Лекция №2. Упаковочные материалы для потребительской тары из металла

Преимуществами металлической тары являются – достаточная механическая прочность, технологичность. В отличие от стеклянных банок жестяные в 3 раза легче, нечувствительны к перепадам температур, нет опасности попадания стекла в продукт.

Недостатки: жестяные банки подвержены коррозии, требуют расхода дефицитного олова и дорогостоящих лаков.

Основными материалами для производства металлической потребительской тары является жесть и алюминий.

Жесть – тонколистовая сталь толщиной от 0,2 до 0,5 мм. Для потребительской тары применяется жесть из низкоуглеродистой стали, отличающейся высокой пластичностью. Для предотвращения ржавления жесть покрывают с 2-х сторон слоем олова (белая или лужёная жесть).

Белая жесть появилась в начале 19 века в Англии. Сначала (до 30-х гг. ХХ века) олово наносилось на металлическую основу в расплавленном состоянии (жесть горячего лужения). В настоящее время широкое распространение получил способ электролитического лужения. При этом тонкий слой олова отлагается на металлическую основу из электролитов электрохимическим путём. Электролитическое лужение обходится значительно дешевле ввиду экономии олова, повышения производительности. Кроме того, покрытие более равномерное. Небольшое количество жести горячего лужения производится у нас в стране в основном для хранения продукции госрезервов. Основным производителем белой жести является Магнитогорский металлургический комбинат и в Казахстане Карагандинский металлургический комбинат.

Лужёная жесть имеет блестящую чистую поверхность, хорошо сопротивляется коррозии ввиду химической устойчивости олова по отношению к воздуху, воде, разведённым кислотам. Однако при малейшем нарушении целостности оловянного слоя в местах такого нарушения в присутствии влаги образуется гальваническая пара: олово-железо, и лужёная жесть начинает быстро ржаветь.

Количество олова определяет срок годности банки. Как правило в жести электролитического лужения используются 3 основным класса покрытия: I – 2,8; II-5,6; III- 11,2г/м² с каждой из сторон. Толщина покрытия в третьем классе достигает полутора мкм. При горячем способе средний расход олова 20 г/м² и толщина слоя в среднем 3 мкм.

Оловянное покрытие для белой жести всегда пористое. Чем тоньше слой олова, тем больше при прочих равных условиях пористость покрытия. Соприкасаясь с пищевой средой или влажной атмосферой, каждая пора порождает гальванический элемент (олово-железо), который является основной причиной разрушения покрытия.

Суть электрохимической коррозии состоит в том, что на аноде происходит растворение олова или железа. На катоде может протекать процесс восстановления ионов Н⁺ и образования газообразного водорода, в результате чего происходит химический бомбаж.

Наиболее часто внутренняя коррозия белой жести приводит к растворению олова. Олово в этом случае служит анодом и переходит в раствор.

 

2Sn + 2HCl → 2SnCl + H₂^↑

 

На жести без лакирования дело может дойти до отслоения олова на большой поверхности.

Этот тип коррозии ускоряет такие вещества, как органические кислоты, особенно щавелевая, а также нитраты, полифенолы, некоторые амины, полифосфаты, свободные жирные кислоты и др. Многие из этих веществ способствуют растворению олова без выделения водорода:

 

4Sn + NO₃⁻ + OH⁻ → NH₄⁺ + 4Sn⁺⁺ + 3H₂O

 

Нитраты в связи с их широким использованием в качестве удобрений содержатся в повышенных количествах в питьевой воде и растительном сырье. Концентрация нитратов в продукте 52мг/кг достаточна, чтобы вызвать значительное отслоение олова у жестяной банки без лакирования и повысить содержание олова в продукте до 400мг/кг (в 2 раза выше нормы).

Другим типом внутренней коррозии в консервах является сквозная коррозия, что характерно для сильно кислых продуктов с маловязкими заливочными жидкостями, которые создают возможность для относительно быстрого обмена веществ в местах образования пор.

 

Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂^↑

К растворителям железа относятся также солёные огурцы, спаржа, зелёный горошек, морковь.

Любой тип коррозии ускоряется наличием оставшегося в банке кислорода.

При консервировании необходимо учитывать наличие катализатора коррозии в продукте и использовать жесть определённого класса покрытия. Наиболее агрессивными считаются следующие консервы: томатная паста (органические кислоты, в т.ч. щавелевые), овощные закусочные консервы с томатом (уксусная кислота, нитраты, щавелевая кислота), шпинат (щавелевая кислота), свёкла (полифенолы), маринады овощные (уксусная кислота, нитраты), компоты из слив, малины, вишни, черешни (полифенолы, органические кислоты), яблочный сок (органические кислоты), рыбные консервы в томатном соусе (амины, уксусная кислота, органические кислоты, в т.ч. щавелевая в томатах), треска копчёная в масле (амины, фенолы), рыбные консервы в маринаде (амины, уксусная кислота).

