啤酒瓶皇冠盖锈蚀是啤酒企业普遍存在的问题，也一直受到啤酒生产者的高度重视。本文从材质、环境、生产工艺、设备、杀菌水pH及过程控制等方面，对瓶盖锈蚀发生机理和影响因素进行了分析和讨论，并提出一些预防对策。
1 瓶盖生锈部位分析以及产生的影响
1.1 瓶盖生锈部位
啤酒包装压盖过程中，瓶盖一些部位的防锈层会被破坏，此防锈层由瓶盖加工辅助材料组成，主要有电镀层、油墨、涂料和黏结剂等。被破坏的部位见图1所示。
图1
1）部位A
在压盖过程中，瓶口外边缘与瓶盖内表面齿边凸起部分在机械压力作用下剧烈冲压摩擦，导致部位A处防锈层脱落。
2）部位B
在压盖过程中，压盖头金属钢剜内表面与瓶盖裙角外切边缘产生强烈冲压摩擦，导致部位B处防锈层脱落。
3）部位C
部位C不是包装压盖引起的，而是制造瓶盖时在冲压成型所形成的横截面，目前国内瓶盖厂对此部位无防锈处理。
1.2 瓶盖生锈所产生的影响
瓶盖的作用是密封、隔氧、防污染，即保护酒体的作用，同时又起到美化作用。瓶盖生锈后直接影响啤酒的感官美观，给人不良的视觉感受，产品形象大打折扣，削弱了消费者对产品的信赖度。锈蚀严重，喝啤酒时会有一股铁腥味，影响啤酒的口感和风味，从而影响市场竞争力。
2 瓶盖防锈层被破坏部位的生锈机理分析
生锈即锈蚀，是指金属与大气环境中的氧、水分及其它杂质接触而引起的变色或腐蚀。
一般将金属腐蚀分为电化学腐蚀和化学腐蚀两类。瓶盖锈蚀属于电化学腐蚀，是瓶盖无防锈层部位与周围的电解质溶液相接触时发生电化学反应而导致的。当铁盖暴露在潮湿的空气中时，表面会附着一层极微薄的水膜，并形成电解质溶液。此时，铁作为原电池的阴极被氧化为Fe2+，而电子将转移到铁盖内部的杂质阳极上。
电化学腐蚀又分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀，反应式如下：
(1)析氢腐蚀：由于有氢气放出，所以称之为析氢腐蚀。
阴极(Fe)：Fe=Fe2++2e- 、Fe2+＋2OH=Fe(OH)2 ；阳极(杂质)：2H+＋2e-=H2↑；
总反应：Fe＋2H2O=Fe(OH)2＋H2↑
(2)吸氧腐蚀：由于吸收氧气，所以也叫吸氧腐蚀。
阴极(Fe)：Fe=Fe2+＋2e-；阳极(杂质)：O2＋2H2O＋4e-=4OH-；
总反应：2Fe＋O2＋2H2O=2Fe(OH)2
析氢腐蚀与吸氧腐蚀生成的Fe(OH)2被氧所氧化，生成Fe(OH)3脱水生成Fe2O3 铁锈。钢铁制品在大气中的腐蚀主要是吸氧腐蚀。锈蚀发生后金属表面先开始发暗，进一步出现棕黄色，严重时呈现黑褐色。如，Fe2O3、Fe3O4分别为红褐色、黑色。
3 模拟锈蚀试验
3.1 化学试验
将瓶盖置于用20g分析纯硫酸铜、10ml 35%分析纯盐酸和70ml蒸馏水配制的溶液中浸泡300s后取出，并用水冲洗干净，观察除切边外各部分的锈斑情况。表1是我们检测的两个厂家的瓶盖锈蚀试验结果，可以看出a厂盖耐腐蚀性较b厂盖要好。
3.2 生产试验
取正常生产时压盖杀菌后的酒样，分别置于常温环境和冷藏环境下存放10天后，开盖观察锈斑情况以及瓶口锈迹情况。对过顶头标品种还可取贴标后的酒样按此方法试验。
4 影响生锈的因素分析
4.1 材质
国标规定，啤酒瓶盖的制造材料是采用镀锡或镀铬的薄钢板，俗称马口铁（见表2）。其抗锈蚀性能主要由其本身的钝化质量、镀层质量和厚度来保证。通常认为，镀层越厚越不易锈蚀，但太厚若制盖温度等处理不当则在压盖时更易脱落。
另外，影响金属电化学锈蚀的内部因素主要是材料的热不稳定性，或者说是金属表面电化学的不均匀性，再加上加工工艺的局限性造成金属各部分形变不均匀性及内应力的不均匀性，当金属表面存在水膜时，电化学腐蚀就不可避免。例如在铁板弯曲处的锈蚀，就是这个原因引起的。
