莊乾浩，魏 華

（臨朐縣鋁合金型材及制品質(zhì)量檢驗(yàn)中心，山東濰坊 262600）

鋁合金是以鋁為基材，添加一定量其他合金化元素的合金，屬于輕金屬材料之一。鋁合金作為日常生活中最為常見(jiàn)的一類(lèi)有色金屬材料，具有耐腐蝕、導(dǎo)熱性能強(qiáng)、低溫性能好以及質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn)，在食品加工生產(chǎn)線、包裝工作臺(tái)、分揀流水線、擺放物料架等方面有著大量應(yīng)用，使用量?jī)H次于鋼[1]。近年來(lái)，隨著我國(guó)食品裝備和包裝機(jī)械行業(yè)的迅速發(fā)展，鋁合金作為食品加工行業(yè)的重要組成部分，被廣泛應(yīng)用于食品機(jī)械及包裝領(lǐng)域，在食品市場(chǎng)受到眾多企業(yè)的青睞。但由于鋁合金中含有鋁、銅、硅、鎂、鋅等重金屬成分，如果食品機(jī)械設(shè)備使用材料選擇不當(dāng)，鋁合金制品質(zhì)量把關(guān)不嚴(yán)，不僅加工設(shè)備會(huì)受到腐蝕破壞，而且還會(huì)出現(xiàn)重金屬遷移超標(biāo)的問(wèn)題，造成食品污染，出現(xiàn)食物中毒及食源性疾病事件。因此，選擇合適的食品機(jī)械及包裝材料，采取有效的金屬表面處理技術(shù)，對(duì)于加強(qiáng)食品安全管理具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 鋁合金制品在食品中的應(yīng)用領(lǐng)域

1.1 在食品機(jī)械行業(yè)的應(yīng)用

在食品機(jī)械材料物理性能選擇方面，要保證材料導(dǎo)熱性能好、抗粘性強(qiáng)等；在化學(xué)性能選擇方面，要保證金屬離子具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性和抗氧化能力，不容易與外界物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)[2]?；谏鲜鲆蛩?，食品機(jī)械中主要選擇的有色金屬材料是鋁合金、銅合金等，而鋁合金價(jià)格相對(duì)便宜，經(jīng)常作為合金鋼、銅的金屬替代材料。由于鋁合金材料相對(duì)穩(wěn)定，具有耐腐蝕性和良好的導(dǎo)熱性能、低溫性能、加工性能以及密度小等優(yōu)點(diǎn)[3]，應(yīng)用在食品機(jī)械加工中機(jī)械性能好、重量輕、耐用、易于儲(chǔ)存和運(yùn)輸貨物，不易在食品介質(zhì)中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，對(duì)人體健康無(wú)毒無(wú)害，符合國(guó)家衛(wèi)生檢疫機(jī)關(guān)的安全規(guī)定。例如，經(jīng)常應(yīng)用在食品加工設(shè)備、食品存儲(chǔ)、薄板加工件等，主要用于加工需要有良好的成形性能、耐腐蝕性、可焊接性能強(qiáng)的零部件，常適用于碳水化合物類(lèi)、脂肪類(lèi)、乳制品類(lèi)的食品加工中。

1.2 在食品包裝行業(yè)的應(yīng)用

與食品接觸的主要材料除了加工環(huán)節(jié)，還有食品包裝環(huán)節(jié)，包裝材料除需要滿足食品的理化特性外，還要考慮到材料的密封效果、耐高溫、耐腐蝕等安全要素。食品級(jí)鋁合金大部分為3004 型號(hào)，具有獨(dú)特的金屬光澤、良好的觸感和外觀[4]。該食品級(jí)鋁板成形性、溶解性、耐蝕性效果較好，主要采取薄板或箔材的材料形式應(yīng)用在金屬包裝中，通常制作成易拉罐、瓶蓋、桶、包裝箔等產(chǎn)品，能夠阻擋陽(yáng)光、隔絕空氣和潮濕環(huán)境，最大限度降低外部條件對(duì)食品的影響，廣泛應(yīng)用在啤酒、飲料和其他食品罐等包裝材料，還可應(yīng)用于有機(jī)酸以及水果汁、葡萄酒等具有微弱腐蝕性的酸性食品。同時(shí)鋁箔器皿美觀、重量輕、傳熱性能好，還常用于快餐的包裝中。

2 鋁合金制品存在的食品安全風(fēng)險(xiǎn)

2.1 機(jī)械腐蝕風(fēng)險(xiǎn)

