TWI284202B - Method for detecting defects in a package containing metal foil by cyclic voltammetry - Google Patents

Description

1284202 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明有關一種利用循環伏安法偵測含金屬箔之包裝材 缺陷之方法’尤其有關一種藉循環伏安法镇測習知之藉電解試 驗無法偵測到之假缺陷之方法。 【先前技術】 無菌包裝為食品工業尤其是牛奶及清涼飲料產品中最重 要之包裝類型之一。無菌包裝之最重要功能為在儲存期間，保 護該經殺菌之產品免於受微生物污染。導致包裝產品劣化之因 素中，由不良封裝及/或機械刺穿所引起之針孔為最重要之因 素’其可能引起產品受微生物污染。因此，對針孔之檢驗技術 為製造無菌包裝產品最重要技術之一。 過去以來，音波顯影技術已用於非破壞性偵測軟性包裝上 之缺陷，參見 A· Ozguler，S.A· Morris，W.D· O’Brien Jr·，使用超 聲波對比描述器評估食品包裝之缺陷，包裝技術科學(packag. Technol. Sci.) 12 (1999) 161-171 ； A.A. Safvi, HJ. Meerbaum, S.A· Morris，C.L· Harper，W.D· O’Brien Jr·，於軟性包裝中缺陷 之聲波顯影，j· Food Prot· 60 (1997) 309-314 ; A· Ozguler，S.A.

Morris，W.D· O’Brien Jr·，藉脈衝回溯技術於軟性食品包裝中 微滲漏及密封污染之超聲波顯影，食品科學期刊(J. F〇〇d Sci). 63 (1998) 673-678 ; Ζ· Anhan，Q.H· Zhan，藉超音波及光學顯微 顯影評估無菌食品容器之熱密封，歐洲食品研究及技術 (European Food Research and Technology) 217 (2003) 365-368 ； 及 Ν·Ν· Shan，RK· Rooney, A· Ozguler，S.A· Morris，W.D· 〇，Brin

Jr·，使用超聲波顯影偵測食品包裝之密封缺陷之即時方法，j.

Food Prot· 64 (9) (2001) 1392-1398。雖然通道缺陷及内’含 (stand-inclusion)缺陷可成功地藉此方法偵測，但含紙板之 包裝材料可能分散更多之聲波能量而無法提供可靠之顯影介 質。或者，該氣體滲漏方法可藉偵測氦氣之量而用以鑑定滲 TP030167 5 1284202 漏。此方法強調測試速度且據報導可在10秒内完成檢驗(參見 > A· Lean, C· Soren，藉氣體滲漏偵測之包裝無菌完整性及微生 物測定，包裝技術科學4 (1990) 9-20)。然而，此方法由於其封 入氦氣之高成本而實務上無法使用。 其他選擇為浸沒式生物試驗，其已用以藉微生物挑釁包裝 之元整性而"f貞測針孔’例如參見S.W· Keller，J.E. Marcy，Β.Α· ' Blakistone, G.H. Lacy, C.R. Hackney, W.H. Carter Jr., J. Food

Prot 59 ⑺（1996) 768_771 及 H. Eero, G. Wirtanen，L· · Axelson-Larsson, T· Mattila- Sandholm，R· Ahvenainen，分別用 於食mi包裝及殺菌軟袋之破壞性渗漏彳貞測方法之考靠性，包 裝技術科學 9 (1996) 203—213 ; R· Ahvenainen，T. _ Mattila-Sandholm，L· Axelson- Larsson，G· Wirtanen，微孔大小 及食品對無菌塑膠杯之微生物完整性之影響，包裝技術科學， 5 (1992) 101-107 ;及 Β·Α· Blakistone，S.W. Keller，J.E. Marcy， G.H· Lacy, C.R· Hackney，W.H· Carter Jr·，由浸沒式生物試驗 所挑蒙之殺菌軟袋污染，j· F〇〇d pr〇t· 59 (1996) 764-767。將密 ，包裝置入含高濃度細菌之溶液中並留置一段時間。該包裝接 著置入恆溫培養器中。經過設定時間後，檢視包裝。經由微生 物之f在，可評估包裝完整性。雖然此方法接近真實狀態或甚 至更嚴苛，但此方法耗時且因此不適用於線上使用。 _ 大部分工廠已使用染料滲入試驗以追縱包裝之完整性，例 如參見C E· Sizer，容器試驗方法，於Τ· B· Dane (編輯)之無菌 加工及包裝理論，卷4, CRC出版社，Boca Raton, FL，1987， 75-77。此法可雖應用於實驗室進行之包裝品質檢測。但此方 法需要較長的試驗時間而且染料可能污染環境。因此並不適合 使用此方法進行線上製程管制。 、、 而電解試驗因快速測定、高敏感度及成本效益而有利，例 如參見 L· Axelson-Larsson，S· Cavlin，J· Nordstrom，藉電解導 電性測量測定包裝之無菌完整性及微孔，包裝技術科學，3 TP030167 6 1284202 (1990) 141-162 及 L· Axelson-Larsson，E. Hurme，S. Cavlin，R. Ahvenainen，藉電解試驗分析包裝之滲漏，包裝技術科學，10 (1997) 209-220。然而此試驗本身對含鋁之積層物之包裝而言 並非決定性之試驗。電解試驗主要係藉對電極通入固定電壓， ‘ 當包裝材有穿孔時，將出現高電流藉此發現包裝材是否有缺 陷。但有些該等包裝尤其是含鋁之包裝材在電解試驗中出現高 · 電流而被判定為具有缺陷，但其有可能僅係因為内層塑膠膜略 — 有破損而導致鋁箔裸露，因鋁箔之電化學反應導致電流升高，-但此對包裝材而言並非顯示劣化，因此常誤將仍可使用之包裝 材誤判為不良品。再者，此方法需要高電源以提供8-10伏特 φ 電壓。 近來之研究趨勢已逐漸強調發展小的、可攜帶式及電池操 作式之儀器，而適用於就地分配之生物醫藥及工業分析感測系 統，例如參見C· Wrotoowski，高等生物感測技術，基因工程新 聞(Genetic Engin· News) 2 (1998) 38-41 ; S.S.Rajinder，生物感 測器之傳導前景，生物感測器及生物電學(Biosensors & Bioelectronics) 9 (1994) 243-264 ； F. Scheller, F. Schubert, D.

