Go to top

Corrosie onder invloed van voedingswaren

Voedingswaren zijn, net als alle andere chemische stoffen in alle fasen van bewerking, inclusief verpakking, verantwoordelijk voor corrosieve invloeden van uiteenlopende aard op de constructiematerialen. Deze invloeden worden op hun beurt weer beïnvloed door de procesomstandigheden, zoals bijvoorbeeld de heersende temperatuur, stromingssnelheid, zeker in geval van erosie onder invloed van hoge stromingssnelheden, en door wisselende spanningen die in een onderdeel van de procesapparatuur kunnen optreden; dit effect wordt aangeduid als spanningscorrosie. Het al of niet aanwezig zijn van zuurstof is in het algemeen van grote invloed op het corrosiegedrag van metalen en legeringen. Op de corrosieve inwerking van enkele voedingswaren zal in dit artikel wat dieper worden ingegaan.

A.J. Schornagel


Corrosie

De corrosieve inwerking van voedingswaren is niet al te groot, omdat voedingswaren in het algemeen veel minder zuur of basisch zijn - ze kunnen overigens wel zwavel bevatten - dan het geval is bij andersoortige stoffen die reactieve bestanddelen kunnen bevatten die zeer corrosief kunnen zijn. Het belang van corrosie bij voedingswaren is niet zozeer gelegen in de inwerking van de voedingswaren op het gebruikte constructiemateriaal, maar veel meer op eventuele verontreiniging van de voedingswaren door metalen als gevolg van corrosieprocessen, hetgeen aanleiding kan geven tot smaakafwijkingen, versnelling van ongewenste veranderingen in samenstelling en in de vorming van giftige metallische zouten. Metaalionen hebben in het algemeen drempelwaarden waarboven smaakeffecten zich kenbaar maken in uiteenlopende voedingswaren. Behalve in het geval van de fabricage van vruchtensap en tafelzuur, is bedrijfsstilstand als gevolg van corrosieschade zeldzaam. Niettemin moeten alle voedingswaren, in het bijzonder vloeibare voedingswaren, worden beschouwd als mogelijk corrosief en in staat tot opname van metaal, hetgeen zeer onwenselijk kan zijn.

Keuze van constructiemateriaal


Het geschiktste constructiemateriaal dient te worden gekozen op grond van voorgaande ervaring of proefnemingen. Een preciese analyse van de bestanddelen van voedingswaren is niet altijd mogelijk, aangezien ze vaak een complexe samenstelling bezitten, maar het zijn doorgaans de organische zuren die de belangrijke corrosieve stoffen uitmaken. In fabrieken voor de verwerking van voedingswaren komen in het algemeen nauwelijks corrosiesnelheden voor van meer dan 10-100 g/m2/d. Men zij er echter op bedacht dat de fabriek regelmatig moet worden gedesinfecteerd door middel van reiniging met steriliserende oplossingen. Die dienen hetzij van het niet-corrosieve soort te zijn of moeten corrosie-inhibitoren bevatten. Zoals altijd wordt de keuze van een bepaald constructiemate riaal gedicteerd door het fabricagegemak en de prijs, die afhangen
van de complexiteit van de constructie. Galvanische koppels dienen te worden vermeden. Aangezien sommige
bacteriën ziekteverwekkers kunnen zijn en andere smaakafwijkingen kunnen veroorzaken, dient het te kiezen constructiemateriaal een makkelijk reinigbaar oppervlak te hebben, zodat het vrij kan worden gehouden van bacterie-afzettingen. Er wordt in de voedingswarenindustrie op safe gespeeld en de keuze valt dan ook steevast op roestvast staal, ook als wordt getwijfeld tussen de mogelijkheid van een laagwaardiger materiaal en duurder roestvast staal. De geschiktheid van andere materialen mag echter niet over het hoofd worden gezien. Zo vormt vandaag de dag titanium, hoewel het duurder is dan roestvast staal, een mogelijk alternatief.