食品機(jī)械加工是保障食品安全的重要環(huán)節(jié)，如若選材不當(dāng)就會(huì)造成食品污染，所以控制食品加工機(jī)械表面清潔衛(wèi)生至關(guān)重要。機(jī)械設(shè)備的耐腐蝕程度取決于材料的化學(xué)性質(zhì)和表面狀態(tài)以及受力狀態(tài)，物料介質(zhì)的種類(lèi)、濃度和溫度等參數(shù)。有些食品自身就具有酸性或堿性，食品機(jī)械設(shè)備在加工過(guò)程中與酸類(lèi)或弱堿類(lèi)物質(zhì)相接觸，如醋酸、檸檬酸、乳酸、脂肪酸、純堿和小蘇打等，這些物料會(huì)腐蝕許多金屬材料，造成食品污染。有的食品自身不具有腐蝕性，但如果長(zhǎng)時(shí)間暴露在空間中，食品表面就會(huì)出現(xiàn)微生物繁殖問(wèn)題，產(chǎn)生具有腐蝕性的代謝物。因此，食品機(jī)械設(shè)備所用材料選擇不當(dāng)而造成的腐蝕，不僅容易造成機(jī)器本身的破壞，更會(huì)造成食品污染。鋁屬于電位非常負(fù)的有色金屬，其標(biāo)準(zhǔn)電極電位為-1.67 V，使得鋁的鈍化能力很強(qiáng)，鋁表面極易形成致密而牢固的氧化鋁膜，氧化鋁是致密耐酸堿的氧化物，而且被破壞后又可快速生成，確保鋁制品不易被腐蝕。鋁合金中加入鎂、錳或鉻成分，使得鋁合金具有較好的物理性能、機(jī)械性能和抗腐蝕性能，因此它在大部分的中性和部分弱酸性溶液當(dāng)中以及在空氣中都具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，避免相互之間產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)從而防止腐蝕。

2.2 重金屬遷移風(fēng)險(xiǎn)

食品接觸材料遷移是指食品接觸材料及制品的組分或成分通過(guò)擴(kuò)散、滲透、揮發(fā)、釋放等方式轉(zhuǎn)移到與之接觸的食品中的過(guò)程。食品級(jí)鋁合金是由多種元素制成的合金，含有銅、硅、鎂、鋅、錳等金屬元素，如果食品級(jí)鋁合金制作不符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)金屬遷移的量超過(guò)一定的界限，就會(huì)給食品安全帶來(lái)嚴(yán)重影響，輕則破壞食品的營(yíng)養(yǎng)，重則危害人們的身體健康。食品檢測(cè)部門(mén)規(guī)定選擇人造自來(lái)水、檸檬酸溶液、堿及油脂模擬物以及預(yù)期最極端接觸溫度來(lái)選擇試驗(yàn)條件，測(cè)定鋁制品的遷移物總量和特定遷移量是否在國(guó)家安全標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。梅煉等[5]在對(duì)接觸食品的鋁及鋁合金制品中有害金屬遷移規(guī)律的研究中發(fā)現(xiàn)，鋅、鉻、鎳、錳4 種元素在高溫條件下較易發(fā)生遷移，尤其是鋅在高溫環(huán)境中的時(shí)間越長(zhǎng)，遷移量越高。張泓等[6]在食品接觸用鋁和鋁合金材料及制品中鋁元素的遷移及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究中，采用4%的乙酸、5 g·L-1的檸檬酸和人造自來(lái)水3 種食品模擬遷移量，發(fā)現(xiàn)鋁元素遷移量隨沸騰時(shí)間的增長(zhǎng)顯著增加。因此，鋁合金制品不適合應(yīng)用在高溫度的食品行業(yè)中，如果長(zhǎng)期在高溫環(huán)境中使用，各類(lèi)元素遷移至食品的風(fēng)險(xiǎn)將陡然增加。

3 食品機(jī)械及包裝中鋁合金制品表面處理技術(shù)

在食品生產(chǎn)加工過(guò)程中，如果加工環(huán)境、食品機(jī)械、食品包裝材料選擇出現(xiàn)問(wèn)題，就會(huì)導(dǎo)致食品機(jī)械出現(xiàn)腐蝕情況，更嚴(yán)重者還會(huì)出現(xiàn)鋁、鉻、鎳等有害金屬元素遷移到食物中，進(jìn)而危害人們的健康。食品機(jī)械腐蝕分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕，如果在鋁合金表面形成一種致密的保護(hù)膜，將食品與機(jī)械設(shè)備隔離開(kāi)，就能夠起到防腐蝕的效果。鋁合金之所以能應(yīng)用在食品行業(yè)，主要是采取有效的技術(shù)對(duì)表面做涂層處理，防腐蝕、防靜電，而且還不用涂油漆，不會(huì)有甲醛等氣體產(chǎn)生，很適合應(yīng)用在食品行業(yè)中。因此，要想提高食品機(jī)械加工安全，就必須對(duì)鋁合金制品采取相應(yīng)的表面處理，以確保不被食品腐蝕，以此滿足食品行業(yè)的安全需求。鋁合金制品表面處理技術(shù)眾多，主要有電鍍、氧化、表面涂層處理等。

3.1 電鍍及化學(xué)鍍技術(shù)

