Công nghệ kiểm tra thực phẩm bằng tia X là hình thức kiểm soát chất lượng ở mức cao nhất. Nhờ khả năng xuyên qua bao bì của công nghệ này, các nhân viên kiểm soát chất lượng có thể phát hiện sự hiện diện của các vật thể lạ bên trong các loại bao bì, kiểm tra mức độ đầy của bao bì và xác nhận tính nguyên vẹn của sản phẩm trong bao bì nhằm đảm bảo an toàn cho người tiêu dùng. Công nghệ này là một phương pháp đáng tin cậy, đóng vai trò then chốt trong việc đảm bảo tuân thủ các tiêu chuẩn an toàn thực phẩm cũng như nâng cao hiệu quả sản xuất trên các dây chuyền sản xuất thực phẩm có nhịp độ nhanh.

Với nhu cầu ngày càng tăng của người tiêu dùng đối với các sản phẩm thực phẩm cùng với các tiêu chuẩn an toàn thực phẩm và quy định ngày càng chặt chẽ, các nhà sản xuất thực phẩm đang phải đối mặt với những thách thức đáng kể trong hoạt động và sản xuất. Việc thu hồi thực phẩm có thể gây tổn thất tài chính nghiêm trọng cho lợi nhuận ròng, phát sinh chi phí vận hành cao và làm tổn hại đến danh tiếng của thương hiệu. Do đó, các hệ thống kiểm tra thực phẩm phải được tích hợp vào dây chuyền sản xuất để giảm thiểu rủi ro ô nhiễm. Những hạn chế của các phương pháp kiểm tra truyền thống, đặc biệt là đối với các loại bao bì thực phẩm linh hoạt hiện đại, đã khiến việc kiểm tra thực phẩm bằng tia X trở thành giải pháp hoàn hảo cho các loại bao bì này. Kiểm tra bằng tia X không yêu cầu thử nghiệm phá hủy hay tiếp xúc vật lý với sản phẩm đã đóng gói. Hướng dẫn này sẽ tập trung vào cơ chế hoạt động của công nghệ kiểm tra bằng tia X, các hệ thống kiểm tra bằng tia X trong ngành, và các hệ thống kiểm tra bằng tia X dành riêng cho các yêu cầu đặc thù của dây chuyền đóng gói thực phẩm đóng hộp.

Kiểm tra thực phẩm bằng tia X là gì và hoạt động như thế nào?

Các hệ thống kiểm tra thực phẩm sử dụng tia X được xây dựng dựa trên nguyên lý đo khối lượng và mật độ của sản phẩm. Hệ thống này bao gồm ba thành phần chính: máy phát tia X, cảm biến mảng đi-ốt tuyến tính và bộ xử lý máy tính công nghiệp.

Một máy phát tia X gửi chùm tia X năng lượng thấp đến băng tải, và mỗi chùm tia X được tập trung vào từng sản phẩm đã đóng gói hoặc nguyên liệu riêng lẻ. Khi các gói hàng đi qua chùm tia X, các vật liệu khác nhau của gói hàng sẽ hấp thụ năng lượng tia X, tùy thuộc vào thành phần của vật liệu. Ví dụ, các vật thể lạ có mật độ cao, như thép, thủy tinh và đá, sẽ hấp thụ nhiều năng lượng hơn so với các vật liệu có mật độ thấp hơn, như nước, chất béo và không khí.

Có một cảm biến đo năng lượng của chùm tia X đã xuyên qua gói hàng để phát hiện các chất gây ô nhiễm tiềm ẩn. Máy tính xử lý dữ liệu đo năng lượng và tạo ra hình ảnh thang độ xám. Cụ thể hơn, hình ảnh được tạo ra với các vật liệu có mật độ cao hiển thị màu tối. Phần mềm áp dụng các thuật toán phức tạp để phân tích hình ảnh trong vòng vài mili giây nhằm đảm bảo các tiêu chuẩn chất lượng nghiêm ngặt. Nếu phần mềm phát hiện một vùng tối cho thấy có vật liệu lạ nằm ngoài phạm vi cơ sở chấp nhận được, phần mềm sẽ kích hoạt cơ chế loại bỏ để loại bỏ sản phẩm khỏi quy trình sản xuất.

