Om de integriteit van producten in de hedendaagse distributieketen te behouden, zijn naast het gebruik van kwaliteitsgrondstoffen ook geavanceerde technieken nodig om de atmosfeer te beheersen. Door de verlenging van de wereldwijde distributiecycli ontstaat een kritisch operationeel knelpunt, waarbij gevoelige artikelen worden blootgesteld aan de schadelijke effecten van zuurstof en vocht. In deze gids wordt ingegaan op het spoelen met stikstof, een technische industrienorm die binnen de verpakkingsindustrie wordt gebruikt om het risico op biologische en chemische aantasting te verminderen. Het implementeren van een stikstofspoeling is vaak de perfecte keuze voor het conserveren van voedingsmiddelen vanwege de controlemaatregelen met betrekking tot zuurstof en vocht.

Wat is stikstof spoelen?

Stikstofspoeling blijft een van de meest gebruikte technieken bij Modified Atmosphere Packaging (MAP), ook wel atmosfeerverpakking genoemd. Het is een verpakkingsproces van volumetrische verplaatsing, waarbij de omgevingslucht van een verpakking of zak met voedingsmiddelen, die ongeveer 21% zuurstof en wat vocht bevat, wordt vervangen door hoogzuiver stikstofgas (N₂).

Stikstofverpakking wordt beschouwd als een veilige methode omdat het gas inert is, wat betekent dat het stabiel is en niet chemisch reageert met het voedselproduct of het type verpakkingsmateriaal onder standaard opslagomstandigheden. In een typische atmosferische verpakking ondersteunt de aanwezigheid van zuurstof de groei van aerobe bacteriën, die voedselbederf veroorzaken. Eenvoudig gezegd, als een verpakking wordt gespoeld met stikstofgas, wordt het zuurstofgehalte verlaagd tot een punt waarop aerobe bacteriën niet kunnen overleven en voedselbederf wordt geëlimineerd.

Dit is niet simpelweg het vullen van een zak met lucht, het is een gespecialiseerde vorm van actieve map. Bij professioneel verpakken wordt vaak gestreefd naar een restzuurstofgehalte van minder dan 3% voor het merendeel van de verpakkingen, waarbij in de meest precieze gevallen, zoals bij zuigelingenvoeding, wordt gestreefd naar minder dan 1%. Om een langere houdbaarheid te bereiken, moet een gesloten lussysteem worden geïnstalleerd waarbij gas wordt geïnjecteerd en de verpakking in een gesynchroniseerde volgorde wordt afgesloten om te voorkomen dat de atmosfeer opnieuw binnendringt.

Belangrijkste voordelen van stikstofintegratie

In de meeste gevallen is het gebruik van stikstofgas gerechtvaardigd omdat het helpt om verschillende producten fysisch en chemisch te stabiliseren, waardoor de fabrikant minder afval produceert en een betere kwaliteitsgarantie krijgt.

• Voorkomen van oxidatie en ranzigheid

Voor de meeste producten die een bepaalde hoeveelheid vet en olie bevatten, is oxidatie de belangrijkste reden dat de houdbaarheid van voedsel voortijdig afneemt. Dit gebeurt door de interactie van zuurstof met lipiden, wat op zijn beurt een proces in gang zet dat oxidatieve ranzigheid wordt genoemd, waardoor de lipiden worden afgebroken, wat resulteert in vieze smaken en stinkende geuren. Door gebruik te maken van een stikstofspoeling is men in staat om een barrière op te werpen tegen oxidatie. Dit gebeurt doordat stikstof zuurstof verwijdert, waardoor de lipiden stabiel blijven en snacks die onlangs zijn gebakken of noten die onlangs zijn geroosterd maandenlang dezelfde smaak kunnen behouden.

• Fysieke demping en structurele bescherming

De chemische stabiliteit van stikstof is weliswaar een aantrekkelijke eigenschap, maar het exclusieve mechanische voordeel is ook afhankelijk van de verpakking. In flexibele verpakkingen blaast stikstofgas de verpakking op en gaat externe compressie tegen, waardoor een "kussenverpakking" ontstaat. Dit is erg belangrijk voor kwetsbare voedingsmiddelen zoals aardappelchips, waarbij zonder een beschermende laag stikstofgas de gestapelde producten mechanisch geplet zouden worden.

Bij stijve blikken, zoals blikjes, aluminium of composietblikken, wordt stikstofgas geïnjecteerd tijdens het sealen om de interne druk te handhaven en "paneling" te voorkomen, waarbij de wanden van een blik geforceerd naar het midden schuiven. Dit gebeurt door drukschommelingen tijdens het koelen en het transport op grote hoogte. In dit geval fungeert stikstof ook als structurele ondersteuning om ervoor te zorgen dat de consument een ononderbroken product en een uitstekende houdbaarheid van voedingsmiddelen ontvangt.

