食品是人類賴以生存的基本生活物資,食品產(chǎn)品產(chǎn)量長足發(fā)展,食品產(chǎn)業(yè)規(guī)模全球領(lǐng)先,在新時(shí)代發(fā)展過程中,食品的市場需求、食品行業(yè)的發(fā)展理念、發(fā)展模式、食品安全保障方式方法等均快速發(fā)展,消費(fèi)者對食品安全的要求越來越高,食品企業(yè)面臨新的挑戰(zhàn)與機(jī)遇。
食品中的金屬異物屬于物理危害,會(huì)造成人體的機(jī)械損傷,某些重金屬甚至引起食物中毒。本文從金屬異物的來源、金屬探測器工作原理、金屬探測器的確認(rèn)和驗(yàn)證等方面進(jìn)行論述,希為食品生產(chǎn)金屬異物的控制提供理論與實(shí)踐的參考。
01 金屬異物的來源
1.1原料帶入
農(nóng)業(yè)種植養(yǎng)殖過程中,各種廢棄垃圾等污染,導(dǎo)致收獲時(shí)會(huì)有螺絲、螺母、鐵絲、鐵釘、銅線等金屬異物的混入,同時(shí)在農(nóng)業(yè)收獲作業(yè)中,隨著機(jī)械化程度的提高,也會(huì)有螺絲、螺母鐵絲、鐵釘、銅線等金屬混入。
1.2私人物品
在食品生產(chǎn)加工過程,操作人員、管理人員、外來人員等私人物品,例如佩戴的首飾、蓄意迫害等混入。
1.3維護(hù)
機(jī)械化、連續(xù)化、自動(dòng)化、信息化、智能化的食品企業(yè)工廠基本可以實(shí)現(xiàn)無人廠房,減少了人員私人物品的混入,在機(jī)械設(shè)備維護(hù)過程中產(chǎn)生的金屬異物會(huì)混入,例如切屑和焊渣(維修后);銅線邊角料(電氣維修后);管道維修產(chǎn)生的金屬屑等。
1.4生產(chǎn)加工
食品企業(yè)使用的機(jī)械設(shè)備、工器具在運(yùn)行中會(huì)有磨損,金屬異物混入,例如面粉磨粉機(jī)磨損的鐵屑、肉制品加工中金屬手套磨損的金屬屑、食品加工中使用的刀具等磨損的金屬屑等。
1.5貯存運(yùn)輸
在產(chǎn)品、原料貯存運(yùn)輸過程中會(huì)混入金屬異物,例如車廂中的鐵銹、捆綁用的金屬線等。
02 常見的金屬異物的類型
2.1黑色金屬(鐵)
2.2有色金屬(黃銅、銅、鋁、鉛)
2.3不銹鋼(磁性和非磁性)
2.4有色金屬(銅、鋁、鉛)
以上金屬異物,黑色金屬是最容易檢測的,不銹鋼廣泛用于食品工業(yè),但最難檢測,尤其是常見的非磁性不銹鋼,如316和304。
有色金屬,如黃銅、銅、鋁和鉛,檢測難易度介于這兩種金屬異物之間。
03 金屬探測器
3.1構(gòu)造
金屬探測器是一種精密的設(shè)備,用于檢測和剔除金屬異物。典型的金屬探測器由四個(gè)主要部分組成:金屬探測器的探頭、控制面板、運(yùn)輸系統(tǒng)、自動(dòng)剔除系統(tǒng)。
探頭是金屬探測器的核心部件,目前市場上有兩類探頭,一是“平衡線圈”探頭,能夠檢測新鮮或冷凍產(chǎn)品中的所有金屬異物(包括黑色金屬、有色金屬和不銹鋼)。這種類型的探頭是金屬探測器最常用的探頭。二是永磁體探頭,這種探頭僅用于檢測鋁箔包裝的新鮮或冷凍產(chǎn)品中的黑色金屬和磁性不銹鋼。
3.2工作原理
“平衡線圈”探頭由三個(gè)線圈組成,這三個(gè)線圈平行的纏繞在一個(gè)非金屬的框架上,中間的線圈通電產(chǎn)生一個(gè)高頻磁場,稱之為“發(fā)射器”,兩側(cè)的兩個(gè)線圈充當(dāng)“接收器”。
