработки поверхностей материалов является их обеззараживание реагентными (использование перекиси водорода, надуксусной кислоты, а так же их смеси) или безреагентными (ультрафиолетовое излучение) способами, либо их комбинацией. Механизмы воздействия этих методов на упаковочные
полимерные материалы, входящие в состав упаковки, исследованы недостаточно.
Под асептической обработкой и упаковкой подразумевается наполнение стерилизованного обычными методами продукта в стерилизованную тару с герметичным запечатыванием в стерильной среде.
Под расфасовкой понимается процесс упаковывания молочной продукции на фасовочном оборудовании.
В современной фасовочной технике используются 4 основных типа обеззараживающих воздействий, которые в технической литературе обычно называют clean, ultra clean,super clean, aseptic.
Как известно, традиционно применяемое в фасовочной технике ультрафиолетовое (УФ) излучение в диапазоне 205-315 нм обладает бактерицидной активностью, причем максимальное значение относительной спектральной бактерицидной эффективности приходится на длину волны 254 нм. Однако ртутные лампы обладают узким спектром и не в состоянии действовать во всем бактерицидном диапазоне длин волн. Импульсные ксеноновые лампы имеют существенное отличие от ртутных ламп, состоящее в том, что они позволяют создавать кратковременные мощные импульсы излучения, что дает возможность заметно снизить время облучения. При этом бактерицидная эффективность импульсных ламп заметно выше, чем ртутных.
Проведенный литературный, информационный и патентный поиск показал, что процесс воздействия УФ - излучения на микроорганизмы, количество которых в соответствии с ФЗ-№88 «Технический регламент на молоко и молочную продукцию» контролируется в определенном объеме, исследован достаточно хорошо. Однако сведения о воздействии ультрафиолетового излучения на микроорганизмы на поверхности пищевой упаковки не обнаружены. Отсутствуют так же и сведения о деструктивных изменениях упаковочных материалов при воздействии на них УФ -излучения.
Проблемы сохранения качества и повышения стойкости в хранении молочных продуктов изложены в трудах Зобковой 3. С, Липатова Н. Н., Радаевой И. А., Рожковой И. В., Семенихиной В. Ф.э Филатова Ю. И., Харитонова В. Д. и др., однако в данных работах не рассматривались вопросы воздействия УФ - излучения на поверхность полимерных упаковочных материалов и тары.
Теоретические и практические основы совершенствования технологии упаковывания молочной продукции в полимерную потребительскую тару путем ее обеззараживанием ультрафиолетовым излучением заложены в трудах: Бутко М. П., Додонова А. М., Заикова Г. Е., Тиганова В. С, Федотовой О. Б. Шашковского С. Г. и других ученых.
В лабораториях крупных иностранных компаний, таких как «Тетра Пак», «Комбиблок», «Элопак», «Хассия», «Формсил», ведутся разработки по совершенствованию процесса асептической обработки тары и упаковки молочной и пищевой продукции.
Работа выполнена в ГНУ ВНИМИ Россельхозакадемии в рамках «Программы фундаментальных и приоритетных прикладных исследований по научному обеспечению развития АПК Российской Федерации» Россельхозакадемии, при поддержке Гранда молодых ученых ассоциации «Университетский комплекс прикладной биотехнологии» за 2007г.
Работа удостоена диплома Президиума Российской Академии сельскохозяйственных наук за лучшие завершенные научные разработки в области АПК России за 2007г. и диплома лауреата конкурса научно-инновационных работ молодых ученых за 2008г.
Цель работы. Комплексное исследование влияния УФ — излучения на физико-механические, санитарно-гигиенические и микробиологические показатели полимерной потребительской тары с целью совершенствования технологии расфасовки молочной продукции.
Для выполнения поставленной цели предусматривали решение следующих задач:
Провести исследования физико-механических, санитарно-гигиенических, микробиологических и структурных характеристик полипропиленовых (ПП) и полистирольных (ПС) материалов и тары из них после облучения импульсным УФ - излучением;
Провести оптимизацию процесса обеззараживания поверхности полимерных упаковочных материалов импульсным УФ -излучением и излучением ртутной бактерицидной лампы постоянного горения с использованием метода математического планирования эксперимента.
