Индикаторы температуры или температуры/времени

Работа индикаторов

Выше мониторинг температуры обсуждался с точки зрения отображения показаний температуры окружающего воздуха, пищевых продуктов или их моделей, но можно использовать также изменение физико-химических свойств, приводящих к измене­нию показаний индикатора, для отображения

 а) изменяющейся температуры,

б) пере­сечения порога температуры или…

в) одновременно температуры и времени ее воздей­ствия после активации. Устройства, основанные на этом принципе, в первых двух случаях называют термоиндикаторами (индикаторами температуры, ТI) или, в после­днем случае, индикаторами времени и температуры (TTI).

Индикаторы обычно соединены с упаковочным материалом, который может быть прикреплен к упаковке продукта, или располагаются снаружи рядом с упакованным или неупакованным продуктом. Таким образом, индикатор может сопровождать про­дукт по всему маршруту холодильной цепи и давать следующую информацию (один показатель или несколько):

• отказ или прием на основе изменения цвета;
• переход температуры через заданный порог;
• частичная история изменений температуры во времени при переходе темпера­туры через заданный порог;
• полная история изменений температуры во времени, связанная со сроком хра­нения.

Чтобы устройства могли коммерчески использоваться в мониторинге, они должны обладать следующими характеристиками и поставляться со следующей информацией от изготовителя [29]:

• способы крепления к упаковке продукта;
• инструкции по активации TTI перед употреблением, включая температуру, при которой устройство должно храниться после выпуска до использования при низких температурах;
• пороговая температура и допустимые пределы ее изменения (3 стандартных от­клонения) в °С и время инерционности в мин (для TI);
• максимальный и минимальный пределы температуры в °С, в которых устрой­ство будет функционировать (для TTI), а также время достижения температуры в конечной точке с допусками при достаточном количестве температур в диа­пазоне, указанном изготовителем (выше критической реперной точки в слу­чае TTI с частичной температурной историей); количество комбинаций темпе­ратур и времени до конечной точки должно быть не менее пяти;
• допуск времени достижения температуры до конечной точки в соответствии с BS 7908:1999:
• категория A (до ±2,5%), категория В (до ±5%), категория С (до ±10%), категория D (до ±20%);
• для TTI с частичной температурной историей — критическая реперная темпера­тура, то есть температура (°С), при которой активируется физико-химическое изменение, приводящее к необратимому изменению;
• условия хранения устройств должны быть указаны так, чтобы их работоспособ­ность не изменялась; кроме того, должны быть указаны любые другие возмож­ные воздействия (кроме температуры), которые могут повлиять на работу уст­ройств (например, степень освещенности);
• устройства должны исключать возможность фальсификации.

Важно понимать, что действие TTI основано на физических изменениях, химиче­ских или биохимических реакциях. Их работа обычно имитирует не микробиологи­ческие изменения в пищевом продукте, а биохимические или химические реакции, вызывающие ухудшение органолептических свойств пищевого продукта. Обычно био­химические реакции проходят быстрее химических, но у каждого продукта свое соче­тание реакций, и, следовательно, различная скорость порчи. При конструировании индикатора может оказаться важным, чтобы он обладал такой же энергией активации и скоростью порчи, как у пищевого продукта [30,31].

На процессы, которые могут быть положены в основу работы индикаторов, выдано более 100 патентов, основанных наточке плавления, ферментативной реакции, поли­меризации, электрохимической коррозии и т. п. Результатом изменения является обыч­но изменение цвета, которое может быть представлено как статическое изменение или движущаяся полоска. Промышленно выпускаемые устройства для контроля температу­ры и изменения температуры во времени описаны в литературе [32-34]. За последние 10-15 лет был начат серийный выпуск многих температурных и временно-температур­ных индикаторов, но продолжают выпускаться до сих пор очень немногие. Поэтому ниже мы остановимся лишь на нескольких наиболее удачных устройствах.

Индикаторы 3М MonitorMark™

Эти TTI состоят из фильтровальной бумаги и направляющего устройства, отделенных слоем полиэфирной пленки. Бумага пропитана реактивами с определенной температу­рой плавления и синей краской. При достижении заданной пороговой температуры реактивы плавятся, и поэтому такие индикаторы являются TTI с частичной темпера­турной историей. Индикатор активируется удалением пленки. В устройстве имеется пять окошек, которые, становясь синими, позволяют оценить воздействие температу­ры. Скорость диффузии увеличивается с ростом температуры выше температуры плав­ления. Выпускаются различные индикаторы, соответствующие различной температу­ре плавления (в диапазоне от-15 °Сдо ±31 °С).

