Karsējot pienskābes šķīdumus (10–50%) 100 grādu temperatūrā pārtikas pārstrādei, kāpēc ir jāizvēlas 1. titāna, nevis 2. klase, lai izvairītos no aromātu piesārņojuma?

Pienskābe (C3H₆O₃) ir izplatīta piedeva pārtikas pārstrādē, ko izmanto kā konservantu, pH regulatoru un aromatizētāju siera, apstrādātas gaļas un dzērienu ražošanā. Pienskābes šķīdumu karsēšana līdz 100 grādiem ir bieži sastopama sterilizācijas, iztvaicēšanas vai reakcijas aktivitātēs. Titāns ir izvēlēts materiāls iegremdējamiem sildītājiem, jo ​​tas ir izturīgs pret koroziju un neizdala bīstamus metālus. Galvenā atšķirība ir starp 1. klases titānu (komerciāli tīrs, zems intersticiāls, 0,20% maks. Fe, 0,18% maks. O) un 2. kategoriju (standarta komerciālā tīrība, 0,30% max Fe, 0,25% maks. O). 2. pakāpe karstā pienskābē izdala nelielu daudzumu dzelzs jonu (Fe 2+ / Fe 3+). Lai gan šie joni ir droši lietošanai pārtikā, tie katalizē pienskābes oksidēšanos līdz pirovīnskābei un citiem aldehīdiem. Šie reakcijas produkti piešķir pārtikas produktiem rūgtu, piedegušu vai karamelizētu{16}}garšu. Katalītiskā darbība tiek samazināta ar zemāku 1. pakāpes dzelzs koncentrāciju. Tā kvantitatīvi nosaka dzelzs izdalīšanās ātrumu no abām kategorijām un nosaka garšas piesārņojuma slieksni pārtikas pārstrādei ar pienskābi.

Pienskābes dzelzs izdalīšanās mehānisms
Pienskābe ir vāja organiskā skābe (pKa 3,86), kas var veidot šķīstošus savienojumus ar metālu joniem. Titāna pasivējošā plēve pienskābē ir stabila. Dzelzs kā titāna matricas piesārņotājs (dzelzs ir rūdas apstrādes atlikuma elements) var tikt izskalots ar divām metodēm. Pirmkārt, tiešs kontakts: dzelzs atomi uz titāna virsmas izšķīst kā Fe2+, kad pasīvais pārklājums tiek bojāts lokāli. Otrais ir difūzija caur oksīdu. Dzelzs atomi zem pasīvās plēves izkliedējas caur TiO 2 režģi un izšķīst oksīda -šķīduma saskarnē. 2. pakāpe satur vairāk nekā 50% vairāk dzelzs nekā 1. pakāpe ar augstāku dzelzs standartu 0,30% (pret 0,20% 1. pakāpei). Tādos pašos apstākļos 2. pakāpe šķīdumā izdala 2–3 reizes vairāk dzelzs jonu nekā 1. pakāpe.

Izmērītie dzelzs izdalīšanās ātrumi pie 100 grādiem 30% pienskābē ir: 1. pakāpe, 0,5-1,0 µg/cm²/dienā; 2. pakāpe, 1,5-3,0 µg/cm²/dienā. Tipiskam iegremdējamam sildītājam ar 1000 cm² virsmas laukumu 1. pakāpe nodrošina 0,5–1,0 mg/dienā 1000 litru partiju vai koncentrāciju 0,5–1,0 ppb. 2. pakāpe pievieno 1,5-3,0 ppb. Šie līmeņi ir ievērojami zem drošības robežām (dzelzs ir svarīga uzturviela, kuras ikdienas nepieciešamība ir 8–18 mg), tomēr katalītiskā ietekme uz pienskābi notiek pie miljarda dzelzs koncentrācijas.

Pienskābes oksidēšana ar katalizatoru
Pienskābes oksidēšanu ar izšķīdušu skābekli katalizē dzelzs joni pienskābē: CH3CHOHCOOH + ½ O2 → CH3COCOOH + H2O (pienskābe par pirovīnskābe). Pirovīnskābei ir asa, skāba, nedaudz sadedzināta cukura garša. Vairāk oksidējoties rada acetaldehīdu (augļu, pēc tam asu) un etiķskābi (etiķi). Reakciju katalizē Fe2+/Fe3+ koncentrācijās līdz 10 ppb, kas ir daudz zemāka par 0,5-3,0 ppb, ko izdala titāna sildītāji. Tomēr vietējā koncentrācija uz sildītāja virsmas ir ievērojami augstāka nekā kopējā koncentrācija. Sildītāja termiskajā robežslānī, kas darbojas ar siltuma plūsmu 30-50 kW/m2, virsmas temperatūra ir 5-10 grādus virs masas, un no titāna atbrīvotā dzelzs paliek koncentrēta virsmas tuvumā (100-1000 ppb) pirms izkliedēšanas masā. Dzelzs, kas atrodas uz virsmas, katalizē pienskābes oksidāciju sildītāja un šķīduma saskarnē, lai iegūtu garšas savienojumus, kas tiek sajaukti masā pat tad, ja dzelzs koncentrācija masā ir ļoti zema.

Sensoru paneļu testi pienskābes šķīdumiem, kas karsēti, izmantojot 1. un 2. pakāpes titāna sildītājus (tāda pati ģeometrija, 30% pienskābe, 100 grādi, 8 stundas), uzrāda ievērojamas atšķirības. Paraugiem, kas tika uzkarsēti līdz 2. pakāpei, bija “sadedzinātas”, “karamelizētas” vai “ārstnieciskas” piezīmes. 1. pakāpes karsēti paraugi tika aprakstīti kā tīri, neitrāli vai nedaudz skābi (raksturīgi pienskābei). Ar ķīmisko analīzi tika konstatēts, ka 2. pakāpes karsētie paraugi satur pirovīnskābes līmeni 5–15 ppm, turpretim 1. pakāpes karsētie paraugi saturēja līmeni, kas bija zemāks par noteikšanu (<1 ppm).