Исследовать изменение физико-химических и микробиологических показателей молочной продукции в обеззараженной полимерной таре в процессе хранения;
Разработать Рекомендации и Инструкцию по использованию импульсного УФ излучения для обеззараживания потребительской полимерной тары из полипропилена и полистирола;
Провести апробацию работы.
Научная новизна. Впервые научно обоснованы и оптимизированы диапазоны поверхностных доз облучения импульсным УФ - излучением, обеспечивающие высокий уровень обеззараживания, исключающие развитие деструктивных процессов в поверхностных слоях потребительской тары из ППиПС.
Впервые показано, что при воздействии УФ - излучения можно достигнуть бактерицидный эффект 99,9999 % при обеззараживании поверхностей упаковочных материалов, при этом, установлено, что для его достижения при воздействии импульсного УФ - излучения требуется 0,7 с.
Для достижения аналогичного эффекта с использованием УФ -излучения лампы постоянного горения требуется 1800 с, что является неприемлемым в промышленных условиях расфасовки продукции.
Практическая значимость работы. Разработаны Рекомендации по обеззараживанию термоформованной полимерной тары импульсным ультрафиолетовым излучением.
Разработана Инструкция по обеззараживанию полимерной термоформованной тары импульсным ультрафиолетовым излучением на предприятиях молочной промышленности.
На предприятиях, производящих упаковочное и фасовочно-упаковочное оборудование для молочной и пищевой продукции, проведена апробация технологии обеззараживания потребительской термоформованной тары из ГШ и ПС с использованием импульсного УФ - излучения от ксеноновой лампы.
Экономический эффект от внедрения разработки может формироваться с учетом двух основных позиций:
за счет уменьшения энергозатрат;
за счет увеличения сроков годности расфасованной молочной (пищевой) продукции.
При использовании импульсных источников излучения вместо источников постоянного горения, для обеспечения одинакового уровня бактерицидной эффективности обработанной упаковки расчетный эффект составляет 1174 руб. на 1 источник излучения (цены указаны по состоянию на декабрь 2008г.).
Использование импульсных источников излучения для обеззараживания поверхности полимерной тары позволяет достигнуть увеличения сроков годности расфасованных в нее молочных продуктов, например, йогурта. Прибыль только от реализации йогурта 0,5% жирности при условии его расфасовки в предварительно обработанную УФ -излучением потребительскую тару по разработанной технологии может составить до 64,5 млн. рублей в год при объемах годового выпуска продукции 5,5 тыс. тонн (цены указаны по состоянию на декабрь 2008г.).
Работа имеет научную и практическую значимость и позволит использовать полученные результаты при разработке и модификации расфасовочного оборудования с узлами обеззараживания.
Апробация работы. Основные результаты работы доложены на Всероссийской научно-практической конференции «Новое в технике и технологии производства молочных продуктов», г. Адлер 2006; на Конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Современные пищевые технологии» в рамках ФЦЕТП 2002-2006 г. Кемерово 2006; на Седьмом международном симпозиуме по радиационной плазмодинамике (РПД) г. Москва 2006; на Научно-практической конференции «Интеграция фундаментальных и прикладных исследований - основа развития современных аграрно-пищевых технологий» г. Углич 2007; на Международной научно-практической конференции «Современные технологии производства и переработки сельскохозяйственного сырья для создания конкурентно способных пищевых продуктов» г. Волгоград 2007; на Международной научно-практической конференции «Перспективы нано и биотехнологии в производстве продуктов питания функционального назначения» г. Краснодар 2007; на Конференции-конкурсе научно-инновационных работ молодых ученых и специалистов «Отделения хранения и переработки сельскохозяйственной продукции» г. Москва 2007; на Международном научно-практическом форуме «Молочная индустрия 2008» г. Москва 2008; на Международной научно-практической конференции «Совершенствование технологий производства продуктов питания в свете государственной программы развития сельского хозяйства на 2008 - 2012 гг.» г. Волгоград 2008; на Всероссийской научно-практической конференции «Трансформация научных исследований в производство - основа перехода молочной отрасли на инновационную модель развития» г. Адлер 2008; на Конференции-конкурсе научно-инновационных работ молодых ученых и специалистов «Отделения хранения и переработки сельскохозяйственной продукции» г. Москва 2008.
