Module 6 Entrée d Oxygène pendant le Stockage

Texte intégral

(1)Module 6 Entrée d’Oxygène pendant le Stockage.

(2) 6) Entrée d’Oxygène pendant le Stockage. Présentée par: Audrey Devatine, Maître de Conférences ENSIACET/LGC Cette présentation est issue du travail de : Patrick Shea (Vitop). Sophie Vialis, Patrick Vuchot & Laurent Morard (Inter Rhône). Cendrine Lallement (Smurfit Kappa Bag-in-Box). Audrey Devatine (University of Toulouse). & experts independants George Crochiere (USA) & Aurélie Peychès Bach (France). 2.

(3) 6) Entrée d’Oxygène pendant le Stockage. 3. | Pourquoi la durée de vie du vin est-elle diminuée en Bag-In-Box? | Boite en carton. Durée de vie du vin. Film flexible. Robinet stockage conditionnement ►. ouverture. temps. Avantage du BIB : minimiser le contact entre le vin et l'air lorsque le BIB est ouvert en raison de la souplesse de l’emballage. ►. Mais : le film d'emballage, les soudures du film et la fermeture du robinet ne sont pas parfaitement imperméables à l'oxygène. Les entrées d’oxygène durant le stockage réduisent la durée de vie du vin.

(4) 6) Entrée d’Oxygène pendant le Stockage. 4. | Quelles sont les entrées d’oxygène dans le vin durant son stockage en BIB ? |. par le film d’emballage. par le robinet. O2. par la soudure. par la soudure. par le film d’emballage ►. Remarques : 1 le rapport “surface film/volume vin”  quand volume BIB :. 3L 52. 2 Le rapport “longueur soudure/volume vin”  quand volume BIB : 377. 10 L 37. 174. L’entrée d’oxygène par litre de vin est probablement plus faible pour les grands volumes de BIB.

(5) 6) Entrée d’Oxygène pendant le Stockage. 5. | Quels sont les objectifs de nos travaux de recherche ? | ►. Objectifs de notre étude :  Quantifier les entrées d’oxygène au conditionnement et durant le stockage en BIB  Evaluer les améliorations possibles pour augmenter la durée de vie du vin en BIB. Paramètres pertinents à identifier : TPOF. OTS. Total Package Oxygen right after Filling en mg/L Quantité totale d’oxygène dans le BIB juste après le conditionnement. LCO. Oxygen Transmission during Storage. O2. O2. au conditionnement. +. en mg/L. O2. Quantité d’oxygène transférée au vin durant son stockage. durant le stockage. Total Life Cycle Package Oxygen from fill to consumption. =. en mg/L. O2. Quantité totale d’oxygène dissoute dans le vin. du conditionnement à l’ouverture du BIB. O2. O2.

(6) 6) Entrée d’Oxygène pendant le Stockage | Définition de la TPO |. TPOF +. O2. ►. 6. OTS. =. O2. O2. Total Package Oxygen est une mesure. O2. LCO O2. O2. conditionnement. durant le stockage. jusqu’à l’ouverture. de l’oxygène présent dans l’emballage à tout moment. Il s’exprime en mg d’oxygène par litre de vin (mg/L).. Total Package Oxygen (TPO) =. Oxygène gazeux contenu dans l’espace de tête. +. Oxygène dissous. par litre de vin. ►. Au conditionnement : il est appelé TPOF F pour Filling (conditionnement). O2 gazeux dans l’espace de tête. O2 dissous.

(7) 6) Entrée d’Oxygène pendant le Stockage | Définition de l’OTS & de l’OTR |. TPOF +. O2. 7. =. OTS O2. O2. Oxygen Transmission during Storage (OTS). conditionnement. =. O2. LCO O2. O2 durant stockage. jusqu' à l’ouverture. Oxygen Transmission Rate (OTR) x jours de stockage. OTR est la vitesse de transfert de l’oxygène (mg/jour) par litre de vin  Il s’agit de la mesure de la vitesse de pénétration de l’oxygène dans l’emballage sous des conditions spécifiques (température, humidité, pression, ...). L’OTR est exprimé en mg/L/jour.. 1 O2. 2 2. 1 3. 3 voies de transfert. air robinet. vin. 3 air soudure vin. air film vin. Même configuration de transfert : gaz / emballage / liquide.