Khác với cơ chế phát hiện kim loại thông thường, phương pháp phát hiện tạp chất này tiên tiến hơn rất nhiều. Máy dò kim loại quét môi trường xung quanh bằng cách sử dụng trường điện từ. Chúng dựa vào việc vật thể lạ tạo ra sự thay đổi trong trường điện từ bằng cách sinh ra trường dẫn điện hoặc trường từ. Tuy nhiên, công nghệ tia X hoạt động độc lập với trường điện từ và dựa vào sự hiện diện hoặc vắng mặt của vật thể lạ để ‘nhìn xuyên qua’ các vật liệu cản trở, từ đó xác định được một loạt các vật thể lạ.

Công nghệ tia X có thể đáp ứng nhiều kiểu thiết kế bao bì khác nhau, vì công nghệ này dựa trên mật độ, không giống như các công nghệ khác chỉ dựa vào các chỉ số về độ dẫn điện của một sản phẩm cụ thể.

Ứng dụng trong các lĩnh vực thực phẩm khác nhau

Các phân khúc trong ngành thực phẩm đòi hỏi các mức độ đảm bảo chất lượng khác nhau. Do đó, các nhà thiết kế dây chuyền sản xuất phải xác định chính xác loại thiết bị kiểm tra cần thiết để xử lý các nguy cơ tiềm ẩn cụ thể liên quan đến từng phân khúc. Tính linh hoạt của các hệ thống kiểm tra bằng tia X giúp chúng có thể hoạt động hiệu quả trong hầu hết các môi trường chế biến.

Thịt và gia cầm

Các nguy cơ vật lý là điều không thể tránh khỏi trong quá trình chế biến thịt và gia cầm. Những nguy cơ này bao gồm việc thịt bị nhiễm các mảnh xương đã vôi hóa, các mảnh lưỡi dao xay bằng thép không gỉ bị gãy và kim tiêm. Ngoài ra, thịt sống có hàm lượng độ ẩm và muối cao. Điều này dẫn đến “hiệu ứng sản phẩm” rất mạnh, khiến hầu hết các máy dò kim loại loại bỏ thịt ra khỏi dây chuyền. Tuy nhiên, công nghệ tia X không bị ảnh hưởng bởi độ ẩm và muối, đồng thời xác định chính xác các mảnh xương và kim loại.

Bánh mì và đồ ăn nhẹ

Để giữ cho sản phẩm luôn tươi ngon và ngăn không cho độ ẩm xâm nhập, ngành bánh kẹo và đồ ăn vặt sử dụng màng kim loại hóa và giấy bạc để đóng gói. Khi sản phẩm đã được đóng gói trong giấy bạc, các máy dò kim loại thông thường không thể kiểm tra được chúng. Năng lượng từ hệ thống kiểm tra thực phẩm bằng tia X dễ dàng xuyên qua kim loại. Do đó, máy dò tia X có thể phát hiện dây kim loại và sỏi (thường có trong các loại hạt) ngay cả khi bao bì đã được đóng kín, từ đó ngăn ngừa sự xâm nhập của các tạp chất kim loại.

Hàng đóng hộp và đóng gói: Thử thách lớn nhất

Công nghệ tia X có vai trò vô cùng quan trọng trong ngành chế biến thịt và ngành bánh kẹo, nhưng đối với ngành thực phẩm đóng hộp, việc duy trì chất lượng sản phẩm là điều bắt buộc. Các mặt hàng khó kiểm soát chất lượng nhất đối với các kỹ sư kiểm soát chất lượng chính là thực phẩm đóng hộp và đóng gói. Các kỹ sư kiểm soát chất lượng gặp phải rào cản không thể vượt qua khi xử lý các lon kim loại. Với hình dạng trụ kim loại, các phương pháp phát hiện truyền thống hoàn toàn vô hiệu trước các tạp chất lạ. Do đó, trong một nhà máy đóng hộp, việc kiểm tra thực phẩm bằng tia X không phải là một tính năng bổ sung tùy chọn; đây là một yêu cầu thiết kế cơ bản để tránh các đợt thu hồi sản phẩm tốn kém. Phần còn lại của hướng dẫn này sẽ nêu bật những vấn đề đặc thù do các dây chuyền đóng gói thực phẩm đóng hộp gây ra và chứng minh rằng công nghệ tia X là giải pháp tối ưu cho những vấn đề này.

