مقالات

مروری بر پوششهای مخصوص قوطی های کنسرو و نوشیدنی ها

مهندس ناصر پوریامنش

دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی رنگ

موسسه پژوهشی علوم و فناوری رنگ و پوشش

چکیده :

غذاها و نوشیدنی های کنسرو شده سهم بسزایی در سبد تغذیه انسان ها دارند. ماندگاری طعم، رنگ و ظاهر و همچنین عاری بودن از هرگونه عامل بیماری زا از جمله ویژگی هایی هستند که مورد انتظار مصرف کنندگان است. این امر با پوشش دهی داخلی به وسیله رزین های محافظ تحقق می یابد. با توجه به اقدامات اخیر برای حذف رزین های اپوکسی رایج مورد استفاده در کنسروها، تحقیق در مورد گزینه های جایگزین این پوشش ها آغاز شده است. در دسترس بودن، امکان پذیری صنعتی و مضر نبودن برای سلامتی از جمله ویژگی های مهم این پوشش هاست. برخی از این اطلاعات به صورت عمومی در دسترس است اما با توجه به بحث امکان پذیری صنعتی ، تحقیقات بیشتری برای بررسی معایب و فواید این پوشش های جایگزین مورد نیاز است.

مقدمه :

کنسرو کردن[۱] بسته بندی غذاها و نوشیدنی ها در محفظه های ایزوله در برابر هوا  همراه با گرمادهی برای نابودسازی عوامل بیماری زا و آنزیم های غیرفعال- اولین بار در دهه ۱۸۰۰ میلادی توسط دولت فرانسه به منظور نگهداری غذا برای نیروهای ارتش ناپلئون انجام شد. پس از آن در دهه ۱۸۲۰ میلادی، قوطی های حلبی (آهن پوشش داده شده با قلع) در امریکا ارایه شدند. این قوطی های دست ساز در فصل برداشت محصول کشاورزی استفاده های بسیاری داشتند. اولین قوطی های آلومینیومی در سال ۱۹۵۸ میلادی در امریکا تولید شد. به مرور زمان کنسرو کردن غذاها و نوشیدنی ها در این قوطی های حلبی و آلومینیومی برای نگهداری و ذخیره غذاها به دلیل قیمت پایین مواد سازنده، سرعت بالای تولید و ماندگاری آن ها مورد توجه قرار گرفت. علاوه بر این موارد کنسرو کردن به دلیل حفظ کردن طعم، رنگ و ظاهر غذاها و ایمن نگه داشتن آن ها در برابر آلودگی و فاسد شدن به سرعت شهرت  پیدا کرد. از دیگر مزیت های کنسرو کردن می توان به دور نگه داشتن حشرات، رطوبت و نور خورشید از محصول اشاره کرد.

مهندسی و ساخت قوطی های سبک و ایزوله فرآیند پیچیده ای دارد. این امر شامل شیمی پوشش قوطی ها نیز می شود که برای محافظت از غذاها و نوشیدنی ها در برابر سطح فلز (حفظ طعم و جلوگیری از ایجاد عوامل بیماری زا) کاربرد دارد. قوطی های کنسرو عمدتاً با رزین ها پوشش دهی می شوند، رزین ها ترکیبات مایعی هستند که به مانند لعاب سخت می شوند. رزین های طبیعی که اولئورزین نامیده می شوند منشأ گیاهی دارند و رزین های سنتزی، که حالتی شبیه به رزین های گیاهی دارند، تشکیل شده از مونومرهایی هستند که به طور برگشت ناپذیری پخت می شوند.

یکی از رزین های رایج مورد استفاده در پوشش ها، رزین سنتزی اپوکسی است. این رزین به دلیل وجود ماده ی bisphenol A (BPA) در ساختارش و اثراتی که این ترکیب به روی سلامتی انسان ها می گذارد، اخیرا توجهات زیادی را معطوف خود کرده است. به همین دلیل نیاز به یک پوشش جایگزین به جای این پوشش بیش از پیش احساس می شود. متأسفانه استفاده از پوشش های جایگزین در مواردی برخلاف انتظارات، اثرات منفی از خود نشان داده است. پس با توجه به نقش کنسروها در سبد تغذیه انسان ها، پیشرفت این پوشش های جایگزین نیازمند الگوی مناسبی برای انتخاب بی خطرترین و ایمن ترین پوشش است. به مرور زمان فشارها بر روی شرکت های قوطی سازی برای رسیدن به فناوری استاندارد ساخت قوطی بیشتر شد. یکی از مواردی که این شرکت ها موظف به رعایت آن هستند، ساخت قوطی هایی است که  تحت شدیدترین شرایط از غذا و نوشیدنی محافظت کرده و تحت فشار بالا بدون تغییر باقی بماند و درنهایت طعم، بو و ظاهر غذا را حفظ کند. این قوطی ها همچنین باید در حمل و نقل مقاوم بوده، قیمت مناسبی داشته و خطری برای محیط زیست نداشته باشند و در بحث تحقیقات نیز تغییر فرمول ساخت برای بهبود یکی از این خواص بر روی دیگر خواص اثر منفی نگذارد. اداره ی غذا و داروی آمریکا[۲] (US FDA) بیان کرد که از هرگونه تغییرات در قوطی ها برای جایگزینی یا کاهش سطح BPA حمایت می کند. اما اطلاعات بسیار کمی در خصوص گزینه های موجود برای پوشش ها و مقایسه این گزینه ها با یکدیگر در دسترس است. در این مقاله، اطلاعاتی در خصوص پیچیدگی های مرتبط با انتخاب پوشش جایگزین و موارد قابل تحقیق بیشتر، در اختیار خواننده قرار خواهد گرفت.