當(dāng)有金屬異物通過線圈裝置時(shí),高頻磁場在第一個(gè)接收器線圈處受到干擾,然后又在第二個(gè)接收器線圈處再次受到干擾。
這個(gè)干擾動(dòng)作改變了每個(gè)接收器中的電壓,盡管只有 1x10-9 納伏,但這種平衡變化會(huì)產(chǎn)生一個(gè)信號,該信號可以被處理、放大并隨后用于檢測是否存在金屬異物。
為了防止空氣中的電信號,或防止附近的金屬物品和機(jī)械干擾探測器,線圈裝置需要安裝在一個(gè)金屬外殼內(nèi)。
探頭上有一個(gè)開口(孔徑)以便產(chǎn)品通過。
金屬外殼會(huì)影響磁場的平衡狀態(tài),任何相對于線圈的運(yùn)動(dòng)都可能導(dǎo)致錯(cuò)誤的檢測信號。因此,設(shè)備制造廠家的主要設(shè)計(jì)議題之一是設(shè)計(jì)一個(gè)完全剛性和穩(wěn)定的探頭,確保探頭不會(huì)受到電機(jī)、傳送帶、自動(dòng)剔除裝置、溫度變化、以及金屬探測器附近的任何機(jī)械振動(dòng)的影響。
為獲得最佳金屬檢測結(jié)果,檢測器的孔徑外圍應(yīng)有一個(gè) “無金屬區(qū)(MFZ)”,這個(gè)區(qū)域應(yīng)該沒有任何金屬。“無金屬區(qū)”的大小詳見廠家的說明書。
3.3影響金屬探測器靈敏性的因素
3.3.1金屬種類
金屬可分為黑色金屬、有色金屬或不銹鋼。檢測的難易程度取決于金屬異物的磁導(dǎo)率(即磁化的難易程度)以及金屬異物的電導(dǎo)率。
如果污染黑色金屬,那么它既是磁性的又是良好的導(dǎo)電體,因此很容易被檢測到。
有色金屬是非磁性的,但它們是良好的電導(dǎo)體,這意味著它們在干燥的環(huán)境中相對容易檢測到,但在潮濕的環(huán)境中相對不容易檢測到,因?yàn)樗鼈兪欠谴判缘模?/div>
不銹鋼有許多不同的等級,一些是磁性的,一些是奧氏體的(完全非磁性的),而且它們的導(dǎo)電性也是可變的,檢測的難易程度不確定。
304/316不銹鋼沒有磁性且導(dǎo)電性差,不容易檢出,當(dāng)產(chǎn)品潮濕、含鹽量高,可檢測性會(huì)進(jìn)一步受到阻礙。
3.3.2金屬形狀及定向效應(yīng)
如果金屬是非球形顆粒,例如金屬絲,通過金屬探測器,與另一個(gè)方向相比,當(dāng)以一個(gè)特定方向通過時(shí),它會(huì)更容易檢測到,這被稱為“定向效應(yīng)”。
表1金屬絲方向檢測的難易程度
A | B | |
黑色金屬 | 容易 | 困難 |
有色金屬或不銹鋼 | 困難 | 容易 |
圖1金屬絲方向示意圖
只有當(dāng)金屬絲的直徑小于金屬探測器的球面靈敏度時(shí),定向效應(yīng)才明顯。
例如,將金屬檢測器靈敏度設(shè)置為1.5mm直徑,只有直徑小于1.5mm的電線才會(huì)顯示定向效果。如果金屬檢測器靈敏度提高到1.0mm,只有直徑小于1.0mm 的電線才會(huì)出現(xiàn)定向效果。
表2靈敏度對金屬異物檢測影響
圓球 靈敏度 |
鋼制回形針
直徑 0.95mm
|
鍍錫銅線
直徑 0.91mm
|
銅線
直徑 1.37mm
|
304不銹鋼絲
直徑 1.6mm
|
1.2 mm | 1.5 mm | 3.5 mm | 不適用 | 不適用 |
1.5 mm | 3.0 mm | 9.0 mm | 3.0 mm | 不適用 |
2.0 mm | 6.0 mm | 26.0 mm | 8.0 mm | 24.0 mm |
