Inżynieria materiałowa na talerzu

Transkrypt

1 Aleksandra Kozłowska Instytut Materiałów Inżynierskich i Biomedycznych Wydział Mechaniczny Technologiczny Politechnika Śląska Słowa kluczowe: stal nierdzewna, stal niestopowa, stop aluminium, stop miedzi, żeliwo Inżynieria materiałowa na talerzu Każdy z nas poświęca pewną ilość czasu na przygotowanie posiłków, dbając o to, aby były one smaczne i zdrowe, wykonane z produktów dobrej jakości. Żyjemy w czasach, w których do sposobu odżywiania przywiązuje się coraz większą uwagę. Produkty eko, bez laktozy, bez glutenu itp. są pożądane przez osoby które chcą być fit. Ale czy wartościowy produkt równa się wartościowa dieta? Jestem tym, co jem głosi znane powiedzenie, ale czy na pewno wiemy, co jemy? I co ma z tym wspólnego inżynieria materiałowa? Jestem tym co jem Czy zastanawiałaś/zastanawiałeś się, co codziennie ląduje na twoim talerzu, a w konsekwencji w Twoim żołądku? Pewnie większość z Was na to pytanie odpowie twierdząco, ponieważ żyjemy w czasach, w których coraz więcej osób dba o zdrowie. Każdy z nas chce żyć jak najdłużej, ciesząc się sprawnością fizyczną oraz intelektualną. Zbilansowana dieta jest podstawą zdrowego trybu życia, który według specjalistów ma zapewnić nam długie i szczęśliwe życie. Rośnie ilość świadomych konsumentów, co bez wątpienia związane jest z ułatwionym dostępem do szeroko pojętej literatury, w której znajdziemy porady jak prawidłowo się odżywiać. W większości poradników nie porusza się jednak ważnej kwestii Kulinarny Mendelejew Należy uświadomić sobie, że posiłek nie składa się tylko z produktów, które włożymy do garnka lub przygotujemy na patelni. W skład naszego posiłku wchodzą także produkty reakcji żywności z materiałami, z których wykonane są akcesoria kuchenne używane podczas przygotowania posiłku. Tak więc nieświadomie karmimy się chemią, tkwiąc w przekonaniu, że odżywiamy się zdrowo. Spożywamy produkt eko, bio pozbawiony szkodliwych substancji chemicznych, doprawionych szczyptą przyprawy wprost z tablicy Mendelejewa. Z inżynierskiego punktu widzenia cechy użytkowe akcesoriów kuchennych mają ścisły związek z właściwościami materiałów, z których są wykonane, rodzajem powłoki oraz konstrukcją wyrobu. Materiały, z których wykonane są naczynia do gotowania, są dedykowane do konkretnego rodzaju potraw, dlatego osoby dbające o zdrowie powinny posiadać zestaw akcesoriów kuchennych wykonanych z różnych materiałów. W praktyce najczęściej wykorzystuje się: stale nierdzewne, stale niestopowe, żeliwa, stopy aluminium oraz stopy miedzi (rys. 1). 1

2 Rys. 1. Pierwiastki chemiczne wchodzące w skład materiałów stosowanych w produkcji naczyń do gotowania, opracowano na podstawie [1] Na rynku znajdziemy całą gamę wyrobów, w związku z tym, które wybrać? Z całą pewnością produkty dostępne na rynku europejskim muszą spełniać warunki podyktowane przepisami Unii Europejskiej, które regulują jego jakość (Rozporządzenie WE nr 1935/2004 Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 27 października 2004). Mianowicie, definiują cechy, którymi powinien charakteryzować się produkt przeznaczony do kontaktu z żywnością. Podstawowe kryterium zakłada, że materiały lub wyroby przeznaczone do bezpośredniego lub pośredniego kontaktu z żywnością muszą być wystarczająco obojętne, aby nie powodować przenikania do żywności substancji w ilościach, które mogą stanowić zagrożenie dla zdrowia człowieka oraz powodować niemożliwe do przyjęcia zmiany w składzie takiej żywności lub pogorszenie jej cech organoleptycznych. Mówiąc wprost, nie może dojść do sytuacji, kiedy kontakt żywności z wyrobem może spowodować negatywne skutki zdrowotne dla człowieka albo wpływać na pogorszenie walorów smakowych spożywanych produktów. Jak rozpoznać produkt przeznaczony do kontaktu z żywnością? Na opakowaniu powinien znajdować się symbol kieliszka i widelca (rys. 2), który oznacza materiały i wyroby dopuszczone do kontaktu z żywnością, niemające w momencie wprowadzania do obrotu kontaktu z żywnością. Są to produkty mające kontakt z żywnością na etapie przetwarzania, przechowywania, przygotowania oraz serwowania, np. garnki, patelnie, sztućce, wszelkiego rodzaju pojemniki do przechowywania żywności itp. 2