(8) 6) Entrée d’Oxygène pendant le Stockage. 8. | Définition de la LCO | ►. Total Life Cycle Package Oxygen (LCO) représente l’exposition totale du vin à l’oxygène depuis son conditionnement jusqu'à l’ouverture du BIB. Il s’exprime en mg d’oxygène par litre de vin (mg/L).. LCO. TPOF. Total Life Cycle Package Oxygen from fill to consumption en mg/L. O2. O2 total dissous dans le vin. du conditionnement à l’ouverture du BIB. O2. O2. OTS. Total Package Oxygen right after Filling. =. en mg/L O2 contenu dans le BIB juste après son conditionnement. O2. O2. au conditionnement. +. Oxygen Transmission during Storage en mg/L O2 transféré au vin durant son stockage. O2. OTS = OTR × jours de stockage. durant le stockage.

(9) 6) Entrée d’Oxygène pendant le Stockage | Mesure de la TPO | ►. par des sondes optiques non-intrusives : Technologie récente. TPOF +. O2. 9. OTS. =. O2. O2. O2. LCO O2. O2. conditionnement. durant le stockage.  Mesure basée sur un faisceau de LED envoyé à travers l’emballage sur des pastilles (capteurs) en contact avec la phase à mesurer. jusqu’à l’ouverture. *mesuré avec le BIB cône meter.  Ces sondes mesurent la concentration en oxygène (mg/L): 1 oxygène gazeux A mg/L mesure de O2. B mg/L. 2 oxygène dissous. Robinets transparents équipés d’un capteur. A mg/L. B mg/L. Total Package Oxygen : TPO (mg/L) =. A mg/L x. volume de l’espace de tête* volume du BIB. +. B mg/L. TPOF = TPO juste après le conditionnement.

(10) 6) Entrée d’Oxygène pendant le Stockage | Evaluation de l’OTS |. TPOF +. O2. ►. la valeur de l’OTR est nécessaire pour évaluer l’OTS. OTS. =. O2. O2. O2 conditionnement. (OTS = OTR × jours de stockage) :. 10. LCO O2. O2 durant stockage. jusqu' à l’ouverture.  la détermination conventionnelle de l’OTR est réalisée par des mesures Gaz/Gaz à partir de capteurs coulométriques ►. Cette technologie permet de mesurer la quantité d’oxygène transférée à travers un constituant d’emballage (film ou robinet). La mesure se fait, dans une cellule hermétique, entre deux gaz : l’un à 21% ou 100% de O2, l’autre à 100% de N2.. OTR du film dans un système gaz / film / gaz OTR du robinet dans un système gaz / bouchon / gaz.

(11) 6) Entrée d’Oxygène pendant le Stockage. 11. | Détermination de l’OTR par méthode coulométrique | cc/m2/jour (100% O2). mg/L/jour. mg/L/jour. volume du BIB = 3L. volume du BIB = 10L. 0,009. OTR du film 1. 1. 0,013. OTR du film 2. 2. 0,027. OTR du robinet. 0,5. 0,043. OTR film << OTR robinet. 0,019 0,013. OTR film ≈ OTR robinet. OTR  quand volume du BIB  ►. Cette technologie est pratique et adaptée :  pour caractériser les propriétés de l’emballage (film ou robinet)  pour classer les films ou les robinets en fonction de leur perméabilité  pour les contrôles industriels rapides. ►. Mais, la méthode coulométrique :. N’est pas un test réaliste pour évaluer les entrées d’oxygène dans un BIB rempli de vin.

(12) 6) Entrée d’Oxygène pendant le Stockage | Représentation simple de la résistance au transfert| Transfert dans l’air. Transfert dans un liquide. 12.

(13) 6) Entrée d’Oxygène pendant le Stockage. 13. | Pourquoi les méthodes coulométriques ne sont-elles pas adaptées? | Parce que dans le cas d’un BIB rempli de vin Le liquide contenu dans le BIB (vin) ajoute une résistance au transfert de masse significative Cette résistance au transfert de masse dans le liquide est significative parce que : 1 2. Les coefficients de diffusion sont plus faibles dans les liquides que dans les gaz La faible solubilité de l’oxygène dans le liquide réduit fortement le gradient de concentration dans le liquide et donc réduit la force motrice de transfert. méthode coulométrique. OTR du film pour système gaz / film / gaz OTR du robinet pour système gaz / robinet / gaz. Configuration réelle : BIB rempli de vin. OTR du film pour système gaz / film / liquide (vin) OTR du robinet pour système gaz / robinet / liquide (vin).