So sánh giữa máy chụp X-quang và máy dò kim loại: Bảng so sánh

Để phân tích các nguyên nhân khiến phương pháp tiếp cận hệ thống truyền thống gặp trục trặc trên các dây chuyền đóng hộp, kỹ sư cần đánh giá cách thức hoạt động của cả hai hệ thống ở cấp độ cơ bản. Bảng dưới đây nêu rõ những điểm khác biệt về vận hành và giới hạn ứng dụng của phát hiện kim loại so với phương pháp kiểm tra bằng tia X.

Phân tích sâu: Tại sao thực phẩm đóng hộp cần phải qua máy quét tia X thay vì máy dò kim loại

Các dây chuyền đóng hộp hoạt động với công suất lớn và tốc độ cao, đồng thời được chế tạo từ vật liệu cứng, không trong suốt. Những điều kiện này đòi hỏi phải có một hệ thống phát hiện có khả năng bỏ qua vỏ chứa và chỉ tập trung vào nội dung bên trong.

Khắc phục điểm mù trong lĩnh vực bao bì kim loại

Máy dò kim loại hoạt động bằng cách tạo ra một trường điện từ. Khi một vật thể kim loại di chuyển qua trường này, nó sẽ gây ra sự gián đoạn, và vật thể đó sẽ bị loại khỏi dây chuyền. Vật liệu đóng gói kim loại được sử dụng, thường là thiếc mạ kẽm và nhôm, là chất dẫn điện. Khi một lon kim loại được chuyển đến máy dò kim loại, lon đó sẽ tạo ra một sự gián đoạn cực lớn (hoặc nhiều sự gián đoạn) đối với trường điện từ. Hiện tượng này được gọi là hiệu ứng lồng Faraday. Máy dò sẽ không thể phát hiện bất kỳ vật gì được đóng gói bên trong lon kim loại đó.

Các kỹ sư dây chuyền không thể sử dụng máy dò kim loại trong quy trình kiểm tra lon đã niêm phong. Nếu một cơ sở sử dụng máy dò kim loại, chúng phải được đặt trước các công đoạn chiết rót và niêm phong. Điều này tạo ra một điểm mù rất lớn. Nếu máy móc gặp sự cố trong quá trình chiết rót hoặc đóng nắp, lon đó sẽ được chuyển xuống chuỗi cung ứng như một lon chứa vật liệu nguy hiểm. Đây chính là lúc công nghệ tia X phát huy tác dụng. Tia X hoạt động dựa trên nguyên lý hoàn toàn khác so với máy dò kim loại, vốn sử dụng từ trường. Phần mềm tia X lấy mật độ thành lon kim loại làm mốc tham chiếu và trừ đi giá trị đó để kiểm tra nội dung bên trong thùng chứa đã được đóng nắp.

Phát hiện thủy tinh, xương và nhựa có mật độ cao

Các nhà máy đóng hộp thường sử dụng máy móc có cấu trúc rời rạc, dễ bị ảnh hưởng bởi các bộ phận chịu mài mòn không phải kim loại. Ngoài ra, một số sản phẩm nông nghiệp có thể chứa các mảnh vụn từ đồng ruộng. Do đó, các hộp kim loại thường chứa các mảnh thủy tinh vỡ, sỏi nhỏ hoặc xương từ rau củ đã thu hoạch, cũng như các thanh dẫn bị gãy làm từ nhựa mật độ cao (PTFE hoặc Acetal) và nhựa trong hệ thống băng tải.