Индикаторы Lifelines

Компания Lifelines разработала несколько индикаторов, которые показывают полную временно-температурную историю. Индикаторная часть основана на полимерных со­единениях, которые изменяют цвет в результате суммарного воздействия температу­ры. Изменение цвета основано на полимеризации ацетиленовых мономеров, которые при более высоких температурах двигаются быстрее, что ведет к более быстрому по­темнению индикатора.

Первый тип индикаторов состоит из двух частей — стандартного штрихового кода и индикаторной полосы. Для считывания индикатора используется портативный ком­пьютер со световым карандашом, давая показания отражательной способности. Снача­ла отражательная способность высока (95-100%), а в ходе эксплуатации она падает по мере протекания реакции, и цвет становится более темным (отражательная способ­ность 50%). Компьютер связывает изменение отражательной способности с временно­температурными характеристиками, которые сравниваются с информацией о продук­те в штриховом коде, на основе чего могут быть сделаны прогнозы относительно срока хранения с надлежащим качеством.

Развитие технологии Lifelines привело к выпуску индикатора Fresh-Check, пред­назначенного для использования потребителями. Этот индикатор состоит из двух кру­гов — маленького внутреннего круга, содержащего полимер, и напечатанного темного или черного наружного кольца. Внутренний круг со временем темнеет от воздействия температуры со скоростью, заданной в зависимости от сохранности пищевого продук­та. Потребителю рекомендуется не употреблять в пищу продукт, когда внутренний круг станет темнее надпечатанного внешнего кольца (рис. 5.11).

Рис. 5.11. Индикатор Fresh-Check компании Lifelines — примеры стадий изменения

Чтобы связать индикацию как с ухудшением качества, так и с микробиологической безопасностью, следующим шагом стало введение в центральный круг второй поли­мерной системы. Если индикатор остается при температуре ниже заданного макси­мального уровня, полимер изменяет цвет, и это изменение связано со сроком годности продукта. Если температура поднимается выше максимума, начинает полимеризиро­ваться вторая система, и центр по истечении заданного интервала времени резко темне­ет. Этикетки компании Lifelines физически не активируются и после изготовления реа­гируют на любые температуры, действию которых они подвергаются, в связи с чем до использования индикаторы должны всегда храниться при температуре -18°С или ниже.

Индикаторы Vitsab®

Ряд TTI выпускает шведская компания Visual Indicator Tab Systems. Эти временно-тем­пературные индикаторы основаны на ферментном высвобождении протонов, кото­рое изменяет цвет индикатора pH с зеленого на желтый. Скорость высвобождения, зависящую от температуры, можно изменять так, чтобы она соответствовала сроку годности при хранении и температуре охлажденных и замороженных продуктов. Ин­дикатор может храниться при комнатной температуре и активироваться с помощью давления, разрушающего внутренний пакет, давая возможность компонентам смешать­ся. Кольцевой индикатор может быть напечатан на гибкой или полужесткой упаковке, включен в герметичный шов или помещен на него. Активация может производиться при герметизации. Существуют также TTI на карточке, которая может быть помещена между упаковок на поддоне или внутри насыпного продукта.

Применение временно-температурных индикаторов (TTI)

По сравнению с другими методами мониторинга использование TTI сопряжено с неко­торыми сложностями. То, что большинство их крепится к наружной поверхности упа­ковки, означает, что изменения индикатора происходят под воздействием температу­ры наружной поверхности. Когда упаковки с пищевыми продуктами находятся в ко­робках, это, вероятно, хороший показатель температуры продукта с определенным до­пуском, но для продуктов, выложенных на витрине, он может дать ошибочную индика­цию срока хранения из-за поглощения инфракрасного излучения (если его действие не исключено или не скомпенсировано). Поэтому как средство соблюдения непрерыв­ности холодильной цепи от изготовления до витрины TTI могут иметь практическое преимущество по сравнению с некоторыми другими видами мониторинга, так как они дают простую и индивидуальную индикацию нарушения температуры.