۲- قوطی کنسرو چیست و چرا پوشش داده می شود ؟

در حالی که قوطی کنسروها ظاهر ساده ای دارند اما تولید آن ها نیازمند دقت مهندسی بالایی است. امروزه قوطی های کنسرو تا حد امکان سبک و یکپارچه ساخته می شوند. در طی ۴۰ سال گذشته، پیشرفت هایی که در بحث مهندسی ساخت این قوطی ها صورت گرفت باعث شد رزین های سنتزی به مرور جای رزین های طبیعی را بگیرند، اما برای آن که به بحث در مورد این رزین ها بپردازیم ابتدا باید بدانیم که خود قوطی های کنسرو چطور ساخته می شوند که در ادامه به صورت خلاصه بیان می شود.

۲-۱ قوطی کنسرو                        

قوطی کنسروها و نوشیدنی ها از آلومینیوم یا فولاد در قالب دو یا سه قطعه فلزی (مس، منگنز، منیزیم، روی، کروم، آهن و تیتانیوم  به عنوان آلیاژ به آلومینیوم افزوده می شود) ساخته می شوند. قوطی های دو تکه معمولا از منگنه کردن یک دیسک فلزی در انتهای قوطی های کم ارتفاع تولید می شوند،  در قوطی های بلندتر، علاوه بر این مرحله، کشش (Drawing). نیز انجام می شود. در آخر نیز پس از پر شدن قوطی، درپوش که از یک قطعه فلز جداگانه ساخته شده است بر روی آن وصل می شود. قوطی سه تکه از فولاد پوشش داده ای ساخته شده است که به دور یک استوانه  پیچیده شده و جوش داده می شود. این قطعه با لایه ی نازک لعاب محافظت می شود. در مرحله ی بعد قسمت زیرین قوطی گذاشته شده، قوطی پر شده و در پوش آن وصل می شود.

۲-۲ پر کردن

اکثر غذاها و نوشیدنی ها بعد از اینکه در قوطی قرار می گیرند استریلیزه می شوند. برای این کار، قوطی ها در نزدیکی نقطه جوش با غذا و نوشیدنی پر می شوند. در روش دیگر نیز قوطی ابتدا پر شده و سپس برای پاستوریزه شدن گرما داده می شود.

۲-۳ پوشش

قوطی های آهنی و فولادی معمولاً با ورقه های حلبی (قلع) پوشش دهی می شوند که به اشتباه قوطی های حلبی[۳] نامیده می شوند. امروزه برای آبمیوه های با رنگ کم از این قوطی ها بدون پوشش آلی استفاده می شود، اکسید شدن قلع سریع تر از تخریب اکسایشی غذا اتفاق افتاده و از تیره شدن و تغییر طعم غذا در مدت زمان طولانی جلوگیری می کند. در قوطی های بدون پوشش آلی، انحلال قلع باعث محافظت الکتروشیمیایی از فولاد می شود. اما در بسیاری از موارد، غذا و نوشیدنی ها باعث خوردگی قلع شده و به سطح فولاد می رسد و در آن ناحیه خوردگی حفره ای اتفاق می افتد. در طی این واکنش، گاز هیدروژن تولید شده و باعث تورم قوطی و آسیب دیدن آن می شود. در قوطی های آلومینیوم، لایه ی اکسیدی  در مجاورت هوا و آب ایجاد می شود. با این که این لایه مقاومت شیمیایی خوبی دارد اما در pHهای پایین و بالا و در غلظت های بالای NaCl حل می شود و برای ایجاد دوباره ی آن نیاز به اکسیژن است. اما مقدار اکسیژن درون قوطی محدود است پس لایه ی اکسیدی به مرور زمان از بین می رود. بدون لایه ی اکسیدی نیز، آلومینیوم شروع به خوردگی می کند. بنابراین قوطی های آلومینیوم بدون پوشش آلی، عمر کوتاهی خواهند داشت.

