سیلیکون در همه جای آشپزخانههای مدرن وجود دارد. اما واقعاً چقدر میتواند در معرض گرما، چربی و تمیز کردن روزانه دوام بیاورد؟
ارزیابی عمر مفید سیلیکون در شرایط سرخکن بدون روغن، فر و مایکروویو، ایمنی محصول و دوام طولانیمدت آن را تضمین میکند.
وقتی با یک مشتری در خط تولید لوازم جانبی سرخکن بدون روغن کار میکردم، آنها فرض میکردند که همه سیلیکونهای “مناسب برای غذا” به یک اندازه بادوام هستند. پس از چندین چرخه حرارتی، برخی از قطعات زرد و سخت شدند. آن تجربه به من آموخت که ایمنی و طول عمر به نحوه طراحی، پردازش و آزمایش سیلیکون بستگی دارد.
تعریف شرایط عملیاتی: سرخکنهای بدون روغن، فرها، مایکروویوها؟
هر وسیله آشپزخانه سیلیکون را در معرض دما، روشهای گرمایش و تنشهای مکانیکی منحصر به فردی قرار میدهد. درک این شرایط اولین گام در ارزیابی طول عمر مفید است.
سرخکنهای بدون روغن، فرها و مایکروویوها از مکانیسمهای گرمایشی مختلفی استفاده میکنند که بر پایداری حرارتی و رفتار مکانیکی سیلیکون تأثیر میگذارند.
ما یک بار یک زیرانداز سیلیکونی فوقالعاده نازک را آزمایش کردیم که در فرهای استاندارد عملکرد بینقصی داشت. با این حال، در یک سرخکن بدون روغن، فن همرفت قدرتمند باعث شد که زیرانداز سبک تکان بخورد و با المنت حرارتی تماس پیدا کند و در نتیجه بلافاصله بسوزد. این موضوع نشان داد که پایداری مکانیکی به اندازه مقاومت حرارتی در کاربردهای سرخکن بدون روغن حیاتی است.
شرایط عملیاتی معمول
| لوازم خانگی | محدوده دما | نوع گرمایش | ویژگیهای نوردهی |
|---|---|---|---|
| سرخ کن هوا | ۱۶۰–۲۰۰ درجه سانتیگراد [1] | همرفت هوای گرم | چرخههای حرارتی مکرر و تماس با روغن |
| فر | ۱۸۰–۲۳۰ درجه سانتیگراد [1] | تابشی و همرفتی | قرار گرفتن طولانی مدت در معرض دمای بالا |
| مایکروویو | ۱۰۰–۱۳۰ درجه سانتیگراد [1] | گرمایش دی الکتریک | گرمایش ناهموار، افزایش فشار بخار |
پیری حرارتی و خستگی مکانیکی؟
سیلیکون در دماهای بالا خاصیت ارتجاعی خود را حفظ میکند، اما قرار گرفتن طولانی مدت در معرض آن منجر به سخت شدن تدریجی و ترک خوردن میشود. آزمایش خستگی، سالها استفاده واقعی را شبیهسازی میکند.
فرسودگی حرارتی و خستگی مکانیکی، خاصیت ارتجاعی و استحکام کششی سیلیکون را کاهش میدهد و مستقیماً عمر مفید آن را کوتاه میکند.
یک واشر زودپز که به مدت دو سال استفاده شده بود، هیچ ترک قابل مشاهدهای نداشت، با این حال شروع به نشت کرد. آزمایشها نشان داد که سختی آن به دلیل فرسودگی حرارتی از 50 به 65 Shore A تغییر کرده است و باعث شده است که خاصیت ارتجاعی لازم برای حفظ آببندی تحت فشار بالا را از دست بدهد - یک حالت خرابی که با چشم غیرمسلح قابل مشاهده نیست.
ما یک سینی پخت سیلیکونی با دمای 60 Shore A را به مدت 500 ساعت در دمای 200 درجه سانتیگراد قرار دادیم. سختی به 68 Shore A افزایش یافت، ازدیاد طول به میزان 25% کاهش یافت و رنگ آن کمی تغییر کرد.[2][3] این تغییرات با اکسیداسیون اسکلت پلیمری مرتبط بودند.