Vruchtensappen


Vloeibare voedings- en genotmiddelen vergen een aanzienlijke mate van bewerking waarvoor de nodige procesapparatuur nodig is. Binnen deze groep bevinden zich een aantal voedingswaren die licht zuur reageren.
Voorbeelden hiervan zijn instant-koffie-extracten en vruchtensappen; citroensap heeft een pH 4 en zwarte-bessensap heeft een pH 2,5. De verwerking van deze vruchten omvat malen, persen, indampen, bij temperaturen variërend van 40° tot 50°C, pasteuriseren, opslaan en verpakken.
Gangbare metalen inclusief aluminium worden hierdoor aangetast, waarbij de mate van aantasting afhangt van de hoeveelheid aanwezige zuurstof en of er waterstofacceptoren aanwezig zijn. Toegevoegd zwaveldioxide
als bescherming van vruchtensappen tegen schimmels en bacteriën vormt een bijkomend corrosierisico.
Een belangrijk commercieel aspect van deze sappen, met name bij zwarte-bessensap en tomatensap, is hun ascorbinezuur( vitamine C-)gehalte, dat als gevolg van oxidatie sterk achteruit kan gaan. Deze oxidatie wordt bevorderd door zowel warmte als door metaalverontreiniging, met name door koper. Austenitisch roestvast staal is bestand tegen ascorbinezuur. Sommige vruchten bevatten van nature al stoffen met een corrosie-inhibiterende werking.
Als we aardappelen even tot de vruchten rekenen, dan bleek men enkele decennia geleden al het corrosiewerende effect te hebben onderkend van aardappelschillen die aan ketelwater werden toegevoegd ter verlaging van de corrosiviteit van het ketelwater.
De aanwezigheid van metalen kan ook verkleuring veroorzaken, de smaak aantasten en het kan vertroebeling
geven zoals in appelsap. Voor de verwerking van vruchtensap komt als eerste roestvast staal in aanmerking. Als er conservering met zwaveldioxide plaatsvindt, worden er roestvast-staaltypen met een hoog molydeniumgehalte gebruikt.

Melk


Melk kan worden onderworpen aan verscheidene bewerkingen zoals pasteurisatie bij een temperatuur van 71,1°- 72,2°C gedurende 15 s, verdamping bij temperaturen liggend tussen 40° en 50°C, homogenisatie en sterilisatie. Daarnaast kan melk worden verwerkt tot andere zuivelproducten zoals boter, room en kaas door middel van bewerkingen die bij normale temperaturen plaatsvinden.
Melk reageert nagenoeg neutraal, hoewel het melkzuur bevat. Een sterk verdund mengsel van melk en water (circa 10% melk) geeft in geval van AISI 304 geen gelijkmatige corrosieve aantasting van betekenis. Er kan wel putcorrosie optreden alsmede spanningscorrosie. Bij AISI 316 kan dit mengsel een gelijkmatige corrosie van maximaal 500 micron per jaar veroorzaken, maar geen putcorrosie of spanningscorrosie. Het melkzuurgehalte wordt verhoogd door middel van kunstmatig verzuren, dat nodig is voor de bereiding van kaas en boter. Melkzuur veroorzaakt bij AISI 304 bij een temperatuur van 100°C ernstige gelijkmatige corrosie (meer dan 1270 micron per jaar), en bij hoge temperatuur (300°C) putcorrosie, spleetcorrosie en interkristallijne corrosie. AISI 316 vertoont bij toenemende melkzuurconcentraties en toenemende temperatuur een verloop van de gelijkmatige corrosie van minder dan 50 micron per jaar tot minder dan 500 micron per jaar, met kans op spleetcorrosie en interkristallijne corrosie bij een temperatuur van meer dan 100°C. AISI 316 wordt net als AISI 304 bij temperaturen van 300°C en daaromtrent aangetast door putcorrosie en spanningscorrosie. Bij verhitten kunnen er beschermende lagen worden gevormd door neergeslagen colloïden. De smaak van melk kan sterk worden beïnvloed door bijvoorbeeld ijzerionen, waardoor het naar wonderolie gaat smaken. Maar ook bacteriën kunnen de smaak van melk beïnvloeden.
Daarom moeten zuivelinstallaties zeer regel matig worden gereinigd en gesteriliseerd met de daarvoor geëigende oplossingen. Roestvast staal wordt voor alle fasen van het zuivelproces aanbevolen. Nikkel is geschikt voor gebruik met koude melk en melk die wordt verwarmd, maar blijkt ongeschikt te zijn voor melk die afkoelt. Kunststoffen worden wel gebruikt als bekleding van melkopslagvaten en voor leidingwerk bij temperaturen tot zeg 50°C. Er bestaan echter reserves zoals in het geval van PVC, waarbij bepaalde zachtmakers een slechte smaak kunnen veroorzaken en sommige PVC-typen worden glasachtig.

Oliën en vetten


Eetbare oliën en de daarvan afgeleide margarine-emulsies zijn voedingswaren die in grote hoeveelheden worden verwerkt. Dit gaat gepaard met bewerking bij hoge temperatuur, zoals het reukloos maken bij 190°C, en bewerking bij middelmatige temperatuur en opslag bij lage temperatuur.
De raffinage van ruwe oliën wordt uitgevoerd in aanwezigheid van bijtende soda bij 60°C. Van geraffineerde
oliën zou worden verwacht dat ze niet corrosief zijn, maar eetbare oliën bevatten uiteenlopende hoeveelheden
vetzuren en margarine-emulsies bevatten zout; beide zijn in staat om metalen aan te tasten. Ook hier is weer de invloed van de metaalverontreiniging op de voedingsstof belangrijker dan de corrosieve inwerking van de voedingsstof op het metaal. Ook nu is roestvast staal weer het voorgeschreven metaal.
Plantaardige en dierlijke vetten veroorzaken geen corrosie van austenitisch roestvast staal. Dierlijke vetzuren en vetzuren van cacaobonen zijn niet corrosief voor AISI 316, maar ze kunnen bij toenemende temperatuur gelijkmatige corrosie veroorzaken van AISI 304, lopend van maximaal 500 micron per jaar vanaf kamertemperatuur tot circa 150°C en boven deze laatste temperatuur bedraagt de corrosiesnelheid meer dan 1270 micron per jaar en er kan dan ook putcorrosie en spanningscorrosie optreden.

