Deteksi Kebocoran Udara pada Makanan yang Dikemas dalam Kantong: Teknologi, Metode, dan Panduan Praktik Industri

1. Bahaya Kebocoran Udara pada Makanan yang Dikemas dalam Kantong dan Pentingnya Mendeteksinya

   
   

Kebocoran udara pada makanan yang dikemas dalam kantong merupakan masalah umum dan serius dalam industri makanan. Ketika segel kantong kemasan rusak, gas dapat bertukar antara bagian dalam dan luar kantong, menyebabkan oksidasi, kelembapan, jamur, dan bahkan pembusukan, yang berdampak serius pada kualitas dan keamanan produk. Bagi konsumen, kebocoran makanan dapat menimbulkan risiko kesehatan; bagi produsen, hal ini dapat menyebabkan penarikan produk, kerusakan reputasi merek, dan kerugian finansial.

Kebocoran udara pada kemasan makanan terutama disebabkan oleh dua faktor: sifat penghalang bahan kemasan yang buruk, sehingga tidak dapat secara efektif menghalangi oksigen dan kelembapan eksternal; dan penyegelan yang buruk selama proses produksi kemasan akhir, terutama cacat pada segel panas. Dalam produksi aktual, kekuatan segel panas yang berlebihan atau rendah, serta kekuatan segel panas yang tidak merata, dapat dengan mudah menyebabkan kebocoran udara. Hal ini terutama berlaku untuk makanan kemasan berisi udara, seperti keripik kentang dan makanan kembung, di mana variasi kandungan gas di dalam kantong dapat secara langsung memengaruhi masa simpan dan rasa produk.

Melakukan uji kedap udara sangat penting bagi perusahaan makanan. Hal ini bukan hanya komponen kunci pengendalian kualitas, tetapi juga cara efektif untuk mencegah kebocoran yang merugikan. Melalui pengujian ilmiah, perusahaan dapat segera mengidentifikasi cacat penyegelan, memberikan referensi untuk meningkatkan proses pengemasan, dan pada akhirnya meningkatkan kualitas produk secara keseluruhan serta daya saing pasar. Teknologi pengujian modern kini memungkinkan pemantauan kualitas kemasan 100%, meminimalkan risiko kebocoran makanan yang memasuki pasar.

2 Metode Pengujian Utama dan Prinsipnya

2.1 Metode Dekompresi Air (Metode Vakum)

Metode dekompresi air saat ini merupakan metode pengujian tradisional yang paling banyak digunakan, terutama berdasarkan standar nasional "GB/T 15171 Metode Uji untuk Kinerja Penyegelan Kemasan Fleksibel". Prinsip dasar metode ini adalah merendam sampel yang diuji dalam cairan. Dengan mengosongkan ruang vakum, perbedaan tekanan tercipta antara bagian dalam dan luar sampel. Jika sampel bocor, gas internal akan keluar melalui lubang kebocoran, membentuk aliran gelembung yang terlihat secara terus-menerus, yang dapat digunakan untuk menentukan apakah sampel bocor dan menemukan titik kebocoran. Proses operasi spesifik meliputi: menyuntikkan air suling dalam jumlah yang sesuai ke dalam ruang vakum, mengamankan sampel dalam perlengkapan dan merendamnya sepenuhnya dalam air; menutup tutup penyegel, menutup katup buang, dan menyalakan pompa vakum untuk mengosongkan ruang; biasanya menyesuaikan tingkat vakum ke nilai yang telah ditentukan (seperti 20, 30, 50, atau 90 kPa) dalam waktu 30-60 detik; mempertahankan tingkat vakum selama 30 detik setelah menghentikan evakuasi, mengamati munculnya gelembung terus-menerus; akhirnya, membuka katup saluran masuk untuk mengembalikan tekanan ke normal, mengeluarkan sampel dan memeriksa infiltrasi air.

Kunci dari metode ini adalah membedakan antara gelembung kontinu dan gelembung terisolasi. Hanya gelembung yang terbentuk secara kontinu yang dianggap sebagai tanda kebocoran, sementara gelembung terisolasi mungkin merupakan gas yang menempel pada permukaan kemasan dan bukan merupakan kebocoran. Pemilihan tingkat vakum harus ditentukan berdasarkan karakteristik sampel. Perbedaan tekanan yang terlalu tinggi dapat menyebabkan sampel pecah atau retak pada segel, sehingga memengaruhi akurasi pengujian.

