СПОСОБ КОНТРОЛЯ СРОКОВ ХРАНЕНИЯ ПРОДУКЦИИ Российский патент 2023 года по МПК G01N31/22 

Изобретение относится к способу контроля сроков хранения продукции, а также получения и применения композиции для его осуществления.

Одним из путей контроля сроков хранения продукции является помещение датчика в среду, где находится целевой продукт, и определение изменения характеристик датчика в зависимости от времени. Таким образом, с точки зрения режимов и времени хранения датчик, и контролируемый продукт находятся в одинаковых условиях. Поэтому вид контролируемого продукта не имеет существенного значения. Это могут быть пищевые продукты, медицинские препараты, различные виды оборудования, приборов, материалов и т.п. С учетом отмеченного, изобретение можно отнести к областям пищевой, медицинской, машиностроительной, электронной промышленности и прочим областям, связанным с необходимостью нахождения объектов указанных отраслей в газовой среде с заданными параметрами влажности и температуры.

Способ включает в себя изготовление визуального индикаторного датчика, состоящего из внутреннего компонента - ванадийсодержащего силикагеля, и внешней полимерной оболочки. Изменение цветовой характеристики датчика происходит в зависимости от времени и влажности окружающей среды (воздух или инертный газ) при заданном значении температуры. Принцип действия датчика основан на свойстве оксида ванадия: приобретение разной окраски от желтой с промежуточными оттенками до темно-коричневого (черного) в зависимости от количества молекул кристаллогидратной воды, приходящихся на один атом ванадия.

Для повышения чувствительности внутреннего компонента датчика и эффективности достижения определенной равновесной окраски, регистрируемой визуально (органолептически), оксид ванадия как индикаторную добавку наносят методом молекулярного наслаивания в виде монослоя на поверхность определенного пористого носителя (широкопористого силикагеля). Для регулирования и расширения диапазона времени достижения равновесной окраски при заданной влажности и температуре окружающей среды, полученный материал размещают в полимерной оболочке различной толщины.

В последующем, визуальный контроль сроков хранения осуществляется путем размещения индикаторного датчика совместно с контролируемым объектом в газовой среде с заданными влажностью и температурой. Для оценки контрольной окраски индикатора, время достижения которой свидетельствует о нарушении сроков хранения продукции, используют специальную цветовую шкалу с окрашенной сравнительной меткой, цвет которой соответствует окраске датчика, которую он достигнет при условии превышении сроков хранения целевого продукта.

Во всем мире уделяется внимание разработке, исследованию и применению различных видов приборов, датчиков и материалов, предназначенных не только для повышения сохранности готовой упакованной продукции, но и позволяющих контролировать сроки ее хранения потребителем [1,2]. При этом, наряду с приборными способами, важное место занимает разработка приемов и материалов, с помощью которых можно просто и надежно визуально определить время их нахождения в определенных условиях по изменению тех или иных характеристик (окраска, фазовые переходы и др.). К таким материалам можно отнести широкий спектр веществ, в том числе нанесенных на поверхность твердофазных носителей, изменяющих свою окраску при адсорбции компонентов из газовой среды, в которой хранится продукция различного назначения.

Одним из примеров использования окраски материала для оценки состава газовой среды является представленный на выставке «РасТес 2007» в Хельсинки финской компанией UPM индикатор срока хранения продукции. Принцип действия материала основан на изменении окраски при нарушении состава газовой среды, в которой должна храниться продукция. Прозрачная этикетка индикатора становится голубой при попадании воздуха в объем упаковки, что свидетельствует о непригодности продукта к употреблению [3]. Однако при сохранении состава газовой среды с использованием такого индикатора время хранения оценить невозможно.

Аналог цветового сенсорного датчика для анализа срока хранения продукции разработала в Китае группа исследователей из Пекинского университета [4]. Материал представляет собой твердую частицу диаметром несколько миллиметров, которая крепится на упаковку продукта. При этом изначально индикатор имеет красный цвет, что свидетельствует о требуемом качестве продукта. С течением времени цвет изменяется от красного к оранжевому и до зеленого (продукт, непригодный к употреблению). Метод контроля основан на использовании золотых наностержней, содержащих хлорид серебра и витамин С, которые взаимодействуют со стержнями, со временем покрывая их серебром. Температура является внешним фактором, от которого зависит скорость химических превращений в индикаторной композиции и, как следствие, ее окраска. В приведенном примере в качестве индикатора используются драгметаллы, что значительно повышает его стоимость.

Также известна композиция с индикатором, нанесенным на поверхность полимерной пленки, для контроля срока хранения пищевых продуктов и фармацевтических препаратов [5]. Для контроля сроков хранения пищевой и фармацевтической продукции предлагается использовать нанесенный на поверхность пленки полипропилена тонкий слой электрохромного материала - оксида вольфрама, который под действием электрического поля в растворе электролита окрашивается в синий цвет, а время его обесцвечивания после высушивания может составлять от 3 до 15 суток. Длительность стадии исчезновения окраски зависит от свойств нанесенной на поверхность окрашенного материала диэлектрической пленки (полиэтилентерефталат, поливинилхлорид, силикон, полиимид, полиамид и др.). В данном случае применение электрического поля в растворе электролита усложняет процесс приготовления индикатора.