(14) 6) Entrée d’Oxygène pendant le Stockage | Que. ►. ►. 14. serait une évaluation idéale de l’OTR en BIB rempli ? |. Une évaluation idéale doit donner une mesure globale de la quantité d’oxygène ayant pénétré pendant le stockage en BIB rempli (par le film, le bouchon et les soudures) Une évaluation idéale doit être standardisée. Principe de la nouvelle méthode d’évaluation de l’OTR pour un BIB rempli  Elle est basée sur la mesure de l’évolution au cours du temps de la concentration en oxygène dissous d’une solution de référence contenue à l’intérieur de la poche du BIB  Cette solution de référence est reproductible et similaire au vin (mesure indépendante du type de vin)  C’est une solution qui ne consomme pas d’oxygène pour pouvoir utiliser une mesure de O2 dissous  C’est une solution acide hydro-alcoolique (pH = 3,5) : eau - 15% éthanol - solution de HCl  La durée de la méthode est acceptable and représentative (45 jours).

(15) 6) Entrée d’Oxygène pendant le Stockage | Préparation ►. 15. de la solution pour Méthode OTR sur emballage rempli|. Préparation d’une solution eau/éthanol/HCl avec un taux d’oxygène bas (ex. : solution 10L). HCl. Ethanol. N2 N2 N2 N2. O2 N2 O N 2 O2 2 O2 N2. 8,5 L d’eau avec un oxygène dissous > 5 mg/L O2. ►. 1ère élimination de l’O2 par barbotage avec de l’azote. N2.  Viser un oxygène dissous < 0.5 mg/L. O2 O2. ►. O2. ►. Addition de 1,56 L d’éthanol (96 % alc/vol). ►. 2ème élimination de l’oxygène à l’azote (mais très doucement afin de ne pas retirer l’éthanol de la solution). N2.  Viser une oxygène dissous < 0.5 mg/L ►. Addition de 0,35 mL (7 gouttes) d’HCl (acide chlorhydrique) à 37% dans la solution pour atteindre un pH de 3,5 pour restreindre la croissance microbienne..

(16) 6) Entrée d’Oxygène pendant le Stockage | Remplissage, stockage et agitation desen échantillons| | Que serait une évaluation idéale de l’OTR BIB rempli ?. 16. |. ►. Equipement de remplissage : Pour la nouvelle méthode OTR sur emballage rempli, la machine doit être capable d’atteindre un TPO après remplissage < 4 mg/L pour un BIB de 3L avec un OD initial de < 0,5 mg/L.. ►. Ordre de remplissage : mélanger les poches afin d’en augmenter le caractère aléatoire.. ►. Stockage : 20 - 23°C avec le robinet en bas de la boîte et le robinet à l’abri de la lumière.. ►. Agiter très doucement en maintenant le robinet en bas avant la mesure..

(17) 6) Entrée d’Oxygène pendant le Stockage | Compromis pour le choix de la méthode OTR| Il y a des compromis entre rapidité, simplicité, précision et comparabilité dans chaque méthode OTR. ►. La nouvelle méthode de mesure de l’OTR sur emballage rempli (par rapport à la méthode coulométrique en gaz/gaz) est ni rapide ni simple mais elle permet une plus grande précision et comparabilité entre différentes types de poches. ►. Rapidité. Précision. Comparabilité. Simplicité. 17.

(18) 6) Entrée d’Oxygène pendant le Stockage. 18. | Ajustement de l’effet de saturation si le BIB doit être utilisé pour le vin | ►. ►. | Au fur et à mesure que le niveau d’oxygène dans la solution augmente, la force motrice pour transférer des quantités supplémentaires d’oxygène est réduite, ce qui ralentit l’OTR. À environ 8 mg/L, la solution atteint un point de saturation (force motrice = 0) et l’oxygène ne peut plus pénétrer à travers l’emballage.. 21% O2. Air. < 8 mg/L O2. Solution non-saturée. Entrée d’oxygène. 21% O2. Air. 8 mg/L O2. Solution saturée. Pas d’entrée d’oxygène  Equilibre atteint  Eau saturée en oxygène.

