Producerea acidului citric: preparare, proces și produs

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Modificat ultima dată: 2023-12-17 10:39

Acidul citric a fost descoperit în urmă cu câteva sute de ani, dar despre istoria producției sale cu drepturi depline la unități industriale se poate vorbi doar din 1919. Din acel moment, tehnologii au început să aplice procese microbiologice, a căror dezvoltare nu s-a oprit până în prezent. În același timp, producția modernă de acid citric este eterogenă și implică moduri diferite de fabricare a produsului final. Alegerea uneia sau alteia metode este determinată nu numai de caracteristicile materiilor prime ale unei anumite întreprinderi, ci și de cerințele pieței de consum țintă.

Introducere în acidul citric

Ca regulator de aciditate, acest produs este utilizat activ în industria alimentară. Dar acidul citric este folosit nu numai pentru a corecta gustul. În funcție de tehnologia de fabricație, poate crește durata de valabilitate a produsului țintă. Din acest punct de vedere, producția de lămâieacizii din Rusia pot fi pusi la egalitate cu tehnologiile de fabricare a acizilor ascorbic, acetic și lactic, precum și cu derivații acestora.

Potrivit experților, datorită calităților sale de sinergist antioxidant și antioxidant, acidul citric este acum folosit în aproape jumătate din toate produsele alimentare fabricate. Popularitatea acestui acidifiant este facilitată și de proprietățile sale gastronomice. Acest acid are un gust plăcut și blând - cel puțin în comparație cu produsele alternative de acest tip. În special aceste calități se manifestă în băuturi și produse de cofetărie. Există, de asemenea, un grup larg de săruri care sunt obținute în condițiile producției microbiologice de acid citric - în special, citratul de sodiu poate fi apoi utilizat ca sare de topire. Avantajele citratului de sodiu includ posibilitatea de a-l obține în formă solidă, precum și excluderea unui efect iritant atunci când este expus la mucoasele sistemului digestiv și respirator.

Producție industrială de produse

Numele acid citric atrage atenția asupra citricelor, totuși, acest acid este prezent în grade diferite în toate fructele, bumbacul și ace. Cu toate acestea, primele unități de producție au fost organizate tocmai pe baza procesării sucului de lămâie. În anii 1920, aproximativ 25% din toată producția a fost obținută în acest fel. În același timp, tehnologia de fabricație în sine a fost irațională, deoarece s-au obținut aproximativ 25 kg de produs pur din 1 tonă de lămâi. Astăzi se organizează producția de acid citric alimentarpe metode mai tehnologice și consumatoare de resurse, care implică utilizarea de aditivi fundamental noi, cum ar fi melasa și ciupercile de mucegai. Apropo, acest lucru determină și deciziile logistice privind locația producției de citrat de sodiu în apropierea fabricilor de zahăr.

În același timp, nu se poate spune că o astfel de producție se justifică prin definiție în condiții de cerere mare. Cert este că, pe măsură ce fabricabilitatea procesului de producție crește, crește și echipamentele, ceea ce înseamnă o creștere a costului echipamentelor tehnice și întreținerea capacităților. Prin urmare, este imposibil să se facă fără un plan de afaceri bine gândit pentru producția de acid citric, care ar indica toate aspectele activităților organizaționale și economice ale întreprinderii. Alături de soluția de proiectare pentru dotarea echipamentelor de producție și dezvoltarea modelelor logistice cu justificare economică, va fi necesară și determinarea formulării optime a produsului final pentru a putea concura într-o anumită nișă de piață. La aceasta merită adăugat un amendament la standardele sanitare și igienice stricte care reglementează aproape toate nuanțele tehnologice ale obținerii acestui acid.

Prezentarea fizico-chimică a tehnologiei

Procedeele moderne de producere a acidului citric se bazează în principal pe hidroliza suspensiei de amidon, care include până la 30% din masa elementelor uscate cu capacitate amilolitică. La acestea se poate adăuga amidon de săruri minerale cu sulfați de cupru, zinc și fier. Această bază este supusă ulterior fermentației într-un mediu nutritiv de către o ciupercă de mucegai.

