تولید اسید سیتریک: تهیه، فرآیند و محصول

2024 نویسنده: Howard Calhoun | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-12-17 10:25

اسید سیتریک چند صد سال پیش کشف شد، اما تاریخچه تولید کامل آن در تاسیسات صنعتی تنها از سال 1919 قابل صحبت است. از آن لحظه به بعد، فناوران شروع به استفاده از فرآیندهای میکروبیولوژیکی کردند که توسعه آنها تا به امروز متوقف نشده است. در عین حال، تولید مدرن اسید سیتریک ناهمگن است و روش های مختلفی برای تولید محصول نهایی را شامل می شود. انتخاب یک یا روش دیگر نه تنها با ویژگی های مواد خام یک شرکت خاص، بلکه با توجه به الزامات بازار مصرف کننده هدف تعیین می شود.

معرفی اسید سیتریک

به عنوان یک تنظیم کننده اسیدیته، این محصول به طور فعال در صنایع غذایی استفاده می شود. اما اسید سیتریک نه تنها برای اصلاح طعم استفاده می شود. بسته به تکنولوژی ساخت، می تواند ماندگاری محصول مورد نظر را افزایش دهد. از این نظر تولید لیمواسیدها در روسیه را می‌توان با فناوری‌های ساخت اسیدهای اسکوربیک، استیک و لاکتیک و همچنین مشتقات آنها همتراز کرد.

طبق نظر متخصصان، به دلیل خواص آنتی اکسیدانی و هم افزایی آنتی اکسیدانی، اسید سیتریک در حال حاضر تقریباً در نیمی از تمام محصولات غذایی تولیدی استفاده می شود. محبوبیت این اسیدیفایر به دلیل خواص معده آن نیز تسهیل شده است. این اسید طعم مطبوع و ملایمی دارد - حداقل در مقایسه با محصولات جایگزین از این نوع. به خصوص این ویژگی ها در نوشیدنی ها و شیرینی پزی ها نمایان می شود. همچنین گروه گسترده ای از نمک ها وجود دارد که تحت شرایط تولید میکروبیولوژیکی اسید سیتریک به دست می آیند - به ویژه سیترات سدیم می تواند به عنوان نمک ذوب استفاده شود. از مزایای سیترات سدیم می توان به امکان به دست آوردن آن به صورت جامد و همچنین حذف اثر تحریک کننده در مواجهه با غشاهای مخاطی دستگاه گوارش و تنفس اشاره کرد.

تولید صنعتی محصول

نام اسید سیتریک توجه را به مرکبات جلب می کند، با این حال، این اسید در درجات مختلف در همه میوه ها، پنبه و سوزن وجود دارد. با این وجود، اولین تأسیسات تولید دقیقاً بر اساس پردازش آب لیمو سازماندهی شد. در دهه 1920 حدود 25 درصد کل تولیدات از این طریق به دست می آمد. در عین حال، خود فناوری ساخت غیرمنطقی بود، زیرا حدود 25 کیلوگرم محصول خالص از 1 تن لیمو به دست آمد. امروزه تولید اسید سیتریک غذایی در حال سازماندهی استدر روش‌های فناوری و منابع فشرده‌تر، شامل استفاده از افزودنی‌های اساساً جدید مانند ملاس و قارچ‌های کپک. به هر حال، این نیز تصمیمات لجستیکی در مورد محل تولید سیترات سدیم در نزدیکی کارخانه های قند را تعیین می کند.

در عین حال، نمی توان گفت که چنین تولیدی در شرایط تقاضای بالا با تعریف خود را توجیه می کند. واقعیت این است که با افزایش قابلیت ساخت فرآیند تولید، تجهیزات نیز افزایش می یابد که به معنای افزایش هزینه تجهیزات فنی و نگهداری ظرفیت ها است. بنابراین، انجام بدون یک برنامه تجاری خوب فکر شده برای تولید اسید سیتریک غیرممکن است که نشان دهنده تمام جنبه های فعالیت های سازمانی و اقتصادی شرکت باشد. در کنار راه حل طراحی برای تجهیز تجهیزات تولید و توسعه مدل های لجستیکی با توجیه اقتصادی، تعیین فرمولاسیون بهینه محصول نهایی نیز ضروری خواهد بود تا بتواند در جایگاه خاصی در بازار رقابت کند. به این نکته ارزش افزودن یک اصلاحیه به استانداردهای بهداشتی و بهداشتی سختگیرانه را دارد که تقریباً تمام تفاوت های فنی بدست آوردن این اسید را تنظیم می کند.