Meskipun metode dekompresi bawah air sederhana dan murah, metode ini merupakan uji yang destruktif. Produk yang diuji umumnya tidak dapat dijual. Sensitivitasnya terhadap kebocoran kecil terbatas, sehingga lebih banyak digunakan untuk pengambilan sampel daripada inspeksi komprehensif. 2.2 Metode Peluruhan Vakum

Metode peluruhan vakum adalah teknologi deteksi kebocoran mikro non-destruktif canggih berdasarkan ASTM F2338, yang telah diakui oleh FDA AS sebagai standar konsensus untuk pengujian integritas kemasan. Prinsipnya adalah menempatkan spesimen dalam ruang uji yang dirancang khusus, mengevakuasinya untuk menciptakan lingkungan bertekanan negatif, dan memantau perubahan tingkat vakum di dalam ruang menggunakan sensor tekanan presisi tinggi. Jika kemasan bocor, gas akan masuk ke dalam ruang melalui kebocoran tersebut, menyebabkan perubahan tekanan di dalam ruang. Dengan mengukur nilai peluruhan vakum, dimungkinkan untuk menentukan apakah spesimen bocor dan bahkan mengukur tingkat kebocorannya.

Dibandingkan dengan metode dekompresi air, metode peluruhan vakum menawarkan keunggulan signifikan: Produk yang memenuhi syarat dapat terus dijual setelah pengujian non-destruktif; sensitivitas tinggi, mampu mendeteksi kebocoran sekecil 1 mikron; otomatisasi tinggi, memungkinkan integrasi ke dalam lini produksi untuk pengujian in-line; dan keluaran kuantitatif, yang tidak hanya mampu menentukan keberadaan kebocoran tetapi juga menghitung ukuran kebocoran. Fitur-fitur ini membuatnya sangat cocok untuk industri pengemasan makanan dan farmasi yang menuntut.

Sistem pengujian peluruhan vakum biasanya terdiri dari pompa vakum, sensor presisi tinggi, ruang uji khusus, dan perangkat lunak pemrosesan data. Selama pengujian, instrumen merekam perubahan vakum selama periode waktu yang telah ditentukan dan menggunakan algoritma untuk menganalisis dan menentukan integritas kemasan. Seluruh proses pengujian tidak memerlukan persiapan sampel dan tidak bergantung pada penilaian subjektif operator, sehingga menghasilkan hasil yang lebih objektif dan andal.

2.3 Teknologi Deteksi Kebocoran Tekanan Diferensial

Detektor kebocoran tekanan diferensial adalah metode pengujian presisi lainnya, berdasarkan standar nasional "GB/T25752-2010 Detektor Kebocoran Tekanan Diferensial". Metode ini menggunakan sensor tekanan diferensial sebagai elemen penginderaan tekanan untuk menentukan keberadaan dan laju kebocoran dengan membandingkan perbedaan tekanan antara objek yang diuji dan objek referensi.

Selama pengujian, objek referensi (objek referensi dengan bentuk, material, dan volume yang sama dengan objek yang diuji dan dengan tingkat kebocoran yang dapat diabaikan) dan objek yang diuji dihubungkan secara bersamaan ke sistem pengujian. Keduanya awalnya diisi dengan gas pada tekanan yang sama, dan setelah tekanan diseimbangkan oleh katup penyeimbang, fase pengujian dimulai. Sensor tekanan diferensial terus memantau perbedaan tekanan antara objek yang diuji dan objek referensi. Jika kebocoran terdeteksi, perbedaan tekanan akan berubah, dan perubahan ini dihitung untuk menentukan status kebocoran.

Detektor kebocoran tekanan diferensial dapat dikategorikan menjadi lima jenis berdasarkan tekanan uji: detektor kebocoran vakum (di bawah tekanan atmosfer), detektor kebocoran tekanan mikro (0-50 kPa), detektor kebocoran tekanan rendah (50-200 kPa), detektor kebocoran tekanan sedang (200-700 kPa), dan detektor kebocoran tekanan tinggi (di atas 700 kPa). Kategorisasi ini memungkinkan pemilihan peralatan berdasarkan kebutuhan tekanan uji untuk berbagai kemasan, sehingga meningkatkan kesesuaian dan akurasi deteksi.

Teknologi ini menawarkan sensitivitas tinggi serta hasil pengujian yang stabil dan andal, sehingga sangat cocok untuk menguji kemasan makanan bernilai tambah tinggi dengan persyaratan penyegelan yang sangat ketat, seperti pengujian kemasan atmosfer termodifikasi (MAP) untuk produk susu bubuk dan kopi kelas atas.