Основные положения, выносимые на защиту.
Результаты комплексного исследования физико-механических, структурных, санитарно-гигиенических и микробиологических свойств полимерной тары и упаковки подвергнутой обеззараживанию импульсным УФ - излучением;
Разработанные оптимальные режимы обеззараживания тары и упаковки с использованием импульсного УФ — излучения более эффективного по сравнению с излучением ртутной бактерицидной лампы постоянного горения.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 19 печатных работ и получен 1 патент на изобретение.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, литературного обзора, методической части, экспериментальной части, обсуждения результатов, выводов, списка литературы и приложения.
Современные системы асептической расфасовки молочной продукции
Микроорганизмы способные вызывать порчу молочных продуктов могут находится не только в самом продукте, но и на поверхности упаковочного материала, причем даже изначально стерильная потребительская тара в результате перепадов температур, возможного образования конденсата в процессе транспортирования, хранения, использования и других влияющих факторов, может подвергаться повторному обсеменению [122].
Рассмотрение современного состояния процесса асептического консервирования в прогрессивной упаковке представляется целесообразно осуществить по следующим разделам: термическая обработка пищевого продукта; стерилизация упаковочных материалов или готовой тары; современные системы асептического консервирования.
Самый современный способ упаковки пищевых продуктов -асептический. Он используется в оборудовании для производства молока и молочных продуктов длительного хранения [116, 119, 128].
Асептическая упаковка продуктов
Асептический способ упаковки продуктов был открыт американским Институтом пищевых технологий в Чикаго, и до сих пор считается самым значительным достижением в сфере технологий пищевых продуктов за последние 50 лет [128].
Наиболее широкое распространение при асептическом способе упаковывания, помимо «Пюр-Пак», «Ультра-Пак», «Брик-Пак» и «Тетра-Пак» находит упаковка типа «Тетра-Брик Асептик».
К системе асептической упаковки жидких пищевых продуктов относится «Комбиблок» (ПКЛ, Германия), специфическим преимуществом которой, является наличие в верхней части упаковки незаполненного объема, который можно варьировать от 5 до 70 мл, для взбалтывания (если необходимо) содержимого упаковки перед употреблением. Наряду с молочными продуктами, в упаковку «Комбиблок» можно разливать вино, негазированную минеральную воду, соки и др. [116,119].
Асептическое упаковывание позволяет сохранить органолептические и вкусовые характеристики пищевого продукта значительно дольше, чем при упаковывании в обычных условиях. Проводимая перед расфасовкой продукта его термическая обработка помогает избавиться от вредных микроорганизмов, влияющих на сохранность содержимого упаковки [87].
Асептическая технология упаковывания в условиях рыночной экономики представляется прогрессивной и подходящей для многих продуктов (главным образом жидких), так как позволяет комплексно решать логистическую задачу производства, хранения, транспортировки и реализации молочной продукции, безалкогольных напитков, легких вин и других жидких продуктов.
При подборе условий асептической упаковки слабокислых (рН 3,5 - 4,6) и некислых (рН 4,6) продуктов, к которым относятся: молоко и молочные продукты, многие супы, растительные (горох, бобы), мясные и другие продукты, следует уделять большее внимание, т. к. в них могут развиваться дрожжи, плесени, бактериальная флора, в том числе и представляющая серьезную опасность для человека. В этом случае схема асептического розлива предусматривает эффективную термическую обработку продукта при температуре до 150 С и обработку упаковки, например растворами перекиси водорода [115].
