啤酒瓶皇冠蓋銹蝕是啤酒企業(yè)普遍存在的問(wèn)題，也一直受到啤酒生產(chǎn)者的高度重視。本文從材質(zhì)、環(huán)境、生產(chǎn)工藝、設備、殺菌水pH及過(guò)程控制等方面，對瓶蓋銹蝕發(fā)生機理和影響因素進(jìn)行了分析和討論，并提出一些預防對策。
1 瓶蓋生銹部位分析以及產(chǎn)生的影響
1.1 瓶蓋生銹部位
啤酒包裝壓蓋過(guò)程中，瓶蓋一些部位的防銹層會(huì )被破壞，此防銹層由瓶蓋加工輔助材料組成，主要有電鍍層、油墨、涂料和黏結劑等。被破壞的部位見(jiàn)圖1所示。
1）部位A
在壓蓋過(guò)程中，瓶口外邊緣與瓶蓋內表面齒邊凸起部分在機械壓力作用下劇烈沖壓摩擦，導致部位A處防銹層脫落。
2）部位B
在壓蓋過(guò)程中，壓蓋頭金屬鋼剜內表面與瓶蓋裙角外切邊緣產(chǎn)生強烈沖壓摩擦，導致部位B處防銹層脫落。
3）部位C
部位C不是包裝壓蓋引起的，而是制造瓶蓋時(shí)在沖壓成型所形成的橫截面，目前國內瓶蓋廠(chǎng)對此部位無(wú)防銹處理。
1.2 瓶蓋生銹所產(chǎn)生的影響
瓶蓋的作用是密封、隔氧、防污染，即保護酒體的作用，同時(shí)又起到美化作用。瓶蓋生銹后直接影響啤酒的感官美觀(guān)，給人不良的視覺(jué)感受，產(chǎn)品形象大打折扣，削弱了消費者對產(chǎn)品的信賴(lài)度。銹蝕嚴重，喝啤酒時(shí)會(huì )有一股鐵腥味，影響啤酒的口感和風(fēng)味，從而影響市場(chǎng)競爭力。
2 瓶蓋防銹層被破壞部位的生銹機理分析
生銹即銹蝕，是指金屬與大氣環(huán)境中的氧、水分及其它雜質(zhì)接觸而引起的變色或腐蝕。
一般將金屬腐蝕分為電化學(xué)腐蝕和化學(xué)腐蝕兩類(lèi)。瓶蓋銹蝕屬于電化學(xué)腐蝕，是瓶蓋無(wú)防銹層部位與周?chē)碾娊赓|(zhì)溶液相接觸時(shí)發(fā)生電化學(xué)反應而導致的。當鐵蓋暴露在潮濕的空氣中時(shí)，表面會(huì )附著(zhù)一層極微薄的水膜，并形成電解質(zhì)溶液。此時(shí)，鐵作為原電池的陰極被氧化為Fe2+，而電子將轉移到鐵蓋內部的雜質(zhì)陽(yáng)極上。
電化學(xué)腐蝕又分為析氫腐蝕和吸氧腐蝕，反應式如下：
(1)析氫腐蝕：由于有氫氣放出，所以稱(chēng)之為析氫腐蝕。
陰極(Fe)：Fe=Fe2++2e- 、Fe2+＋2OH=Fe(OH)2 ；陽(yáng)極(雜質(zhì))：2H+＋2e-=H2↑；
總反應：Fe＋2H2O=Fe(OH)2＋H2↑
(2)吸氧腐蝕：由于吸收氧氣，所以也叫吸氧腐蝕。
陰極(Fe)：Fe=Fe2+＋2e-；陽(yáng)極(雜質(zhì))：O2＋2H2O＋4e-=4OH-；
總反應：2Fe＋O2＋2H2O=2Fe(OH)2
析氫腐蝕與吸氧腐蝕生成的Fe(OH)2被氧所氧化，生成Fe(OH)3脫水生成Fe2O3 鐵銹。鋼鐵制品在大氣中的腐蝕主要是吸氧腐蝕。銹蝕發(fā)生后金屬表面先開(kāi)始發(fā)暗，進(jìn)一步出現棕黃色，嚴重時(shí)呈現黑褐色。如，Fe2O3、Fe3O4分別為紅褐色、黑色。