2.4 Metode Gas Pelacak dan Teknologi Baru

Untuk pengemasan dengan persyaratan khusus, metode gas pelacak menawarkan solusi deteksi yang sangat sensitif. Di antaranya, metode gas pelacak karbon dioksida banyak digunakan dalam bidang pengemasan atmosfer termodifikasi. Metode ini menempatkan kemasan berisi gas CO2 di dalam ruang uji, menciptakan ruang vakum dan perbedaan tekanan. Jika kemasan bocor, sensor CO2 di dalam ruang akan secara sensitif mendeteksi kebocoran gas dan memicu alarm. Metode ini tidak memerlukan penghancuran kemasan, dan produk yang diperiksa tetap kering dan utuh, sehingga dapat terus dijual. Metode ini sangat cocok untuk pengujian in-line makanan kemasan atmosfer termodifikasi.

Selain itu, teknologi pengujian ultrasonik memanfaatkan karakteristik ultrasonografi yang dikombinasikan dengan teknologi pencitraan untuk melakukan pengujian non-kontak terhadap kekencangan kantong kemasan fleksibel. Ketika kemasan bocor, karakteristik perambatan gelombang ultrasonik berubah, dan analisis perubahan ini dapat digunakan untuk menentukan status kekencangan. Metode ini cepat dan mudah diotomatisasi, tetapi membutuhkan peralatan khusus dan dukungan teknis.

Dalam beberapa tahun terakhir, seiring kemajuan teknologi, sistem deteksi kebocoran otomatis in-line yang diproduksi oleh Jinan Maotong telah menjadi tren yang berkembang. Sistem ini biasanya menggabungkan beberapa teknologi, seperti visi mesin dan uji tekanan, untuk mencapai inspeksi 100% makanan dalam kemasan pada lini produksi berkecepatan tinggi. Misalnya, beberapa peralatan deteksi kebocoran dan kebocoran udara canggih dapat mencapai kecepatan inspeksi 200-400 kantong per menit, dengan tingkat penolakan kebocoran hingga 99,9%, yang secara signifikan meningkatkan efisiensi produksi dan kualitas produk.

Tabel: Perbandingan Metode Deteksi Kebocoran Makanan pada Kantong Utama

3 Peralatan dan Aplikasi Pengujian Umum

Peralatan deteksi kebocoran makanan dalam kantong dikategorikan ke dalam berbagai jenis berdasarkan prinsip dan skenario yang berlaku. Alat uji segel MFY-CM adalah alat uji dekompresi bawah air standar yang terdiri dari ruang vakum, penutup segel, wadah spesimen, pompa vakum, dan sistem kontrol. Perangkat ini dilengkapi antarmuka layar sentuh 7 inci dan dapat mencapai tingkat vakum -90 kPa. Alat ini cocok untuk industri seperti makanan, kemasan fleksibel plastik, tisu basah, farmasi, dan bahan kimia sehari-hari. Pengguna dapat mengatur tingkat vakum dan waktu penahanan berdasarkan karakteristik produk, sehingga mencapai pengujian standar.

Untuk kebutuhan pengujian presisi tinggi, Penguji Kebocoran Mikro MFY-02A menggunakan teknologi peluruhan vakum dan dilengkapi sensor tekanan presisi tinggi (resolusi hingga 1 Pa), yang mampu mendeteksi kebocoran ≥1 μm. Alat ini cocok untuk pengujian kebocoran mikro dalam berbagai jenis kemasan, termasuk vial, jarum suntik siap pakai, kantong, kaleng, dan botol. Dengan waktu uji hanya 5-30 detik, alat ini sangat efisien dan akurat. Alat ini menggunakan komputer tablet layar sentuh kelas industri 10 inci, yang memungkinkan statistik data cerdas dan manajemen izin multi-level, memenuhi persyaratan ketertelusuran data industri farmasi dan makanan.

Penguji Kebocoran Udara WM-230 adalah perangkat multifungsi yang cocok untuk kemasan lunak (seperti susu bubuk, keju, dan kopi), kemasan semi-kaku (seperti daging dingin, salad buah dan sayur, serta yogurt), dan kemasan kaku (seperti botol minuman, drum minyak, dan kaleng). Dilengkapi dengan pengukur vakum digital presisi tinggi, perangkat ini memungkinkan pengaturan tekanan negatif target dan waktu penahanan, serta secara otomatis memicu alarm tekanan setelah mencapai tekanan yang ditentukan. Ruang vakum terbuat dari lembaran akrilik transparan berkualitas tinggi, memudahkan pengamatan kondisi pengujian di dalam ruang dan dapat disesuaikan dengan ukuran non-standar.