Titāna klašu salīdzinājums ar pārtikas kvalitātes pienskābi
Parametrs 1. pakāpes titāns 2. pakāpes titāns 7. pakāpes titāns 12. pakāpes titāns
Maks. Dzelzs saturs (specifikācija) 0,20% 0,30% 0,30% (tāds pats kā 2. pakāpe) 0,30%
Tipisks dzelzs saturs (dzirnavu produkts) 0.06-0.12 0.10-0.20 0.10-0.20 0.10-0.20
Skābekļa saturs (maks.) 0,18 % 0,25 % 0,25 % 0,25 %
Dzelzs izdalīšanās ātrums (30 % pienskābes, 100 grādi) 0,5-1,0 µg/cm2/dienā 1,5-3,0 µg/cm2/dienā 1,0-2,0 µg/cm2/dienā 1,2-2,2 µg/cm2/dienā
Veidojas pirovīnskābe (8 h karsēšana, 30% pienskābe)<1 ppm 5 to 15 ppm 2 to 5 ppm 3 to 8 ppm
Garšas ietekme NoMajor Izslēgts-garšaNeviegli nosakāma-garša• No maigas līdz maigai sliktā-garša
Izmaksu koeficients (salīdzinājumā ar 2. pakāpi) 1,1–1,2 x 1,0 reizes (bāzes līmenis) 1,4–1,5 x 1,3–1,4 reizes
FDA drošs saskarē ar pārtikuJā (zems dzelzs līmenis) Jā (bet bez garšas riska) Jā Jā
Pienskābes pārtikas pārstrādes sildītāju pielietojuma matrica
Pienskābes līmeņa temperatūras apstrādes ilgums Ieteicamais titāna kategorijas alternatīvā materiāla garšas jutības faktors
10-50% 80-100 grādi<4 hours batch Grade 1 Glass walled steel Grade 2 not suitable for delicate items
10-50% 80-100°C >4 stundu sērija, tikai 1. pakāpe ar PTFE pārklājumu. IncoloyEven 1. pakāpe var parādīt nelielu efektu pēc 12+ stundām.
10-50% <80°CAny duration Grade 1 preferred Grade 2 suitable for low sensitivity itemsLess flavor influence at lower temperatures
50-90% (koncentrēts) 100 grādi Īss laiks, pakāpe 1 + zema siltuma plūsma Stikls vai PTFEFātra dzelzs izdalīšanās augstā koncentrācijā
Jebkura koncentrācija Jebkurš Nepārtraukts process (dienas) 1. pakāpe plus periodiska pasivēšana Ar stikla oderējumu Pastāvīga iedarbība izraisa garšas savienojumu uzkrāšanos
Virsmas apstrāde un pasivācija 1. pakāpei
Virsmas stāvokli ietekmē pat 1. pakāpes titāna dzelzs izdalīšanās. Saņemto dzirnavu atlaidināto cauruļu virsmai ir ar dzelzi bagātināts slānis, kas veidojas velmēšanas un atkausēšanas laikā. Skābes kodināšana 10% HNO 3 + 1% HF novērš šo bagātināto slāni, samazinot sākotnējo dzelzs izdalīšanos par 50-70%. Norādiet marinētas un pasivētas 1. klases caurules pārtikas{14}}pienskābes apkalpošanai. Lai turpinātu virsmas sacietēšanu, tiek izmantota turpmāka pasivēšanas procedūra 20% slāpekļskābē 60 grādu temperatūrā 60 minūtes. Elektropulētas virsmas (Ra<0.2 µm) had the lowest iron release rates (0.2-0.5 µg/cm 2 /day) as the smooth surface has less exposed iron-rich inclusions.

1. pakāpes titāns ir jāizmanto pārtikas pārstrādē, lai izvairītos no garšas piesārņojuma, karsējot pienskābes šķīdumus (10-50%) 100 oC temperatūrā (2. pakāpe izskalosies). 2. pakāpē ir augstāks dzelzs saturs (0,30 % pret 0,20 %), kā rezultātā dzelzs izdalīšanās ir 2–3 reizes lielāka, kas katalizē pienskābes oksidēšanos līdz pirovīnskābei un citiem piegaršu savienojumiem, ko var noteikt ar sensorajiem paneļiem. 1. pakāpei ir marinēta vai elektropulēta virsmas apdare, kas samazina dzelzs izdalīšanos un saglabā tīru, neitrālu garšas profilu, kas nepieciešams pārtikas produktiem. Ja ir nepieciešama visaugstākā garšas tīrība (piemēram, bioloģiska zīdaiņu pārtika, augstākās kvalitātes piena produkti), norādiet 1. pakāpi ar elektropulētu virsmu un meklējiet pierādījumus par dzelzs saturu (maksimums 0,10% faktisko). 7. un 12. klasei ir labāka izturība pret koroziju un identiskas prasības pēc dzelzs kā 2. pakāpei, un tās arī rada garšas bojājumus. Ja pasūtāt titāna sildītājus pārtikas pienskābes apkalpošanai, noteikti norādiet "1. pakāpes titāns, marinēts un pasivēts, saskarei ar pārtiku". Tas nodrošinās, ka piegādātājs nodrošina nepieciešamo materiālu. 2. pakāpi var izmantot, ja temperatūra ir zemāka par 80 grādiem vai ja garša nav kritiska, taču 1. pakāpe vienmēr ir drošāka produkta kvalitātes izvēle.