(19) 6) Entrée d’Oxygène pendant le Stockage. 19. | Nouvelle méthode pour la mesure de l’OTR d’un BIB rempli de liquide | L’OTR est basé sur l’augmentation de OD dans les BIB remplis avec la solution ►. L’OTR est basé sur 10 points de 16 à 45 jours avec la hausse des niveaux d’oxygène dissous (OD) dans la solution comme une conséquence directe de l’entrée d’oxygène à travers l’emballage.. ►. Avant 16 jours, les niveaux d’OD ne sont pas inclus dans l’OTR, principalement parce que l’oxygène de l’espace de tête se dissout dans la solution. 16 jours 5. 4,5 4. Oxygène dissous en mg/L. 3,5. Pente = 0.0139 mg/L/jour. 3 2,5. OTR avec la solution = pente de la courbe = 0,0139 mg/L/jour. 2 1,5 1 0,5 0. 0. 5. 10. 15. 20. 25. 30. 35. 40. 45. 50. Jours.

(20) 6) Entrée d’Oxygène pendant le Stockage. 20. | Nouvelle méthode pour la mesure de l’OTR d’un BIB rempli de liquide | Ajustement de l’effet de saturation si le BIB doit être utilisé pour le vin ►. Exemple simplifié montrant l’ajustement de l’effet de saturation si le vin (qui consomme de l'oxygène) était conditionné à la place de notre solution modèle (qui n’en consomme pas). Les vrais ajustements sont obtenus à partir d'une équation de transfert de flux de masse. 16 jours. Pente = 0.0262 mg/L/jour. Pente = 0.0139 mg/L/jour. Oxygène dissous en mg/L. OTR avec solution ajustée pour l’effet de saturation afin de simuler le vin = pente de la courbe = 0.0262 mg/L/jour Jours.

(21) 6) Entrée d’Oxygène pendant le Stockage. 21. | Nouvelle méthode pour la mesure de l’OTR d’un BIB rempli de liquide | ►. La meilleure méthode s’appuie sur le concept de “coefficient global de transfert de masse côté liquide” Surface de contact gaz-liquide = surface du BIB = surface du film (en m2). Oxygen Transmission Rate (mg/L/day). = Kglobal . A. Coefficient global de transfert de masse (film + robinet + soudure) (en m/s). Détermination expérimentale à partir du suivi de C dissous O2 au cours du temps * vis-à-vis de l’air. Solubilité de O2 dans la solution de référence = 8 mg/L*. V. . (C* - CO ) O 2. Oxygène dissous dans la solution de référence (en mg/L). 2. Volume de vin (en m3). par le robinet O2. par la soudure. CO. 2. par le film d’emballage.

(22) 6) Entrée d’Oxygène pendant le Stockage. 22. | Nouvelle méthode pour la mesure de l’OTR d’un BIB rempli de liquide | O2 dissous. C*. Enregistrement des concentrations en O2 dissous au cours du temps. O2. zone de transmission. zone d’équilibrage O2. temps (jour). 16 jours. Les 16 premiers jours correspondent principalement au transfert de O2 contenu dans l’espace de tête. vers le vin jusqu’à l’obtention de l’équilibre Mesure de O2 au cours du temps par sonde optique non-intrusive. Conditionnement (jour 0). temps.

(23) 6) Entrée d’Oxygène pendant le Stockage. 23. | Nouvelle méthode pour la mesure de l’OTR d’un BIB rempli de liquide | O2 dissous. C*. Zone de mesure de l’OTR O2 Zone de transmission. Ci. Zone d’équilibrage O2. 16. 45 jours. temps (jour). Traitement mathématique. ln. C* - Ci C* - C. pente = Kglobal .A. Dans la pratique, cela revient à faire. 10 mesures : 1 mesure tous les 3 jours du 16ème jour au 45ème jour. 16. V. temps (jour). 45 jours.

(24) 6) Entrée d’Oxygène pendant le Stockage. 24. | Evaluation de l’OTR & Extrapolation à l’OTS d’un BIB rempli de vin | Extrapolation au VIN.  La solubilité de l’oxygène dans le vin est égale à 8 mg/L  La concentration en O2 dissous dans le vin est égale à 0 mg/L due à sa consommation par les composés du vin  L’OTS est déterminé pour une durée arbitraire : 180 jours de stockage. OTRvin = Oxygen Transmission Rate (mg/L/jour). = Kglobal . A. V. . (8 mg/L - 0 mg/L). Déterminé dans la solution de référence. & OTSvin =. Oxygen Transmission during Storage (mg/L). = Kglobal . A. V. . 8 mg/L . 180 days. Déterminé dans la solution de référence.

