Výroba kyseliny citrónovej: príprava, proces a produkt

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-12-17 10:39

Kyselina citrónová bola objavená pred niekoľkými stovkami rokov, no o histórii jej plnohodnotnej výroby v priemyselných zariadeniach možno hovoriť až od roku 1919. Od tohto momentu začali technológovia aplikovať mikrobiologické procesy, ktorých vývoj sa dodnes nezastavil. Moderná výroba kyseliny citrónovej je zároveň heterogénna a zahŕňa rôzne spôsoby výroby konečného produktu. Výber jednej alebo druhej metódy je určený nielen charakteristikami surovín konkrétneho podniku, ale aj požiadavkami cieľového spotrebiteľského trhu.

Úvod do kyseliny citrónovej

Ako regulátor kyslosti sa tento produkt aktívne používa v potravinárskom priemysle. Ale kyselina citrónová sa používa nielen na korekciu chuti. V závislosti od výrobnej technológie môže zvýšiť trvanlivosť cieľového produktu. Z tohto hľadiska je výroba citrónukyseliny v Rusku možno postaviť na rovnakú úroveň s technológiami výroby kyseliny askorbovej, octovej a mliečnej, ako aj s ich derivátmi.

Podľa odborníkov sa kyselina citrónová vďaka svojim antioxidačným a antioxidačným synergiám v súčasnosti používa v takmer polovici všetkých vyrábaných potravinárskych výrobkov. K obľúbenosti tohto okysľovača prispievajú aj jeho gastronomické vlastnosti. Táto kyselina má príjemnú a jemnú chuť - aspoň v porovnaní s alternatívnymi produktmi tohto typu. Najmä tieto vlastnosti sa prejavujú v nápojoch a cukrovinkách. Široká je aj skupina solí, ktoré sa získavajú za podmienok mikrobiologickej výroby kyseliny citrónovej – konkrétne citrát sodný sa potom môže použiť ako taviaca soľ. Medzi výhody citranu sodného patrí možnosť jeho získania v pevnej forme, ako aj vylúčenie dráždivého účinku pri styku s sliznicami tráviaceho a dýchacieho systému.

Priemyselná výroba produktu

Názov kyselina citrónová upozorňuje na citrusové plody, avšak táto kyselina je v rôznej miere prítomná vo všetkých druhoch ovocia, bavlny a ihličia. Napriek tomu boli prvé výrobné zariadenia organizované práve na základe spracovania citrónovej šťavy. V 20. rokoch 20. storočia sa takto získavalo asi 25 % všetkej produkcie. Samotná výrobná technológia bola zároveň iracionálna, pretože z 1 tony citrónov sa získalo asi 25 kg čistého produktu. Dnes sa organizuje výroba potravinárskej kyseliny citrónovejna technologickejšie metódy a metódy náročnejšie na zdroje, ktoré zahŕňajú použitie zásadne nových prísad, ako je melasa a plesňové huby. Mimochodom, od toho sa odvíjajú aj logistické rozhodnutia o umiestnení výroby citranu sodného v blízkosti cukrovarov.

Zároveň nemožno povedať, že takáto produkcia sa sama o sebe ospravedlňuje z definície v podmienkach vysokého dopytu. Faktom je, že so zvyšujúcou sa vyrobiteľnosťou výrobného procesu rastie aj vybavenie, čo znamená zdražovanie technického vybavenia a údržby kapacít. Preto sa nemožno zaobísť bez dobre premysleného podnikateľského plánu na výrobu kyseliny citrónovej, ktorý by naznačoval všetky aspekty organizačných a ekonomických činností podniku. Spolu s konštrukčným riešením vybavenia výrobných zariadení a vývojom logistických modelov s ekonomickým opodstatnením bude potrebné určiť aj optimálnu formuláciu finálneho produktu tak, aby obstál v určitej medzere na trhu. K tomu sa oplatí pridať novelu prísnych sanitárnych a hygienických noriem, ktoré upravujú takmer všetky technologické nuansy získavania tejto kyseliny.

Fyzikálno-chemická prezentácia technológie

Moderné procesy výroby kyseliny citrónovej sú založené najmä na hydrolýze škrobovej suspenzie, ktorá obsahuje až 30% hmotnosti suchých prvkov s amylolytickou schopnosťou. Môže sa k nim pridať škrob minerálnych solí so síranmi medi, zinku a železa. Tento základ následne podlieha fermentácii v živnom médiu plesňou.