ارائه فیزیکوشیمیایی فناوری

فرایندهای مدرن برای تولید اسید سیتریک عمدتاً مبتنی بر هیدرولیز سوسپانسیون نشاسته است که تا 30 درصد از جرم عناصر خشک با قابلیت آمیلولیتیک را شامل می شود. نشاسته نمک های معدنی با سولفات های مس، روی و آهن را می توان به آنها اضافه کرد.این پایه متعاقباً در یک محیط غذایی توسط یک قارچ کپک تخمیر می‌شود.

در نتیجه تخمیر و جداسازی زیست توده قارچی، محلول کشت تشکیل می شود که در ابتدا تا 85 درصد اسید سیتریک دارد. یکی از ویژگی های مشخصه آنزیم های مقاوم به اسید بدست آمده در این مرحله افزایش فعالیت آمیلولیتیک است. اول از همه، این مربوط به گلوکوآمیلاز و آمیلاز است.

نتیجه فنی تولید اسید سیتریک پس از عبور از عملیات کمکی در آزمایشگاه با طیف گسترده ای از شاخص های کیفی از جمله فعالیت آمیلولیتیک محلول کشت ارزیابی می شود.

فناوری برای ساخت "لیمو"

فرایند تولید در چندین مرحله تکنولوژیکی بر روی تجهیزات مختلف انجام می شود. اگرچه پیکربندی های مختلفی برای تنظیم امکانات کارخانه وجود دارد - از جمله مونوبلوک و ماژولار پیش ساخته. از جمله فرآیندهای اصلی که فناوری مدرن تولید اسید سیتریک بر آن استوار است، می توان موارد زیر را متمایز کرد:

1. فرایندهای بهینه برای تهیه تکنولوژیکی مواد خام برای اطمینان از شرایط لازم برای یک محیط تخمیر اسیدی.
2. تکثیر اسپورها در شرایط خاص سازماندهی شده.
3. فرایند تخمیر با توجه به ویژگی های مواد اولیه خاص.
4. در صورت لزوم، همه یا تک مواد خام را برای فرآیندهای تخمیر تطبیق دهید.
5. جداسازی اسید از محلول های تخمیر. به هر حال، روش های جداسازی تا حد زیادی هستنددرجه کیفیت نهایی محصول را تعیین می کند.
6. تصفیه و کریستالیزاسیون اسید حاصل. در این مرحله فرصت هایی برای اصلاح محصول و تولید نسخه های دیگر اسید در پیکربندی های مختلف باز می شود. به عنوان مثال، به عنوان بخشی از تولید کلی اسید سیتریک، می توان شربت ها، مونوهیدرات، فرمولاسیون های دهیدراته و دی هیدرات سیترات سدیم تولید کرد. مواد شیمیایی نیز ممکن است تنظیم شوند.

تجهیزات فرآیند

فرمت بهینه آرایش فنی کارخانه های مدرن برای تولید اسید سیتریک شامل استفاده از تاسیسات بیوتکنولوژیکی است. به طور متوسط، ظرفیت چنین راه حلی برای محاسبه حجم خروجی 200-250 تن در سال است، در حالی که فرصت های زیادی برای به دست آوردن محصولات اصلاح شده بر اساس منابع مختلف مواد خام باقی می گذارد. ترکیب اصلی این تجهیزات برای تولید اسید سیتریک شامل راکتورها و دستگاه های ظرفیت خازنی زیر است:

1. فرمانترها.
2. اواپراتور.
3. فیلترها.
4. خشک کن.
5. کریستالایزر.
6. زیرساخت برای پشتیبانی از عملیات لجستیک.

اجرای پروژه نصب بیوتکنولوژیکی به ما امکان می دهد چرخه تولید کاملی را فراهم کنیم و مصرف کنندگان منطقه را به طور کامل و با کمترین مشارکت در منابع انرژی و گرما به صورت محلی تامین کنیم.

