खाद्य प्रसंस्करण के लिए लैक्टिक एसिड समाधान (10-50%) को 100 डिग्री पर गर्म करते समय, स्वाद संदूषण से बचने के लिए ग्रेड 2 के बजाय टाइटेनियम ग्रेड 1 को क्यों चुना जाना चाहिए?

लैक्टिक एसिड (C₃H₆O₃) खाद्य प्रसंस्करण में एक आम योजक है, जिसका उपयोग पनीर, प्रसंस्कृत मांस और पेय पदार्थों के निर्माण में एक संरक्षक, पीएच नियामक और स्वाद बढ़ाने वाले एजेंट के रूप में किया जाता है। स्टरलाइज़ेशन, वाष्पीकरण या प्रतिक्रिया गतिविधियों के लिए लैक्टिक एसिड घोल को 100 डिग्री तक गर्म करना अक्सर होता है। विसर्जन हीटरों के लिए टाइटेनियम को चुना गया है क्योंकि यह संक्षारण प्रतिरोधी है और खतरनाक धातुओं को नहीं छोड़ता है। मुख्य अंतर टाइटेनियम ग्रेड 1 (व्यावसायिक रूप से शुद्ध, कम अंतरालीय, 0.20% अधिकतम Fe, 0.18% अधिकतम O) और ग्रेड 2 (मानक वाणिज्यिक शुद्धता, 0.30% अधिकतम Fe, 0.25% अधिकतम O) के बीच है। ग्रेड 2 गर्म लैक्टिक एसिड में लौह आयनों (Fe 2+ / Fe 3+) की थोड़ी मात्रा जारी करता है। ये आयन, हालांकि मानव उपभोग के लिए सुरक्षित हैं, लैक्टिक एसिड के पाइरुविक एसिड और अन्य एल्डिहाइड में ऑक्सीकरण को उत्प्रेरित करते हैं। ये प्रतिक्रिया उत्पाद खाद्य पदार्थों को कड़वा, जला हुआ या कारमेलाइज्ड स्वाद देते हैं। ग्रेड 1 की कम लौह सांद्रता के साथ उत्प्रेरक क्रिया कम हो जाती है। यह दोनों ग्रेडों से लौह की रिहाई दर को निर्धारित करता है और लैक्टिक एसिड खाद्य प्रसंस्करण के लिए स्वाद संदूषण की सीमा स्थापित करता है।

लैक्टिक एसिड आयरन रिलीज़ का तंत्र
लैक्टिक एसिड एक कमजोर कार्बनिक अम्ल (पीकेए 3.86) है जो धातु आयनों के साथ घुलनशील यौगिक बना सकता है। लैक्टिक एसिड में टाइटेनियम की निष्क्रिय फिल्म स्थिर है। आयरन, टाइटेनियम मैट्रिक्स में एक अंश संदूषक के रूप में (आयरन अयस्क प्रसंस्करण से एक अवशिष्ट तत्व है), दो तरीकों से निक्षालित किया जा सकता है। सबसे पहले, सीधा संपर्क: जब निष्क्रिय कोटिंग स्थानीय रूप से टूट जाती है तो टाइटेनियम की सतह पर लोहे के परमाणु Fe के रूप में घुल जाते हैं। दूसरा है ऑक्साइड के माध्यम से प्रसार। निष्क्रिय फिल्म के नीचे लोहे के परमाणु TiO2 जाली के माध्यम से फैलते हैं और ऑक्साइड{8}}समाधान इंटरफ़ेस पर घुल जाते हैं। ग्रेड 2 में ग्रेड 1 की तुलना में 50% से अधिक लौह सामग्री होती है, उच्च लौह मानक 0.30% (ग्रेड 1 के लिए 0.20%) के साथ होता है। उन्हीं स्थितियों में, ग्रेड 2, ग्रेड 1 की तुलना में घोल में 2-3 गुना अधिक लौह आयन छोड़ता है।

30% लैक्टिक एसिड में 100 डिग्री पर मापी गई आयरन रिलीज़ दरें हैं: ग्रेड 1, 0.5-1.0 µg/cm²/दिन; ग्रेड 2, 1.5-3.0 µg/cm²/दिन। 1,000 सेमी² सतह क्षेत्र वाले एक विशिष्ट विसर्जन हीटर के लिए, ग्रेड 1 1,000-लीटर बैच में 0.5-1.0 मिलीग्राम/दिन, या 0.5-1.0 पीपीबी की सांद्रता का योगदान देता है। ग्रेड 2 1.5-3.0 पीपीबी जोड़ता है। ये स्तर सुरक्षा सीमा से काफी नीचे हैं (आयरन एक महत्वपूर्ण पोषक तत्व है, जिसकी दैनिक आवश्यकता 8-18 मिलीग्राम है), फिर भी लैक्टिक एसिड पर उत्प्रेरक प्रभाव भागों-प्रति-बिलियन लौह सांद्रता पर होता है।