Основными компонентами газовой среды, в которой хранится продукция, как правило, являются влага и кислород, а также уровень температуры. Пары воды являются одним из основных компонентов атмосферного воздуха, а также технологических газовых сред, в присутствии которых осложняется работа различных промышленных установок, первопричиной возникновения и развития которой является увлажнение поверхности металлов в результате выпадения росы при повышенной относительной влажности воздуха и перепадах температур поверхности металла, и окружающей среды [6-7]. Также влажность относится к таким физико-химическим параметрам, которые оказывают влияние на качество продукции при ее производстве и хранении. Как повышенная, так и пониженная влажность могут отрицательно влиять на потребительные свойства не только пищевых продуктов, но и изделий микроэлектроники, приборостроения, вызывая тем самым уменьшение срока хранения и эксплуатации оборудования. С учетом выше изложенного, влажность, при которой хранятся те или иные продукты, является важнейшим параметром и поддерживается в строго заданном значении, поэтому тот или иной вид индикатора, который изменяет свою окраску в зависимости как от уровня влажности, так и от времени выдержки при заданной влажности при определенной постоянной температуре может быть использован для контроля сроков хранения продукции любого назначения.

Основной целью изобретения (достигаемым техническим результатом) является создание композиции (датчика), которая позволяет, при относительной простоте, дешевизне и технологичности изготовления, визуально определять годность продукта без вскрытия упаковки при хранении и непосредственно перед возможным применением. Предлагаемая композиция обеспечит также предотвращение использования негодного продукта, находящегося в упаковке, широким кругом пользователей, в том числе, взрослыми и детьми, людьми со слабым зрением, с недостаточной грамотностью.

Заявленный технический результат достигается тем, что способ контроля сроков хранения продукции пищевого и (или) фармацевтического, и (или) иного назначения, и (или) при консервации оборудования в воздушной или инертной среде при заданных значениях температуры и влажности газовой среды реализуют путем визуального определения окраски индикаторного датчика, созданного на основе зерен силикагеля, обработанного парами оксохлорида ванадия, воды и потоком инертного газа при 200°С, помещенных в полимерную оболочку различной толщины. Толщина полимерной оболочки выбирается в зависимости от критического значения времени хранения продукции. Градуировку сравнительной метки проводят по достижению необходимой равновесной окраски датчика в зависимости от толщины полимерной пленки и времени с учетом сроков хранения продукции. Датчик крепится на внешней стороне котроллируемой продукции совместно с заранее подготовленной сравнительной меткой.

Основной технический результат способа контроля хранения продукции достигается за счет изготовления индикаторного датчика визуального действия. Для визуального контроля используется материал, способный изменять свою окраску в зависимости от количества сорбированной воды [8-9]. При этом время достижения равновесной окраски индикатора при заданных значениях влажности и температуры окружающей газовой среды зависит от скорости доставки к его поверхности паров воды. Контролируя быстроту диффузии молекул Н₂О к изменяющим окраску при контакте с ней веществам, можно в широких пределах регулировать время достижения равновесия в системе, например, используя различия в барьерных характеристиках полимерных пленок в зависимости от их природы или толщины [10].

В качестве основного компонента цветового датчика визуального действия используется ванадийсодержащий силикагель (ИВС-1), полученный путем обработки поверхности силикагеля парами оксохлорида ванадия и воды по схемам реакций:

Полученную навеску весом 2.5 г помещают в ячейку (размер 15x20 мм) из поливинилхлоридной (ПВХ) пленки марки Pentaprint, производитель - немецкая фирма Kloeckner Pentaplast.

В таблице 1 (фиг. 1) представлены изменения цветовой окраски индикаторного датчика в зависимости от толщины пленки (200, 350, 450 мкм), которые наглядно иллюстрируют возможность регулирования в широких пределах (от нескольких часов до нескольких недель) времени достижения заданных характеристик цветовых датчиков за счет изменения толщины полимерной оболочки.

Пример использования способа: индикаторный датчик визуального действия крепится на внешнюю поверхность контролируемого объекта (продукции) вместе со сравнительной меткой (фиг. 2). Потребитель, знакомясь с продуктом, может легко определить, какому сроку хранения соответствует данный продукт, сопоставив цвет индикаторного датчика с цветом сравнительной метки. Если цвет датчика желтый, то продукт свежий и соответствует первым суткам после его изготовления, красный - 3-4, черный - 5-6 суткам. Коричневый и черный цвет индикатора являются предупредительными цветами об окончании срока хранения продукта.