• Behoud van sensorische kwaliteiten

Naast sourcing- en verpakkingsattributen zoals kleur en textuur, is de marktwaarde van premiumproducten, waaronder koffie en gedroogd exotisch fruit, ook afhankelijk van de prijs van aroma. Aroma wordt veroorzaakt door vluchtige organische verbindingen, die zeer gevoelig zijn voor oxidatie. Het spoelen met stikstofgas is de enige verpakkingsmethode die deze verbindingen vasthoudt. Bovendien voorkomt het spoelen met stikstof enzymatische verkleuring in gedroogd fruit. Dit maakt het product aantrekkelijker voor consumenten, zorgt ervoor dat het product minder snel wordt geretourneerd en schept vertrouwen bij de consument.

Het stapsgewijze proces van stikstof spoelen in verpakkingen

Om een consistente houdbaarheid te bereiken, moet het spoelen met stikstof nauwkeurig worden gecontroleerd en worden geïntegreerd in het geautomatiseerde proces van de fabriek. De workflow in de industrie bestaat uit de volgende stappen:

Primaire toepassingen in verschillende voedselcategorieën

Verschillende producten hebben verschillende biologische vereisten. Weten waar het stikstofspoelsysteem in uitblinkt is cruciaal voor operationeel succes, vooral voor bederfelijke producten.

Beste toepassingen

• Koffie en thee: In een vat laten koffiebonen oliën los die snel oxideren. Stikstofverplaatsing bewaart de delicate aromatische oliën en voorkomt dat de koffie "muf" smaakt. Voor ingeblikte koffiedik is stikstofverplaatsing de industriestandaard voor het behouden van het "net gebrande" aroma.
• Snacks: Producten zoals aardappelchips en pretzels gebruiken stikstof voor versheid en ook om een beschermende laag te bieden. Het gas houdt de knapperige textuur in stand, is bestand tegen vocht en voorkomt dat de vetten ranzig worden.
• Melkpoeder: Melkpoeders met een hoger vetgehalte kunnen beschadigd raken door blootstelling aan zuurstof. Om de vitaminen en mineralen stabiel te houden, hebben ze een restzuurstofgehalte van minder dan 1% nodig. Met name melkpoeders in blik worden vacuüm- en spoelmethoden gebruikt om ze lang te kunnen bewaren.
• Noten en gedroogd fruit: Deze voedingsmiddelen bevatten veel onverzadigde vetten. Deze noten en gedroogd fruit kunnen worden geconserveerd zonder extra chemische toevoegingen, omdat stikstof de oxidatie van de onverzadigde vetten voorkomt, waardoor de noten knapperig blijven en het fruit helder van kleur.

Welke producten zijn ongeschikt voor stikstof?

• Vers fruit en verse groenten: Deze producten bestaan uit levende cellen en moeten in leven worden gehouden door het gebruik van een bijzonder laag zuurstofgehalte. Als ze in een 100% stikstofomgeving worden geplaatst, zullen ze anaerobe gisting ondergaan, wat zal resulteren in snel bederf en de vorming van geurcomponenten.
• Levende zeevruchten: Net als verse producten hebben levende schelpdieren of vissen zuurstof nodig voor hun stofwisselingsprocessen. Daarom zal het spoelen van het product met stikstof leiden tot verlies van het product.
• Zuurarme conserven: Zonder andere conserveringsmiddelen, zoals sterilisatie bij hoge temperaturen (retorten), kan een zuiver anaerobe (zuurstofloze) omgeving de overleving en groei van de dodelijke ziekteverwekker Clostridium botulinum bevorderen. Daarom moet stikstof worden gebruikt in combinatie met de juiste voedselveiligheidsprocessen.

Stikstofspoeling vergelijken met andere conserveringsmethoden

Bij het evalueren van verpakkingstechnologieën is het nuttig om het spoelen met stikstof te vergelijken met andere gangbare industrienormen.

Stikstofspoeling heeft over het algemeen de voorkeur voor geautomatiseerde lijnen met hoge snelheid waarbij het uiterlijk van de verpakking en de bescherming van de productvorm prioriteit hebben.

Hoe stikstofsystemen effectief selecteren en integreren

Het kiezen van de juiste infrastructuur is een afweging tussen technische behoeften en totale kapitaalkosten.

Overwegingsfactoren bij het kiezen van apparatuur

Houd bij het beoordelen van mogelijke apparatuur rekening met de volgende richtlijnen:

• Overblijvend Zuurstofdoelen: Kan de machine consequent het vereiste O2-percentage in uw bedrijfstak halen?
• Productiesnelheid (CPM): Zorg ervoor dat de cyclus van begassen niet het knelpunt in uw productielijn wordt.
• Materiaal Compatibiliteit: De machine moet compatibel zijn met het type verpakking dat je gebruikt, of dat nu blik, aluminium, plastic of composietpapier is.
• Hygiënenormen: Voor voedingsmiddelen en farmaceutica vereist de constructie van apparatuur roestvrij staal van het type #304 of #316. Het is belangrijk dat de materialen die worden gebruikt om de apparatuur te maken corrosiebestendig en gemakkelijk te reinigen zijn.