Máy dò kim loại sẽ không bao giờ có thể phát hiện được thủy tinh, đá hay nhựa. Tuy nhiên, hệ thống tia X thì có thể. Thủy tinh và đá sẽ xuất hiện trên hình ảnh X-quang thang độ xám dưới dạng các đốm tối hơn do có giá trị mật độ cao hơn. Tương tự, nhựa có mật độ cao và gioăng cao su (thường là loại công nghiệp) cũng có thể được phát hiện nhờ mật độ của chúng. Nhờ các hệ thống X-quang, các kỹ sư sản xuất có thể xác định và loại bỏ cả tạp chất kim loại lẫn phi kim loại không gây nguy hiểm trước khi sản phẩm được niêm phong.

Vượt ra ngoài các chất gây ô nhiễm: Khai phá giá trị trong sản xuất đồ hộp

Các máy móc sản xuất hiện đại cần phải mang lại giá trị cao nhất cho khoản đầu tư. Hệ thống tia X có khả năng cung cấp nhiều dịch vụ kiểm soát chất lượng và do đó không chỉ đơn thuần là các công cụ đảm bảo an toàn. Chúng là những hệ thống toàn diện để kiểm soát an toàn sản phẩm, thậm chí còn có thể phát hiện các bộ phận bị thiếu của sản phẩm.

Kiểm tra mức chất lỏng chính xác

Các luật bảo vệ người tiêu dùng quy định mức phạt nặng đối với các lon đóng không đủ lượng sản phẩm, đồng thời doanh nghiệp có thể phải đối mặt với nguy cơ bị truy tố. Một lon đóng quá đầy cũng là sự lãng phí sản phẩm (mất mát) và có thể ảnh hưởng tiêu cực đến nắp đóng ở đường nối kép do làm suy giảm tính toàn vẹn của đường nối.

Các hệ thống tia X thực hiện việc kiểm tra chi tiết cao và đồng thời phát hiện các tạp chất. Trong khi tia X quét qua lon, phần mềm sẽ phân tích thành phần chất lỏng hoặc chất rắn bên trong và vẽ ra một đường ngang. Các kỹ sư thiết lập các thông số vùng trong phần mềm. Nếu đường mực chất lỏng hoặc chất rắn nằm dưới hoặc trên các thông số đã thiết lập, hệ thống sẽ báo lỗi loại bỏ. Nhờ đó, các nhà quản lý nhà máy có thể điều chỉnh ngay lập tức thiết bị định lượng và giảm thiểu lượng sản phẩm bị thất thoát, đồng thời vẫn duy trì hoạt động của dây chuyền sản xuất.

Phát hiện các lon bị móp và các khuyết tật ở nắp đậy

Độ kín khí và hình dạng của lon đóng vai trò thiết yếu đối với sự an toàn và tính toàn vẹn của sản phẩm. Những vết hư hỏng trên lon không chỉ dừng lại ở vấn đề thẩm mỹ — những vết lõm nghiêm trọng ở đường nối của lon có thể làm rách lớp lót bên trong hoặc phá vỡ lớp niêm phong chân không, từ đó gây ra nguy cơ ngộ độc botulinum và làm sản phẩm bị hư hỏng.

Phần mềm này được trang bị các thuật toán phát hiện cạnh. Khi một lon di chuyển qua các cảm biến, phần mềm sẽ phân tích hình học của cấu trúc lon. Nó kiểm tra hình dạng đường hàn kép và các thành lon để phát hiện các khuyết tật. Nếu hệ thống phát hiện thành lon bị lõm, nắp bị thiếu hoặc thân lon bị lõm, hệ thống sẽ loại bỏ lon đó. Điều này đảm bảo rằng không có sản phẩm nguy hiểm hoặc không thể bán được nào bị đưa ra bán tại các cửa hàng.

