Các lon súp hiện đại chủ yếu được chế tạo từ thép mạ thiếc ba lớp (tinplate) để đảm bảo tính toàn vẹn cấu trúc trong quá trình tiệt trùng ở nhiệt độ cao. Khác với lon đồ uống bằng nhôm hay chai nhựa, lon súp sử dụng hệ thống bảo vệ nhiều lớp: lõi thép để tăng độ bền, lớp thiếc chống gỉ sét và lớp lót polymer BPA-NI để chống ăn mòn do axit, tất cả đều được cố định bằng các đường hàn kép kín khí.

Hộp đựng súp không chỉ là một loại hộp đựng dùng một lần, mà còn là một hệ thống chứa áp lực có khả năng chịu đựng được những tác động nhiệt cực đoan, lực chân không bên trong và sự ăn mòn hóa học trong nhiều năm.

Một lon súp không được làm từ bất kỳ loại vật liệu đơn lẻ nào. Đó là kết quả của sự tương tác phức tạp giữa luyện kim, hóa học polymer và vật lý xử lý nhiệt. Khi nhà sản xuất lựa chọn vật liệu đóng gói, họ không chỉ mua kim loại, mà còn mua một chất nền có khả năng chịu đựng được các điều kiện khắc nghiệt trong buồng tiệt trùng bằng nồi hấp.

Cuộc thảo luận này phân tích các quyết định kỹ thuật được đưa ra trong quá trình đóng gói súp, không chỉ dừng lại ở các nguyên liệu thô bề ngoài mà còn đi sâu vào các công nghệ cấu trúc và hóa học nhằm đảm bảo an toàn thực phẩm.

Vượt ra ngoài lớp thép: Điểm khác biệt của hộp ba mảnh

Nhiều người vẫn lầm tưởng rằng tất cả các loại hộp đựng thực phẩm bằng kim loại, bao gồm cả những chiếc hộp thiếc đời đầu, đều giống nhau. Người tiêu dùng thường gộp chung hộp đựng đồ uống và hộp đựng thực phẩm lại với nhau. Tuy nhiên, xét về mặt sản xuất và kỹ thuật, chúng là hai loại sản phẩm khác nhau với những yêu cầu về cấu trúc riêng biệt. Khi đặt câu hỏi “hộp đựng súp được làm từ chất liệu gì?”, trước tiên chúng ta cần xem xét phương pháp chế tạo của chúng.

Sự khác biệt giữa cấu trúc 2 mảnh và 3 mảnh

Hộp đựng đồ uống thực chất là loại hộp hai mảnh. Chúng được sản xuất bằng cách kéo dãn và ép phẳng một tấm nhôm thành hình cốc, sau đó đậy nắp lên trên. Quá trình này tạo ra một vật chứa có đáy liền khối (đáy liền mạch với thành hộp). Thành hộp rất mỏng vì khí carbon dioxide trong đồ uống tạo ra áp suất bên trong giúp giữ vững cấu trúc.

Hộp đựng súp thường là loại hộp ba mảnh. Tòa nhà này được cấu thành từ ba thành phần khác nhau:

1. Phần thân: Đây là một tấm kim loại phẳng được cuộn thành hình trụ và hàn dọc theo đường nối.
2. Phần dưới cùng: Đây là một đĩa thép hình tròn được nhà sản xuất lon hàn vào thân lon.
3. Phần trên cùng (nắp): Đây là phần được nhà sản xuất thực phẩm dán lên sau khi đóng gói.

Tại sao nồi súp lại cần làm bằng thép và có các mối hàn?

Quy trình tiệt trùng quyết định việc sử dụng hộp thực phẩm bằng thép (trước đây thường được gọi là hộp thiếc) thay vì hộp nhôm trong sản xuất súp. Súp là loại thực phẩm có độ axit thấp hoặc đã được axit hóa, thường cần phải trải qua quy trình xử lý trong nồi áp suất (retort). Quy trình này được thực hiện bằng cách đặt các hộp thực phẩm bằng kim loại vào một nồi áp suất lớn (retort), nơi nhiệt độ được nâng lên khoảng 121°C (250°F) để tiêu diệt các mầm bệnh có hại như Clostridium botulinum.