منحنی پیری معمولی
| وضعیت | زمان نوردهی (ساعت) | تغییر سختی | حفظ کشیدگی |
|---|---|---|---|
| هوای ۱۸۰ درجه سانتیگراد | 200 | +۴ ساحل A | 90% |
| هوای ۲۰۰ درجه سانتیگراد | 500 | +۸ ساحل A | 75% |
| هوای ۲۳۰ درجه سانتیگراد | 300 | +۱۲ ساحل A | 65% |
آزمایشهای خستگی مکانیکی، مانند تا کردن یا فشردهسازی مکرر، نشان میدهند که چگونه سیلیکون تحت فشار مکرر تخریب میشود. پس از ۱۰۰۰۰۰ چرخه فشردهسازی، سیلیکون با غلظت بالا معمولاً بیش از ۹۰۱TP3T از خاصیت ارتجاعی خود را حفظ میکند.
ایمنی در تماس با مواد غذایی و کنترل بو؟
حتی پس از پیرسازی حرارتی، سیلیکون باید برای تماس با مواد غذایی ایمن باقی بماند. ترکیب ضعیف یا آلودگی میتواند باعث بو، مهاجرت یا باقی ماندن مواد سطحی شود.
تضمین ایمنی مواد غذایی شامل تأیید انطباق با استانداردهای FDA و LFGB و در عین حال کنترل بقایای فرار و تولید بو است.
مصرفکنندگان شکایت داشتند که دستهای از سینیهای یخ سیلیکونی باعث میشدند تکههای یخ مزه “سوختگی فریزری” یا سیر بدهند. مقصر، عملآوری ناکافی پس از پخت بود که باعث باقی ماندن بقایای فرار در سیلیکون میشد. این بقایا نه تنها بو تولید میکردند، بلکه سیلیکون را به اندازه کافی متخلخل میکردند تا بوهای قوی سایر غذاهای موجود در فریزر را جذب کند.
هنگام توسعهی زیراندازهای پخت، یک بار از مشتریان در مورد “بوی لاستیک” پس از استفاده بازخورد دریافت کردم. آزمایشها نشان داد که مواد فرار باقیمانده از پخت ناقص وجود دارد. پس از افزایش مرحلهی پخت پس از پخت از ۴ به ۸ ساعت در دمای ۲۰۰ درجه سانتیگراد، بو از بین رفت.
اقدامات کنترل تماس با غذا و بو
| مرحله کنترل | هدف | الزامات معمول |
|---|---|---|
| پس از پخت | باقیماندههای فرار را حذف میکند | ≥ ۴ ساعت در دمای ۲۰۰ درجه سانتیگراد[4] |
| آزمایش مهاجرت | ایمنی را در زیر حرارت تضمین میکند | < 10 میلیگرم بر دسیمتر مربع (EU 10/2011)[5] |
| آزمایش بو | ارزیابی حسی پس از حرارت دادن | بعد از ۲ بار شستشو بوی نامطبوعی احساس نمیشود |
سیلیکون باید تحت شرایط گرمایشی واقعبینانه اعتبارسنجی شود. به عنوان مثال، حتی اگر نتایج مهاجرت در دمای ۱۰۰ درجه سانتیگراد مثبت باشد، آزمایشهای اضافی در دمای ۲۰۰ درجه سانتیگراد برای کاربردهای سرخکن بدون روغن یا فر باید انجام شود.
طراحی ساختار و ضخامت؟
طراحی قطعات سیلیکونی نه تنها بر عملکرد، بلکه بر پایداری حرارتی و مکانیکی آنها نیز تأثیر میگذارد.
ضخامت دیواره، هندسه و ساختارهای نگهدارنده، میزان یکنواختی گرمایش سیلیکون و چگونگی مقاومت آن در برابر تغییر شکل تحت بار را تعیین میکنند.
یک قالب نان مستطیلی بزرگ که ما طراحی کرده بودیم، در ابتدا در طول آزمایش شکست خورد؛ با گرم شدن خمیر، دیوارههای جانبی آن به سمت بیرون برآمده شدند و شکل نان را خراب کردند. جنس آن مقاوم در برابر حرارت بود، اما طراحی ساختاری آن فاقد استحکام کافی بود. اضافه کردن دندههای عمودی و افزایش ضخامت دیواره از ۲ میلیمتر به ۳ میلیمتر، تغییر شکل را برطرف کرد.