Đảm bảo tuân thủ HACCP và ghi chép dữ liệu

Hoạt động mua sắm B2B tập trung vào việc tuân thủ các quy định. Các cuộc kiểm toán an toàn thực phẩm theo các tiêu chuẩn GFSI, BRC hoặc IFS đòi hỏi phải có hệ thống tài liệu đầy đủ. Các kiểm toán viên không chỉ xem xét các thiết bị vật chất. Họ muốn xác minh rằng các nhà máy có khả năng thực hiện việc giám sát và ghi chép các sự cố liên quan đến chất lượng một cách chủ động, với sự hỗ trợ của hệ thống.

Máy X-quang công nghiệp là những thiết bị ghi dữ liệu tiên tiến. Phần mềm hệ thống ghi lại thời gian, ngày tháng và mã sản phẩm cho từng đơn vị sản phẩm đi qua máy. Quan trọng hơn, máy sẽ chụp và lưu lại hình ảnh của bất kỳ đơn vị sản phẩm nào bị loại bỏ. Hình ảnh này là bằng chứng về khuyết tật hoặc ô nhiễm. Dữ liệu được ghi lại được các đội kiểm soát chất lượng (QA) sử dụng để truy xuất nguồn gốc vấn đề đến thiết bị cụ thể ở các công đoạn trước đó, từ đó chứng minh sự tuân thủ đầy đủ các quy định của HACCP trong các cuộc kiểm toán đột xuất.

Tích hợp hệ thống tia X vào dây chuyền đóng hộp tốc độ cao

Việc lựa chọn công nghệ tia X phù hợp là bước đầu tiên trong số nhiều bước cần thực hiện. Việc tích hợp hệ thống vào quy trình sản xuất thực tế có tầm quan trọng rất lớn. Các dây chuyền đóng hộp có thể gặp nhiều khó khăn. Chúng đòi hỏi các giải pháp cơ khí chuyên biệt do phải xử lý cả tốc độ cao lẫn các sản phẩm nặng trong bao bì cứng.

Vị trí chiến lược trên đường biên

Các kỹ sư thiết kế dây chuyền phải xác định vị trí tối ưu để lắp đặt máy X-quang trên dây chuyền. Các sản phẩm đóng hộp có thể được sắp xếp tại hai vị trí chính: ngay sau máy hàn miệng hộp, hoặc ở cuối dây chuyền, ngay trước máy đóng thùng.

Nếu máy quét tia X được lắp đặt sau máy hàn miệng túi, nó sẽ có thể phát hiện các sự cố trước tiên. Điều này có nghĩa là nếu máy nạp nguyên liệu hoặc máy hàn miệng túi bắt đầu rụng mảnh kim loại, máy quét tia X sẽ phát hiện ra, và nhà máy sẽ có thể dừng dây chuyền và kiểm soát lượng sản phẩm bị nhiễm bẩn. Tuy nhiên, những vị trí này thường có nhiều độ ẩm do quá trình rửa sạch và tốc độ hoạt động ở đây cũng hay dao động.

Nếu máy quét tia X được đặt ngay trước máy đóng gói thùng, thiết bị này sẽ có thể đảm bảo sản phẩm đã ở trạng thái cuối cùng trước khi kiểm tra. Điều này cho phép máy quét tia X kiểm tra sản phẩm để phát hiện bất kỳ khuyết tật nào có thể xảy ra trong quá trình nấu chín (tiệt trùng) hoặc dán nhãn. Vị trí này thường có tốc độ vận hành ổn định hơn. Tuy nhiên, nếu vị trí này thường xuyên xảy ra tình trạng sản phẩm bị nhiễm bẩn, điều đó có nghĩa là rất nhiều lon sẽ phải bị tiêu hủy ngay tại điểm cuối này. Điều này đòi hỏi các kỹ sư thiết kế dây chuyền phải đưa ra quyết định dựa trên việc phân tích các rủi ro hỏng hóc cụ thể của thiết bị ở các công đoạn trước đó.

Quản lý cơ chế thông lượng cao và cơ chế từ chối

Khi nói đến công nghệ đóng hộp hiện đại, tốc độ đóng hộp có thể đạt tới 1.000 lon mỗi phút, thậm chí là 300 lon mỗi phút. Với tốc độ này, điều tối quan trọng là sản phẩm phải được đưa qua cảm biến tia X và sự đồng bộ cơ học chính xác phải thực sự loại bỏ được các khuyết tật.