Ca urmare a fermentației și izolării biomasei fungice, se formează o soluție de cultură, care conține inițial până la 85% acid citric. O trăsătură caracteristică a enzimelor rezistente la acid obținute în această etapă este creșterea activității amilolitice. În primul rând, aceasta se referă la glucoamilază și amilază.

Rezultatul tehnic al producerii acidului citric după trecerea prin operațiuni auxiliare este evaluat în laborator printr-o gamă largă de indicatori de calitate, inclusiv activitatea amilolitică a soluției de cultură.

Tehnologii pentru a face „lămâie”

Procesul de producție se desfășoară în mai multe etape tehnologice pe diferite echipamente. Deși există diferite configurații pentru amenajarea instalațiilor din fabrică - inclusiv cele monobloc și modulare prefabricate. Dintre principalele procese pe care se bazează tehnologia modernă de producere a acidului citric se pot distinge următoarele:

1. Procedee optimizate pentru prepararea tehnologică a materiilor prime pentru a asigura condițiile necesare unui mediu de fermentație acidă.
2. Reproducția sporilor în condiții special organizate.
3. Proces de fermentare în funcție de caracteristicile materiilor prime specifice.
4. Dacă este necesar, adaptați toate sau materiile prime individuale pentru procesele de fermentație.
5. Separarea acidului din soluțiile de fermentație. Apropo, metodele de separare sunt în mare măsurăgrade determină calitatea finală a produsului.
6. Purificarea și cristalizarea acidului rezultat. În această etapă, se deschid oportunități pentru modificarea produsului și producerea altor versiuni ale acidului în diferite configurații. De exemplu, ca parte a producției generale de acid citric, pot fi produse siropuri, monohidrat, formulări deshidratate și citrat de sodiu dihidrat. Produsele chimice pot fi, de asemenea, reglementate.

Echipament de proces

Formatul optimizat al amenajării tehnice a instalațiilor moderne de producere a acidului citric presupune utilizarea instalațiilor biotehnologice. În medie, capacitatea unei astfel de soluții de calculare a volumului de producție este de 200-250 de tone/an, lăsând totodată ample oportunități de obținere a produselor modificate pe baza diferitelor surse de materii prime. Compoziția de bază a acestui echipament pentru producerea acidului citric include următoarele reactoare și dispozitive de capacitate:

1. Fermentatori.
2. Evaporatoare.
3. Filtre.
4. Uscătoare.
5. Cristalizatoare.
6. Infrastructură pentru a sprijini operațiunile logistice.

Implementarea proiectului de instalare biotehnologică ne permite să oferim un ciclu complet de producție, aprovizionând la nivel local consumatorii regionali în totalitate cu implicarea minimă a resurselor de căldură și energie.

Soluția hardware-tehnologică de acest tip se caracterizează prin utilizarea tulpinilor de producător, ceea ce duce la un cost inițial scăzut al produsului. Această tehnologie de producere a acidului citric se caracterizează, de asemenea, printr-un nivel acceptabil de curățenie a mediului pentru mediu și siguranță toxică pentru lucrători.

În ceea ce privește calitatea produsului, acesta îndeplinește standardele internaționale ale industriei alimentare. Un alt lucru este că este posibilă și eliberarea unui produs tehnic destinat, în special, detergenților.

Pregătirea materiilor prime pentru producerea acidului citric

Materiile prime intră în procesul de producție după o prelucrare specială. Metoda și parametrii săi sunt determinați nu numai de proprietățile materiilor prime, ci și de cerințele pentru produs. Se ia în considerare și posibilitatea fabricării produselor derivate din citrat de sodiu.

Într-un fel sau altul, principala materie primă pentru producerea acidului citric este melasa, care conține raportul optim de fier. În ceea ce privește prelucrarea sa, pasul principal în acest proces este prefermentarea, care este necesară pentru precipitarea compoziției cu ajutorul sării galbene din sânge. Fără o prelucrare ulterioară, această sare din acid poate acționa ca un inhibitor al izocitrat dehidrogenazelor.

O altă componentă care poate fi folosită ca bază de materie primă este ciuperca Aspergillus Niger. Se pune întrebarea - de ce, în condițiile tehnologiilor moderne, o ciupercă de mucegai este folosită pentru a produce acid citric? Cel mai adesea, utilizarea sa este necesară pentru a asigura funcția producătorului. Formula sa chimică este optimă pentruefectuarea simultană a mai multor procese, imposibile sau nejustificate din punct de vedere tehnologic la utilizarea înlocuitorilor sintetici. În special, vorbim despre dizolvare, solicificare și proceduri ulterioare de separare și purificare.