Pfeiffer，R· Hintsche，I· Dransfeld，R· Renneberg，U· Wollenberger， K. Riedel, M. Pavlova, M. Kuhn, H.G. Muller, P. Tan, W. Hoffinann，W· Movitz，生物感測器之研究及發展：回顧，籲 Anatyst 114 (1989) 653-662;及 G· Cui，ΙΗ·Υ⑽，J.S· Lee，J· Yoo^ J· Η· Uhm，G.S· C.H· Nam,預處理對網板印刷之後糊電極表面 及電化學性質之影響，Analyst 126 (2001) 1399-1403。電化學設 備具有密實、便宜、堅固且多樣化之特點而對此目的而言可能 為理想，例如參見E.Magner，電化學生物感測器趨勢，Analyst 123 (1998) 1967-1970 及 F· Xu，L· Wang，Μ·Ν· Gao, L.T· Jin，J.Y. 、 Jin,藉交聯雙酵素系統基於Pd-Ir〇2改良電極之葡萄糖及次黃 嘌呤之電化學感測器，Talanta 57 (2002) 365-373。在該等情勢 中網板印刷之電極由於其經濟且易於量產而具有潛在希望，例 TP030167 7 1284202 如參見 Η· Yamato，Τ· Koshiba，Μ· Ohwa，W· Wemet，Μ· Matsumura，分散把微粒於導電性聚合物薄膜中之新穎方法及 其在生物感測器之應用，Synth· Met· 87 (1997) 231-236 ; P· Sarkar，E.T. Ibtisam，J.S. Steven 及 A.RF. Turner，L-及 D_胺基酸 快速測量之網板印刷之電流式生物感測器，Analyst 124 (1999) 865-870 ； J. Wang, V.B. Nascimento, S.A. Kane, K. Rogers, M.R. Smyth，L. Angnes，用於生物感測酵素抑制劑之網板印刷之酿胺 酸酶電極，Talanta43 (1996) 1903-1907;及M.Albareda-Sirvent， A. Merkoci，S. Alegret，用於網板印刷之酵素生物感測器設計 之組態-回顧，Sensor· ActuatB 69 (2000) 153-163。網板印刷之 感測器由於其一般宣稱之優點如小型化及易自動化而較有利 且用於架構快速篩選目的之簡單攜帶式裝置及實地/就地追蹤 中，例如參見 S.V. Dzyadevych，T· Mai Anh，Α·Ρ· Soldatkin，N. Due Chien，Ν· Jaffrezic-Renault，J.-M· Chovelon，以 pH-感應性場 效電晶體為主之用於偵測酚類化合物之酵素生物感測器發展， Bioelectro-chemistry 55 (2002) 79-81。此研究中利用一對市售 網板印刷碳膠平板電極(SPCS)以偵測含鋁之無菌積層物包裝 之完整性。選擇SPCS主要理由為其低成本且易於量產。 【發明内容】 本發明有關一種藉循環伏安法偵測含金屬箔包裝材缺陷 之方法，該方法可用以區別来受損之包裝與含金屬層之積層物 包裝之滲透針孔包裝。 本發明有關一種藉循環伏安法偵測含金屬箔包裝材缺陷 之方法，該方法包括在一電解槽内放置該包裝材，並在該包裝 材内容置電解液，將一電極放置於該包裝材内之電解液内且另 一電極放置於該包裝材外之電解槽内，藉由施加可變電壓並藉 此測定所誘發之電流而測定該包裝為真缺陷或假缺陷。 