در طول یک پروژه ساخت ظروف پختوپز، متوجه شدیم که سینیهای با ضخامت ۵ میلیمتر پس از استفاده مکرر در فر، حبابهای ریز ایجاد میکنند. کاهش ضخامت به ۳ میلیمتر و اضافه کردن دندههای داخلی، تنش را بهتر توزیع کرده و از تغییر شکل جلوگیری میکند.
دستورالعملهای طراحی برای سیلیکونهای مقاوم در برابر دمای بالا
| ویژگی | محدوده توصیه شده | بهره مند شوند |
|---|---|---|
| ضخامت دیواره | ۲-۳ میلیمتر برای اقلام کوچک | انتقال حرارت سریعتر، تنش کمتر |
| دندههای نگهدارنده | هر ۴۰ تا ۶۰ میلیمتر | جلوگیری از افتادگی در دمای بالا |
| حلقههای تقویتی | درجهای ضد زنگ یا شیشهای | پایداری ابعادی |
| سوراخهای تهویه | نواحی نزدیک به ضخیم | جلوگیری از تشکیل حباب |
جریان هوای مناسب در اطراف سطح سیلیکون همچنین به کاهش گرمای بیش از حد موضعی و تغییر رنگ در فرها و سرخ کن های بدون هوا کمک می کند.
تأثیر نظافت و نگهداری؟
مواد و روشهای تمیز کردن بر دوام و ظاهر طولانی مدت ظروف آشپزخانه سیلیکونی تأثیر میگذارند.
مواد شوینده قوی یا ابزارهای ساینده، سایش و اکسیداسیون سطح را تسریع کرده و عمر مفید را کوتاه میکنند.
یک نانوایی تجاری گزارش داد که زیراندازهای نچسب آنها چسبنده شده و به سرعت در حال تخریب هستند. ما متوجه شدیم که آنها از یک چربیزدای قوی و با قلیایی بالا استفاده میکنند. pH بالا به اسکلت سیلیکونی حمله کرده و سطح را میشکند. تغییر به یک پاککننده با pH خنثی، تخریب را فوراً متوقف کرد.
توصیههای نظافت
| عامل تمیز کردن | تاثیر | بهترین روش |
|---|---|---|
| مواد شوینده ماشین ظرفشویی | ممکن است باعث سفید شدن شود | از شویندههای با pH خنثی استفاده کنید |
| پدهای شستشو | سطح خراشیده | فقط از اسفنجهای نرم استفاده کنید |
| باقیمانده روغن | اکسیداسیون را تسریع میکند | بعد از استفاده، پاک و خشک کنید |
| ذخیره سازی | از تا کردن خودداری کنید | برای جلوگیری از ترک خوردن، صاف نگه دارید |
محدودیتهای گرم کردن غذا با مایکروویو چیست؟
خود سیلیکون برای مایکروویو ایمن است، اما مشکلاتی زمانی رخ میدهد که محصول بخار را به دام میاندازد یا دارای قطعات فلزی است. همیشه مسیرهای تهویه را برای اشکال محصور طراحی کنید و قبل از صدور گواهینامه، سازگاری را بررسی کنید.
اگرچه سیلیکون در مایکروویو شفاف است، اما ممکن است غذای داخل آن اینگونه نباشد. در یک آزمایش، ذوب شدن کره در یک کاسه سیلیکونی "نقاط داغ" موضعی ایجاد کرد که در آن دمای چربی از 250 درجه سانتیگراد فراتر رفت - بسیار بالاتر از نقطه جوش آب. این گرمای شدید و موضعی باعث حباب زدن و سفید شدن سطح سیلیکون شد و به ظرف آسیب دائمی رساند.
نتیجه
ایمنی و طول عمر سیلیکون به نحوه طراحی، پردازش و نگهداری آن بستگی دارد. درک محیط حرارتی هر وسیله و اعمال اعتبارسنجی مناسب، ایمنی و دوام محصولات آشپزخانه را برای سالها تضمین میکند.
منابع
[1]: آیا سیلیکون میتواند در فر قرار گیرد؟ - Cook'n'Chic
[2]: پیرسازی حرارتی لاستیک سیلیکونی - مواد پیشرفته
[3]: خواص مشخصه ترکیبات لاستیک سیلیکونی – شین-اتسو
[4]: حذف ترکیبات آلی فرار – Jehbco
[5]: آییننامه کمیسیون (اتحادیه اروپا) شماره 10/2011 – EUR-Lex