3 Rys. 2. Oznaczenie materiałów i wyrobów dopuszczonych do kontaktu z żywnością [3] Oprócz przepisów UE wymagania odnośnie takich materiałów są sprecyzowane w normach krajowych. Istnieją także zalecenia projektowe np. EHEDG (Europejskiej Grupy Projektowej Urządzeń Higienicznych), które podają zasady, jakie należy przestrzegać, aby zaprojektowany wyrób cechował się wysoką higienicznością wykonania. Zalecenia EHEDG wskazują na zastosowanie materiałów o odpowiedniej chropowatości powierzchni jako czynnika determinującego czystość i higieniczność powierzchni elementów mających kontakt z żywnością. Powierzchnia musi być także wolna od wżerów, fałd i szczelin. Dokumentem potwierdzającym możliwość zastosowania określonego wyrobu w przemyśle spożywczym jest atest higieniczny oraz świadectwo jakości zdrowotnej. Wydawaniem takich atestów i świadectw w Polsce ustawowo zajmuje się Narodowy Instytut Zdrowia Publicznego (NIZP) Państwowy Zakład Higieny (PZH). Jak widać, na straży naszego zdrowia stoi szereg instytucji, które dbają o to żeby produkty trafiające na rynek były dla nas bezpieczne. Stal(e) obecne na naszym talerzu Według specjalistów nasza codzienna dieta powinna być zróżnicowana. Większość z nas wie, czym jest piramida żywieniowa. Co więcej, zapewne większość osób nie podchodzi obojętnie do zaleceń w niej zawartych. Fundamentem naszej diety powinny być produkty roślinne: warzywa, rośliny strączkowe, orzechy, owoce. Są one smaczne i zdrowe, ale ich reakcja na działanie np. temperatury jest różna. Produkty poddawane procesowi gotowania mogą mieć odczyn od kwasowego (ph 1-6), m.in. mięso, nabiał, po alkaliczny (ph 8-14) większość warzyw i owoców. Mogą również znajdować się w różnym stanie skupienia, z tego względu niezwykle ważnym kryterium stawianym naczyniom kuchennym jest odporność korozyjna. Warto wiedzieć, że im potrawa kwaśniejsza i im dłużej gotowana, tym ryzyko przedostania się do potrawy pierwiastków wchodzących w skład naczynia do gotowania rośnie. Podobne tendencje wykazują potrawy zawierające zwiększoną ilość wody. Świetnie w tym wypadku sprawdzą się naczynia wykonane ze stali nierdzewnej np. typu 18/10 (18 proc. Cr i 10proc. Ni). Odporność na korozję stale nierdzewne uzyskują dzięki niewidocznej warstwie ochronnej tlenków chromu, która tworzy się w stopach przy zawartości minimum 10,5 proc. Cr. Nawet jeśli warstwa zostanie mechanicznie uszkodzona, dojdzie do jej odbudowania w obecności tlenu i własności antykorozyjne stali pozostaną niezmienione (rys. 3). Wadą wyrobów ze stali nierdzewnej przeznaczonych do kontaktu z żywnością jest fakt, że spora populacja ludzi jest uczulona na nikiel, którego udział w przypadku tych stali wynosi ok. 10 3

