Waarom roestvast staal in de voedingswarenindustrie?

Roestvast staal heeft zich sedert zijn ontdekking rond 1912 volledig gevestigd als het materiaal bij uitstek voor gebruik met voedingswaren van allerhande aard. Er bestaat geen twijfel over het gemak waarmee dit materiaal kan worden gereinigd en dat van zichzelf vrijwel geen stoffen afscheidt die ingrediënten en voedingsmiddelen kunnen besmetten [1, 2]. Het metaal heeft zich bewezen als een belangrijk gereedschap ter vermijding van risico's met betrekking tot voedselvergiftiging, voedselbereiding en voedseldistributie.

J. C. Kattenbeid

Apparatuur en leidingwerk

De belangrijkste voordelen van roestvast staal in vergelijking met andere materialen voor voedselverwerkingsapparatuur zijn:

de mechanische sterkte;
de gemakkelijke bewerkbaarheid;
inerte oppervlakken die niet worden angetast tijdens bedrijf;
makkelijk te reinigen.

Aan het begin van de procesgang moeten apparatuur en leidingwerk in staat zijn om grote hoeveelheden stoffen te verwerken, hetgeen soms om zware constructies vraagt. Voor toepassingen die gepaard gaan met hevige slijtage, zoals bij de verwerking van suikerbieten [3], komen 10- 12% Cr-typen in aanmerking, zoals 3Cr12. Zowel de beide ferritische 17% Cr en AISI 430-roestvaststaaltypen alsmede de standaard austenitische 18% Cr-9% Ni en AISI 304-typen zijn goed geschikt voor het transport van droge poedervormige stoffen. Voor de vele systemen voor opslag, transport van water en procesvloeistoffen en tal van andere toepassingen, vormen de austenitische roestvaststaaltypen AISI 304 en 316 de basis.

Ontwerp en fabricage

Net als in de chemische industrie vereisen grootschalige procesinstallaties, en dan met name water- en procesvloeistofsystemen, een goed ontwerp en nauwgezette fabricage om optimale reinigbaarbeid en corrosieweerstand te garanderen. Dit houdt in dat spleten, plaatsen waar vloeistof kan achterblijven en 'dode einden' niet aanwezig mogen zijn en dat er laswerk wordt geleverd met gladde oppervlakken en zonder fouten. Veel moderne, grote installaties zoals melkverwerkende fabrieken zijn voorzien van speciaalleidingwerk en aftapmogelijkheden voor reinigingsmiddelen, die deel uitmaken van de installatie: de 'Clean in Place ( CIP-)' techniek. Bij kleine apparaten en leidingen wordt reiniging soms handmatig uitgevoerd en dan moet er bij het ontwerp rekening mee worden gehouden dat zoiets ook inderdaad mogelijk is. Veel standaard oppervlakteafwerkingen voor roestvast staal zijn bruikbaar in aanraking met voedingswaren, hoewel grove oppervlakteafwerkingen moeten worden vermeden. Het schone oppervlak dat wordt verkregen na beitsen, zoals bij warmgewalste oppervlakken die van hun scalelaag zijn ontdaan en daarna zijn koudgewalst, vormt vaak het uitgangspunt voor verdere oppervlakteafwerking. Vaak wordt er dan nog een lichte straalbehandeling gegeven, vooral na warmtebehandeling zoals zachtgloeien. Voor toepassingen die uit hoofde van vloeistofstroming of reinigbaarbeid een zeer glad oppervlak vergen, kan een elektrolytische polijstbehandeling worden gespecificeerd.

Reinigbaarheid

Roestvaststaaloppervlakken hebben als voordeel boven die van vele andere materialen, dat ze bestand zijn tegen beschadiging, dat ze makkelijk zijn te bevochtigen en, indien correct afgewerkt, ze geen spleten of poriën bevatten die verontreinigingen kunnen vasthouden. In tegenstelling tot sommige polymere materialen, verbrossen ze niet bij veroudering of als gevolg van blootstelling aan hitte of ultraviolet licht. Ze zijn bestand tegen reinigingsmiddelen. Laboratoriumexperimenten hebben aangetoond dat een schoon roestvaststaal oppervlak een lagere retentie van bacteriën bezit dan polymere materialen [4]. Al naar gelang de aard van de verontreiniging kan een bijpassend reinigingsmiddel worden gekozen. Tabel 1 geeft een opsomming van de belangrijkste chemische reinigingsmiddelen. Het gebruik van de middelen kan uiteenlopen van deppen of spoelen voor kleinere onderdelen, tot handmatig borstelen en sproeien, tot het gebruik van hechtende schuim en gel voor die middelen die gedurende enige tijd op het staaloppervlak moeten kunnen inwerken. Permante CIP-systemen maken geprogrammeerde levering van reinigingsmiddelen en spoelvloeistoffen mogelijk, afkomstig vanuit een centraal opslagsysteem.