本發明中所謂之”包裝材之真缺陷，，意指包裝材具有穿透 過整個材料之破洞或毁損，而足以使該包裝材在使用時將使外 TP030167 8 1284202 部之物質例如空氣、濕氣、微生物等侵入而損及其内所包裝之 物品之謂。 本發明中所謂之”包裝材之假缺陷’’意指包裝材僅在内層 具有破洞或毀損，但該包裝材在使用時外部之物質例如空氣、 濕氣、微生物等仍無法侵入因而不會損及其内所包裝之物品之 謂。 本發明之偵測含金屬箔包裝材缺陷之方法主要係利用通 入可變電壓，並來回偵測所誘發之電流，藉此判定該包裝材之 缺陷為上述定義之真缺陷或為假缺陷。 依據本發明’主要係利用循環通入某一範圍可變電壓，並 測量期間所誘發之電流，當所欲測定之包裝材具有滲透穿孔即 本發明所稱之真缺陷時，所誘發之電流與穿孔大小及電壓成正 比’但若所欲測定之包裝材為僅在包裝材内層之塑膠膜略有破 損而使金屬箔裸露時，通入電壓時將因金屬具有傳導電子之作 用而使電流變大，但由於金屬本身之氧化還原電位，因此在通 入可變電壓後，因金屬之電化學反應將使所誘發之電流在其氧 化電位之電壓時會有一相當大之電流變化。藉由偵測所誘發之 電流變化形式’即可區別並判定所债測之包裝材是為真缺陷或 為假缺陷。 依據本發明之方法，將可區別出藉習知電解方法所偵測到 j假缺陷’而可節省原先被判定需淘汰之包裝材。據此將可更 精確地篩選包裝材而大為降低成本。 本=明之偵測含金職包裝材缺陷之方法所施加之電壓 "一範圍内變化，端視所欲偵測之包裝材所含之金屬種類而 異一般在例如—3至+3伏特之間變化，較好在-2至+2伏特 ΐη好在―1至+1伏特之間變化，_如每秒數十毫 吝純^ 2〇至8〇毫伏特/秒之任一固定速率掃描例如以50 由所祿^^固定速率婦描’測量各次掃描時誘發之電流，藉 由斤誘發之電k變化可區別為真缺陷或為假缺陷。 TP030167 9 1284202 依據本發明所欲偵測之包裝材可為含金屬箔之任何包裝 y 材，較好為含鋁箔之積層包裝材。又更好為由紙類、聚乙烯薄 膜、鋁箔等以多層積層而得之積層包裝材。一般最内層為聚乙 烯薄膜者，例如為聚乙烯(PE)/紙/PE/鋁箱/PE/PE所構成之包 、 裝材。 【實施方式】 本發明將以下列實施例進一步加以說明，惟該等實施例僅 ’ 為說明目的而非用於限制本發明之範圍。 實驗例1 材料 包裝材料之組成自最外層開始依序為聚乙烯(PE)/紙/PE/ ® 鋁箔/PE/PE(參見第1圖）。 第1圖中，第1(A)圖顯示由PE/紙/PE/鋁箔/PE/PE所構成 之完整包裝材，第1(B)圖顯示因密封或機械穿孔失敗引起之穿 過整個包裝材之針孔缺陷，第1(C)圖及第1(D)圖顯示僅内層 有破損之包裝材。 若丹明（rhodamin)B、異丙醇及氯化鈉係購自Sigma化學 公司（美國聖路易）。氯化氫購自Fluka (Seelze，德國）。染 料溶液為含1%若丹明B之異丙醇溶液。網板印刷碳膠平板電 極(SPCS)得自ApexBichem(台灣新竹）。 # 自傳統市場取得總計90個由聚乙稀(PE)/紙/PE/IS箔 /PE/PE所構成之包裝袋用以進行完整性試驗。在該等包裝袋 内表面作成各種人工缺陷。使用具有點徑約2微米之缝衣針 (honed sewing needles)及觸針(touch needles)刺穿該包裝- 袋作成滲透針孔。使用電焊搶之觸針(touch needles)在該包 裝袋内塑膠層表面上保留5秒作成破裂缺陷。 ’ 實驗段落 實施斜 循環伏安試驗之方法 TP030167 10 1284202 於100微安培時鑑定為有缺陷。藉染料滲透試驗，染料滲漏時 鑑定為有缺陷。藉由本發明之CV方法，在〇· 7至L 〇伏特之 間觀察到高峰電流鑑定為有缺陷。此顯示該等方法對完整包裝 及人工滲透包裝之測量幾乎為相同之結果。