(25) 6) Entrée d’Oxygène pendant le Stockage. 25. | Valeurs d’OTR & OTS pour 4 BIB différents | ►. Valeurs d’OTR BIB rempli et OTS (= OTR x 180 jours) pour 4 BIB différents (expérimentation Inter Rhône). OTR (mg/L/jour) 0,07. 0.0703 mg/L/jour = film OTR + tap OTR. 0,06. 0.0567. 0,05 0,04. Résultats obtenus méthode coulométrique. 0.0343. 0,03. 0.0289. 0.0321. 0.0225. 0.0208. 0.0216. Film 1 3L. Film 2 10L. Film 1 10L. 5.20. 3.74. 0,02. Les OTR de BIB remplis sont plus faibles que ceux obtenus par coulométrie, car la résistance au transfert de masse dans le liquide est significative. 0,01 0. Film 2 3L 6.17. 3.89. OTS (mg/L) pour 180 jours.

(26) 6) Entrée d’Oxygène pendant le Stockage | Comment réduire la LCO ? |. TPOF +. O2. 26. =. OTS. O2. O2. O2. ►. conditionnement. En réduisant TPOF. volume de l’espace de tête volume du BIB. O2. O2 durant le stockage. jusqu’à l’ouverture.  réduire la quantité d’oxygène dissous dans le vin avant le conditionnement par désoxygénation. Total Package Oxygen au conditionnement : TPOF (mg/L) = A mg/L x. LCO. +. B mg/L. A mg/L. O2  réduire la quantité d’oxygène gazeux contenu dans l’espace de tête en utilisant un gaz inerte  réduire le volume de l’espace de tête. oxygène gazeux dans l’espace de tête. O2 B mg/L. oxygène dissous dans le vin.

(27) 6) Entrée d’Oxygène pendant le Stockage | Comment réduire la LCO ? |. TPOF +. O2. 27. OTS. =. O2. O2. O2. ►. conditionnement. En réduisant OTS. durant stockage. jusqu' à l’ouverture. OTS (mg/L) = Oxygen Transmission Rate (mg/L/jour) x jours de stockage.  augmenter la qualité du film. O2. O2. Oxygen Transmission during Storage:.  augmenter la qualité du robinet. LCO.

(28) 6) Entrée d’Oxygène pendant le Stockage. 28. | Fixer les objectifs de la LCO | ►. Exemple d’une amélioration de LCO sur 3 ans pour des BIB de 3L :. oxygène dissous (mg/L). 14 10.5 8,5 7. 7 3,5. YEAR 00 ANNÉE. YEAR 11 ANNÉE. 6 2,5 YEAR 22 ANNÉE. 7. Total Life Cycle Oxygen (TPOF + OTS). 5. O2 180 jours de stockage (OTS). O2 juste après le conditionnement (TPOF) Year of Goal YEAR 33 Year of Goal ANNÉE 2. Note: La diminution de la TPOF (ajustement de la machine de remplissage) pourrait être largement suffisante pour atteindre une durée de vie acceptable..

(29) 6) Entrée d’Oxygène pendant le Stockage. 29. | Un changement majeur de l’expression des résultats OTR | ►. Les résultats OTS basés sur notre méthode OTR sur emballage rempli devraient toujours être exprimés en mg/L en fonction d’une taille d’emballage spécifique (exemple : 3L), d’un liquide (exemple : vin) et d’une durée de référence (ici 180 jours).. ►. Plus la taille de l’emballage est grande, plus l’OTR est petit (et donc l’OTS) parce que la surface du film par rapport au volume de liquide est plus petite.. ►. Le type de produit conditionné affectera l’OTR (et donc l’OTS) vu qu’un liquide qui consomme l’oxygène (tel que le vin) attirera l’oxygène plus facilement de l’extérieur vers l’intérieur qu’un liquide qui ne consomme pas d’oxygène (comme l’eau).. ►. Approcher la réalité implique un changement majeur de la façon d’exprimer les unités d’O2 pour l’industrie du BIB. Vin en 10L. Vin en 3L. OTR. Eau en 3L. Vin en 3L. OTR.

(30) 6) Entrée d’Oxygène pendant le Stockage | Conclusion | ►. Avantages de la nouvelle méthode :. O2.  Valeur d’OTR global pour un BIB rempli de vin  Mesure réaliste  Découplage des différentes voies de transfert de l’oxygène permettant de proposer des améliorations ►. Inconvénients :  Nécessite un robinet transparent pour utiliser la mesure optique  Durée de mesure assez élevée (45 jours). Un pas en avant vers la compréhension des mécanismes de transfert de l’oxygène dans le vin et une évaluation plus réaliste de la durée de vie du vin stocké en BIB. 30.

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