Citromsav előállítása: előállítás, folyamat és termék

2024 Szerző: Howard Calhoun | [email protected]. Utoljára módosítva: 2023-12-17 10:30

A citromsavat több száz éve fedezték fel, de ipari létesítményekben történő teljes körű előállításának történetéről csak 1919 óta beszélhetünk. Ettől a pillanattól kezdve a technológusok elkezdték alkalmazni a mikrobiológiai eljárásokat, amelyek fejlesztése a mai napig nem állt meg. Ugyanakkor a citromsav modern előállítása heterogén, és a végtermék előállításának különböző módjait foglalja magában. Egyik vagy másik módszer kiválasztását nem csak az adott vállalkozás nyersanyagainak jellemzői határozzák meg, hanem a megcélzott fogyasztói piac igényei is.

Bevezetés a citromsavba

Savanyúságszabályozóként ezt a terméket aktívan használják az élelmiszeriparban. De a citromsavat nem csak az íz javítására használják. A gyártástechnológiától függően megnövelheti a céltermék eltarthatóságát. Ebből a szempontból a citrom előállításaAz oroszországi savak egy szintre helyezhetők az aszkorbinsav, ecetsav és tejsav, valamint származékaik gyártási technológiáival.

Szakértők szerint a citromsavat antioxidáns és antioxidáns szinergetikus tulajdonságai miatt ma már az összes élelmiszeripari termék csaknem felében használják. Ennek a savanyítónak a népszerűségét gasztronómiai tulajdonságai is elősegítik. Ez a sav kellemes és enyhe ízű - legalábbis az ilyen típusú alternatív termékekkel összehasonlítva. Ezek a tulajdonságok különösen az italokban és az édességekben nyilvánulnak meg. A sók széles csoportja is létezik, amelyeket a citromsav mikrobiológiai előállításának körülményei között állítanak elő - különösen a nátrium-citrátot lehet használni olvasztósóként. A nátrium-citrát előnyei közé tartozik a szilárd formában történő előállítás lehetősége, valamint az emésztőrendszer és a légzőrendszer nyálkahártyájának kitett irritáló hatás kizárása.

Termékipari termelés

A citromsav elnevezés a citrusfélékre hívja fel a figyelmet, azonban ez a sav változó mértékben jelen van minden gyümölcsben, pamutban és tűben. Ennek ellenére az első termelési létesítményeket pontosan a citromlé feldolgozása alapján szervezték meg. Az 1920-as években a teljes termelés mintegy 25%-át így állították elő. Ugyanakkor maga a gyártási technológia irracionális volt, hiszen 1 tonna citromból körülbelül 25 kg tiszta terméket kaptak. Ma az élelmiszer-citromsav előállítását szerveziktechnológiai és erőforrás-igényesebb módszerekről, olyan alapvetően új adalékanyagok felhasználásával, mint a melasz és a penészgombák. Ez egyébként meghatározza a nátrium-citrát-gyártásnak a cukorgyárak közelében történő elhelyezésével kapcsolatos logisztikai döntéseket is.

Ugyanakkor nem mondható el, hogy az ilyen termelés nagy kereslet mellett értelemszerűen indokolja magát. Tény, hogy a gyártási folyamat gyárthatóságának növekedésével a berendezések is növekszenek, ami a műszaki berendezések és a kapacitások fenntartásának költségnövekedését jelenti. Ezért lehetetlen nélkülözni egy jól átgondolt üzleti tervet a citromsav előállítására, amely a vállalkozás szervezeti és gazdasági tevékenységének minden vonatkozását jelzi. A gyártóberendezések felszerelésére és a logisztikai modellek gazdaságilag indokolt kialakítására vonatkozó tervezési megoldás mellett meg kell határozni a végtermék optimális összetételét is, hogy az egy bizonyos piaci rést tudjon felvenni. Ehhez érdemes kiegészíteni a szigorú egészségügyi és higiéniai előírásokat, amelyek szabályozzák a sav előállításának szinte minden technológiai árnyalatát.