Trong quá trình này, chất chứa trong lon sẽ nở ra, tạo ra áp suất bên trong rất lớn. Khi chu trình tiệt trùng kết thúc và buồng tiệt trùng nguội đi, áp suất sẽ đảo ngược, tạo ra chân không bên trong lon.

Các lon nhôm hai mảnh thường đủ mềm và dẻo để chịu được chu kỳ áp suất mạnh mẽ này mà không bị biến dạng. Thép cung cấp độ bền kéo và mô-đun đàn hồi (độ cứng) cần thiết. Độ cứng theo phương thẳng đứng của lon ba mảnh được đảm bảo nhờ đường hàn bên hông, giúp thùng chứa duy trì hình dạng hình trụ và đường kính ngay cả khi áp suất và nhiệt độ thay đổi đột ngột.

Lớp lót bên trong: Lớp ngăn cách hóa chất và các tiêu chuẩn về BPA-NI

Thép là vật liệu có tính phản ứng hóa học, mặc dù nó tạo nên cấu trúc của sản phẩm. Khi cho súp vào một sản phẩm làm từ thép thô, thực phẩm sẽ phản ứng với kim loại, khiến thép bị ăn mòn và thực phẩm sẽ bị hỏng hoặc có vị kim loại lạ, dẫn đến giảm chất lượng. Phần quan trọng nhất của một hộp đựng súp hiện đại không phải là kim loại, mà là lớp phủ polymer siêu mịn nằm giữa thực phẩm và thép.

Sự phát triển sang các lớp phủ BPA-NI (không chủ ý) và lớp phủ polyester

Trong nhiều thập kỷ qua, nhựa epoxy có thành phần chính là Bisphenol A (BPA) đã trở thành tiêu chuẩn công nghiệp trong lĩnh vực lót lon. Nhựa epoxy có khả năng bám dính vào kim loại và khả năng chịu nhiệt vượt trội. Tuy nhiên, những lo ngại ngày càng gia tăng về độc tính cùng áp lực từ người tiêu dùng đòi hỏi nhãn sản phẩm phải “sạch hơn” đã buộc chuỗi cung ứng phải thực hiện một sự thay đổi mang tính đột phá nhằm đảm bảo giữ lại tối đa giá trị dinh dưỡng và an toàn cho sản phẩm.

Ngành công nghiệp này đã chuyển sang sử dụng lớp phủ BPA-NI (Non-Intent). “Non-Intent” là một thuật ngữ kỹ thuật được sử dụng trong lĩnh vực tuân thủ quy định (các quy định của FDA và EU). Thuật ngữ này ngụ ý rằng BPA không được thêm vào công thức hóa học một cách có chủ đích.

Việc thay thế epoxy luôn là một thách thức lớn trong lĩnh vực kỹ thuật hóa học. Ngành công nghiệp này phần nào đã thống nhất ở hai phương án:

• Nhựa acrylic: Chúng thường được sử dụng cho các sản phẩm thực phẩm có tính chất ít gây kích ứng hơn.
• Nhựa polyester: Chúng được sử dụng nhờ khả năng chịu nhiệt cao.

Các lớp hoàn thiện hiện đại này phải đối mặt với thách thức lớn trong việc cân bằng. Chúng phải đủ mềm dẻo để uốn cong theo kim loại khi lon được định hình mà không bị vỡ, nhưng cũng phải đủ cứng để ngăn ngừa mài mòn trong quá trình chiết rót. Trong trường hợp của dây chuyền sản xuất, sự thay đổi này đồng nghĩa với việc phải có sự kiểm soát chất lượng nghiêm ngặt. Khi vòi chiết rót cọ xát vào đáy lon, nó có thể dễ dàng xuyên thủng lớp phủ polyester hơn so với các loại epoxy cũ, dẫn đến hiện tượng ăn mòn cục bộ.

Kiểm soát độ chua trong súp cà chua và súp rau củ

Các sản phẩm có độ axit cao (ví dụ: súp cà chua): Cà chua có tính ăn mòn rất mạnh đối với lon kim loại. Axit có thể xâm nhập vào các lỗ rỗng vi mô trong lớp phủ, gây ra hiện tượng phồng do hydro (khi lon bị phồng lên) hoặc hiện tượng bong tróc lớp thiếc (lớp thiếc bị bong ra). Các sản phẩm này cần công thức lớp phủ dày hơn, có độ liên kết chéo cao và được thiết kế đặc biệt để chống lại axit.