Опрос 511 потребителей [35] показал, что почти все респонденты (95%) считают, что применение TTI— это хорошая идея, но поняли их смысл они только после некото­рого разъяснения. Это свидетельствует о том, что необходим значительный объем рекламы или особая образовательная кампания. Использоваться TTI должны наряду с указанием даты истечения срока годности и ясными указаниями, что делать, когда индикатор изменит свой цвет.

Определенную проблему представляло соотношение и возможное противоречие между показаниями TTI и сроком годности, указанным на этикетке. В розничной про­даже, если индикация не изменилась, а указанный срок годности продукта прошел, почти половина опрошенных доверяла бы TTI. Если бы индикация изменилась до истечения срока годности при хранении в домашних условиях, большинство респон­дентов (57%) сами судили бы о безопасности употребления продукта, а по меньшей мере 25% возлагало бы какую-то вину на поставщика продукта. Вместе с тем призна­валась ценность TTI как средства увеличения доверия розничной торговле и улучше­ния гигиены и санитарии при транспортировке ее домой и хранении в холодильниках. Потребителями была выражена озабоченность техническим качеством (точностью и воспроизводимостью), а также поднимался вопрос о возможности фальсификации или нарушения работы индикаторов. Эта озабоченность разделяется пищевой про­мышленностью, и для разъяснения этого вопроса технические характеристики вре­менно-температурных индикаторов были опубликованы [29-36].

Нежелание розничной торговли применять на розничных упаковках индикаторы для использования их потребителем понятно и обусловлено проблемами, которые вызывает использование индикаторов. В настоящее время в Великобритании индика­торы TTI на розничных упаковках при серийном производстве пищевых продуктов не нашли постоянного применения. Во Франции и Испании сети супермаркетов исполь­зовали индикаторы Fresh-Check компании Lifelines на некоторых охлажденных про­дуктах в течение весьма продолжительного времени, но было принято решение в даль­нейшем их не использовать. TTI нашли более широкое применение в медицине для обеспечения правильной транспортировки и хранения вакцин и лекарств. Кроме того, использование индикаторов для обеспечения непрерывности холодильной цепи до розничной продажи с помощью индикаторов на внешней упаковке или на поддонах для дополнительного контроля изучается производителями охлажденных и заморо­женных продуктов и розничной торговлей. Преимущество 777 по сравнению с другими видами аппаратуры для мониторинга заключается в том, что они дают простые и ясные ответы на вопрос, имело ли место нарушение температурного режима. Это делает та­кие индикаторы привлекательной дополнительной гарантией безопасности и качества продукта для потребителя.

Температурное моделирование и регулирование

Использование компьютерного моделирования как средства комплексного прогнози­рования процессов широко применяется при производстве охлажденных продуктов. Это позволило прогнозировать температуру продуктов при известных условиях экс­плуатации холодильных систем.

Транспорт для доставки на короткие расстояния

Проблемы мониторинга и поддержания температуры пищевых продуктов в фургонах для небольших партий продукта, имеющих маршрут со многими остановками у роз­ничных магазинов, исследовались в Бристольском университете [37]. Была разработа­на коммерческая компьютерная программа (Соо1Уап), помогающая конструировать и эксплуатировать такие фургоны. Эта программа анализирует изменения температуры воздуха внутри фургона с учетом поступления тепла через теплоизоляцию от наруж­ного воздуха, солнечного излучения и поступления воздуха через заднюю дверь (когда фургон движется и когда стоит с открытой дверью). Тепловые свойства новой тепло­изоляции фургона и его возраст позволяют прогнозировать уменьшение коэффициент теплопередачи стен, причем каждая сторона фургона может рассматриваться отдель­но. Поступление воздуха при открывании дверей — один из основных факторов притока теплоты, и для снижения поступления воздуха рекомендованы прозрачные завесы из пластмассовых полосок. Замеры показали, что подача воздуха от системы охлаждения непосредственно на завесы препятствовало поступлению теплого воздуха в щели в вер­хней части завесы.

На всех этапах разработки программы она проверялась по данным измерений. Про­грамма позволяла прогнозировать в любой момент рейса среднюю температуру про­дукта в фургоне с погрешностью менее 1 °С, однако температура в фургоне фактически менялась более чем на 5 °С за счет различий температуры внутри фургона.