3 模擬銹蝕試驗
3.1 化學(xué)試驗
將瓶蓋置于用20g分析純硫酸銅、10ml 35%分析純鹽酸和70ml蒸餾水配制的溶液中浸泡300s后取出，并用水沖洗干凈，觀(guān)察除切邊外各部分的銹斑情況。表1是我們檢測的兩個(gè)廠(chǎng)家的瓶蓋銹蝕試驗結果，可以看出a廠(chǎng)蓋耐腐蝕性較b廠(chǎng)蓋要好。
3.2 生產(chǎn)試驗
取正常生產(chǎn)時(shí)壓蓋殺菌后的酒樣，分別置于常溫環(huán)境和冷藏環(huán)境下存放10天后，開(kāi)蓋觀(guān)察銹斑情況以及瓶口銹跡情況。對過(guò)頂頭標品種還可取貼標后的酒樣按此方法試驗。
4 影響生銹的因素分析華夏酒報:郵發(fā)代號23-189 當地郵局可訂閱
4.1 材質(zhì)
國標規定，啤酒瓶蓋的制造材料是采用鍍錫或鍍鉻的薄鋼板，俗稱(chēng)馬口鐵（見(jiàn)表2）。其抗銹蝕性能主要由其本身的鈍化質(zhì)量、鍍層質(zhì)量和厚度來(lái)保證。通常認為，鍍層越厚越不易銹蝕，但太厚若制蓋溫度等處理不當則在壓蓋時(shí)更易脫落。
另外，影響金屬電化學(xué)銹蝕的內部因素主要是材料的熱不穩定性，或者說(shuō)是金屬表面電化學(xué)的不均勻性，再加上加工工藝的局限性造成金屬各部分形變不均勻性及內應力的不均勻性，當金屬表面存在水膜時(shí)，電化學(xué)腐蝕就不可避免。例如在鐵板彎曲處的銹蝕，就是這個(gè)原因引起的。
4.2 環(huán)境因素
環(huán)境相對濕度的大小對銹蝕速度的影響很大。當相對濕度較大時(shí)，瓶蓋表面水膜厚度處于100nm左右，氧氣比較容易透過(guò)水膜聚集在瓶蓋表面，此時(shí)將達到較高的腐蝕速度，水膜厚度與銹蝕速度的關(guān)系見(jiàn)圖2所示。
在高溫高濕環(huán)境中，金屬容易生銹，但在高溫低濕下，金屬生銹卻很慢。資料表明，金屬的臨界相對濕度為70%。因此，當相對濕度達到70%或以上時(shí)，溫度的變化對銹蝕速度影響較明顯，溫度越高，銹蝕越快。但當相對濕度低于70%，溫度對銹蝕的影響較小。
另外，當空氣中鹽霧、SO2等工業(yè)有害氣體及腐蝕性塵埃含量較高時(shí)，同樣會(huì )加速銹蝕。
4.3 灌裝工藝和過(guò)程控制因素
在此按生產(chǎn)銹蝕試驗的方法，結合生產(chǎn)控制，對銹蝕情況進(jìn)行分析和討論。
4.3.1 瓶口質(zhì)量
啤酒瓶口外緣成型結構和光滑程度是影響部位A銹蝕的重要因素。按國標規定，啤酒瓶外口徑標準為26.3mm—26.9mm。�？p線(xiàn)要求：尖銳刺手的不允許有，凸出量不大于0.5mm，初型�？p線(xiàn)明顯的不允許有。但對瓶口水平�？p線(xiàn)的位置沒(méi)有作出明確的規定，因此，不同廠(chǎng)家生產(chǎn)的啤酒瓶壓蓋后銹蝕情況有不同。由圖3可見(jiàn)，B廠(chǎng)瓶所產(chǎn)生的蓋內銹蝕斑點(diǎn)平來(lái)源華夏酒報均值較A廠(chǎng)略低。通過(guò)對瓶口統計觀(guān)察發(fā)現，B廠(chǎng)瓶唇部均能看到水平�？p線(xiàn)，即這些瓶不易造成蓋內A部位銹蝕。