2.5 mm | 11.0 mm | 55.0 mm | 18.0 mm | 64.0 mm |
在靈敏度直徑為1.5毫米的情況下,鍍錫銅線需要9毫米長才能保證檢測到。在2.0毫米的靈敏度下,這將增加至26毫米的長度,然后才能保證檢測到。可以看出,金屬檢測器靈敏度的微小變化將對檢測的金屬絲靈敏度產(chǎn)生很大影響。
3.3.3孔徑尺寸/金屬異物在孔徑中的位置
金屬探測器的孔徑越小,檢測的靈敏度越高。(但是孔徑大小與產(chǎn)品有關(guān),大包裝產(chǎn)品當(dāng)然需要大孔徑)
表3靈敏度對金屬異物檢測影響
孔徑大小 | 黑色金屬 | 有色金屬(黃銅、銅和鋁) | 不銹鋼 316 無磁性 |
350 mm x 50 mm | 0.50 mm | 0.40 mm | 0.60 mm |
350 mm x 125mm | 0.70 mm | 0.70 mm | 0.90 mm |
350 mm x 200 mm | 0.85 mm | 0.95 mm | 1.10 mm |
圖2顯示了一個(gè)典型的金屬探測器。 幾何中心(位置 1)是探測器最不敏感的部分,而角落是最敏感的部分(位置 3)。 所有其他點(diǎn)將介于兩者之間(例如位置 2)。 這種現(xiàn)象被稱為“靈敏度梯度”。
圖2金屬探測器幾何中心位置示意圖
(4)環(huán)境條件
金屬探測器會(huì)在不同程度上受到不利環(huán)境條件的影響,例如電氣干擾、振動(dòng)和溫度波動(dòng)。在高靈敏度下操作時(shí),這些影響會(huì)變得更加嚴(yán)重。
烤箱、冷凍隧道和熱水沖洗都會(huì)產(chǎn)生熱沖擊,從而導(dǎo)致錯(cuò)誤的檢出信號。除非采用良好的設(shè)計(jì)技術(shù)來消除這些問題,否則唯一的解決方案是降低檢測器的靈敏度。
(5)檢測速度
檢測速度取決于金屬探測器的孔徑高度,例如125毫米的孔徑,最大檢測速度約為4米/秒。
(6)產(chǎn)品的干濕度
糖果和谷物食品等干產(chǎn)品相對容易檢測?梢允褂迷诟哳l和超高頻調(diào)諧頻率(通常在800 Khz和900 Khz范圍內(nèi))運(yùn)行的檢測器,它們提供高水平的整體靈敏度,尤其擅長檢測不銹鋼。
鮮肉、家禽、奶酪、魚等濕產(chǎn)品的導(dǎo)電性好于干產(chǎn)品,因此濕產(chǎn)品會(huì)增加檢出難度。但任何產(chǎn)品確切的導(dǎo)電性都無法從基于鹽分、水分或pH值等數(shù)據(jù)中計(jì)算出來,即無法基于產(chǎn)品的特性計(jì)算金屬探測器的靈敏度,因此金屬探測器制造商應(yīng)提供這項(xiàng)服務(wù)。
(7)自動(dòng)產(chǎn)品補(bǔ)償
產(chǎn)品的包裝規(guī)格、干濕度等均會(huì)對靈敏度造成影響,沒有自動(dòng)產(chǎn)品補(bǔ)償功能的金屬探測器,當(dāng)更換產(chǎn)品時(shí),應(yīng)針對不同的產(chǎn)品調(diào)整檢測器的設(shè)置(即使有自動(dòng)補(bǔ)償功能的探測器也可能需要手動(dòng)調(diào)整,只不過調(diào)整相對簡單)。
04 金屬探測儀的靈敏度確定
我國現(xiàn)有的食品標(biāo)準(zhǔn)與法規(guī)法規(guī)并沒有規(guī)定金屬異物大小。
美國食品藥品監(jiān)督管理局(FDA)合規(guī)性政策指南(CPG)第555.425節(jié)《食品-涉及堅(jiān)硬或尖銳異物的摻假》中規(guī)定“禁止銷售含有 7-25 mm 堅(jiān)硬或尖銳異物的即食食品”。