V dôsledku fermentácie a izolácie hubovej biomasy vzniká kultivačný roztok, ktorý spočiatku obsahuje až 85 % kyseliny citrónovej. Charakteristickým znakom kyselinovzdorných enzýmov získaných v tomto štádiu je zvýšená amylolytická aktivita. V prvom rade sa to týka glukoamylázy a amylázy.

Technický výsledok výroby kyseliny citrónovej po prechode pomocnými operáciami sa v laboratóriu hodnotí širokou škálou kvalitatívnych ukazovateľov vrátane amylolytickej aktivity kultivačného roztoku.

Technológie na výrobu „citróna“

Výrobný proces prebieha v niekoľkých technologických etapách na rôznych zariadeniach. Aj keď existujú rôzne konfigurácie na usporiadanie továrenských zariadení - vrátane monoblokových a prefabrikovaných modulárnych. Medzi hlavné procesy, na ktorých je založená moderná technológia výroby kyseliny citrónovej, možno rozlíšiť:

1. Optimalizované procesy technologickej prípravy surovín pre zabezpečenie nevyhnutných podmienok pre kyslé fermentačné prostredie.
2. Rozmnožovanie spór v špeciálne organizovaných podmienkach.
3. Proces fermentácie podľa vlastností konkrétnych surovín.
4. V prípade potreby prispôsobte všetky alebo jednotlivé suroviny fermentačným procesom.
5. Separácia kyseliny z fermentačných roztokov. Mimochodom, separačné metódy sú z veľkej častistupne určujú konečnú kvalitu produktu.
6. Prečistenie a kryštalizácia výslednej kyseliny. V tejto fáze sa otvárajú možnosti na úpravu produktu a výrobu iných verzií kyseliny v rôznych konfiguráciách. Napríklad ako súčasť všeobecnej výroby kyseliny citrónovej sa môžu vyrábať sirupy, monohydrát, dehydratované prípravky a dihydrát citrátu sodného. Chemikálie môžu byť tiež regulované.

Procesné vybavenie

Optimalizovaný formát technického usporiadania moderných závodov na výrobu kyseliny citrónovej zahŕňa využitie biotechnologických zariadení. V priemere je kapacita takéhoto riešenia na výpočet objemu produkcie 200-250 ton / rok, pričom ponecháva dostatok príležitostí na získanie modifikovaných produktov na základe rôznych zdrojov surovín. Základné zloženie tohto zariadenia na výrobu kyseliny citrónovej zahŕňa nasledujúce reaktorové a kapacitné zariadenia:

1. Fermentátory.
2. Výparníky.
3. Filtre.
4. Sušičky.
5. Kryštalizátory.
6. Infraštruktúra na podporu logistických operácií.

Realizácia projektu biotechnologickej inštalácie nám umožňuje zabezpečiť celý výrobný cyklus, lokálne zásobovať regionálnych spotrebiteľov v plnom rozsahu s minimálnym zapojením zdrojov tepla a elektriny.

Hardvérovo-technologické riešenie tohto typu sa vyznačuje použitím výrobných kmeňov, čo vedie k spočiatku nízkej cene produktu. Táto technológia výroby kyseliny citrónovej sa tiež vyznačuje prijateľnou úrovňou čistoty prostredia pre životné prostredie a toxickou bezpečnosťou pre pracovníkov.

Pokiaľ ide o kvalitu produktu, spĺňa medzinárodné normy potravinárskeho priemyslu. Ďalšou vecou je, že je možné uvoľniť aj technický produkt určený najmä pre pracie prostriedky.

Príprava surovín na výrobu kyseliny citrónovej

Suroviny vstupujú do výrobného procesu po špeciálnom spracovaní. Jeho spôsob a parametre sú určené nielen vlastnosťami surovín, ale aj požiadavkami na výrobok. Do úvahy sa berie aj možnosť výroby odvodených produktov z citranu sodného.

Tak či onak, hlavnou surovinou na výrobu kyseliny citrónovej je melasa, ktorá obsahuje optimálny pomer železa. Pokiaľ ide o jeho spracovanie, hlavným krokom tohto procesu je predfermentácia, ktorá je potrebná na vyzrážanie kompozície pomocou žltej krvnej soli. Bez ďalšieho spracovania môže táto soľ v kyseline pôsobiť ako inhibítor izocitrátdehydrogenáz.

Ďalším komponentom, ktorý možno použiť ako surovinový základ, je huba Aspergillus Niger. Vynára sa otázka - prečo sa v podmienkach moderných technológií používa plesňová huba na výrobu kyseliny citrónovej? Najčastejšie je jeho použitie potrebné na zabezpečenie funkcie výrobcu. Jeho chemický vzorec je optimálny prevykonávanie viacerých procesov naraz, ktoré sú pri použití syntetických náhrad nemožné alebo technologicky neopodstatnené. Hovoríme najmä o rozpúšťaní, tuhnutí a následných separačných a čistiacich postupoch.