بنابراین در قوطی های فولادی و آلومینیومی از پوشش های آلی استفاده می شود. در ابتدا این پوشش ها از روغن ها و رزین های طبیعی ساخته می شدند. از سال ۱۹۴۰ میلادی، رزین های سنتزی به دلیل سرعت بخشیدن به تولید و سازگار بودن با انواع مختلف غذاها و نوشیدنی ها به کار گرفته شدند. در برخی قوطی ها پوشش ابتدا  روی قطعات اعمال شده و پخت می شود و سپس قوطی ساخته می شود اما در برخی دیگر از قوطی ها، ابتدا قوطی ساخته شده سپس پوشش دهی می شود. در هنگام پخت، رزین استفاده شده با عامل شبکه ای کننده واکنش داده و ساختاری سه بعدی ایجاد می کندکه مقاومت به خوردگی خوبی از خود نشان می دهد. پوشش دهی بعد از تولید باعث می شود سطح داخلی قوطی کاملاً پوشیده  شود و کمتر شاهد نقص هستیم. در هنگام تولید قوطی، تنش هایی به قطعات وارد می شود بنابراین  در مواردی که پوشش قبل از ساخت اعمال شود باید بحث مقاومت به تنش و انعطاف پذیری پوشش نیز مورد توجه قرار گیرد. از دیگر ویژگی های پوشش ها حفظ طعم، بو و ظاهر محتویات است.

۳- انواع رزین های رایج تجاری: معیاری  برای مقایسه

رزین های تجاری مختلفی برای پوشش دهی قوطی ها در دسترس است که شامل ترکیبات اولئورزین ها (پوشش های برپایه ی روغن های طبیعی) و رزین های سنتزی (آکریلیک، اپوکسی، فنولیک، پلی استر و رزین های وینیلی) می شوند. هر رزین از اجزای سازنده ی مختلفی (مواد طبیعی یا مونومرها) تشکیل می شود. در پوشش نیز برای رسیدن به خواص مورد نظر ممکن است از ترکیبی از رزین ها به اضافه ی مواد افزودنی دیگر استفاده شود. در این ارزیابی، خواص این رزین های تجاری با یکدیگر مقایسه می شود (شکل۱)، این خواص عبارتند از امکان پذیری صنعتی (مقاومت به خوردگی، ساخت، اعمال و کاربری) و رضایت مشتری (خواص ظاهری).


[EasyDNNGallery|2115|Width|400|Height|400|position||resizecrop|False|lightbox|False|title|False|description|False|redirection|False|LinkText||]

[EasyDNNGallery|2116|Width|400|Height|400|position||resizecrop|False|lightbox|False|title|False|description|False|redirection|False|LinkText||]

[EasyDNNGallery|2117|Width|400|Height|400|position||resizecrop|False|lightbox|False|title|False|description|False|redirection|False|LinkText||]

[EasyDNNGallery|2118|Width|400|Height|400|position||resizecrop|False|lightbox|False|title|False|description|False|redirection|False|LinkText||]

[EasyDNNGallery|2119|Width|400|Height|400|position||resizecrop|False|lightbox|False|title|False|description|False|redirection|False|LinkText||]

۱-کم      2-متوسط        3-زیاد

-۱-امکان پذیری صنعتی[۱]   

در بحث امکان پذیری صنعتی، رزین ها در ۴ ویژگی مورد مقایسه قرار می گیرند: الف) مقاومت به خوردگی   ب) ساخت ج) اعمال د) فراگیری

مقاومت به خوردگی[۲] (CR): مقاومت به خوردگی پوشش نقش اساسی را در ایمن نگه داشتن غذا ایفا می کند. چرا که هر نوشیدنی یا غذایی ممکن است حامل مواد خورنده باشد. در کارخانه ها، مقاومت به خوردگی با روش های مختلفی ارزیابی می شود.آزمون بسته بندی( pack test) روشی است که در آن قوطی دارای پوشش با محصول پر شده و در مدت زمانی که قوطی باید عمر کند، نگه داشته می شود. سپس قوطی باز شده و میزان خوردگی و از بین رفتن پوشش، تغییر ظاهر و طعم غذا و نوشیدنی و تغییر ظاهر قوطی مورد بررسی قرار می گیرد. اما چون طول عمر کنسروها باید بالاتر از ۲ سال باشد عملاً این روش بسیار طولانی خواهد بود. پس راهکارهایی مانند افزایش دما هنگام ذخیره سازی برای اصلاح این روش اتخاذ شد اما این کار هم دارای مشکلاتی است. روش دیگر برای ارزیابی خوردگی، آزمون ناکارآمدی (abuse test) است. طبق این روش قوطی دارای پوشش را از محصولات مخرب پر کرده و آن را کاملا ایزوله می کنند سپس در محل درز خراشی ایجاد کرده و قوطی را در حمامی شامل عوامل میکروبی غوطه ور می کنند. اگر قوطی مقاومت مناسبی نداشته باشد این عوامل وارد قوطی شده و قوطی متورم می شود.

ساخت[۳] (F): منظور از ساخت در واقع فرآیند مکانیکی ساخت قوطی هاست. پوشش باید در طول این فرآیندهای مکانیکی پایداری خود را حفظ کرده و دچار ترک یا از هم گسیختگی نشود که این امر وابسته به انعطاف پذیری و چقمرگی پوشش است.


در صورت تمایل به مطالعه متن کامل این مقاله لطفا شماره ۱۶۵ پوشرنگ را در اردیبهشت ماه ماه ۱۳۹۵ ببینید.


نمایش بیشتر

نوشته های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

دکمه بازگشت به بالا