該指南也提到:如果目標(biāo)消費(fèi)者是特殊人群,如嬰幼兒、手術(shù)患者、老年人,小于7 mm的異物也屬于安全風(fēng)險(xiǎn),禁止銷售。
通常,根據(jù)金屬探測儀使用的不同技術(shù),建議的靈敏度如下:
表4常規(guī)金屬探測靈敏度
產(chǎn)品高度 | 黑色金屬 |
有色金屬(黃銅、銅和鋁)
|
不銹鋼 316無磁性
|
>25 mm | 1.5 | 2.0 | 2.5 |
25-75 mm | 2.0 | 2.5 | 3.5 |
75-125 mm | 2.5 | 3.0 | 4.0 |
125-175 mm | 3.0 | 3.5 | 4.5 |
表5使用超高調(diào)諧頻率技術(shù)的金屬探測靈敏度
產(chǎn)品高度 | 黑色金屬 | 有色金屬(黃銅、銅和鋁) | 不銹鋼 316無磁性 |
>25 mm | 0.5-0.6 | 0.6-0.8 | 0.8-1.0 |
25-75 mm | 0.6-0.8 | 0.8-1.0 | 1.0-1.2 |
75-125 mm | 0.8-1.0 | 1.0-1.2 | 1.2-1.5 |
125-175 mm
|
1.0-1.2 | 1.2-1.5 | 1.5-1.8 |
注:適用于干產(chǎn)品。
表6使用MSF技術(shù)的金屬探測靈敏度
產(chǎn)品高度 | 黑色金屬 | 有色金屬(黃銅、銅和鋁) | 不銹鋼 316無磁性 |
>25 mm
|
0.8-1.0 | 1.2-1.5 | 1.5-1.8 |
25-75 mm | 1.0-1.2 | 1.5-1.8 | 1.8-2.2 |
75-125 mm | 1.2-1.5 | 1.8-2.2 | 2.2-2.5 |
125-175 mm | 1.5-2.0 | 2.2-2.8 | 2.5-3.0 |
注1:使用多同步頻率(Multi Simultaneous Frequency簡稱MSF)技術(shù)金屬探測靈敏度
該技術(shù)同時(shí)使用2個(gè)或更多頻率工作,其中至少一個(gè)頻率在高頻模式下工作,盡可能的消除產(chǎn)品抑制信號導(dǎo)致的檢測誤差。
注2:適用于濕產(chǎn)品。
05 金屬探測器的安裝和調(diào)試
在金屬探測器進(jìn)行首次安裝和調(diào)試時(shí),需要注意一下方面,首先要保持無金屬區(qū),確保探測器的無金屬區(qū)遠(yuǎn)離所有金屬。其次要減少振動(dòng)和機(jī)械沖擊影響,盡量確探測器不受到振動(dòng)和機(jī)械沖擊的影響。在無法避免此類情況的情況下,應(yīng)盡一切努力將這些影響降至最低。然后預(yù)防電磁干擾(EMI)影響,探測器不應(yīng)安裝在任何可能發(fā)射電磁干擾(EMI)的設(shè)備附近,例如無線電發(fā)射器、逆變器和變速驅(qū)動(dòng)器等。最后要有穩(wěn)定的電源,為探測器供電的電源的任何顯著變化都可能引起電子干擾。電子干擾可能會(huì)對系統(tǒng)性能產(chǎn)生不利影響,以至于系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定,例如錯(cuò)誤的檢出。
06 金屬探測器關(guān)鍵控制點(diǎn)的確認(rèn)
為了控制金屬異物,食品企業(yè)把金屬異物危害作為顯著(重大)危害進(jìn)行控制,通常列為關(guān)鍵控制點(diǎn)(CCP),金屬探測器必須在安裝時(shí)由制造商進(jìn)行確認(rèn)。