К мало агрессивным относят малокислые продукты с вязкой консистенцией: молоко сгущенное с сахаром, варенье, мармелад, молоко сгущенное без сахара, супы гороховый и куриный, сахарная кукуруза, зелёный горошек.

К умеренно агрессивным – томаты цельно консервированные, томатный сок, рис, лапша с говядиной, рыба натуральная и в масле и др.

При консервировании мяса, рыбы и некоторых других белковых продуктов (зелёный горошек, бобы, фасоль) в процессе стерилизации и при хранении выделяется сероводород и другие сернистые соединения, которые реагируя с белой жестью на поверхности и через поры, образуют сульфиды олова и железа.

Сульфиды олова почти нерастворимы в слабых растворах органических кислот и защищают поверхность жести от дальнейшей коррозии. Внутренняя поверхность банки покрывается пятнами различной окраски от светло-жёлтой до фиолетовой. Такое явление называется побежалостью или мраморностью. Сульфид железа имеет тёмный цвет. В том случае, если сульфиды железа и олова изменяют цвет продукта, дефект считается недопустимым и носит название сульфидной коррозии.

В целях повышения устойчивости белой жести к любому виду коррозии её покрывают специальными лаками. Лаковое покрытие даже в сочетании с тонким слоем олова обладает хорошими защитными свойствами, что позволяет экономить дефицитное олово. Лаковое покрытие очень эффективно снижает образование сульфидов олова и железа. Главное его достоинство – это возможность консервировать продукты, которые являются выраженными растворителями олова.

Для получения лаков используют различные синтетические смолы. Лучшими свойствами обладают эпоксифенольные смолы. Используются также виниловые, акриловые и другие.

При образовании очень тонких плёнок высушенных лаков не возникает больших переходов веществ в консервируемый продукт. Обычно предельно установленная норма перехода синтетических материалов в продукт (60 мг/кг) никогда не достигается, если процесс сушки лака от растворителя проведён правильно.

Белая жесть является лучшим материалом для консервирования сильно агрессивных пищевых продуктов. С целью снижения расхода дефицитного олова ограничено используются другие материалы: чёрная лакированная жесть, хромированная жесть, алюминий и другие.

Трудность использования в пищевой промышленности чёрной лакированной жести, где единственным защитным слоем является лак, заключается в разработке надёжных композиций лаков. Этот вид жести производится для консервной промышленности в некоторых странах. В нашей стране чёрная лакированная жесть в прошлые годы применялась в основном для производства укупорочных средств (кронен-пробка).

Хромированная жесть появилась в Японии относительно недавно около 45 лет назад, но её производится в мире уже около 1 млн.т. Преимуществами хромированной жести является отсутствие дефицита хрома, относительная дешевизна покрытия, которые в 30 раз тоньше оловянного. Однако использование хромированной жести без какого-либо дополнительного защитного слоя невозможно в силу двух причин: 1) хромовое покрытие обладает абразивными свойствами и приводит к быстрому износу оборудования для изготовления банок; 2) защитные свойства хрома по отношению к железу уступают олову и железо быстро растворяется в кислых средах с лаковым покрытием на обеих сторонах. Недостатком хромированной жести является сложность закатывания банок с высокой скоростью.

В СНГ хромированная жесть производится и используется для получения кронен-пробок, крышек для закатки стеклянных банок, упаковывания сыпучих продуктов (кофе), а также для консервирования некоторых продуктов.

Широко используемой тарой для консервов является алюминиевая. Алюминий не оказывает влияние на вкус, цвет и запах продукта. Другими преимуществами алюминия являются лёгкость, хорошая теплопроводность, технологичность; он легко подвергается декоративной обработке. Этот материал имеет большие сырьевые ресурсы. Для получения алюминия требуются большие энергозатраты, что сдерживает его производство. Стоимость алюминия в 3-4 раза выше, чем жести, но т.к. алюминий легче, то цены сопоставимы.

Алюминий обладает недостаточной коррозийной стойкостью к большинству консервируемых пищевых продуктов. Поэтому его лакируют, а перед нанесением лака производят специальную обработку.

Алюминий быстро корродирует в разбавленных уксусной и щавелевой кислотах, в растворах хлоридов. Он устойчив в среде мяса, молока, рыбы, таких овощей, как зелёный горошек, морковь и неустойчив в томатах (натуральных и концентрированной томат-пасте), шпинате, щавеле, капусте, луке. В последние годы появились сведения о неблагоприятном действии алюминия на организм человека. Алюминиевая посуда на Западе замещена другой. Нельзя в алюминиевой посуде готовить кислые блюда. Алюминиевые банки для консервов обязательно лакируют. Считается, что алюминий может замещать кальций в мышечной и нервной тканях, что неблагоприятно влияет на деятельность в частности головного мозга.