Витрины для розничной торговли

Разработаны программы для компьютерного моделирования условий в витринах для розничной торговли в целях улучшения их конструкции. Чтобы увидеть, какие воз­действия дают лучшие результаты перед проверкой по натурным измерениям, вычис­лительная газо- и гидродинамика позволяет менять компьютерную модель. Этот ме­тод применялся для изучения влияния охлаждаемых витрин на окружающую среду в супермаркете, в частности, утечки холодного воздуха из витрин с замороженными продуктами в проходы [39]. С помощью модели был сделан прогноз температуры на уровне пола между 5 и 15 °С, тогда как измеренные значения находились в диапазоне от 13 до 22 °С. Оказалось, что лучше использовать эту модель для указания направле­ния изменений, чем для прогнозирования фактической температуры.

Очевидно, что для использования компьютерных моделей в целях улучшения кон­струкции всего холодильного оборудования в цепи движения продукта и повышения эффективности энергопотребления при поддержании надлежащей температуры пи­щевых продуктов имеются прекрасные перспективы.

Дополнительная литература

1. JABLONSKIJ, R., TQM implementation // Implementing Total Quality Management: an Overview. — San Diego (Ca): Pfeiffer and Co., 1991.
2. WEBB, N. B. and MARSDEN J. L., Relationship of the HACCP system to Total Quality Management // HACCP in Meat, Poultry and Fish Processing /Ed. by Pearson A. M. and Dutson T. R. — Advances in Food Research, Vol. 10. — London: Blackie Academic and Professional; Chapman and Hall, 1995.
3. JAMES, S. J., Controlling food temperature during production, distribution and retail // New Food, 1999,1(3), pp. 35-45.
4. HRPERC Publication No. 584. MAFF Awareness Initiative: Computational Fluid Dynamics for the Food Industry. — University of Bristol, 1994. 
5.                                              Литература
6. Food Hygiene (Amendment) Regulations 1990, SI 1990 No. 1431. — London: HMSO.
7. Food Safety Act 1990, Chapter 16. — London: HMSO.
8. Food Hygiene (Amendment) Regulations 1991, SI 1991 No. 1343. — London HMSO.
9. Council Directive 93/43/EEC on the hygiene of foodstuffs. — OJ No L 175, 19.7.93, pp. 1-11.
10. The Food Safety (General Food Hygiene) Regulations 1995, SI 1995 No. 1763. — London: HMSO.
11. The Food Safety (Temperature Control) Regulations 1995, SI 1995 No. 2200. — London: HMSO.
12. Commission Directive 92/1 /EEC on the monitoring of temperatures in the means of transport, warehousing and storage of quick-frozen foods for human consumption // OJ No.L 34, 11.2.92, pp. 28-29.
13. Agreement on the International Carriage of Perishable Foodstuffs and on the Special Equipment to be used for such Carriage (ATP) 1970 United Nations, New York. E/ECE 810 Rev. 1, Е/ ECE/TRANS/563 Rev. 1.
14. Industry Guides to Good Hygienic Practice: Baking Guide, Catering Guide, Markets and Fairs Guide, Retail Guide, Wholesale Distributors Guide, Fresh Produce Guide. — Chadwick House Group Ltd, 1997-1999.
15. ISO (International Standards Organisation) 9000 Series of Standards 1994. ISO 9000: Quality Management and Quality Assurance Standards, Part 1: Guidelines for Selection and Use; ISO 9001: Quality Systems — Model for Quality Assurance in Design/Development, Production, Installation and Servicing. ISO 9002: Quality Systems — Model for Quality Assurance in production and Installation.
16. International Institute of Refrigeration, Recommendations for chilled storage of perishable produce. — Paris, 1979.
17. Shipowners Refrigerated Cargo Research Association, The transport of perishable foodstuffs. — 2nd ed. — Cambridge, 1991.
18. British Refrigeration Association, Testing of food temperatures in retail establishments, 1986.
19. RFIC (Refrigerated Food Industry Confederation), Guide to the Storage & Handling of Frozen Foods. — Methyr Tydfil, Stephens & George Ltd, 1994.
20. Institute of Food Science & Technology, Guidelines for the Handling of Chilled Foods. — 2nd ed. — 1990.
21. Department of Health, Guidelines on the Food Hygiene (Amendment) Regulations 1990, London: HMSO, 1991.
22. BS EN 441-5: 1996 Refrigerated display cabinets: Part 5. Temperature test. — London, British Standards Institution.