• Các sản phẩm có độ axit cao (ví dụ: súp cà chua): Cà chua có tính ăn mòn rất mạnh đối với hộp kim loại. Axit có thể xâm nhập vào các lỗ rỗng siêu nhỏ trong lớp phủ, gây ra hiện tượng phồng do hydro (khi lon bị phồng lên) hoặc hiện tượng bong tróc lớp thiếc (lớp thiếc bị bong ra). Các sản phẩm này cần có công thức lớp phủ dày hơn, có độ liên kết chéo cao và được thiết kế đặc biệt để chống lại tác động của axit.
• Các sản phẩm có độ axit thấp (ví dụ: Súp kem nấm, Mì gà): Các chất này không có tính ăn mòn hóa học mạnh, nhưng cần phải được tiệt trùng ở nhiệt độ cao hơn để đảm bảo an toàn. Trong trường hợp này, lớp phủ cần có độ ổn định nhiệt cao hơn là khả năng chống axit.

Về mặt sản xuất, tính toàn vẹn của lớp phủ này là yếu tố quan trọng nhất. Các dây chuyền đóng gói cần được hiệu chỉnh để xử lý khối lượng lớn lon với tốc độ cao. Lớp rào cản polymer liên tục có thể bị phá vỡ do một vết lõm hoặc vết xước nhỏ bên trong khuôn, gây ra bởi bộ nạp trục vít hoạt động quá mạnh hoặc bộ kẹp hàn không được điều chỉnh đúng cách. Khi lớp rào cản này bị phá vỡ, quá trình tương tác giữa dung dịch muối và vỏ thép sẽ bắt đầu, dẫn đến việc giảm đáng kể thời hạn sử dụng của sản phẩm.

Thiết kế kết cấu: Áp suất chân không và các gân thành bên

Một hộp súp có thể có hình dáng bên ngoài không mấy thẩm mỹ. Những vết vòng thường thấy trên thân hộp là kết quả trực tiếp của các định luật vật lý chi phối quá trình xử lý nhiệt.

Ngăn chặn hiện tượng sụp đổ trong quá trình làm mát lò nung

Khi đóng hộp súp nóng, trong khoảng trống trên cùng của hộp có chứa không khí nóng và hơi nước. Khi hộp đi qua quy trình tiệt trùng và sau đó được làm lạnh, hơi nước ngưng tụ trở lại thành các giọt nước. Lượng khí trong khoảng trống trên cùng giảm đi đáng kể.

Điều này tạo ra một chân không mạnh bên trong. Áp suất trong khí quyển bên ngoài lon lúc này lớn hơn nhiều so với áp suất bên trong lon. Áp suất này tác động lên lon, khiến nó bị ép vào trong — quá trình này được gọi là hiện tượng lõm vào trong hoặc hiện tượng nổ lún.

Các đường gân hoặc các đường viền là những vòng ngang đóng vai trò gia cố kết cấu. Các đường gân này giúp tăng cường độ bền vòng hướng tâm của hộp thiếc, giống như kim loại gấp nếp có độ bền cao hơn so với tấm kim loại phẳng. Chúng đảm bảo thành bên của hộp không bị xẹp vào trong do áp suất chân không hình thành trong quá trình làm lạnh.

Làm thế nào nitơ lỏng giúp tạo ra thành lon mỏng hơn

Ngành bao bì hiện đại cũng đang chuyển hướng theo một xu hướng mới: xu hướng chuyển sang sử dụng các loại lon có thành mịn, thiết kế thanh mảnh và giảm độ dày kim loại nhằm tiết kiệm tài nguyên và chi phí.

Có vẻ như về mặt vật lý, việc loại bỏ các đường gân cấu trúc của hộp đựng thực phẩm bằng thép đồng thời làm mỏng lớp thép do tác động của lực chân không như đã đề cập ở trên là điều không thể. Câu trả lời nằm ở sự thay đổi quy trình: Quá trình bơm nitơ lỏng (LN2).

Trong ứng dụng này, một giọt nhỏ nitơ lỏng được phun vào lon đã được đóng đầy vài mili giây trước khi nắp lon được hàn kín. Nitơ lỏng (−196°C) ngay lập tức bay hơi và thể tích tăng lên gấp 700 lần.