Các lon phải đi vào chùm tia X với khoảng cách cụ thể và có thể điều chỉnh. Nếu không, khi các lon chạm vào nhau, phần mềm xử lý hình ảnh sẽ phát hiện nhầm và loại bỏ chúng. Để tránh điều này, các kỹ sư sử dụng vít điều chỉnh thời gian và/hoặc vít chuyển động, trong đó cần thiết lập khoảng cách tùy chỉnh trước khi vào khu vực kiểm tra.

Ở tốc độ cao, đặc biệt là với các lon kim loại nặng, cơ chế loại bỏ có thể đóng vai trò cực kỳ quan trọng. Các lon có năng lượng cao có thể gây ra chấn thương nghiêm trọng. Ví dụ, các bộ đẩy cơ học tiêu chuẩn có thể làm lõm, móp, vỡ và/hoặc làm đổ lon bị loại bỏ, đồng thời khiến các lon đạt tiêu chuẩn ở gần đó bị đẩy ngã. Do đó, các kỹ sư sẽ chỉ định sử dụng các bộ loại bỏ bằng luồng khí tốc độ cao và các bộ phân luồng điều khiển bằng servo. Hơn nữa, các tiêu chuẩn tuân thủ yêu cầu phải có cảm biến xác nhận loại bỏ. Cảm biến loại bỏ có thể khóa này xác nhận rằng mục tiêu bị loại bỏ không tiếp tục di chuyển xuống dây chuyền qua hệ thống loại bỏ.

Giải quyết những lo ngại về bức xạ trong công tác kiểm tra thực phẩm

Các giám đốc nhà máy thường xuyên phải đối mặt với những thắc mắc liên quan đến tính an toàn của các hệ thống tia X công nghiệp. Để đảm bảo sự tin tưởng của người mua và người vận hành, các hệ thống này phải giúp người dùng hiểu rõ về các nguyên lý vật lý của quá trình kiểm tra bằng tia X.

• Thực phẩm An toàn: Trong lĩnh vực kiểm tra thực phẩm công nghiệp, người ta sử dụng bức xạ ion hóa với liều lượng thấp. Tia X đi qua sản phẩm mà không ảnh hưởng đến giá trị dinh dưỡng, kết cấu hay hương vị của thực phẩm. Thực phẩm không và sẽ không bao giờ trở nên phóng xạ hay bị nhiễm phóng xạ.
• Nhân viên điều hành An toàn: Các hệ thống hiện đại được trang bị vỏ bọc bằng thép không gỉ cực kỳ dày, rèm chắn bức xạ không chứa chì, cùng với các tấm rèm dày ở lối vào và lối ra. Năng lượng tia X được giữ kín bên trong kết cấu. Mức độ bức xạ bên ngoài thấp hơn mức bức xạ mà con người tiếp xúc từ nền bức xạ tự nhiên. Hệ thống khóa liên động sẽ ngắt nguồn máy phát tia X khi cửa vỏ bọc được mở ra.
• Tuân thủ: Các hệ thống kiểm tra bằng tia X hoàn toàn tuân thủ các quy định của FDA, WHO và các cơ quan quản lý năng lượng nguyên tử tại địa phương của quý vị.

Khi tất cả các vấn đề về an toàn và kỹ thuật đã được giải quyết, thành công cuối cùng của công tác kiểm soát chất lượng của quý vị phụ thuộc vào việc tích hợp dây chuyền một cách liền mạch. Bạn đã sẵn sàng xây dựng quy trình đóng hộp ‘phù hợp với kiểm tra tia X’ chưa? Liên hệ với các chuyên gia kỹ thuật của chúng tôi Hôm nay để thiết kế một dây chuyền đóng gói tốc độ cao điều này hoàn toàn tương thích với các hệ thống kiểm tra hàng đầu.