Многообразные промышленные системы асептического консервирования по типу применяемой упаковки для более подробного рассмотрения целесообразно разделить на три группы [115]: полужесткая тара из комбинированных материалов на основе картона (или бумаги) в сочетании с алюминиевой фольгой и полимерами (наиболее распространенная вместимость упаковки 0,2 - 2,0 литра); полужесткая полимерная тара (вместимость от баночек 0,02 до бутылей 4 литра); упаковка пакет в ящике «Bag-in-box» , представляющая собой ящик или коробку из жесткого материала (картон, древесина) с пакетом или мешком-вкладышем из одно- или многослойного полимерного материала (вместимость упаковки от 1 до 300 л). Наиболее перспективным и рациональным приемом обеззараживания упаковочных полимерных материалов является их асептическая обработка непосредственно перед розливом либо расфасовкой молочной продукции. В мировой и отечественной практике наиболее распространенными методами обработки поверхностей материалов является их обеззараживание реагентными или безреагентными способами, либо их комбинацией.
Основным требованием к упаковочному материалу, продукту, оборудованию, газу или воде для промывки при этом виде упаковки является «коммерческая стерильность» (соответствие длительности хранения при нормальной температуре указанному сроку) [87].
Санитарно-гигиенические исследования
Санитарно-эпидемиологическая безопасность упаковочных материалов и потребительской полимерной тары, контактирующей с пищевыми продуктами, обеспечивается комплексом мероприятий при проведении ее санитарно-эпидемиологической экспертизы. Основа таких исследований — определение миграции веществ из упаковочного материала в стандартную среду, моделирующую тот или иной тип продукта. Затем идентифицируют мигрант и определяют его количество. При необходимости проводят токсикологические испытания [2, 10, 85, 126, 169].
Миграция химических веществ из полимерных материалов определяется, главным образом, их свойствами и, в первую очередь, химической стойкостью, которая зависит от строения полимера: наличия двойных связей, функциональных (гидроксильных, карбоксильных, аминных, галогенных), групп, онцевых групп, и других «слабых» мест. Большое влияние на химическую стойкость материала оказывают также природа наполнителя, пластификатора, других добавок и их содержание [52].
Предварительную информацию о возможности использования упаковочного материала для контакта с пищевым продуктом можно получить достаточно быстро на основании его физико-химических свойств (растворимость в различных средах, летучесть, запах, цвет). Объектами органолептической оценки могут быть упаковочные полимерные и комбинированные материалы, а также сам пищевой продукт. Такая экспресс-оценка позволяет по запаху, внешнему виду, консистенции, однородности модельной среды определить возможность нежелательного влияния упаковочного материала на пищевой продукт [69].
Чтобы обеспечить необходимую объективность такой оценки, используют научно разработанные нормы ее проведения, включающие метод закрытой дегустации, наличие необходимой квалификации у дегустаторов, их количественного состава, а также современные способы обработки результатов эксперимента. Результаты, оцененные в «баллах» по 5-й балльной шкале, представлены в Таблице 2.1.
Если запах водных вытяжек превышает 1 балл, то исследуемый образец признается непригодным для использования в пищевой промышленности без дальнейших исследований [69, 117, 126]. В случае отсутствия органолептических изменений проводят химическое исследование вытяжки. Интенсивность запаха и привкуса водных вытяжек из полимерных материалов Кроме того, запах подвергают описанию, например, ароматический, неопределенный и т.д.
Для проведения органолептических исследований полистирольные стаканчики фиксировали на металлической оправке, облучали УФ -излучением, заливали модельным раствором и оставляли в нерегулируемых условиях. В качестве модельных растворов, в соответствии с действующей инструкцией, использовали дистиллированную воду. Время выдержки составило 3 суток. В качестве контроля использовали необлученные образцы стаканчиков. Органолептическую оценку водных вытяжек осуществляют при 20, 40 и 60 С.
С пищевым продуктом контактируют внутренние поверхностные слои полимерного материала упаковки, которые и определяют ее безопасность [117].
Санитарно-химические исследования позволяют оценить характер и количество химических веществ, выделяемых из самого полимерного композиционного материала в модельную среду или продукт. Объектами таких исследований являются мономеры, катализаторы, инициаторы и ускорители полимеризации, и конечно, технологические добавки (стабилизаторы, пластификаторы, красители, наполнители и некоторые другие).