4.2 环境因素
环境相对湿度的大小对锈蚀速度的影响很大。当相对湿度较大时，瓶盖表面水膜厚度处于100nm左右，氧气比较容易透过水膜聚集在瓶盖表面，此时将达到较高的腐蚀速度，水膜厚度与锈蚀速度的关系见图2所示。
在高温高湿环境中，金属容易生锈，但在高温低湿下，金属生锈却很慢。资料表明，金属的临界相对湿度为70%。因此，当相对湿度达到70%或以上时，温度的变化对锈蚀速度影响较明显，温度越高，锈蚀越快。但当相对湿度低于70%，温度对锈蚀的影响较小。
另外，当空气中盐雾、SO2等工业有害气体及腐蚀性尘埃含量较高时，同样会加速锈蚀。
4.3 灌装工艺和过程控制因素
在此按生产锈蚀试验的方法，结合生产控制，对锈蚀情况进行分析和讨论。
4.3.1 瓶口质量
啤酒瓶口外缘成型结构和光滑程度是影响部位A锈蚀的重要因素。按国标规定，啤酒瓶外口径标准为26.3mm—26.9mm。模缝线要求：尖锐刺手的不允许有，凸出量不大于0.5mm，初型模缝线明显的不允许有。但对瓶口水平模缝线的位置没有作出明确的规定，因此，不同厂家生产的啤酒瓶压盖后锈蚀情况有不同。由图3可见，B厂瓶所产生的盖内锈蚀斑点平均值较A厂略低。通过对瓶口统计观察发现，B厂瓶唇部均能看到水平模缝线，即这些瓶不易造成盖内A部位锈蚀。
4.3.2 压盖
如前文所述，压盖将导致部位A、部位B存在不同的损伤，使瓶盖钢基暴露于空气中而引起锈蚀。实践表明，灌装机压盖时瓶盖的气密性直接影响瓶盖压痕的严重性和对部位A、部位B破损程度，从而直接影响到生锈情况。压盖松紧度由塞规检测，见表4。
表3 压盖质量对瓶盖锈蚀的影响
表4 检测压盖松紧度的塞规
表3统计的是两包装线压盖质量对瓶盖锈蚀影响的结果。可以看出，同盖不同生产线及同生产线不同盖所表现的锈蚀情况是不同的，同时也说明了压盖松紧度和压痕损伤比例均对瓶盖锈蚀产生重要的影响。生产中必须在两者之间找到平衡点，同时保证压盖机的性能可靠。
4.3.3 杀菌水pH
据有关资料介绍，pH为6—8的水中，铁的锈蚀速度很稳定。在pH为4—9的充气软水中，铁的锈蚀速度为250um/a；当pH大于9时则锈蚀速度下降；当pH小于4时，锈蚀速度加快。
成品啤酒pH通常为4.0—4.4。所以在杀菌机运行过程中，爆瓶率越高，则杀菌水的pH越低，盖锈蚀越快越严重。表5跟踪的溢流水pH对瓶盖锈蚀的影响结果，表明杀菌水pH对瓶盖的锈蚀有一定的影响。
5 防锈蚀措施
瓶盖生锈是一种必然现象，因此，生产中只能采取一些措施来防止或延缓锈蚀的发生，但完全杜绝是不可能的。
5.1 金属板材的抗锈蚀性能主要靠其本身的钝化质量、材料成分、镀层质量和厚度来保证。这些指标需要靠制盖厂商保证。但可以对质量标准签订协议，把好质量关。
5.2 保证仓库的干燥度，以减缓瓶盖库存期的锈蚀速度。避免与酸、碱及硫化物等腐蚀性物质混存或接触。
5.3 加强杀菌机水质监控，及时检测各温区水pH并适当调整。
5.4 定期检修压盖机钢剜，控制适宜的压盖松紧度，减少瓶盖压痕和划痕，防止防锈层的损伤和脱落。干包装装箱机抓瓶头也要定期检修。
5.5 控制瓶颈空容积为5%，提高瓶盖耐压指标，以减少爆瓶，即避免杀菌水pH的下降。
5.6 在杀菌机出口等适当位置安装压缩空气吹风装置，以及时吹干瓶口残水，使盖子保持干燥。
5.7 运输成品过程中避免防锈层受损。控制成品库干燥通风的环境，避免高湿环境下温度骤变。
6 小结
6.1 瓶盖锈蚀的发生机理是复杂的，影响因素是多方面的、相互关联的。
6.2 瓶盖锈蚀对啤酒的产品形象和市场竞争力产生负面影响，必须极力减轻瓶盖锈蚀的发生。