制造商通過提供客觀證據(jù)表明金屬探測器已滿足特定預(yù)期用途或應(yīng)用的要求。
如果隨后發(fā)生重大變更(移動(dòng)金屬探測器位置或更換產(chǎn)品),則應(yīng)對金屬探測器實(shí)施重新確認(rèn)。
07 金屬探測器關(guān)鍵控制點(diǎn)的驗(yàn)證
金屬探測器驗(yàn)證,通過測試來完成,目的是確保自上次成功測試以來探測器的性能水平?jīng)]有顯著變化。這些變化可能會(huì)由于以下變化而發(fā)生:
機(jī)器設(shè)置(相位設(shè)置);產(chǎn)品信號;金屬探測器功能;金屬探測器使用周期等。
7.1測試樣品
使用三種污染物類型進(jìn)行監(jiān)測測試,即黑色金屬、有色金屬和不銹鋼(假設(shè)它們都是潛在的異物)。
測試樣品最好是公司危害識別確定的實(shí)際材料類型,例如鐵、黃銅、鋁和316不銹鋼,而不僅僅是通用名稱(例如不銹鋼),這是因?yàn)樗鼈兊拇艑?dǎo)率和電導(dǎo)率存在差異。
7.2測試包的制作
如果可行,最好是制作測試包,即將測試卡固定在包裝成品上用于測試。注意可以使用彩色膠帶對測試包予以區(qū)分(與合格的包裝成品)。測試卡應(yīng)放在測試包的不同位置,包括包裝里、包裝的上下、包裝的前中后等。
7.3測試樣品的定位
測試樣品的首選位置是最不可能被檢測到的位置,可以是包裝的前部、中部或后部;測試樣品應(yīng)始終盡可能靠近孔徑的幾何中心——即在最不敏感的位置。
7.4測試次數(shù)
這將取決于多種因素,取決于食品企業(yè)準(zhǔn)備承擔(dān)的風(fēng)險(xiǎn)水平。
作為一個(gè)推薦的建議:可以考慮按照計(jì)數(shù)抽樣檢驗(yàn)程序 第1部分:按接收質(zhì)量限(AQL)檢索的逐批檢驗(yàn)抽樣計(jì)劃(GB 2828.1-2012)確定測試次數(shù):例如:
選擇一般檢驗(yàn)水平Ⅱ,AQL 2.5(%)(附2);
(2)每小時(shí)檢測3200個(gè)包裝成品;
(3)查表K(測試次數(shù))=125(附3)。
這僅是建議,食品企業(yè)應(yīng)按照自己的風(fēng)險(xiǎn)水平確定測試次數(shù)。
7.5記憶測試
某些食品企業(yè)的客戶要求實(shí)施記憶測試:包括3個(gè)測試樣品和2個(gè)沒有金屬異物的測試樣品。
附1某企業(yè)金屬檢測HACCP計(jì)劃表
附2樣本量字碼
附3.正常檢驗(yàn)一次抽樣方案
附4:某國際公司供應(yīng)商的金屬異物評估標(biāo)準(zhǔn)
除腌制鮮禽類、預(yù)洗、預(yù)切割農(nóng)產(chǎn)品之外的所有產(chǎn)品:
1.5mm 含鐵檢測卡(Fe)
2.5mm 316級不銹鋼檢測卡(SUS 316)
2.0mm 非鐵*檢測卡(Non-Fe)
腌制或冰鮮鮮禽類:
3.0mm 含鐵檢測卡(Fe)
4.5mm 316級不銹鋼檢測卡(SUS 316)
3.5mm 非鐵*檢測卡(Non-Fe)
預(yù)洗、預(yù)切割農(nóng)產(chǎn)品:
2.5mm 含鐵檢測卡(Fe)
3.5mm 316級不銹鋼檢測卡(SUS 316)
3.0mm 非鐵*檢測卡(Non-Fe)
編輯:foodqm
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