Санитарно-химические исследования проводят химико-аналитическими методами, оценивая интегральную (суммарную) и специфическую (индивидуальную) миграции посторонних веществ в пищевой продукт. Однако сами пищевые продукты мало пригодны для проведения подобных исследований, поскольку они являются сложной системой, в которой трудно или невозможно определить микроколичества отдельных химических соединений, входящих в его состав [126]. В инструктивных материалах Минздрава РФ для каждой группы пищевой продукции определены модельные среды. Модельные среды, применяемые для исследования полимерной упаковки для молочной и молокосодержащеи продукции, представлены в Таблице 2.2 [117].
Обработка массива экспериментальных данных и определение изменений физико-механических характеристик образцов из полистирольной и полипропиленовой ленты
Для получения указанных характеристик в процессе экспериментов осуществлялось плавное увеличение поверхностной дозы облучения при определенном расстоянии от источника излучения до поверхности исследуемого материала, и снимались физико-механические характеристики образцов. Полученные данные представлены в Таблице 3.1.
Как видно из графика y=f(x) (Рис. 3.6), у образцов из 1111 и ПС ленты наблюдается незначительное повышение разрушающего напряжения при разрыве на 1 - 3 %. При поверхностной дозе облучения 50-64 мДж/см наблюдается отклонение показателя на 3 - 5 % от начального значения.
Для полученных зависимостей изменения относительного удлинения при разрыве ПП и ПС ленты подобраны аппроксимирующие функции (Рис. 3.7). Исходя из точности аппроксимации, изменение разрушающего напряжения при разрыве от поверхностной дозы облучения в рамках исследуемого участка молено описать полиномом второй степени (3.1).
Как видно из графика y=f(x), (Рис. 3.9) относительное удлинение при разрыве образцов стаканчиков из ПП ленты уменьшается во всем исследованном диапазоне поверхностных доз облучения на 21,4 - 42,8 %. Относительное удлинение при разрыве у образцов стаканчиков из ПС ленты увеличивается на 21,6 - 28,4 %.
Сопоставление полученных результатов исследований с литературными данными по структуре и прочности полимеров, позволяет высказать теоретическое предположение, что при воздействии определенным диапазоном длин волн в исследованных материалах может происходить перестройка структуры с образованием крупнодисперсных частиц, которые заметно снижают степень ориентации макромолекул при растяжении и препятствуют росту относительного удлинения. Мелкодисперсные частицы, наоборот, способствуют повышению степени ориентации и повышают показатель относительного удлинения. Поскольку исследуемые материалы являются термопластами, то вклад тепловой компоненты (ИК - излучения) в изменение его показателей существенен.
Органолептический (сенсорный) анализ — это качественная и количественная оценка ответной реакции органов чувств человека на свойства продукта. Качественную оценку выражают словесным описанием, количественную - цифрах, баллах и графиках. Эти свойства выявляются благодаря зрительным (визуальным), осязательным, обонятельным, вкусовым и слуховым ощущениям человека [130].
Все видимые свойства материала определяются его внешним видом. Органы зрения являются анализаторами, которые возбуждаются волнами световых лучей в видимой части спектра (от 380 до 760 нм).
Летучие ароматические и вкусовые вещества по отдельности или в сочетании даже в незначительных количествах формируют характерный запах и вкус продукта. Запах - это органолептическое свойство, воспринимаемое при вдыхании носом определенных веществ, улетучивающихся с поверхности продукта [130].
Результаты определения запаха водных вытяжек образцов 1111 и ПС ленты приведены в Таблицах З.б - 3.7.
Внешний вид образцов при облучении в диапазоне поверхностных доз от 0 до 42 мДж/см не изменялся, поверхность материала оставалась гладкой без загрязнений, механических повреждений (царапин, изломов, вмятин, трещин, раковин) не выявлено (Рис. 3.10. - 3.11). Однако в интервале 55 - 64 мДж/см были обнаружены небольшие черные пятна в виде точек черного цвета. Это можно объяснить тем, что поверхность материала, имеющего микротрещиньт, попадают частички пыли и выгорают под воздействием ИК — излучения, так как облучение поверхности происходит полным спектром.