Pregătirea specială a materiilor prime este, de asemenea, necesară în producția de derivați modificați ai acidului citric. În acest caz, pot fi utilizate și incluziuni suplimentare, inclusiv alcool etilic, intermediari tehnici și care conțin etanol cu deșeuri de la distilerii. La rândul său, producția de acid citric din melasă va fi completată de procese de limpezire, sterilizare și fierbere cu hexacianoferat.

Când se folosesc hidrolizate de amidon cu un conținut moderat de impurități, prepararea materiei prime va trebui să includă o procedură de decationizare și o operație de sterilizare continuă.

Organizarea procesului de reproducere a sporilor

Procesele microbiologice eficiente necesită semințe bine pregătite. În sinteza acizilor, acest material sub formă de spori este introdus în rezervorul de fermentație chiar la începutul procesului de producție. Într-o formă optimizată, tehnologia de producere a acidului citric pe bază de melasă prevede separat prepararea sporilor pentru reproducere, în cadrul cărora se efectuează și testarea. Dacă este planificată producția pe termen lung, atunci sporii sunt uscați. Acest lucru este necesar atât pentru păstrarea pe termen lung a calităților lor funcționale, cât și pentru dozarea cu succes.

La pasul următor, se prepară substraturi, inclusiv zaharoză, glucoză sauamidon. Materialele care conțin amidon sunt mai întâi zaharificate pentru a fi transformate în glucoză, care este folosită ca tulpină de producție.

Deoarece nivelul de impurități în toate etapele de prelucrare a materiilor prime și substraturilor poate fi excesiv de ridicat, mulți producători dezvoltă metode speciale pentru purificarea primară a acestor materiale. De exemplu, procesarea ulterioară a hidrolizatului de amidon pentru acid citric în producția de alimente poate include etape de desalinizare. Aceleași proceduri de sterilizare și fierbere cu filtrare mecanică pot fi atribuite metodelor universale și cele mai accesibile de purificare a impurităților.

Proces de fermentare și producție de acid

În tehnologiile moderne de asigurare a procesului de fermentație se folosesc fermentatoare speciale cu barbotare, care sunt selectate în funcție de tulpinile preparate ale ciupercii de mucegai discutate mai sus. Selecția se realizează împreună cu testarea după anumiți parametri, ceea ce permite organizarea fermentației în funcție de configurații individuale, ținând cont de caracteristicile materiilor prime utilizate. Cele mai avansate procese tehnologic de producere a acidului citric implică și instrumente de reglare a activității metabolice a microorganismelor care barbote.

În stadiul de izolare acidă, sarcina este de a obține o soluție din mediul de fermentație cu un nivel inițial de purificare. Pentru a crește gradul de purificare, amestecul generator trebuie pregătit corespunzător. În special, suferă următoarele procesepretratament:

1. Procedura de separare și decontare.
2. Operațiune de separare a miceliului.
3. Separarea sulfatului de calciu și descompunerea masei de fermentare.

Pentru separarea reziduurilor uscate în industriile moderne se folosesc filtre cu bandă cu control automat. De asemenea, pentru organizarea proceselor de filtrare a sedimentelor se folosesc centrifuge și separatoare speciale cu sisteme electronice de control, ceea ce mărește acuratețea prelucrării materialelor.

Purificarea acidului citric rezultat

Etapa finală a producției, care include procesarea complexă a produsului deja primit. Acest proces folosește cărbune activ cu rășini schimbătoare de anioni și cationi. Tehnologia unei astfel de epurări este implementată în reactoare cu pat fix în mai multe etape:

1. Procesul de evaporare la o anumită temperatură.
2. Cristalizare în vid.
3. Criterea cristalelor în centrifugă.
4. Uscare cu pat fluidizat.
5. Procedura de cernere.

Evaporarea se realizează într-o unitate de evaporare cu mai multe trepte, cu o peliculă de lichid în cădere. Ca rezultat al acestui proces, se realizează coeficientul de evaporare necesar fără a reduce proprietățile de consum ale acidului citric. Consumul de resurse energetice în această etapă poate fi redus semnificativ datorită asigurării compresiei termice pe vapori.