Suikerproducten


Suiker is als chemische stof betrekkelijk inert, terwijl het in opgeloste vorm bij kooktemperatuur zuur kan reageren (pH 3,5 tot 5). Sporen van metalen geven geen nadelige effecten. Voor het verwerken van suiker alsmede van suiker oplossingen in aanverwante industrieën kan worden volstaan met koolstofstaal. De verwerking van vruchten tot jam en puree, die in essentie bestaat uit koken in open pannen, is hiermee nauw verwant. De milieu-invloeden zijn hier de natuurlijke zuurheid van het fruit en de mogelijke aanwezigheid van zwaveldioxide, afkomstig van opgeslagen fruitpulp. Traditioneel werd hier koper toegepast, verder gietijzer, hetzij blank hetzij vertind of zelfs verzilverd.
Vandaag de dag wordt ook hier nog uitsluitend roestvast staal toegepast. Hiervoor kan zowel AISI 304 als 316 worden gebruikt; tussen beide typen is in dit milieu geen verschil te bespeuren. Bij een concentratie van zo’n
40% suiker en bij een temperatuur van 75°C vertonen zowel AISI 304 als 316 een gelijkmatige corrosie die kan liggen tussen 500 en 1270 micron per jaar. Bij de fabricage van snoepwaren, inclusief chocolade, bestaan de hoofdingrediënten uit suiker en glucose, melk, inclusief gecondenseerde melk, en cacaoboter en de hoofdbewerkingen zijn koken en mengen. Cacaoboter is net als andere eetbare vetten gevoelig voor ranzig worden als gevolg van oxidatie. Ook hier wordt weer roestvast staal toegepast.

Groenten


Bij de fabricage van tafelzuur en saus zijn azijn, een oplossing van ongeveer 5% azijnzuur, en zout bij temperaturen tot het kookpunt de belangrijkste corrosieve stoffen.
Natriumchloride, in het bijzonder in aanwezigheid van zuurstof en zuren, veroorzaakt snelle aantasting. Metaalverontreiniging, in het bijzonder ijzer, veroorzaakt donkerverkleuring door reactie met aanwezige tannine.
Austenitisch roestvast staal, zowel AISI 304 als 316, is volledig bestand tegen tanninezuur in alle concentraties.
Bij de fabricage van tafelzuur en saus wordt het gebruik van roestvast staal aanbevolen. Er wordt echter beweerd dat het aroma van piccalillysaus beter tot zijn recht komt in aanwezigheid van ijzer. Deze mening vindt haar weerklank in het feit dat voor de opslag gebruik wordt gemaakt van gietijzeren procesvaten.

Vlees- en visproducten


Ondanks alle aandacht voor hygiëne en reinheid kan er corrosie optreden van basismetalen door vleessappen,
zodat vlees en vis nadelig worden beïnvloed door metaalverontreiniging.
Voor de fabricage van soepen en pasta’s wordt het gebruik van roestvast staal aanbevolen. In de cornedbeef-industrie en voor het voorkoken van vlees wordt gebruikgemaakt van koolstofstaal.

Overige voedingswaren


Veel voedingswaren verkeren in droge toestand of in poeder vorm en bieden doorgaans geen corrosieproblemen van betekenis, hoewel apparatuur van koolstofstaal die voortdurend in gebruik is, lichtgeroeste oppervlakken kan ontwikkelen. Dit metaal is dan ook ongewenst als het zijn weg vindt tot in de eindproducten. Reinigen van charges droge voedingswaren vormt dan een oplossing van dit probleem als om wat voor reden dan ook roestvast staal niet wordt gebruikt.
Er dient melding te worden gemaakt van glutaminezuur en invertsuiker die worden toegepast in voedingswaren en die het gebruik vereisen van materiaal dat is bestand tegen het gebruik van zoutzuur bij de bereiding en van de aroma-oliën die bij voorkeur dienen te worden opgeslagen en bereid in roestvast stalen vaten en apparatuur. Austenitisch roestvast staal van het type AISI 304 en 316 en equivalente typen zijn niet bestand tegen verdund glutaminezuur, maar wel tegen glutaminezuur in een concentratie van 100%.

Nieuwsbrief

Schrijf u nu in voor onze nieuwsbrief en blijf op de hoogte van alle niet te missen ontwikkelingen in de Aluminium en Roestvast Staal branche.

Velden met een * zijn verplicht