4 proc. Szacuje się, że uczulenie na ten pierwiastek dotyka ok. 17 proc. osób dorosłych oraz 8 proc. dzieci, przy czym występuje częściej w grupie kobiet. Stale odporne na korozję mogą być stosowane w szerokim zakresie temperatur, jaki występuje podczas przygotowania jedzenia, są odporne na gwałtowne zmiany temperatury. Ich wadą jest niska przewodność cieplna, co skutkuje jego nierównomierną dystrybucją wewnątrz naczynia i co w efekcie może prowadzić do przypalenia potrawy. Rys. 3. Schematyczne przedstawienie mechanizmu regeneracji ochronnej warstwy pasywnej stali nierdzewnych [4] Do produkcji garnków i patelni wykorzystuje się również stale niestopowe. Stale tego typu cechują się znacznie niższą odpornością na korozję w porównaniu do stali Cr-Ni. Naczynia ze stali niestopowej posiadają powłoki ochronne, najczęściej ceramiczne, których celem jest jej zwiększenie. Ceramika jako materiał obojętny nie wchodzi w reakcje chemiczne z produktami znajdującymi się na jej powierzchni, dlatego w przypadku alergików zaleca się przygotowanie posiłku w naczyniach pokrytych tego rodzaju powłoką. Naczynia ze stali niestopowej mogą być również pokrywane emalią, która spełnia podobną rolę jak ceramika. Zastosowanie powłoki ochronnej sprawia, że produkty korozji stali nie przedostają się do jedzenia. W przypadku mechanicznego uszkodzenia (np. zadrapania) bariery stal-ceramika jony metalu mogą swobodnie migrować do potrawy, wzbogacając ją o dodatkowe związki chemiczne tlenki żelaza (produkty korozji), czyli rdzę. Stale niestopowe cechują się większą przewodnością cieplną w porównaniu do stali nierdzewnych, dlatego istnieje mniejsze ryzyko przypalenia potrawy podczas gotowania w garnku wykonanym z tego typu stali. Znaczącą zaletą stali niestopowych jest ich cena, która jest o wiele niższa niżeli wyrobów ze stali nierdzewnej. Żeliwo jest jednym z materiałów od dawna wykorzystywanych do produkcji naczyń kuchennych. Wyroby żeliwne nagrzewają się wolno, z drugiej strony świetnie zatrzymują ciepło, gdyż materiał ten charakteryzuje się dużą pojemnością cieplną. Właściwość ta jest przydatna przy przygotowywaniu potraw, które wymagają wolnego gotowania. Większość z nas miło wspomina smak jedzenia przygotowanego w żeliwnym kociołku zawieszonym nad ogniskiem Żeliwo charakteryzuje się także dobrą przewodnością cieplną, dzięki czemu możliwa jest stosunkowo równomierna dystrybucja ciepła wewnątrz naczynia. Garnki i patelnie wykonane z żeliwa dostępne są w wersji surowej lub emaliowanej. Surowe żeliwo charakteryzuje się bardzo niską odpornością korozyjną, z tego względu naczynie bezpośrednio po umyciu należy dokładnie wysuszyć. Wadą wyrobów z tego materiału jest fakt, że wchodzi on w reakcje z różnymi substancjami. Kwasowe produkty żywnościowe (np. cytryna lub pomidor) mogą doprowadzić do dekoloryzacji i przesiąkania jedzenia jonami metalu. 4