راه حل سخت افزاری-فناوری این نوع با استفاده از سویه های تولید کننده مشخص می شود که منجر به هزینه اولیه پایین محصول می شود.این فناوری برای تولید اسید سیتریک با سطح قابل قبولی از پاکیزگی محیطی برای محیط زیست و ایمنی سمی برای کارگران مشخص می شود.

در مورد کیفیت محصول، مطابق با استانداردهای بین المللی صنایع غذایی است. نکته دیگر این است که می توان یک محصول فنی را که مخصوصاً برای مواد شوینده در نظر گرفته شده است منتشر کرد.

تهیه مواد اولیه برای تولید اسید سیتریک

مواد اولیه پس از فرآوری ویژه وارد فرآیند تولید می شود. روش و پارامترهای آن نه تنها با خواص مواد خام، بلکه با الزامات محصول نیز تعیین می شود. امکان ساخت محصولات مشتق از سیترات سدیم نیز در نظر گرفته شده است.

به هر حال ماده اولیه اصلی برای تولید اسید سیتریک ملاس است که حاوی نسبت بهینه آهن است. در مورد فرآوری آن، مرحله اصلی در این فرآیند، پیش تخمیر است که برای رسوب دادن ترکیب با استفاده از نمک زرد خون ضروری است. بدون پردازش بیشتر، این نمک موجود در اسید می تواند به عنوان یک مهار کننده ایزوسیترات دهیدروژنازها عمل کند.

یکی دیگر از اجزایی که می تواند به عنوان پایه مواد اولیه استفاده شود قارچ آسپرژیلوس نیجر است. این سوال مطرح می شود - چرا در شرایط فن آوری های مدرن از قارچ کپک برای تولید اسید سیتریک استفاده می شود؟ اغلب، استفاده از آن برای اطمینان از عملکرد تولید کننده مورد نیاز است. فرمول شیمیایی آن بهینه است برایانجام چندین فرآیند به طور همزمان، که در هنگام استفاده از جایگزین های مصنوعی غیرممکن یا از نظر فناوری غیرقابل توجیه هستند. به طور خاص، ما در مورد انحلال، انحلال و مراحل جداسازی و تصفیه بعدی صحبت می کنیم.

تهیه ویژه مواد اولیه نیز در تولید مشتقات اسید سیتریک اصلاح شده مورد نیاز است. در این مورد، می توان از اجزای اضافی نیز استفاده کرد، از جمله الکل اتیلیک، واسطه های فنی و حاوی اتانول با زباله های کارخانه های تقطیر. به نوبه خود، تولید اسید سیتریک از ملاس با شفاف سازی هگزاسیانوفرات، استریلیزاسیون و فرآیندهای جوش تکمیل می شود.

هنگامی که از هیدرولیزهای نشاسته ای با محتوای ناخالصی متوسط استفاده می شود، آماده سازی مواد خام باید شامل یک روش جداسازی و یک عملیات استریلیزاسیون مداوم باشد.

سازمان فرآیند پرورش هاگ

فرایندهای میکروبیولوژیکی کارآمد نیازمند بذری است که به خوبی آماده شده باشد. در سنتز اسید، این ماده به شکل هاگ در همان ابتدای فرآیند تولید وارد مخزن تخمیر می شود. در یک شکل بهینه، فناوری تولید اسید سیتریک مبتنی بر ملاس به طور جداگانه آماده سازی هاگ ها را برای پرورش فراهم می کند که در آن آزمایش نیز انجام می شود. اگر تولید طولانی مدت برنامه ریزی شده باشد، هاگ ها خشک می شوند. این هم برای حفظ طولانی مدت ویژگی های عملکردی آنها و هم برای دوز موفقیت آمیز ضروری است.

در مرحله بعد، بسترهایی از جمله ساکارز، گلوکز یانشاسته مواد حاوی نشاسته ابتدا ساکاره می شوند تا به گلوکز تبدیل شوند که به عنوان سویه تولیدی استفاده می شود.