उत्प्रेरक के साथ लैक्टिक एसिड का ऑक्सीकरण
विघटित ऑक्सीजन द्वारा लैक्टिक एसिड का ऑक्सीकरण लैक्टिक एसिड में लौह आयनों द्वारा उत्प्रेरित होता है: CH₃CHOHCOOH + ½ O₂ → CH₃COCOOH + H₂O (लैक्टिक एसिड से पाइरुविक एसिड)। पाइरुविक एसिड में तीखा, खट्टा, कुछ हद तक जला हुआ चीनी का स्वाद होता है। अधिक ऑक्सीकरण से एसीटैल्डिहाइड (फल जैसा, फिर तीखा) और एसिटिक एसिड (सिरका) पैदा होता है। प्रतिक्रिया 10 पीपीबी जितनी कम सांद्रता पर Fe{5}}/Fe{6}} द्वारा उत्प्रेरित होती है, जो टाइटेनियम हीटर द्वारा जारी 0.5{16}}3.0 पीपीबी से काफी कम है। हालाँकि, हीटर की सतह पर स्थानीय सांद्रता थोक सांद्रता से काफी अधिक है। 30-50 किलोवाट/एम2 के ताप प्रवाह पर संचालित हीटर की थर्मल सीमा परत में, सतह का तापमान थोक से 5-10 डिग्री ऊपर होता है और टाइटेनियम से मुक्त लोहा थोक में फैलने से पहले सतह के पास (100-1000 पीपीबी) केंद्रित रहता है। सतह पर स्थानीयकृत लोहा हीटर-सॉल्यूशन इंटरफ़ेस पर लैक्टिक एसिड के ऑक्सीकरण को उत्प्रेरित करता है ताकि स्वाद यौगिकों का उत्पादन किया जा सके जो थोक में मिश्रित होते हैं, भले ही थोक में लौह एकाग्रता बहुत कम हो।

ग्रेड 1 बनाम ग्रेड 2 टाइटेनियम हीटर (समान ज्यामिति, 30% लैक्टिक एसिड, 100 डिग्री, 8 घंटे) का उपयोग करके गर्म किए गए लैक्टिक एसिड समाधान के संवेदी पैनल परीक्षण काफी अंतर दिखाते हैं। ग्रेड 2 तक गर्म किए गए नमूनों में "जले हुए," "कारमेलाइज़्ड," या "औषधीय" नोट्स दिखाई दिए। ग्रेड 1-गर्म नमूनों को साफ, तटस्थ, या थोड़ा खट्टा (लैक्टिक एसिड के लिए विशिष्ट) के रूप में वर्णित किया गया था। रासायनिक विश्लेषण द्वारा ग्रेड 2-गर्म नमूनों में 5-15 पीपीएम के स्तर पर पाइरुविक एसिड पाया गया, जबकि ग्रेड 1-गर्म नमूनों में पता लगाने से नीचे का स्तर था (<1 ppm).