În ceea ce privește cristalizarea, acest proces de producere a acidului citric se realizează cu circulație forțată. În uneleÎn configurațiile tehnice ale fabricilor din industria alimentară, cristalizatoarele în vid sunt proiectate pe aceeași bază structurală împreună cu dispozitive pentru producerea de citrat de sodiu modificat și derivat. De exemplu, echipamente similare sunt utilizate în producția de produse deshidratate și acid citric monohidrat.

Nu ultima valoare la etapa de purificare este operația de reciclare a soluției de fermentare, în care se separă enzimele uterine de suspensia care conține cristale. Din punct de vedere tehnic, această procedură se realizează cu o centrifugă continuă, ceea ce face posibilă controlul fin al caracteristicilor produsului final.

Procesele finale de uscare și cernere necesită o manipulare delicată a produsului rezultat și purificat. În această etapă, cerințele pentru forma de eliberare a acidului citric vor juca un rol - de exemplu, fracționarea se realizează în funcție de dimensiunea particulei de proiectare.

Piața internă a acidului citric

Principalii participanți la acest segment pe piața industriei alimentare din Rusia includ producători din China, care controlează aproape jumătate din producția. Dar o pondere semnificativă o ocupă și fabricile rusești pentru producția de acid citric, un loc aparte printre care îl ocupă întreprinderea Citrobel situată în Belgorod. De fapt, aceasta este aproape singura fabrică internă cu capacități de clasă mondială. Organizațiile comerciale din sectorul alimentar cooperează activ cu fabricile dinin strainatate. În această direcție se remarcă fabricile de zahăr din Ucraina și Belarus, situate în Smila, respectiv Skidel.

Potrivit experților, acidul citric rusesc îndeplinește cerințele de reglementare ale GOST și standardele de proiectare a ambalajelor. Acesta este unul dintre avantajele care permite fabricilor interne de acid citric din Rusia să concureze cu succes cu întreprinderile chineze. Așadar, în comparație cu Citrobel, care furnizează surse de acid citric de în altă calitate, producătorii din Imperiul Celeste nu garantează întotdeauna că produsele îndeplinesc standarde stricte, ceea ce se reflectă și în prețuri. Diferența este determinată de nivelul producătorului și al rețelei de distribuție. În același timp, chiar și în livrările de la companii mari, caracteristicile acidului citric dintr-un singur lot sunt eterogene și pot varia. Acest lucru este confirmat și în recenziile consumatorilor, unde sunt notate plângeri cu privire la solubilitatea și conținutul de umiditate al produsului.

Concluzie

Astăzi, volumul producției producătorilor mondiali de acid citric este de aproximativ 800.000 de tone/an. Un randament atât de mare al acestui sector se datorează faptului că o serie de industrii sunt interesate de utilizarea acidificanților, inclusiv segmente tradiționale din industria alimentară și sfera chimică și farmaceutică. Mai mult, derivații unor astfel de acizi își găsesc astăzi aplicație chiar și în industriile de apărare și electronice, ca să nu mai vorbim de agricultură și alte industrii în care funcția tehnică a acidului citric este solicitată.enzime. În acest sens, se remarcă practica utilizării citratului de sodiu ca înlocuitor al adjuvanților activi de procesare și al detergenților sintetici.

Dacă vorbim despre producția de acid citric în Rusia, atunci la nivel guvernamental în ultimii ani s-au făcut pași pentru protejarea pieței interne pentru a stimula întreprinderile care operează în acest domeniu. Dar, deoarece fabrica din Belgorod rămâne singurul furnizor major de acid citric, uneori există o lipsă de produs. Ca o cale de ieșire, experții au sugerat modificarea regulilor vamale, în baza cărora li se acorda prioritate importului de acidifianți străini companiilor europene care garantează calitatea corespunzătoare a produsului. Acidul citric de la marii producători biochimici din Japonia, Elveția și Germania este de calitate superioară produselor autohtone, dar prețurile sunt prea mari, astfel încât fabrica Citrobel rămâne competitivă fără a compromite nevoile consumatorilor.