1. Áp suất dương: Thay vì tạo ra chân không, khí giãn nở lại tạo ra một áp suất dương bên trong được kiểm soát.
2. Hỗ trợ về mặt cấu trúc: Đây là một lực nén bên trong tác động ra ngoài lên thành lon, giúp tấm thép mỏng có độ cứng. Lon gần như được bơm phồng lên, giống như một chiếc lốp xe.
3. Phòng ngừa sụp đổ: Áp suất dương này được sử dụng để chống lại áp suất khí quyển bên ngoài, nhờ đó các bề mặt tường nhẵn sẽ không bị võng ngay cả khi không có các thanh gia cố.

Công nghệ này cho phép các nhà sản xuất sử dụng thép có độ dày mỏng hơn nhiều, từ đó giúp giảm chi phí nguyên vật liệu và trọng lượng vận chuyển. Tuy nhiên, công nghệ này đòi hỏi phải có các máy định lượng cực kỳ chính xác. Lượng nitơ dư thừa có thể dẫn đến hiện tượng phồng hoặc vỡ lon; trong khi lượng nitơ không đủ sẽ gây ra hiện tượng nứt gân trên bề mặt lon.

Cấu tạo của nắp và cơ chế niêm phong kín

Nắp trên cùng hoặc nắp cuối của hộp súp là một kỳ quan kỹ thuật. Khác với các hộp sơn thường sử dụng nắp đóng bằng ma sát, các hộp thực phẩm phải có đường hàn kép kín khí.

Hiện nay, xu hướng tiêu dùng đã chuyển hướng gần như hoàn toàn sang nắp Easy Open Ends (EOE) – loại nắp có lưỡi kéo. Sự tiện lợi này mang đến một yếu tố quan trọng trong quy trình sản xuất: đường rạch.

Vết rãnh được cắt trên nắp và sẽ bị rách ra khi kéo miếng gạt được gọi là đường rạch. Độ sâu của đường rạch này là yếu tố then chốt.

• Quá nông cạn: Người tiêu dùng không thể mở lon, hoặc phần lẫy bị gãy.
• Quá sâu: Lớp kim loại còn lại ở đáy rãnh (phần dư) quá mỏng để chịu được áp suất của quá trình tiệt trùng trong nồi áp suất, dẫn đến việc lon bị vỡ trong quá trình tiệt trùng.

Dung sai độ sâu rãnh được biểu thị bằng micron. Các nhà sản xuất phải tìm sự cân bằng giữa khả năng mở nắp và độ bền trong quá trình sản xuất.

Hơn nữa, trên thị trường súp cao cấp đang xuất hiện xu hướng sử dụng nắp bóc (Peel-off Ends). Loại nắp này được làm từ một lớp giấy bạc mỏng hoặc màng composite, được hàn nhiệt vào một vòng thép. Chúng mang lại trải nghiệm mở nắp an toàn hơn (không có cạnh sắc) và có trọng lượng nhẹ hơn. Tuy nhiên, các thông số hàn của chúng khác với nắp thép cứng để đảm bảo độ bám dính không bị mất đi trong quá trình ma sát khi hàn kín.

Vai trò tiềm ẩn của các chất trám khe trong an toàn

Đường nối kép, tức phần viền nơi nắp và thân bình tiếp giáp với nhau, không phải là hai mảnh kim loại được uốn lại với nhau. Việc uốn kim loại không thể tự nó tạo ra một lớp kín khí (không cho không khí lọt vào); vẫn tồn tại những bất thường ở cấp độ vi mô mà vi khuẩn có thể xâm nhập qua đó.

Độ kín của hộp súp phụ thuộc vào chất trám kín. Đây là một loại mủ cao su lỏng hoặc vật liệu tổng hợp làm từ cao su, được đổ vào phần uốn cong của nắp trong quá trình sản xuất.

Khi máy đóng gói thực hiện thao tác hàn kép, hợp chất này bị ép chặt giữa móc thân và móc nắp. Nó đóng vai trò như một miếng đệm, giúp bịt kín các khe hở ở các nếp gấp kim loại.

Chất này phải có những đặc tính hóa học nhất định:

1. Khả năng phục hồi: Nó phải vẫn giữ được độ đàn hồi ngay cả khi đã tiếp xúc với nhiệt độ cao trong quá trình xử lý trong lò áp suất.
2. Khả năng chịu hóa chất: Nó không nên bị hư hỏng khi tiếp xúc với các chất béo, dầu mỡ và muối trong súp.