खाद्य ग्रेड लैक्टिक एसिड के लिए टाइटेनियम ग्रेड की तुलना
पैरामीटर ग्रेड 1 टाइटेनियम ग्रेड 2 टाइटेनियम ग्रेड 7 टाइटेनियम ग्रेड 12 टाइटेनियम
अधिकतम. लौह सामग्री (विनिर्देश) 0.20% 0.30% 0.30% (ग्रेड 2 के समान) 0.30%
विशिष्ट लौह सामग्री (मिल उत्पाद) 0.06-0.12 0.10-0.20 0.10-0.20 0.10-0.20
ऑक्सीजन सामग्री (अधिकतम) 0.18 % 0.25 % 0.25 % 0.25 %
आयरन रिलीज दर (30% लैक्टिक एसिड, 100 डिग्री) 0.5-1.0 माइक्रोग्राम/सेमी2/दिन 1.5-3.0 माइक्रोग्राम/सेमी2/दिन 1.0-2.0 माइक्रोग्राम/सेमी2/दिन 1.2-2.2 माइक्रोग्राम/सेमी2/दिन
पाइरुविक एसिड बनता है (8 घंटे गर्म करने पर, 30% लैक्टिक एसिड)<1 ppm 5 to 15 ppm 2 to 5 ppm 3 to 8 ppm
स्वाद का प्रभाव कोई प्रमुख बंद नहीं{{0}स्वादथोड़ा पता लगाने योग्य बंद-स्वाद• हल्के से हल्का बंद-स्वाद
लागत कारक (ग्रेड 2 की तुलना में) 1.1-1.2x 1.0x (बेसलाइन) 1.4-1.5x 1.3-1.4x
एफडीए खाद्य संपर्क सुरक्षित हां (कम आयरन) हां (लेकिन स्वाद खराब होने का खतरा) हां हां
लैक्टिक एसिड खाद्य प्रसंस्करण हीटर अनुप्रयोग मैट्रिक्स
लैक्टिक एसिड स्तर तापमान प्रसंस्करण अवधि अनुशंसित टाइटेनियम ग्रेड वैकल्पिक सामग्री स्वाद संवेदनशीलता कारक
10-50% 80-100 डिग्री<4 hours batch Grade 1 Glass walled steel Grade 2 not suitable for delicate items
10-50% 80-100°C >4 घंटे का बैच ग्रेड 1 केवल PTFE लेपित IncoloyEven ग्रेड 1 12+ घंटों के बाद थोड़ा प्रभाव दिखा सकता है।
10-50% <80°CAny duration Grade 1 preferred Grade 2 suitable for low sensitivity itemsLess flavor influence at lower temperatures
50-90% (केंद्रित) 100 डिग्री कम समय ग्रेड 1 + कम ताप प्रवाह ग्लास या पीटीएफई उच्च सांद्रता पर तेज़ आयरन रिलीज़
कोई भी एकाग्रता कोई भी सतत प्रक्रिया (दिन) ग्रेड 1 प्लस आवधिक निष्क्रियता ग्लास लाइन्ड निरंतर एक्सपोज़र से स्वाद यौगिकों का निर्माण होता है
ग्रेड 1 के लिए भूतल उपचार और निष्क्रियता
ग्रेड 1 टाइटेनियम में लौह के निकलने से भी सतह की स्थिति प्रभावित होती है। प्राप्त मिल एनील्ड टयूबिंग की सतह पर रोलिंग और एनीलिंग के दौरान एक लौह समृद्ध परत बनती है। 10% एचएनओ 3 + 1% एचएफ में एसिड अचार बनाने से यह समृद्ध परत समाप्त हो जाती है, जिससे प्रारंभिक लौह उत्सर्जन 50{8}}70% कम हो जाता है। भोजन श्रेणी लैक्टिक एसिड सेवा के लिए मसालेदार और निष्क्रिय ग्रेड 1 ट्यूबिंग निर्दिष्ट करें। सतह को और अधिक ठोस बनाने के लिए 60 डिग्री पर 60 मिनट के लिए 20% नाइट्रिक एसिड में एक और निष्क्रियण प्रक्रिया का उपयोग किया जाता है। इलेक्ट्रो-पॉलिश सतहें (रा<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.

ग्रेड 1 टाइटेनियम का उपयोग खाद्य प्रसंस्करण अनुप्रयोगों में किया जाना चाहिए ताकि लैक्टिक एसिड समाधान (10 - 50%) को 100oC पर गर्म करने पर स्वाद संदूषण से बचा जा सके (ग्रेड 2 लीक हो जाएगा)। ग्रेड 2 में उच्च लौह सामग्री (0.30% बनाम 0.20% अधिकतम) है, जिसके परिणामस्वरूप 2-3 गुना अधिक लौह निकलता है, जो लैक्टिक एसिड के ऑक्सीकरण को पाइरुविक एसिड और संवेदी पैनलों द्वारा पहचाने जाने योग्य अन्य स्वाद यौगिकों में उत्प्रेरित करता है। ग्रेड 1 में अचारयुक्त या इलेक्ट्रोपॉलिश की गई सतह होती है जो लौह स्राव को कम करती है और खाद्य उत्पादों के लिए आवश्यक स्वच्छ, तटस्थ स्वाद प्रोफ़ाइल को बरकरार रखती है। जहां अत्यधिक स्वाद शुद्धता की आवश्यकता होती है (उदाहरण के लिए जैविक शिशु आहार, प्रीमियम डेयरी उत्पाद) इलेक्ट्रोपॉलिश सतह के साथ ग्रेड 1 निर्दिष्ट करें और लौह सामग्री (अधिकतम 0.10% वास्तविक) का प्रमाण मांगें। ग्रेड 7 और 12 में संक्षारण प्रतिरोध बेहतर है और लोहे की आवश्यकताएं ग्रेड 2 के समान हैं, और स्वाद में भी ख़राबी पैदा करती हैं। यदि आप खाद्य-ग्रेड लैक्टिक एसिड सेवा के लिए टाइटेनियम हीटर ऑर्डर कर रहे हैं, तो "खाद्य संपर्क के लिए ग्रेड 1 टाइटेनियम, अचार और निष्क्रिय," निर्दिष्ट करना सुनिश्चित करें। इससे यह सुनिश्चित होगा कि आपूर्तिकर्ता आवश्यक सामग्री उपलब्ध कराता है। ग्रेड 2 का उपयोग 80 डिग्री से नीचे के अनुप्रयोगों के लिए किया जा सकता है या जहां स्वाद महत्वपूर्ण नहीं है, लेकिन उत्पाद की गुणवत्ता के लिए ग्रेड 1 हमेशा सुरक्षित विकल्प होता है।