Untuk sistem inspeksi daring, peralatan deteksi kebocoran dan kebocoran udara canggih dapat langsung diintegrasikan ke dalam lini produksi, memungkinkan inspeksi otomatis berkecepatan tinggi. Perangkat ini biasanya mencakup konveyor inspeksi, mekanisme deteksi tekanan, dan perangkat penolakan produk cacat, yang beroperasi dengan kecepatan 200-400 paket per menit. Perangkat ini secara efektif mendeteksi dan menolak produk cacat seperti kemasan bocor dan menggembung, sehingga meningkatkan efisiensi produksi secara signifikan. Peralatan ini menawarkan kompatibilitas yang luas, menangani paket dengan ukuran mulai dari 40x40mm hingga 100x100mm untuk memenuhi beragam kebutuhan produksi.

4 Proses dan Standar Pengujian

4.1 Pengujian Prosedur Operasional

Proses pengujian standar sangat penting untuk memastikan hasil yang akurat. Mengambil contoh metode dekompresi bawah air yang paling umum digunakan, langkah-langkah pengujian standarnya adalah sebagai berikut:

Persiapan Sampel: Pilih kantong kemasan yang akan diuji secara acak dan periksa kebersihan permukaannya serta adanya cacat yang terlihat. Jika terdapat kerutan atau benda asing pada permukaan kemasan, usap perlahan hingga bersih agar tidak menghalangi pengamatan. Persiapan Peralatan: Isi ruang vakum dengan air suling secukupnya, pastikan ketinggian air sedikit di atas ketinggian penempatan sampel. Periksa keutuhan segel ruang vakum dan pastikan tutupnya tertutup rapat.

Penempatan Sampel: Letakkan sampel pada wadah khusus dan rendam sepenuhnya di dalam air. Selama proses ini, jarak antara bagian atas sampel dan permukaan air harus minimal 25 mm untuk memastikan tekanan air yang cukup dan memudahkan pengamatan gelembung.

Evakuasi: Tutup penutup ruang vakum, tutup katup buang, dan buka katup vakum untuk memulai penyedotan. Proses penyedotan biasanya memakan waktu 30-60 detik, berhenti ketika tingkat vakum yang diinginkan (misalnya, -30 kPa hingga -90 kPa) tercapai.

Pengamatan Tekanan: Pertahankan tingkat vakum yang diinginkan selama 30 detik, amati permukaan sampel secara saksama untuk melihat apakah ada gelembung yang terbentuk secara terus-menerus. Perhatikan bahwa gelembung yang terisolasi mungkin disebabkan oleh gas yang menempel pada permukaan kemasan dan tidak boleh dianggap sebagai kebocoran.

Mengembalikan Tekanan: Buka katup masuk udara untuk mengalirkan udara dari ruang vakum ke atmosfer. Setelah tekanan kembali normal, buka tutupnya. Penilaian Hasil: Keluarkan sampel, bersihkan kelembapan permukaan, dan periksa bagian dalam kemasan untuk melihat adanya infiltrasi air. Jika tidak ada gelembung udara yang terbentuk secara terus-menerus selama fase vakum dan penahanan tekanan, dan tidak ada air yang merembes ke dalam kemasan, sampel dianggap tersegel.

4.2 Standar dan Spesifikasi Pengujian

Pengujian kebocoran udara untuk makanan kemasan harus mematuhi standar nasional dan industri yang relevan untuk memastikan hasil pengujian yang konsisten dan sebanding. GB/T 15171, "Metode Uji untuk Kinerja Penyegelan Kemasan Fleksibel," adalah standar utama di Tiongkok untuk menguji kinerja penyegelan kemasan fleksibel. Standar ini merinci peralatan uji, kondisi pengujian, dan metode penilaian hasil untuk metode dekompresi air. Standar ini berlaku untuk kemasan fleksibel tersegel yang terbuat dari berbagai bahan dan merupakan metode pengujian yang paling umum digunakan oleh perusahaan makanan.

ASTM D3078, "Metode Uji Standar untuk Kebocoran Kemasan Fleksibel dengan Metode Gelembung," adalah standar internasional yang dikembangkan oleh American Society for Testing and Materials. Standar ini juga menggunakan metode gelembung, menyediakan metode pengujian terpadu untuk perdagangan internasional. Untuk pengujian presisi tinggi, ASTM F2338, metode peluruhan vakum, telah diakui oleh FDA AS sebagai standar konsensus untuk pengujian integritas kemasan. Selain standar metode uji, standar instrumen yang relevan juga krusial. GB/T25752, "Detektor Kebocoran Tekanan Diferensial," menetapkan persyaratan teknis, metode uji, dan aturan inspeksi untuk detektor kebocoran tekanan diferensial guna memastikan kinerja yang andal. GB/T31473, "Detektor Kebocoran Gas Halogen," menetapkan persyaratan teknis untuk detektor kebocoran gas halogen. Meskipun metode pengujian ini kurang umum digunakan dalam industri makanan, metode ini masih digunakan untuk kemasan khusus tertentu.