Vermijden van corrosie

Page [4] heeft enkele van de hoofdtypen melk-en voedselverwerkende fabrieken onderzocht, die zijn gebouwd met standaardtypen roestvast staal. Uit dit onderzoek kwam het belang naar voren van goed laswerk, aandacht voor oppervlakteafwerking en juiste materiaalselectie ter voorkoming van problemen. Er blijken eigenlijk alleen risico's te bestaan met betrekking tot aantasting van roestvast staal door zowel proceswater als door de voedingswaren indien er chloriden aanwezig zijn. Deze chloriden kunnen natuurlijk van aard zijn, zoals in bloed dat aanwezig is in te verwerken vlees, of in vloeistoffen die worden gebruikt bij het brouwen van bier, of met opzet zijn toegevoegd, zoals in pekeloplossingen voor het inmaken van vlees. Zuren zoals azijnzuur, citroenzuur, maleïnezuur en oxaalzuur, komen eveneens van nature of als toevoeging voor. Hun inwerking kan worden versterkt indien er spleten aanwezig zijn, die worden gevormd door aan het staaloppervlak klevende deeltjes. Vluchtige stoffen als azijnzuur kunnen condensaatcorrosie geven als gevolg van concentratieverhoging door verdampen van water. Om het potentiële corrosierisico voor roestvast staal ten gevolge van oxiderende desinfecterende processen te beperken, moet beheerst gebruik worden gemaakt van middelen waaruit chloor vrijkomt, zoals natriumhypochloriet. Er bestaan alternatieve oxiderende middelen die geen chloor bevatten zoals peroxiden maar ook niet-oxiderende middelen zoals kwarternaire ammoniumverbindingen, amfoteren of biguanides. De keuze van een desinfectiemiddel zal zijn gebaseerd op het reinigend vermogen, prijs, verenigbaarheid met de ondergrond en het risico van aantasting van de kleur van de voedingswaren. Keuze van een reinigingsmiddel zal afhangen van het vermogen om het vuil aan te pakken en wederom de verenigbaarheid met de ondergrond. Tabel 1 toont de geschiktste reinigingsmiddelen voor uiteenlopende soorten verontreinigingen en hun verenigbaarheid met de ondergrond. Moeilijkheden met hypochlorieten zijn meestal terug te voeren tot onjuiste verdunning. Geconcentreerde oplossingen, die handmatig worden gedoseerd, kunnen gedurende langere tijd op bepaalde plaatsen ingevangen blijven alvorens ze in circulatie komen en verdund raken. Ook als er gehalogeneerde biociden worden gebruikt, kunnen onopgeloste hoeveelheden vaste stof ter plaatse putcorrosie veroorzaken.

Tabel 1 Verontreinigingen en geschikte reinigingsmiddelen.

Metaaloverdracht

Een dieet dat zeer rijk is aan nikkel kan handeczeem veroorzaken bij diegenen die gevoelig zijn voor dit metaal. De opname van nikkel door voedingswaren die worden verwerkt in roestvaststalen apparatuur en leidingwerk zou een aanzienlijke bijdrage kunnen leveren aan het nikkelgehalte van het dagelijks voedsel. Er is een onderzoek uitgevoerd, waarbij drie voedingsmiddelen zijn geselecteerd die worden geacht tot de meest aggressieve te behoren:

spinazie (rijk aan oxaalzuur);
rabarber (rijk aan zowel oxaalzuur als citroenzuur);
zuurkool (bevat melkzuur en natriumchloride).

Deze voedingswaren werden gekookt in roestvaststalen pannen en de nikkelgehalten die werden gemeten na het koken zijn vermeld in tabel 2. De meetresultaten vertoonden geen significante verschillen tussen pannen afkomstig van verschillende fabrikanten noch tussen diverse oppervlaktebewerkingen. Er werden verder geen verschillen gevonden tussen voedingsmiddelen die waren gekookt in roestvaststalen pannen en in ongekookte toestand. De nikkelgehaltes van de gekookte voedingswaren vielen binnen de grenzen zoals die worden gevonden voor nikkel in ongekookte voedingswaren [ 5]:

spinazie: 0,02 - 2,99 )μg/g;
rabarber: 0,01 - 0,22 )μg/g;
kool: 0,01 0,63 μg/g.