از آنجایی که سطح ناخالصی ها در تمام مراحل فرآوری مواد خام و بسترها می تواند بیش از حد بالا باشد، بسیاری از تولیدکنندگان در حال توسعه روش های خاصی برای خالص سازی اولیه این مواد هستند. به عنوان مثال، پردازش بیشتر هیدرولیز نشاسته برای اسید سیتریک در تولید مواد غذایی ممکن است شامل مراحل نمک زدایی باشد. همان روش های عقیم سازی و جوشاندن با فیلتراسیون مکانیکی را می توان به روش های جهانی و در دسترس ترین روش های تصفیه از ناخالصی ها نسبت داد.

فرآیند تخمیر و تولید اسید

در فن‌آوری‌های مدرن برای اطمینان از فرآیند تخمیر، از تخمیرکننده‌های حباب‌دار مخصوصی استفاده می‌شود که با توجه به سویه‌های آماده‌شده قارچ کپک‌هایی که در بالا توضیح داده شد، انتخاب می‌شوند. انتخاب همراه با آزمایش با توجه به پارامترهای خاصی انجام می شود که امکان سازماندهی تخمیر را با توجه به تنظیمات فردی با در نظر گرفتن ویژگی های مواد خام مورد استفاده فراهم می کند. پیشرفته ترین فرآیندهای تکنولوژیکی برای تولید اسید سیتریک همچنین شامل ابزارهایی برای تنظیم فعالیت متابولیک میکروارگانیسم های حباب زا است.

در مرحله جداسازی اسیدی، وظیفه به دست آوردن محلولی از محیط تخمیر با سطح اولیه خالص سازی است. به منظور افزایش درجه خالص سازی، مخلوط مولد باید به طور مناسب آماده شود. به ویژه، فرآیندهای زیر را طی می کندپیش درمان:

1. روش جداسازی و ته نشینی.
2. عملیات جداسازی میسلیوم.
3. جداسازی سولفات کلسیم و تجزیه توده تخمیر.

برای جداسازی بقایای خشک در صنایع مدرن از فیلترهای تسمه ای با کنترل اتوماتیک استفاده می شود. همچنین برای سازماندهی فرآیندهای فیلتراسیون رسوب از سانتریفیوژها و جداکننده های مخصوص با سیستم های کنترل الکترونیکی استفاده می شود که دقت پردازش مواد را افزایش می دهد.

تصفیه اسید سیتریک حاصل

مرحله نهایی تولید، که شامل پردازش پیچیده محصول از قبل دریافت شده است. در این فرآیند از کربن فعال با رزین های تبادل آنیونی و کاتیونی استفاده می شود. فن آوری چنین تصفیه ای در راکتورهای بستر ثابت در چندین مرحله اجرا می شود:

1. فرایند تبخیر در دمای معین.
2. کریستالیزاسیون در خلاء.
3. غربالگری کریستال در سانتریفیوژ.
4. خشک کردن با بستر مایع.
5. روش الک کردن.

تبخیر در یک واحد اواپراتور چند مرحله ای با یک فیلم مایع در حال سقوط انجام می شود. در نتیجه این فرآیند، ضریب تبخیر مورد نیاز بدون کاهش خواص مصرف کننده اسید سیتریک به دست می آید. مصرف منابع انرژی در این مرحله به دلیل فراهم کردن فشرده سازی حرارتی روی بخار می تواند به میزان قابل توجهی کاهش یابد.

در مورد کریستالیزاسیون، این فرآیند تولید اسید سیتریک با گردش اجباری انجام می شود. در برخیدر پیکربندی فنی کارخانه‌های صنایع غذایی، کریستالایزرهای خلاء بر اساس ساختاری یکسان همراه با دستگاه‌هایی برای تولید سیترات سدیم اصلاح‌شده و مشتقات طراحی شده‌اند. به عنوان مثال، تجهیزات مشابه در تولید محصولات کم آب و مونوهیدرات اسید سیتریک استفاده می شود.

آخرین مقدار در مرحله تصفیه، عملیات بازیافت محلول تخمیر نیست، که در آن آنزیم های رحمی از سوسپانسیون حاوی کریستال جدا می شوند. از نظر فنی، این روش توسط یک سانتریفیوژ پیوسته انجام می شود که امکان کنترل دقیق ویژگی های محصول نهایی را فراهم می کند.