Stikstof integreren in uw bestaande productlijn

De toevoeging van stikstofspoeling aan een reeds bestaande en operationele leiding moet zodanig worden geïntegreerd dat er geen gasverlies optreedt en de kwaliteit niet verslechtert. Het eerste dat moet worden bepaald is de stabiliteit van uw gastoevoer. Een buffertank kan worden gebruikt om de drukverschillen bij de kortstondige extremen van uw vulsnelheid weg te werken. Controleer vervolgens of uw PLC (Programmable Logic Controller) is ingesteld voor vul-/naadcoördinatie om de gasinjectieramen te laten sluiten in coördinatie met de sealslag. Zorg er ten slotte voor dat u een inline headspace analyzer hebt geïnstalleerd om het zuurstofgehalte te meten en te controleren.

Hoe Levapack het probleem van precisie oplost

Levapack is gespecialiseerd in deze exacte synchronisatie. Onze machines voegen niet alleen gas toe; ze bepalen de atmosfeer in uw container. We gebruiken een "vacuüm-dan-vullen"-architectuur, waarbij gebruik wordt gemaakt van een tweekamerontwerp dat zuurstof afzuigt voordat er ook maar één stikstofmolecuul binnenkomt. U bereikt consequent restzuurstofniveaus onder 3%, en in veel gevallen zelfs lager.

We bouwen deze systemen met hoogwaardig #304 of #316 roestvrij staal en topklasse PLC-touchscreens, want een machine die kapot gaat is geen koopje, ongeacht de prijs. Je krijgt prestaties op hoge snelheid, waarbij tot 30 blikken per minuut worden verwerkt, met een systeem dat gecertificeerd is volgens CE, CSA en ISO9001.

Met 14 jaar ervaring in het ondersteunen van klanten in meer dan 36 landen, begrijpen we dat uw ROI afhangt van twee dingen: betrouwbaarheid en gasefficiëntie. Wij bieden beide, tegen een prijs die verstandiger is dan die van onze concurrenten. Of u nu noten verpakt met 15 blikjes per minuut of vetrijke poeders die 99% zuiverheid vereisen, wij integreren de technologie zodat u zich kunt richten op het product, niet op de zuurstof.

Maak je je nog steeds zorgen over het spoelen met stikstof?

Het is begrijpelijk dat belanghebbenden zich zorgen maken over welke nieuwe gassen in hun productieomgeving kunnen worden geïntroduceerd. Hieronder staan enkele veelvoorkomende zorgen die met technische argumenten worden onderbouwd:

• Is het veilig voor werknemers en consumenten?

Stikstof is niet giftig en niet brandbaar en maakt ruwweg 75% uit van de lucht die we inademen. Zolang de productiefaciliteit is uitgerust met goede ventilatiesystemen om te voorkomen dat stikstof de ademlucht verdringt, is het een volledig veilige methode voor de voedingsindustrie. De consument is ook veilig omdat de stikstof in de atmosfeer verdwijnt wanneer de verpakking wordt geopend.

• Beïnvloedt het de smaak of het aroma van het voedsel?

Niets, dat beloven we. Omdat stikstof chemisch inert is, is het even smaak- en geurloos als neutraal en zal het op geen enkel moleculair niveau reageren met het voedsel. Integendeel, stikstof helpt voedsel te beschermen tegen oxidatie die het voedsel anders zou kunnen veranderen en de oorspronkelijke staat ervan zou kunnen veranderen.

• Zal de verpakking uitzetten of barsten tijdens het transport?

Het volume van de verzegelde container/zak, het zogenaamde "vulvolume", wordt meestal bepaald door professionele ingenieurs in relatie tot de verwachte verzendingshoogtes. Verpakkingsingenieurs kunnen de gasinjectiedruk zo instellen dat het vulvolume voldoende bescherming biedt tijdens transport op grote hoogte zonder dat de verzegeling het begeeft.

Kiezen voor stikstofspoeling in uw verpakking is een investering in de kwaliteit van het product en de stabiliteit van de toeleveringsketen. Door de vloeistofdynamica van gas te manipuleren en slim geïntegreerde systemen te kiezen, kunnen ingenieurs de optimale houdbaarheid van uw product en het sensorische handelsmerk van uw product beschermen, wat op zijn beurt uw merk beschermt.

Wilt u een expert raadplegen om de optimale stikstofspoelconfiguratie te bepalen voor uw specifieke materiaalsoort en productiesnelheid? Contact Levapack vandaag nog voor een technische beoordeling op maat.