Phớt bị hỏng khi chất trám phồng lên hoặc tan ra khi tiếp xúc với dầu thực vật nóng hoặc mỡ gà. Điều này gây ra hiện tượng rò rỉ vi mô — tức là tình trạng mà bằng mắt thường, lon trông có vẻ kín, nhưng dưới kính hiển vi lại xuất hiện các khe hở siêu nhỏ, qua đó các chất ô nhiễm trong không khí có thể xâm nhập vào bên trong sau quá trình chế biến. Điều này nhấn mạnh tầm quan trọng của cơ chế hàn miệng lon chính xác; khi các con lăn hàn quá chặt, chúng có thể ép vật liệu hàn ra khỏi đường nối; khi quá lỏng, vật liệu hàn không thể lấp đầy khe hở.

Các xu hướng tương lai về vật liệu đóng gói súp bền vững

Tính bền vững môi trường và hiệu quả sử dụng nguyên liệu là hai yếu tố quyết định hướng phát triển của bao bì súp.

Việc giảm độ dày thành bình đang được ngành công nghiệp tích cực theo đuổi. Điều này bao gồm việc ứng dụng các hợp kim thép có độ bền cao hơn, cho phép tạo ra các thành bình mỏng hơn mà không làm ảnh hưởng đến các thông số kỹ thuật cấu trúc cần thiết trong quá trình tiệt trùng. Như đã đề cập, điều này thường đòi hỏi phải áp dụng các công nghệ hỗ trợ như bơm nitơ lỏng.

Đồng thời, xu hướng sử dụng lớp phủ đơn chất liệu đang ngày càng phổ biến. Các loại vật liệu laminate truyền thống có thể khó tái chế do kết hợp nhiều loại nhựa và kim loại khác nhau. Các công nghệ phủ mới đang cố gắng áp dụng các cấu trúc polymer đơn giản hơn, giúp quá trình đốt cháy trong quy trình tái chế thép diễn ra thuận lợi hơn, từ đó nâng cao hiệu quả thu hồi kim loại thô.

Kết luận

Hộp đựng súp hiện đại là một thiết kế kỹ thuật tiên tiến, dựa trên cấu trúc thép ba mảnh và lớp lót BPA-NI cao cấp nhằm đạt được sự cân bằng giữa độ cứng vững của cấu trúc và an toàn thực phẩm. Tuy nhiên, đối với các nhà sản xuất, việc nắm rõ các vật liệu này chỉ là bước khởi đầu; điều quan trọng nhất là phải đảm bảo rằng các dây chuyền sản xuất có thể thích ứng với các thông số kỹ thuật mỏng hơn và thay đổi liên tục mà không bị hỏng hóc.

Dù bạn đang chuyển sang sử dụng lớp phủ BPA-NI hay thử nghiệm loại thép có độ dày mỏng hơn kết hợp với việc bổ sung nitơ lỏng, dây chuyền đóng gói của bạn đều phải thích ứng. Sự tương tác giữa các vật liệu tiên tiến và thiết bị chiết rót, hàn kín của bạn chính là yếu tố quyết định giữa một sản phẩm mang lại lợi nhuận và một lô hàng bị lỗi.

Với hơn 14 năm kinh nghiệm trong lĩnh vực kỹ thuật, Levapack chuyên cung cấp các giải pháp đóng hộp có độ chính xác cao cho thị trường toàn cầu. Chúng tôi hiểu rằng các vật liệu đóng gói hiện đại — từ những lon có lớp lót BPA-NI mỏng manh đến các cấu trúc thành mỏng cần bơm nitơ — đều đòi hỏi các tiêu chuẩn kỹ thuật nghiêm ngặt đối với máy móc. Các dây chuyền đóng gói tự động của chúng tôi được thiết kế với tính linh hoạt để xử lý các thông số kỹ thuật vật liệu đa dạng, đảm bảo độ kín khít và an toàn cho sản phẩm. Được các nhà sản xuất tại hơn 30 quốc gia tin tưởng, Levapack mang đến độ tin cậy kỹ thuật mà dây chuyền sản xuất của quý vị cần.

Liên hệ với chúng tôi để thảo luận về cách thiết bị của chúng tôi ứng dụng công nghệ vật liệu mới nhất dành cho lon súp.