Interação das embalagens metálicas com os alimentos

Interação das embalagens metálicas

com os alimentos

Prof. Germán Ayala Valencia Acondicionamento e Embalagem para Alimentos Universidade Federal de Santa Catarina. Florianópolis, 2018

Conteúdo

• Corrosão, formas de corrosão e tipos (química e eletrolítica). • Sulfuração e mecanismos.

• Técnicas para estudar a corrosão/sulfuração.

Corrosão metálica

A corrosão é a deterioração de um material, geralmente metálico, por ação química do material ou eletroquímica do meio ambiente. A deterioração pela corrosão leva:

• Ao desgaste.

• À variações químicas na composição. • À modificações estruturais.

Importância da corrosão

• Alterações: desgaste, variações químicas, modificações estruturais.

• Problemas: na indústria de alimentos, química, petrolífera, naval, de construção, automobilística, aeronáutica, ferroviária, marítima, na comunicação, na preservação de monumentos históricos, medicina, odontologia.

Perdas Diretas Perdas indiretas

• Custos de substituição das peças ou equipamentos (energia, mão-de-obra, consumo das reservas mundiais de minérios para substituir o material corroído).

• Custos e manutenção dos processos de proteção  maior durabilidade

• Paralisações para reposição de peças ou limpeza

• Perdas de produtos (vazamento) • Contaminação de produtos

Exemplos:

1953  3 aviões Comet se desintegraram no ar devido à fadiga dos materiais.

1988  Boeing 737-200 perdeu parte da fuselagem em pleno voo, devido a tensões aliadas à corrosão atmosférica.

1987  Suíça - queda da cobertura de uma piscina térmica. 1990  México - corrosão em tubulação de derivados de petróleo, com vazamento e incêndio.

Na área de alimentos, a corrosão das embalagens metálicas leva à rejeição do produto.

A corrosão acontece geralmente na

superfície de separação entre o metal e o meio corrosivo.

Em termos de oxigênio, a corrosão metálica é um processo de oxidação-redução.

Oxidação: é o ganho de oxigênio por uma substância. Redução: é a retirada de oxigênio por uma substância.

2Fe + O₂՜∆ 2FeO 4Al + 3O₂՜∆ 2Al₂O₃

2CO + O₂՜∆ 2CO₂

• Em termo de elétrons:

Oxidação: perda de elétrons por uma espécie química. Redução: ganho de elétrons por uma espécie química.

Fe → Fe + 2e Cl + 2e → 2Cl Oxidação do ferro Redução do cloro 2+

-Número de oxidação (Nox)

O Nox corresponde à carga elétrica que o átomo iria adquirir após à ruptura da ligação química (Ex.: FeO → Fe + O ).

Regras para determinar o número de oxidação:

• O número de oxidação de um elemento em uma substância simples é zero (Ex.: H2).

• O número de oxidação do hidrogênio é +1. • O número de oxidação do oxigênio é -2.

2-O engenheiro de alimentos deve:

• Saber como evitar condições de corrosão nas embalagens metálicas. • Proteger adequadamente as embalagens metálicas contra a corrosão.

Formas de corrosão

Uniforme: a corrosão ocorre em toda a extensão da superfície,

Por placas: a corrosão se localiza em regiões da superfície metálica e

Alveolar: a corrosão se processa na superfície metálica produzindo

sulcos ou escavações semelhante a alvéolos, apresentando fundo arredondado e profundidade geralmente menor que o diâmetro.

Puntiforme ou pite: a corrosão se processa em pontos ou pequenas

áreas localizadas na superfície metálica produzindo pites, que são cavidades que apresentam o fundo em forma angulada e profundidade geralmente maior do que seu diâmetro.

Intragranular: a corrosão se processa nos grãos da rede cristalina do

Intergranular: a corrosão se processa entre os grãos da rede cristalina

Esfoliação: a corrosão se processa de forma paralela à superfície

Mecanismos básicos da corrosão

No estudo dos processos corrosivos devem ser sempre consideradas as variáveis dependentes do material metálico, do meio corrosivo e das condições operacionais, pois o estudo conjunto dessas variáveis permitirá indicar o material mais adequado para ser utilizado.

Material metálico: composição química (fósforo, enxofre, nitrogênio,

manganês), heterogeneidade.

Meio corrosivo: composição química e concentração, pH, temperatura,

teor de oxigênio, pressão, sólidos suspensos.

Condições operacionais: solicitações mecânicas, movimento relativo

Tipos de corrosão

De acordo com o meio corrosivo e o material, podem ser apresentados diferentes mecanismos para os processos corrosivos.

• Corrosão química

Corrosão química

A corrosão química pode ocorrer sempre que existir heterogeneidade no sistema material metálico-meio corrosivo, pois a diferença de potencial resultante possibilita a formação de áreas anódicas e catódicas.

Alguns fatores que aumentam a corrosão química:

• Contorno, orientação e tamanho dos grãos cristalinos no metal (diferença no potencial elétrico).

Corrosão química

• Aquecimento e iluminação diferencial na embalagem metálica pode levar a diferença no potencial elétrico.

• Agitação diferencial: consiste na agitação forte de um líquido próximo a uma parte do metal (fricção).

A corrosão química é um processo espontâneo causado pela diferença de potenciais próprios dos materiais metálicos envolvidos no processo corrosivo. A corrosão química é uma corrosão lenta.