Pri výrobe modifikovaných derivátov kyseliny citrónovej je potrebná aj špeciálna príprava surovín. V tomto prípade sa môžu použiť aj ďalšie inklúzie vrátane etylalkoholu, technických a etanol obsahujúcich medziproduktov s odpadom z liehovarov. Výrobu kyseliny citrónovej z melasy doplní čírenie hexakyanoželezitanu, sterilizácia a proces varenia.

Pri použití škrobových hydrolyzátov s miernym obsahom nečistôt bude potrebné, aby príprava suroviny zahŕňala dekacionizáciu a nepretržitú sterilizáciu.

Organizácia procesu rozmnožovania spór

Efektívne mikrobiologické procesy vyžadujú dobre pripravené osivo. Pri syntéze kyselín sa tento materiál vo forme spór zavádza do fermentačnej nádrže na samom začiatku výrobného procesu. Technológia výroby kyseliny citrónovej na báze melasy v optimalizovanej forme samostatne zabezpečuje prípravu spór na chov, v rámci ktorej sa vykonáva aj testovanie. Ak sa plánuje dlhodobá produkcia, potom sa spóry sušia. Je to potrebné ako pre dlhodobé zachovanie ich funkčných vlastností, tak aj pre úspešné dávkovanie.

V ďalšom kroku sa pripravia substráty vrátane sacharózy, glukózy aleboškrob. Materiály obsahujúce škrob sa najprv scukorizujú, aby sa premenili na glukózu, ktorá sa používa ako produkčný kmeň.

Keďže úroveň nečistôt vo všetkých fázach spracovania surovín a substrátov môže byť príliš vysoká, mnohí výrobcovia vyvíjajú špeciálne metódy na primárne čistenie týchto materiálov. Napríklad ďalšie spracovanie škrobového hydrolyzátu na kyselinu citrónovú pri výrobe potravín môže zahŕňať kroky odsoľovania. Rovnaké postupy sterilizácie a varu s mechanickou filtráciou možno pripísať univerzálnym a najdostupnejším metódam čistenia od nečistôt.

Proces fermentácie a výroba kyselín

V moderných technológiách na zabezpečenie fermentačného procesu sa používajú špeciálne prebublávacie fermentory, ktoré sa vyberajú podľa pripravených kmeňov plesňových húb diskutovaných vyššie. Výber sa vykonáva spolu s testovaním podľa určitých parametrov, čo umožňuje organizovať fermentáciu podľa individuálnych konfigurácií s prihliadnutím na vlastnosti použitých surovín. Technologicky najpokročilejšie procesy výroby kyseliny citrónovej zahŕňajú aj nástroje na reguláciu metabolickej aktivity bublajúcich mikroorganizmov.

V štádiu izolácie kyseliny je úlohou získať roztok z fermentačného média s počiatočnou úrovňou čistenia. Aby sa zvýšil stupeň čistenia, musí byť generujúca zmes vhodne pripravená. Prechádza najmä nasledujúcimi procesmipredbežná úprava:

1. Procedúra oddelenia a vyrovnania.
2. Operácia separácie mycélia.
3. Separácia síranu vápenatého a rozklad fermentačnej hmoty.

Na separáciu suchých zvyškov v modernom priemysle sa používajú pásové filtre s automatickým riadením. Na organizáciu procesov filtrácie sedimentov sa tiež používajú špeciálne odstredivky a separátory s elektronickými riadiacimi systémami, čo zvyšuje presnosť spracovania materiálu.

Čistenie výslednej kyseliny citrónovej

Záverečná fáza výroby, ktorá zahŕňa komplexné spracovanie už prijatého produktu. Tento proces využíva aktívne uhlie s aniónovými a katexovými živicami. Technológia takéhoto čistenia je implementovaná v reaktoroch s pevným lôžkom v niekoľkých stupňoch:

1. Proces vyparovania pri určitej teplote.
2. Kryštalizácia vo vákuu.
3. Preosievanie kryštálov v centrifúge.
4. Sušenie pomocou fluidnej vrstvy.
5. Postup preosievania.

Odparovanie sa vykonáva vo viacstupňovej odparovacej jednotke s klesajúcim tekutým filmom. V dôsledku tohto procesu sa dosiahne požadovaný koeficient odparovania bez zníženia spotrebiteľských vlastností kyseliny citrónovej. Spotreba energetických zdrojov v tomto štádiu môže byť výrazne znížená vďaka tepelnej kompresii pary.