Een onderzoek, dat werd ingesteld door het NIDI, richtte zich op een zestal voedingswaren met uiteenlopende graden van agressiviteit:

chocoladesaus
gekookte groene erwten
gekruid rundvlees
groene tomatenchutney
citroenmarmelade
rabarbercompote

Deze voedingswaren werden gekookt in austenitisch roestvaststalen pannen, waarna de opname van nikkel werd gemeten (meetgrens 0,1 μg/g). Er werd, op de rabarber na, geen nikkelopname waargenomen. Tien bepalingen aan rabarbermonsters leverden een gemiddelde nikkelopname op van 0,1 μg/g, een getal dat overeenkomt met de meetwaarden uit tabel 2. Het NIDI-onderzoek strekte zich ook uit tot synthetische voedingswaren:

een citroenzuur/natriumcitraatmengsel (stelt fruit voor en groentesappen);
een azijnzuur/natriumacetaatmengsel (stelt een typisch zuur inmaakmiddel voor);
een mengsel van glycine/cysteïne (stelt vleessappen voor).

De mengsels werden beproefd bij pH-waarden van 3, 5 en 7 met en zonder toevoeging van natriumchloride. Hoeveelheden van 1liter werden aan de kook gebracht en sudderden gedurende 1 uur. Slechts het citroenzuur/natriumcitraatmengsel met pH 3 gaf een aantoonbare nikkelopname te zien van 0,1 μ/ml. De nikkelopname van de overige lag onder de meetgrens (0,02 μg/ml). De resultaten zijn tot dusver duidelijk. Het niveau van de nikkelopname door voedingswaren uit austenitisch roestvast staal is of onmeetbaar laag of gering met betrekking tot de normale dagelijkse opname van 0,165 μg/dag door menselijke consumptie [6]. Dermatologen verschillen nog van mening over de precieze betekenis van opgenomen nikkel met betrekking tot contact-dermatitis. Enkele auteurs [ 6, 7] zijn van mening dat het onwaarschijnlijk is dat orale opname van nikkel in hoeveelheden van minder dan 500 μg/dag van enige betekenis zou zijn. Als wordt aangenomen dat er dagelijks zo'n 100 g van de agressiefste voedingswaren worden geconsumeerd, die zijn bereid in austenitisch roestvast stalen pannen of andere apparatuur, dan ligt de dagelijkse opname van nikkel ruim onder deze grenswaarde.

Tabel 2 Nikkelgehalte (in {lglg) van drie voedingswaren voor en na koken.

Opname van metaalionen tijdens opslag

Tal van voedingswaren worden nadat ze zijn bereid nog gedurende langere tijd opgeslagen. Over het algemeen komt hiervoor austenitisch roestvast staal in aanmerking. Er is onderzocht [8] of naast dit materiaal ook nog andere materialen in aanmerking komen. Voor dit doel zijn er proeven uitgevoerd met austenitisch roestvast staal ferritisch roestvast staal, aluminium en koolstofstaal in respectievelijk azijnzuur en in plantaardige oliën (diverse soorten olijfolie) bij een temperatuur van het milieu van 40°C en verblijftijden van 10, 20 en 30 dagen en gedurende 30 minuten bij 100°C. Er is gekeken naar de hoeveelheid metaalionen die in de diverse milieus terechtkwamen. De resultaten voor azijnzuur zijn vermeld in tabel 3, en die voor de olie zijn weergegeven op de afbeeldingen 1 tot en met 4. Uit tabel 3 blijkt dat de de opname van nikkel in alle gevallen laag is en dat aluminium en koolstofstaal onbruikbaar zijn, gezien de grote hoeveelheden metaalionen die in de oplossing terechtkomen. Austenitisch en ferritisch roestvast staal blijven dus over als geschikte materialen voor de bewerking en verwerking van voedingswaren.

Tabel 3 Netto-metaalmigratie in azijnzuuroplossing (3 gew. %).

Referenties
1. J.G. Davis. The Medical Officer, 110(1963), p. 299.
2. ].T. Holah, R.H. Thorpe. Joumal of Applied Bacteriology, 69(1990), p. 599.
3. C. Beckitt. Anti-Corrosion, Feb.(1993), p. 9.
4. G.G. Page. Industrial Corrosion 6, 4(1988), p. 11.
5. H. Vrochte, M. Schatzke, E. Dringenberg, U. Wolwer-Rieck, H. Buning-Pfaue. Z. für Ernahrungswissenschaft, 30(1991), p. 181.
6. D. Burrows.]. American Academy of Dermatology, 26(1992), p. 632.
7. T. Menne, H.l. Maibach. Systematic contact type dermatitis in dermatotoxology. 4th edition. Hemisphere Publ. Corp., p.453.
8. M.J. Guio, M.L. Martin, J.M.