فرایندهای خشک کردن و الک نهایی نیاز به رسیدگی ظریف محصول به دست آمده و خالص شده دارد. در این مرحله، الزامات شکل آزادسازی اسید سیتریک نقش خواهد داشت - به عنوان مثال، شکنش بر اساس اندازه ذرات طراحی انجام می شود.

بازار داخلی اسید سیتریک

شرکت کنندگان اصلی در این بخش در بازار صنایع غذایی روسیه شامل تولیدکنندگانی از چین هستند که تقریباً نیمی از کل تولید را کنترل می کنند. اما سهم قابل توجهی نیز توسط کارخانه های روسی برای تولید اسید سیتریک به خود اختصاص داده است که در میان آنها شرکت سیتروبل واقع در بلگورود جایگاه ویژه ای را به خود اختصاص داده است. در واقع، این تقریبا تنها کارخانه داخلی با ظرفیت های کلاس جهانی است. سازمان های تجاری در بخش مواد غذایی به طور فعال با کارخانه ها در این کشور همکاری می کنندخارج از کشور در این راستا، کارخانه های شکر اوکراین و بلاروس به ترتیب در اسمیلا و اسکیدل واقع شده اند.

طبق نظر کارشناسان، اسید سیتریک روسی الزامات نظارتی GOST و استانداردهای طراحی بسته بندی را برآورده می کند. این یکی از مزایایی است که به کارخانه های داخلی اسید سیتریک در روسیه اجازه می دهد با موفقیت با شرکت های چینی رقابت کنند. بنابراین، در مقایسه با سیتروبل، که تامین کننده اسید سیتریک با کیفیت بالا است، تولیدکنندگان امپراتوری آسمانی همیشه تضمین نمی کنند که محصولات با استانداردهای سختگیرانه مطابقت دارند، که در قیمت ها نیز منعکس می شود. تفاوت توسط سطح تولید کننده و شبکه توزیع تعیین می شود. در عین حال، حتی در تحویل از شرکت های بزرگ، ویژگی های اسید سیتریک در یک دسته ناهمگن است و ممکن است متفاوت باشد. این موضوع در بررسی‌های مصرف‌کننده نیز تأیید شده است، جایی که شکایت‌هایی در مورد حلالیت و رطوبت محصول ذکر شده است.

نتیجه گیری

امروزه حجم تولید تولیدکنندگان جهانی اسید سیتریک حدود 800000 تن در سال است. چنین بازدهی بالایی از این بخش به این دلیل است که تعدادی از صنایع از جمله بخش های سنتی صنایع غذایی و حوزه شیمیایی و دارویی علاقه مند به استفاده از اسیدی کننده ها هستند. علاوه بر این، مشتقات چنین اسیدهایی امروزه حتی در صنایع دفاعی و الکترونیکی کاربرد دارند، به غیر از کشاورزی و سایر صنایعی که عملکرد فنی اسید سیتریک مورد تقاضا است.آنزیم ها در این راستا می‌توان به استفاده از سیترات سدیم به‌عنوان جایگزینی برای کمک‌های فرآوری فعال و شوینده‌های مصنوعی اشاره کرد.

اگر ما در مورد تولید اسید سیتریک در روسیه صحبت می کنیم، در سال های اخیر در سطح دولت اقداماتی برای محافظت از بازار داخلی به منظور تحریک شرکت های فعال در این زمینه انجام شده است. اما از آنجایی که کارخانه بلگورود تنها تامین کننده اصلی اسید سیتریک است، گاهی اوقات کمبود این محصول وجود دارد. به عنوان راه حل، کارشناسان تغییر قوانین گمرکی را پیشنهاد کردند که بر اساس آن اولویت واردات اسیدی‌کننده‌های خارجی به شرکت‌های اروپایی داده شد که کیفیت مناسب محصول را تضمین می‌کنند. اسید سیتریک از تولید کنندگان عمده بیوشیمیایی در ژاپن، سوئیس و آلمان از نظر کیفیت نسبت به محصولات داخلی برتر است، اما قیمت ها بسیار بالا است، بنابراین کارخانه سیتروبل بدون به خطر انداختن نیازهای مصرف کننده رقابتی باقی می ماند.