Corrosão eletrolítica

A corrosão eletrolítica ou eletroquímica pode ocorrer sempre que existir uma diferença de potencial elétrico entre a superfície metálica e um meio corrosivo (solvente. Ex.: água).

As reações que ocorrem na corrosão

eletroquímica envolvem transferência de

elétrons. Portanto, são reações anódicas e catódicas (reações de oxidação e redução).

A corrosão eletroquímica envolve a presença de uma solução que permite o movimento dos íons (água).

Fe  Fe2++ 2 e− H₂O + 1 2 O2 + 2 e − _{՜ 2 OH}− Fe2++ 2 OH− ՜ Fe(OH)₂

Corrosão eletrolítica

Caraterísticas da corrosão eletroquímica e

química

Corrosão eletrolítica nas folhas metálicas

• Ataque pelo produto (meio corrosivo). • Ataque ao aço (ferro).

• Proteção da camada de aço (estanho)

• Imperfeições na deposição da camada de estanho, de passivação e verniz levam ao ataque do aço.

• A corrosão pode alterar o sabor dos alimentos.

• A corrosão acontece principalmente nas extremidades de corte da folhas metálicas.

• A corrosão pode acontecer após a dissolução do estanho.

• Baixo teor de oxigênio => menor ionização da água. Na corrosão eletrolítica:

Ânodo/cátodo = ferro/estanho. Eletrólito = produto alimentício.

Como garantir o baixo teor de oxigênio dentro da embalagem metálica? Alimentos com pH baixo promovem a corrosão (ataque ao verniz e aumento da corrosividade do meio).

H₂O + 1

2 O2 + 2 e

Corrosão microbiológica (eletroquímica)

A corrosão induzida por microrganismos, também chamada microbiana ou microbiológica, é aquela onde a corrosão do material metálico se processa sob a influência de microrganismos, mais frequentemente bactérias, embora existam exemplos de corrosão atribuídas a fungos e algas.

• Bactérias oxidantes de enxofre levando a H₂SO₄ • Bactérias que liberam ácidos

Principais bactérias (aeróbicas): • Gallionella ferrugínea. • Crenotrix. • Leptothris. • Siderocapsa. • Sideromonas. • Salmonella.

Faixa ótima de temperatura e pH entre 0 – 40°C e 5.5 – 8.2, respectivamente.

Metabolismo da glucose = produção de ácidos (pH)

Implicações da corrosão

• A corrosão das embalagens metálicas leva à dissolução de metais (contaminação).

• Alteração do valor nutritivo e organoléticas do produto. • Estufamento da lata.

Sulfuração

Também conhecida como marmorização. A origem dos compostos de enxofre é diversa:

• Decomposição de proteínas (carnes, peixes, milho verde, ervilha, etc). • Glicosídeos (cebola, alho, couve-flor, espinafre, etc).

Produtos da sulfuração:

• Sulfeto de estanho (SnS) => cor violeta. • Sulfeto de ferro (FeS) => cor escura.

Fe  Fe2++ 2 e− ou Sn  Sn2+ + 2 e− Fe2++ S2−՜ FeS

Mecanismos da sulfuração

• Alguns alimentos enlatados como os cogumelos, palmito, pêssego, sucos, compotas de frutas e alguns vegetais são beneficiados pelas reações de sulfuração com o estanho (melhora das propriedades organoléticas).

• A reação de sulfuração (SnS) reduz as reações de escurecimento não enzimático (mecanismo desconhecido).

• O dióxido de enxofre (SO2) acelera a reação de sulfuração

• Análise por espectroscopia de energia dispersiva (EDX, a partir do MEV).

Perguntas

• A área de soldagem foi regular em todas as embalagens? Explique.

• No atum, qual foi o meio corrosivo menos agressivo e qual foi o mais agressivo para as embalagens metálicas? Explique.

• Defina corrosão por tensão. Em que lugar das embalagens foi observado este tipo de corrosão? Explique.

• Mencione e explique brevemente as técnicas utilizadas para a análise da corrosão nas embalagens metálicas.

Conclusões

• A corrosão é a deterioração de um material, geralmente metálico, por ação química do material ou eletroquímica do meio ambiente.

• A corrosão eletroquímica é o principal mecanismo de corrosão nas embalagens metálicas. Para que esta aconteça, deve existir um meio corrosivo em presença de oxigênio.

• O principal meio corrosivo em alimentos é a água. A diminuição do pH aumenta a corrosividade do meio.

• Métodos óticos, químicos e elétricos são os mais utilizados para caracterizar a corrosão.

Referências

• Neuza, J. Embalagem para alimentos. Cultura Acadêmica – UNESP, 2013. • Barão, M.Z. Embalagens ara produtos alimentícios. TECPAR, 2011.

• Dantas, S.T., Soares, B.M.C., Saron, S.E., Gatti, J.A.B., Kiyataka, P. Avaliação de latas de folha de flandres para acondicionamento de leite condensado. Brazilian Journal of Food Tecnology, 2010, 13, 52-59.

• Silva, R.C., Filho, T.R. Corrosão do aço carbono em meio sulfato na presença da bactéria Salmonella anatum. Revista Matéria, 2008, 13, 282-293.

• Montanari, A., Zurlini, C. Influence of side stripe on the corrosion of unlacquered tinplate cans for food preserves. Packaging Technology Science, 2018, 31, 15-25.

• Soares B., Anjos, C.A., Faria, T.B., Dantas, S.T. Characterization of Carbonated Beverages Associated to Corrosion of Aluminium Packaging. Packaging Technology Science, 2016, 29, 65-73.