大部分之新穎軟性 包裝係由紙、鋁箔及塑膠之各種組合所作成之積層物。與產品 接觸之表面為聚乙烯(PE)。該PE層又由額外PE層所支^且黏 結至該銘箔層上。黏結至該鋁箔之聚乙烯之次層為紙層，其用 以，加容器之間硬度及提供印刷圖案。外層之聚乙烯層作用、係 保護紙層免受濕氣影響。當進行電解測量時，有兩種缺陷可引 起兩電極間之電流發展。第一類為因密封失敗及/或機械刺穿 所引起之針孔(如第1B圖所示）。該針孔使離子或染料流出該 包裝。因此藉上述任何方法可偵測到人工滲漏包裝之缺陷。第 二類為由密封區域過度加熱所引起之缺陷（第lc、1D圖），其 $致鋁層及/或塑膠内層破裂（稱為未受損包裝）。該裸露之鋁 ，用為電橋;^。表1顯示該電解試驗、染料滲透試驗及cv方 人工未爻損包裝試驗間之差異結果。藉由電解試驗，所有 之包裝發現具有缺陷。然而，由染料滲透試驗並無任何 為有缺陷。驗果顯示傳狀電解本身對此類 非最終結論，因為有可能缺陷結果絲自氣密容器。數 Ξίϋϊί電糊量_發如Α於麵微安培之電流， ^ ^驗仍未發縣漏。本㈣之GV方法中，總計30 得在〇· 7至】G伏特之間之高料流如第5A 在被歡為缺陷之該等包裝之内層出現微破 法，因籂潠。鐘定出存在有針孔°依據本發明之CV方 栌進夕未針孔而僅具内層缺陷(假缺陷)但仍符合包裝 藉電解測量所鑑定為渗漏之 層中5裂缺崎之積層物包裝之塑軸 藉由傳統之電解測量，該穿過包裝之渗透針孔及包裝塑谬 TP030167 14 1284202 内層之破裂缺陷無法加以區別，因為兩者均偵測到高電流。然 而，本發明之藉循環伏安法之偵測缺陷之方法可應用於區別該 兩種不同缺陷（即真缺陷及假缺陷）。本發明之方法可快速測 定、具高敏感度、成本效益方面亦具有優點且不會如染料滲透 方法般污染環境。 發明效果 在統計學對照中，具有滲透微孔之包裝被視為致命缺陷， 其將使微生物滲透人該包裝巾。細，未損壞之包裝被視為微 小，陷，微生物不會經由鋁層滲透。包裝之完整性基本上為可 接文。唯一需列入考慮者為產品與裸露之鋁之間之相互作用。 本發明之藉循環伏安法(cv法）而侧包裝缺陷之方法可 區別穿過包裝之滲透微孔及包裝歸内層之破裂缺陷。此兩種 缺陷無法由傳統之電解試驗職別，因為在未損壞之包裝 及滲透包裝中均可偵測到高電流。 之換本Γ月之循環伏安法為測定該積層物包裝 之陕速決疋性试驗方法。本發明之循環伏 當快速且更可靠之細無_積層包裝完紐^方法。 【圖式簡單說明】 之包層Λ裝材料之剖視圖’其中（A)圖顯示完整 圈顯示= 有破：^陷整的包裝材之真孔缺陷;(C)及⑼ 伏圈譜；第抑_糊量完整之^環安 第4(A)醜示藉本發明方 ^所用儀器之不忍圖； 測量以=¾ 第5⑷圖顯示在包裝内層（未破損之包裝)微破裂之循環 TP030167

Claims (1)

1284202 第093136751號專利申請案未劃線說明書修正頁 1〔替換頁I (95年7月12曰) 「、申請專利範菌： 月丨2日I 】· 巧if缺陷之方法，包絲-電解槽内放 ’ it該包裝材内容置電解液，將一電極放置於 電解液内且另—電極放置於該包裝材外之電 定^ 加在―3至+3伏特之範圍内之可變電®以固 是否具田有==収所料之餘_賴包裝為 内述之方法，其係用以區別包裝材之穿孔缺陷與 3· ^請=1所述之方法，其中當所誘發之電流在 4. 之t即判定該〒僅具，面缺陷 特。、 之方法，其中該掃描速率為每秒數十毫伏 5· ίϊί項1所述之方法’其巾該含金射1包裝材為含銘鶴之 ΤΡ030167 17 1284202 I正替換頁 知ί月日

第2圖

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