Таким образом, цель изобретения - это реализация способа контроля сроков хранения продукции, позволяющая, с применением индикаторного датчика визуального действия, исключать недобросовестные приемы товаропроизводителей в части введения потребителей в заблуждения относительно показаний последнего и минимизировать энергетические затраты на контроль за качеством хранения и на отображение изменения такового при ненадлежащем хранении.

Источники информации:

1. Аксенова, Т.И. Технология упаковочного производства / Т.И. Аксенова. - М.: Колос, 2002. - 184 с.

2. Чернявски, Б.А. Современные системы упаковки пищевых продуктов // Упакование, - №2, 2000. С. 12-15.

3. Toldra, F. Handbook of Meat Processing / F. Toldra. - State Avenue.: Wiley-blackwell, John Wiley & Sons, Inc., 2008. - 584 p.

4. Zhang, C.A. Interparticle Coupling Effect on the Surface Plasmon Resonance of Gold Nanoparticles / C.A. Zhang, A.X. Yin, R.Y. Jiang // ACS Nano. - 2013. - P. 4561-4568.

5. Пат.2331068 Российская Федерация, МКИ B01J8/40. Способ изготовления индикатора на полимерной пленке для контроля срока хранения пищевых продуктов и фармацевтических препаратов / О.М. Меркушев, Ю.Ю. Петров, М. П. Сидорова, Л.Г. Ведерникова; заявитель и патентообладатель С.-Петерб. гос.техн. ин-т. - №206147397/04; заявл. 28.12.06; опубл. 10.08.08, Бюл. №22.- 5 с.

6. Консервация химического оборудования. / Л.Г. Богатков [и др]// - М., Химия, 1981. - 168 с.

7. Емелин, М.И. Защита машин от коррозии в условиях эксплуатации. / М.И. Емелин, А.А. Герасименко // - М., Машиностроение. 1980. - 224 с.

8. Малыгин, А.А. Исследование свойств ванадий-содержащего силикагеля / А.А. Малыгин, С.В. Яковлев, С.И. Кольцов // Журнал прикладной химии, - 1979. - Т. 52, №9. - С. 2094-2096.

9. Asami, Т.A. Determination of minute quantities of water in gas or liquid by cobaltous chloride indicator. / Т.А. Asami// Analyt.Chem., - 1968. - V. 40, №3. - P. 648-650.

10. Тагер, А.А. Физико-химия полимеров - M.: Научный мир, 2007. - 576 с.

Изобретение относится к контролю сроков хранения продукции. Раскрыт способ контроля сроков хранения продукции пищевого назначения в воздушной или инертной среде при заданных значениях температуры и влажности газовой среды, включающий размещение на внешней поверхности контролируемой продукции предварительно созданного индикаторного датчика и цветовой шкалы с окрашенной сравнительной меткой, визуальное определение окраски индикаторного датчика с последующим сопоставлением цвета индикаторного датчика с цветом сравнительной метки, по которому судят о том, какому сроку хранения соответствует продукция, при этом индикаторный датчик выполнен на основе помещенных в полимерную оболочку зерен широкопористого силикагеля, на поверхности которого сформирован ванадийоксидный монослой с последующей обработкой зерен силикагеля парами воды и потоком инертного газа при 200 °С, а толщина полимерной оболочки выбирается в зависимости от сроков хранения продукции для регулирования времени достижения заданной равновесной окраски датчика, при этом градуировку сравнительной метки проводят по достижении необходимой равновесной окраски индикаторного датчика в зависимости от толщины полимерной пленки и сроков хранения продукции. Изобретение обеспечивает повышение эффективности определения годности продукта без вскрытия упаковки за счет повышения чувствительности индикаторного датчика. 3 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 пр.

1. Способ контроля сроков хранения продукции пищевого назначения в воздушной или инертной среде при заданных значениях температуры и влажности газовой среды, включающий

- размещение на внешней поверхности контролируемой продукции предварительно созданного индикаторного датчика и цветовой шкалы с окрашенной сравнительной меткой,

- визуальное определение окраски индикаторного датчика с последующим сопоставлением цвета индикаторного датчика с цветом сравнительной метки, по которому судят о том, какому сроку хранения соответствует продукция, при этом индикаторный датчик выполнен на основе помещенных в полимерную оболочку зерен широкопористого силикагеля, на поверхности которого сформирован ванадийоксидный монослой с последующей обработкой зерен силикагеля парами воды и потоком инертного газа при 200 °С, а толщина полимерной оболочки выбирается в зависимости от сроков хранения продукции для регулирования времени достижения заданной равновесной окраски датчика,

при этом градуировку сравнительной метки проводят по достижении необходимой равновесной окраски индикаторного датчика в зависимости от толщины полимерной пленки и сроков хранения продукции.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что толщина полимерной оболочки составляет 200 мкм.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что толщина полимерной оболочки составляет 350 мкм.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что толщина полимерной оболочки составляет 450 мкм.