4.3.2 壓蓋
如前文所述，壓蓋將導致部位A、部位B存在不同的損傷，使瓶蓋鋼基暴露于空氣中而引起銹蝕。實(shí)踐表明，灌裝機壓蓋時(shí)瓶蓋的氣密性直接影響瓶蓋壓痕的嚴重性和對部位A、部位B破損程度，從而直接影響到生銹情況。壓蓋松緊度由塞規檢測，見(jiàn)表4。
表3統計的是兩包裝線(xiàn)壓蓋質(zhì)量對瓶蓋銹蝕影響的結果�？梢钥闯�，同蓋不同生產(chǎn)線(xiàn)及同生產(chǎn)線(xiàn)不同蓋所表現的銹蝕情況是不同的，同時(shí)也說(shuō)明了壓蓋松緊度和壓痕損傷比例均對瓶蓋銹蝕產(chǎn)生重要的影響。生產(chǎn)中必須在兩者之間找到平衡點(diǎn)，同時(shí)保證壓蓋機的性能可靠。
4.3.3 殺菌水pH
據有關(guān)資料介紹，pH為6—8的水中，鐵的銹蝕速度很穩定。在pH為4—9的充氣軟水中，鐵的銹蝕速度為250um/a；當pH大于9時(shí)則銹蝕速度下降；當pH小于4時(shí)，銹蝕速度加快。
成品啤酒pH通常為4.0—4.4。所以在殺菌機運行過(guò)程中，爆瓶率越高，則殺菌水的pH越低，蓋銹蝕越快越嚴重。表5跟蹤的溢流水pH對瓶蓋銹蝕的影響結果，表明殺菌水pH對瓶蓋的銹蝕有一定的影響。
5 防銹蝕措施
瓶蓋生銹是一種必然現象，因此，生產(chǎn)中只能采取一些措施來(lái)防止或延緩銹蝕的發(fā)生，但完全杜絕是不可能的。
5.1 金屬板材的抗銹蝕性能主要靠其本身的鈍化質(zhì)量、材料成分、鍍層質(zhì)量和厚度來(lái)保證。這些指標需要靠制蓋廠(chǎng)商保證。但可以對質(zhì)量標準簽訂協(xié)議，把好質(zhì)量關(guān)。
5.2 保證倉庫的干燥度，以減緩瓶蓋庫存期的銹蝕速度。避免與酸、堿及硫化物等腐蝕性物質(zhì)混存或接觸。
5.3 加強殺菌機水質(zhì)監控，及時(shí)檢測各溫區水pH并適當調整。
5.4 定期檢修壓蓋機鋼剜，控制適宜的壓蓋松緊度，減少瓶蓋壓痕和劃痕，防銹層的損傷和脫落。干包裝裝箱機抓瓶頭也要定期檢修。
5.5 控制瓶頸空容積為5%，提高瓶蓋耐壓指標，以減少爆瓶，即避免殺菌水pH的下降。
5.6 在殺菌機出口等適當位置安裝壓縮空氣吹風(fēng)裝置，以及時(shí)吹干瓶口殘水，使蓋子保持干燥。
5.7 運輸成品過(guò)程中避免防銹層受損�？刂瞥善穾旄稍锿L(fēng)的環(huán)境，避免高濕環(huán)境下溫度驟變。
6 小結
6.1 瓶蓋銹蝕的發(fā)生機理是復雜的，影響因素是多方面的、相互關(guān)聯(lián)的。
6.2 瓶蓋銹蝕對啤酒的產(chǎn)品形象和市場(chǎng)競爭力產(chǎn)生負面影響，必須極力減輕瓶蓋銹蝕的發(fā)生
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