Pokiaľ ide o kryštalizáciu, tento proces výroby kyseliny citrónovej prebieha s núteným obehom. V niektorýchV technických konfiguráciách závodov potravinárskeho priemyslu sú vákuové kryštalizátory navrhnuté na rovnakom konštrukčnom základe spolu so zariadeniami na výrobu modifikovaného a derivátu citrátu sodného. Podobné zariadenia sa napríklad používajú pri výrobe dehydrovaných produktov a monohydrátu kyseliny citrónovej.

Nie poslednou hodnotou v štádiu čistenia je operácia recyklácie fermentačného roztoku, pri ktorej dochádza k separácii maternicových enzýmov zo suspenzie obsahujúcej kryštály. Technicky sa tento postup vykonáva pomocou kontinuálnej odstredivky, ktorá umožňuje jemnú kontrolu vlastností konečného produktu.

Záverečné procesy sušenia a preosievania si vyžadujú jemné zaobchádzanie s výsledným a vyčisteným produktom. V tejto fáze budú hrať úlohu požiadavky na formu uvoľňovania kyseliny citrónovej - napríklad frakcionácia sa vykonáva podľa projektovanej veľkosti častíc.

Domáce trh s kyselinou citrónovou

Hlavnými účastníkmi tohto segmentu na ruskom potravinárskom trhu sú výrobcovia z Číny, ktorí ovládajú takmer polovicu všetkej produkcie. Významný podiel však tvoria aj ruské továrne na výrobu kyseliny citrónovej, pričom osobitné miesto medzi nimi zaujíma podnik Citrobel so sídlom v Belgorode. V skutočnosti je to takmer jediný domáci závod s kapacitou svetovej triedy. Obchodné organizácie v potravinárskom sektore aktívne spolupracujú so závodmi vv zahraničí. V tomto smere vynikajú ukrajinské a bieloruské cukrovary, ktoré sa nachádzajú v Smile a Skideli.

Podľa odborníkov ruská kyselina citrónová spĺňa regulačné požiadavky GOST a normy pre dizajn obalov. Toto je jedna z výhod, ktorá umožňuje domácim závodom na výrobu kyseliny citrónovej v Rusku úspešne konkurovať čínskym podnikom. Výrobcovia z Nebeského impéria teda v porovnaní s Citrobelom, ktorý zabezpečuje dodávky trvalo vysokej kvality kyseliny citrónovej, nie vždy zaručujú, že produkty spĺňajú prísne normy, čo sa odráža aj na cenách. Rozdiel je určený úrovňou výrobcu a distribučnej siete. Zároveň aj pri dodávkach od veľkých spoločností sú vlastnosti kyseliny citrónovej v jednej šarži heterogénne a môžu sa líšiť. Potvrdzujú to aj spotrebiteľské recenzie, kde sú zaznamenané sťažnosti na rozpustnosť a vlhkosť produktu.

Záver

V súčasnosti je objem výroby svetových výrobcov kyseliny citrónovej približne 800 000 ton/rok. Takáto vysoká návratnosť tohto odvetvia je spôsobená tým, že o používanie acidifikátorov má záujem celý rad priemyselných odvetví, vrátane tradičných segmentov potravinárskeho priemyslu a chemickej a farmaceutickej sféry. Navyše, deriváty takýchto kyselín dnes nachádzajú uplatnenie aj v obrannom a elektronickom priemysle, nehovoriac o poľnohospodárstve a iných odvetviach, kde je technická funkcia kyseliny citrónovej žiadaná.enzýmy. V tejto súvislosti možno zaznamenať prax používania citranu sodného ako náhrady aktívnych pomocných látok pri spracovaní a syntetických detergentov.

Ak hovoríme o výrobe kyseliny citrónovej v Rusku, tak na vládnej úrovni boli v posledných rokoch podniknuté kroky na ochranu domáceho trhu s cieľom stimulovať podniky pôsobiace v tejto oblasti. Ale keďže závod v Belgorode zostáva jediným hlavným dodávateľom kyseliny citrónovej, niekedy sa vyskytuje nedostatok produktu. Ako východisko odborníci navrhli zmenu colných pravidiel, podľa ktorých mali prednosť pri dovoze zahraničných acidifikátorov európske spoločnosti, ktoré zaručujú správnu kvalitu produktu. Kyselina citrónová od veľkých biochemických výrobcov v Japonsku, Švajčiarsku a Nemecku má lepšiu kvalitu ako domáce produkty, ale ceny sú príliš vysoké, takže závod Citrobel zostáva konkurencieschopný bez toho, aby ohrozil potreby spotrebiteľov.