Perusahaan harus memilih standar pengujian yang tepat berdasarkan karakteristik produk dan persyaratan pelanggan dan menetapkan prosedur pengendalian mutu internal, termasuk frekuensi pengambilan sampel, pengaturan parameter pengujian, dan kriteria penerimaan, untuk membentuk sistem pemantauan kebocoran yang sistematis.

5. Pemilihan Metode Pengujian dan Outlook Industri

5.1 Cara Memilih Metode Pengujian yang Tepat

Saat memilih metode deteksi kebocoran untuk makanan yang dikemas, beberapa faktor harus dipertimbangkan:

Karakteristik Produk dan Jenis Kemasan: Untuk kemasan tiup seperti makanan yang dipompa, metode dekompresi bawah air lebih hemat biaya. Untuk produk bernilai tambah tinggi atau kemasan atmosfer termodifikasi, metode peluruhan vakum atau metode tekanan diferensial lebih sesuai. Tujuan Pengujian: Untuk inspeksi lini produksi yang cepat dan menyeluruh, metode non-destruktif (seperti peluruhan vakum) sebaiknya dipilih. Hanya untuk pengambilan sampel kendali mutu, metode dekompresi bawah air mungkin lebih ekonomis.

Persyaratan Sensitivitas: Untuk produk dengan persyaratan ketat terhadap kebocoran jejak (seperti kemasan alat kesehatan), diperlukan metode yang sangat sensitif (seperti metode peluruhan vakum atau gas pelacak). Untuk kemasan makanan umum, metode dekompresi bawah air tradisional mungkin sudah memadai.

Produktivitas dan Efisiensi: Lini produksi berkecepatan tinggi memerlukan sistem inspeksi daring, seperti pelacak ekstrusi otomatis atau sistem peluruhan vakum daring. Produksi batch kecil atau lingkungan laboratorium dapat menggunakan peralatan inspeksi benchtop.

Anggaran Biaya: Peralatan dekompresi bawah air relatif murah, tetapi biaya tenaga kerja tinggi. Peralatan inspeksi canggih membutuhkan investasi awal yang tinggi, tetapi menawarkan biaya operasional jangka panjang yang rendah dan efisiensi yang tinggi.

5.2 Tren dan Prospek Pengembangan Industri

Teknologi deteksi kebocoran makanan dalam kemasan sedang berkembang menuju fitur-fitur yang cerdas, otomatis, dan presisi tinggi. Dengan semakin mendalamnya konsep Industri 4.0, sistem deteksi kebocoran otomatis daring akan semakin populer, memungkinkan inspeksi 100% alih-alih pengambilan sampel acak. Integrasi data uji yang lancar dengan sistem mutu perusahaan akan memungkinkan pemantauan waktu nyata dan pengendalian mutu preventif.

Di masa mendatang, teknologi pengujian akan lebih menekankan pengujian non-destruktif, mengurangi limbah sekaligus meningkatkan kendali mutu produk. Cakupan penerapan metode pengujian non-destruktif seperti peluruhan vakum akan semakin luas dan mungkin menjadi teknologi utama untuk pengujian kemasan makanan. Lebih lanjut, dengan kemajuan teknologi sensor dan kecerdasan buatan, akurasi dan efisiensi pengujian akan terus meningkat, dan kemampuan untuk mengidentifikasi kebocoran kecil akan terus meningkat.

Selain itu, standardisasi dan regularisasi juga menjadi tren penting dalam perkembangan industri. Dengan meningkatnya penekanan pada keamanan pangan di negara ini, standar pengujian yang relevan akan terus ditingkatkan, sehingga memberikan panduan teknis yang jelas kepada perusahaan. Pengembangan layanan pengujian pihak ketiga juga akan membantu perusahaan makanan kecil dan menengah meningkatkan kontrol kualitas kemasan mereka dan mendorong peningkatan kualitas industri secara keseluruhan.

Singkatnya, deteksi kebocoran udara pada makanan kemasan merupakan langkah penting dalam memastikan keamanan dan kualitas pangan. Perusahaan harus memilih metode pengujian secara ilmiah berdasarkan karakteristik produk dan kebutuhan produksi mereka, serta membangun sistem kendali mutu yang sistematis untuk meraih keunggulan dalam persaingan pasar dan menyediakan produk pangan yang aman dan andal bagi konsumen.