電鍍技術(shù)是通過(guò)化學(xué)的方法在鋁及鋁合金表面重新沉淀一層其他金屬，由此改變鋁合金表面的金屬性能。由于鋁合金本身易形成天然氧化膜，使得鋁合金表面電鍍較為困難，嚴(yán)重影響鍍層與鋁合金的結(jié)合力。因此鋁合金電鍍技術(shù)首要前提是保證表面沒(méi)有氧化膜，一般都會(huì)先在鋁合金表面預(yù)鍍鎳，然后再將鋁合金制品放入電解液當(dāng)中，利用電解原理在鋁合金表面鍍上一層其他金屬。例如，在鋁合金表面上鍍銅或錫能夠改變鋁合金的焊接性，在食品機(jī)械加工中增強(qiáng)設(shè)備的連接性；在鋁合金表面鍍鉻或鍍鎳可以提高鋁合金的整體硬度和耐磨性，增加食品機(jī)械設(shè)備的使用周期。鋁合金電鍍大多屬于功用性鍍層，通過(guò)電鍍?cè)鰪?qiáng)鋁合金的屬性，使機(jī)械設(shè)備符合功能和更美觀。

化學(xué)鍍則是依靠金屬的催化作用，通過(guò)氧化-還原反應(yīng)將鍍液中的金屬離子沉積到鋁合金表面，達(dá)到在金屬表面成膜的效果。與電鍍技術(shù)相比較具有一定優(yōu)勢(shì)，化學(xué)鍍對(duì)整體環(huán)境的污染較低，鍍層與鋁合金的結(jié)合力較強(qiáng)，得到的鋁合金鍍層能夠起到很好的保護(hù)作用。但是由于化學(xué)鍍技術(shù)復(fù)雜，材料耗費(fèi)大，鋁合金鍍層的質(zhì)量無(wú)法更好地控制。

3.2 微弧氧化技術(shù)

該技術(shù)又稱為微等離子體氧化技術(shù)，作為一種新型的金屬表面處理技術(shù)，主要是將電解液與設(shè)定的相應(yīng)電參數(shù)結(jié)合，在鋁合金表面采取弧光放電的形式，在短時(shí)間內(nèi)高溫高壓的作用下，在鋁合金表面形成一種以基體金屬氧化物為主的陶瓷膜層。采用微弧氧化技術(shù)對(duì)鋁及其合金材料進(jìn)行氧化處理，具有操作便捷、處理能力強(qiáng)、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)。陶瓷膜是一種多孔狀、與基體結(jié)合牢固、具有陶瓷特征的氧化物，在材料硬度、耐磨、耐蝕等性能上與傳統(tǒng)表面處理技術(shù)相比有很大進(jìn)步，高溫抗氧化性能好，可制作食品機(jī)械零部件和包裝材料。微弧氧化電解液不含有毒物質(zhì)和重金屬元素，電解液抗污染能力強(qiáng)和再生重復(fù)使用率高，因而該技術(shù)對(duì)環(huán)境污染較低，能夠滿足食品安全綠色生產(chǎn)的規(guī)定，符合我國(guó)走可持續(xù)化和低碳化的發(fā)展之路。

3.3 表面涂層處理技術(shù)

鋁容易受到酸的侵蝕，能夠在濃堿溶液中溶解，為保證食品接觸用金屬材料及制品安全，國(guó)家出臺(tái)了《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品接觸用金屬材料及制品》（GB 4806.9—2016）嚴(yán)格要求金屬材料和制品，食品接觸面未覆有機(jī)涂層的鋁和鋁合金不得接觸酸性食品。激光熔覆是一種新的表面改性技術(shù)，通過(guò)在基材表面添加熔覆材料，采取高能束激光在鋁合金表面進(jìn)行激光熔覆處理，形成與鋁合金結(jié)合的添料熔覆層，能夠較好地增強(qiáng)鋁合金表面的硬度和耐磨性，在食品加工中普遍應(yīng)用。復(fù)合涂層是在鋁合金表面噴涂納米材料，與傳統(tǒng)技術(shù)相比，納米結(jié)構(gòu)涂層在強(qiáng)度、韌性、耐腐蝕性方面效果更為明顯。另外，在鋁合金表面進(jìn)行等離子弧噴涂能夠形成陶瓷涂層，也同樣具有提高硬度、增強(qiáng)耐磨性和抗腐蝕性等功能。

4 結(jié)語(yǔ)

在食品生產(chǎn)過(guò)程中，食品機(jī)械及包裝是必備的生產(chǎn)工具，是重要的加工環(huán)節(jié)。鋁合金作為食品機(jī)械及包裝的重要材料，需結(jié)合鋁合金的金屬屬性，不斷揚(yáng)長(zhǎng)避短，采取電鍍及化學(xué)鍍技術(shù)、微弧氧化技術(shù)等合適的表面處理技術(shù)，促使鋁合金材料更具有安全性、抗腐蝕性等特點(diǎn)，以便更廣泛應(yīng)用于食品機(jī)械及包裝領(lǐng)域，為我國(guó)食品安全保駕護(hù)航。