Определение эффективности обеззараживания поверхности полимерных материалов импульсной ксеноновой лампы при различных поверхностных дозах излучения
Цель исследования - определение степени обеззараживания упаковочных материалов при воздействии полного спектра излучения импульсной ксеноновои лампы. Результаты исследования воздействия обеззараживания принудительно обсемененной поверхности исследуемых упаковочных материалов БГКП представлены в Таблице 3.14. Результаты проведения микробиологических исследований поверхности образцов при воздействии импульсного УФ - излучения
Проанализировав конструкторские особенности фасовочного оборудования и полученные в результате работы данные, были выбраны режимы обеззараживания с расстоянием от источника излучения до поверхности образца 3,5 см, в то время как в современном фасовочном оборудовании источники обеззараживания находятся на высоте от 10 до 40 см от поверхности упаковочного материала. 5« О) На графике (Рис. 3.16) отчетливо видно, что расстояние от поверхности образцов до источника излучения не оказывает существенного влияния на эффективность обеззараживания.
Одним из показателей, характеризующим поверхностные свойства материалов, является краевой угол смачивания, поэтому, целесообразно было рассмотреть влияние УФ - излучения на поверхность полимерного материала.
Результаты изменения значений краевого угла смачивания образцов из стенок ПП стаканчиков приведены в Таблице 3.15.
Из таблицы видно, что при воздействии УФ - излучения значение краевого угла смачивания изменяется. Для объяснения данного эффекта можно сделать предположение что, при облучении поверхности материала импульсным УФ - излучение поверхность инактивируется и, как следствие, происходит изменение адгезионной способности исследуемых образцов (Рис. 3.17).
Видно (Рис. 3.18 - 3.19), что даже в области валентных колебаний происходит некое смещение положений полос облученного материала, как для метиленовых групп, так и полос колебаний связей С-Н при ароматическом кольце. Последние, теряют свою интенсивность, как бы размываются, что наиболее ощутимо для материала облученного лампой, удаленной на минимальное расстояние. В области 1600 - 1800 см"1 имеет место увеличение и пиковой, и интегральной интенсивности полосы (1741 см"1), соответствующей окисленной фазе полистирола. Другими словами, можно уверенно сделать вывод, что при облучении данного материала, даже при столь малой экспозиции засветки, происходит деградация поверхностной структуры полистирола. Таким образом, очевидно, что бактерицидная обработка исследованного материала приводит к его значительной фото- и термоокислительной деструкции.
Анализ спектральных характеристик поверхностей полипропиленовой ленты (Рис. 3.20 - 3.22) показал некоторое изменение структуры материала в поверхностных слоях на участке от 750 до 2000 см"1 (изменение характера пиков (степени пропускания) по сравнению с необлученным материалом), что подтверждает выдвинутую гипотезу. Сопоставление спектров этих объектов во всем исследуемом спектральном интервале позволяет сделать вывод об устойчивости этого материала к импульсному облучению. Вместе с тем, поверхность образцов, облученных на более длинном расстоянии до лампы, визуально значительно чище.
С целью оптимизации процесса обеззараживания поверхности образцов из полимерных материалов импульсным УФ - излучением и излучением ртутной бактерицидной лампы постоянного горения была построена математическая модель процесса обеззараживания.
В процессе исследований показано, что эффективность обеззараживания поверхности зависит от следующих основных параметров: поверхностная доза облучения мДж/см2, расстояние от источника излучения до обеззараживаемой поверхности, времени воздействия УФ - излучения.
Поскольку в настоящее время для целей обеззараживания используются ртутные бактерицидные лампы, представляло интерес оптимизировать процесс их воздействия на поверхность упаковочных полимерных материалов.
В результате обработки экспериментальных данных получено уравнение регрессии, адекватно описывающее эффективность процесса обеззараживания поверхности упаковочного материала в зависимости от времени воздействия УФ - излучения ртутной бактерицидной лампы постоянного горения и расстояния от источника облучения до поверхности полимерного материала. В качестве параметра показывающего эффективность обеззараживания был выбран логарифм отношения начального количества микроорганизмов на поверхности упаковки (NHa4) к конечному числу микроорганизмов на поверхности (NK0„): Lg(NHa4/NK01!) (3.3)
При постановке эксперимента выбор числа и условий проведений опытов, обеспечивающих получение наилучшего результата исследования, осуществлялся по известной методике планирования эксперимента и статической обработке данных.