5 Niestrawne aluminium Stopy aluminium charakteryzują się bardzo dobrą przewodnością cieplną, co zapewnia szybkie i równomierne rozprowadzanie ciepła. Własność ta czyni naczynia ze stopów aluminium idealnymi do przygotowywania potraw, które łatwo się przypalają, np. na bazie mąki i/lub mleka. Ryzyko przywierania potrawy do patelni lub garnka jest niewielkie, ponieważ jest ona podgrzewana z kilku stron, a regulacja temperatury jest łatwa i szybka, co również zapobiega przypaleniom. Dzięki dużej przewodności cieplnej stopy aluminium szybko się nagrzewają, co pozwala na znaczną oszczędność energii. W porównaniu do stali, stopy te są stosunkowo miękkie podatne na zadrapania. W związku z tym należy się obchodzić delikatnie i podczas gotowania stosować wyłącznie akcesoria kuchenne wykonane z miękkich tworzyw lub drewna. Niewątpliwą zaletą stopów aluminium jest także ich niska gęstość, co sprawia że są bardzo lekkie. Ta cecha bez wątpienia przyczyniła się do stosowania kilkadziesiąt lat temu tego rodzaju materiałów na menażki użytkowane przez wojsko lub harcerzy. Dodatkowo stopy aluminium charakteryzują się dużą odpornością na korozję, dzięki obecności warstwy tlenkowej Al2O3 wytworzonej w procesie przygotowania powierzchni (anodowania). Warstwa tlenkowa jest wrażliwa na działanie kwasów, dlatego może ona ulec zniszczeniu pod wpływem produktów o odczynie kwaśnym, np. sosu pomidorowego. Naczynia wykonane ze stopów aluminium najczęściej pokrywa się ceramiką. W przypadku braku powłoki ochronnej wchodzą w reakcję z różnymi czynnikami, przez co łatwo tracą kolor. Ponadto jony metalu przedostają się do potrawy. Sytuacja, kiedy jony aluminium przedostają się do jedzenia, jest bardzo niebezpieczna dla naszego zdrowia, co potwierdziły wielokrotne badania naukowe. Wykryto, że pierwiastek ten może znacznie zwiększyć ryzyko wystąpienia choroby Alzheimera oraz Parkinsona. Ma także związek z występowaniem innych dolegliwości: zaburzeń równowagi, koncentracji, osłabianiem pracy trzustki, osteoporozy. Długotrwałe, systematyczne zjadanie akcesoriów kuchennych, wykonanych z niezabezpieczonych przed uszkodzeniami mechanicznymi stopów aluminium, zwiększa ryzyko występowania tych groźnych chorób. Higieniczna miedź Cechą charakterystyczną stopów miedzi jest bardzo duża przewodność cieplna, największa spośród materiałów stosowanych w produkcji naczyń do gotowania. Jest ona prawie kilkunastokrotnie większa niż stali. Podobnie jak w przypadku wyrobów ze stopów aluminium, naczynia ze stopów miedzi idealnie nadają się do przyrządzania potraw, które łatwo się przypalają. Miedź posiada właściwości antybakteryjne, dlatego naczynia wykonane z tego materiału cechują się dużą higienicznością, ponadto charakteryzuje się również wysoką odpornością na korozję. Miedź jest materiałem o niskiej odporności na ścieranie, dlatego wewnętrzna strona garnków i patelni mająca kontakt z potrawą pokrywana jest cienką powłoką ze stali nierdzewnej. Przeciwdziała to przedostawaniu się jonów metalu do żywności, a także ułatwia czyszczenie naczynia. Akcesoria wykonane z miedzi są bardzo rzadko stosowane ze względu na ich wysoką cenę. Ma to związek z wysokimi kosztami pozyskiwania tego surowca z rudy. 5

6 Tab.1. Analiza właściwości materiałów stosowanych do produkcji naczyń do gotowania (+++ - wysokie, ++ - średnie, + - niskie) materiał odporność na korozję przewodność cieplna pojemność cieplna własności odporność na ścieranie chropowatość powierzchni cena stal nierdzewna stal niestopowa żeliwo stopy aluminium stopy miedzi Pewnie większość z was po lekturze tego artykułu zastanowi się, jakie wyroby używa na co dzień podczas przygotowania posiłku. Zdrowie jest przecież najważniejsze, dlatego tak ważne jest świadome korzystane z produktów dostępnych na rynku. Wiedza z zakresu inżynierii materiałowej może także wspomagać umiejętności kulinarne. Właściwy dobór akcesoriów kuchennych umożliwia przygotowanie zdrowego i smacznego posiłku. Literatura: 1. L.A. Dobrzański: Podstawy nauki o materiałach i metaloznawstwo, WNT, Warszawa Rozporządzenie WE nr 1935/2004 Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 27 października 2004 w sprawie materiałów i wyrobów przeznaczonych do kontaktu z żywnością