23. BS EN 441-4: 1995 Refrigerated display cabinets: Part 4. General test conditions. — London: British Standards Institution.
24. JAMES, S. J., EVANS, J. A. and STANTON J., Performance of Domestic Refrigerators // Proceedings of 11th International Conference on Home Economics, 13-15 Sept., Middlesex Polytechnic, UK. — 1989.
25. TUCKER G., Guideline No. 1: Guidelines for the use of thermal simulation systems in the chilled food industry. — Campden and Chorleywood Food Research Association, 1995.
26. British Standard BS EN 12830:1999, Temperature recorders for the transport, storage and distribution of chilled, frozen and deep-frozen/quick frozen food and ice cream — tests, performance and suitability. — London: BSI, 1999.
27. Draft CEN Standard prEN 13485, Thermometers for measuring air and product temperature for the transport, storage and distribution of chilled, frozen and deep-frozen/quick frozen food and ice cream — tests, performance and suitability. — Brussels: CEN, March 1999.
28. Draft CEN Standard prEN 13486, Temperature recorders and thermometers for the transport, storage and distribution of chilled, frozen and deep-frozen/ quick frozen food and ice cream — periodic verification. — Brussels: CEN, March 1999.
29. BS 4937: Part 20. Specifications for thermocouple tolerances. — London: BSI, 1983.
30. BS 1904:1984. Specification for industrial platinum resistance thermometer sensors. —London: BSI, 1984.
31. FAIRHURST, D., Temperature monitoring in the cold and chill chain: (A one-day Seminar sponsored by MAFF, 30.01.1990) // Food Science Division Report. — London: MAFF, 1990.
32. KLEER, J., PASTARI, A., WIEGNER, J. and SINELL, H., Recording temperature patterns with modern recording systems (на нем. яз.) // Fleisch-wirtschaft, 1991, 71(6), pp. 698-704.
33. JAMES, S. J. and EVANS, J. A., The accuracy of non contact temperature measurement of chilled and frozen food // IChemE Food Engineering Symposium, University of Bath, 19-21 Sept. 1994. — Publication No. 106, FPERC, University of Bristol, 1994.
34. British Standard BS 7908: 1999 Packaging — temperature and time-temperature indicator- performance specification and reference testing. — London: BSI, 1999.
35. TAOUKIS, P. S. and LABUZA, T. P., Application of time-temperature indicators as shelf-life monitors of food products //J. of Food Science, 1989, 54(4), pp. 783—788.
36. TAOUKIS, P. S. and LABUZA, T. P., Reliability of time-temperature indicators as food quality monitors under non-isothermal conditions //J. of Food Science, 1989, 54(4), pp. 789-792.
37. BALLANTYNE, A., An evaluation of time-temperature indicators: Technical Memorandum No. 473. — Campden and Chorleywood Food Research Association, 1988.
38. SELMAN, J. D. and BALLANTYNE, A., Time-temperature indicators: Do they work? // Food Manufacture, 1988, 63(12), pp. 36-38, 49.
39. SELMAN, J. D., Time-temperature indicators: how they work // Food Manufacture, 1990, 65(8), pp. 30-31,33.
40. Time-temperature indicators: Research into consumer attitudes and behaviour. — Ministry of Agriculture, Fisheries and Food Publication, National Consumer Council, 1991.
41. GEORGE, R. M. and SHAW, R. A., Food industry specification for defining the technical standards and procedures for the evaluation of temperature and time-temperature indicators. — Technical Manual No. 35, Campden and Chorleywood Food Research Association, 1992.
42. GIGIEL, A. J., JAMES, S. J. and EVANS, J. A., Controlling Temperature During Distribution and Retail // Proceeding of the 3rd Karlsruhe Nutrition Symposium, European Research towards Safer and Better Food, 18-20 October 1998 / Ed. by Gaukel V. and Speiss W. E. L. — 1998, pp. 284-292.
43. Predicting food temperatures in refrigerated transport // FRPERC Newsletter № 17 / University of Bristol, May 1997, pp. 4-5.
44. FOSTER, A. M. and QUARINI, G. L., Using advanced modelling techniques to reduce the cold spillage from retail display cabinets into supermarket stores // FRPERC Publication No. 586, ICR/IIR Conference, Refrigerated Transport, Storage and Retail Display / University of Bristol. — Cambridge, 29 March — 1 April 1998.