A technológia fizikai-kémiai bemutatása

A citromsav előállítására szolgáló modern eljárások főként a keményítő-szuszpenzió hidrolízisén alapulnak, amely az amilolitikus képességű száraz elemek tömegének akár 30%-át is magában foglalja. Ásványi sók keményítője réz-, cink- és vas-szulfátokkal adható hozzá. Ezt a bázist ezt követően tápközegben egy penészgomba erjeszti.

A gomba biomassza fermentációja és izolálása eredményeként kultúroldat keletkezik, amely kezdetben legfeljebb 85% citromsavat tartalmaz. Az ebben a szakaszban nyert saválló enzimek jellemző tulajdonsága a megnövekedett amilolitikus aktivitás. Először is ez a glükoamilázra és az amilázra vonatkozik.

A citromsav előállításának technikai eredményét a segédműveletek után a laboratóriumban minőségi mutatók széles skálájával értékelik, beleértve a tenyészoldat amilolitikus aktivitását is.

A "citrom" készítésének technológiái

A gyártási folyamat több technológiai szakaszban zajlik, különböző berendezéseken. Bár különböző konfigurációk léteznek a gyári létesítmények elrendezésére - beleértve a monoblokkokat és az előre gyártott modulárisakat. A citromsavgyártás modern technológiájának alapját képező fő folyamatok között a következők különböztethetők meg:

1. Optimalizált eljárások a nyersanyagok technológiai előkészítéséhez, hogy biztosítsák a savas fermentációs környezet szükséges feltételeit.
2. A spórák szaporodása speciálisan szervezett körülmények között.
3. Erjesztési folyamat az egyes nyersanyagok jellemzői szerint.
4. Ha szükséges, alkalmazza az összes vagy az egyes nyersanyagokat a fermentációs folyamatokhoz.
5. Sav leválasztása fermentációs oldatokból. Az elválasztási módszerek egyébként nagyrésztfokok határozzák meg a termék végső minőségét.
6. A kapott sav tisztítása és kristályosítása. Ebben a szakaszban megnyílnak a lehetőségek a termék módosítására és a sav más változatainak különböző konfigurációkban történő előállítására. Például a citromsav általános előállításának részeként szirupok, monohidrátok, dehidratált készítmények és nátrium-citrát-dihidrát állíthatók elő. A vegyi anyagokat is szabályozhatják.

Feldolgozó berendezések

A modern citromsav-előállító üzemek műszaki elrendezésének optimalizált formátuma biotechnológiai berendezések használatát foglalja magában. Egy ilyen megoldás kapacitása átlagosan 200-250 tonna/év a kibocsátási mennyiség kiszámítására, miközben bőséges lehetőséget hagy a különböző nyersanyagforrásokon alapuló módosított termékek előállítására. Ennek a citromsav előállítására szolgáló berendezésnek az alapvető összetétele a következő reaktor- és kapacitás-berendezéseket tartalmazza:

1. Fermentálók.
2. Elpárologtatók.
3. Szűrők.
4. Szárítógépek.
5. Crystallizers.
6. A logisztikai műveleteket támogató infrastruktúra.

A biotechnológiai telepítési projekt megvalósítása lehetővé teszi számunkra, hogy teljes termelési ciklust biztosítsunk, helyileg, teljes mértékben ellátva a regionális fogyasztókat, minimális hő- és áramforrás bevonásával.

Az ilyen típusú hardver-technológiai megoldást a termelői törzsek alkalmazása jellemzi, ami a termék kezdetben alacsony költségéhez vezet. Ezt a citromsav előállítására szolgáló technológiát a környezet számára elfogadható szintű környezeti tisztaság és a dolgozók mérgező biztonsága is jellemzi.

A termék minőségét tekintve megfelel az élelmiszeripar nemzetközi szabványainak. Egy másik dolog, hogy lehetőség van olyan műszaki termék kiadására is, amelyet különösen mosószerekhez szánnak.

Alapanyagok előkészítése citromsav előállításához

A nyersanyagok speciális feldolgozás után kerülnek a gyártási folyamatba. Módszerét és paramétereit nemcsak az alapanyagok tulajdonságai határozzák meg, hanem a termékkel szemben támasztott követelmények is. A nátrium-citrátból származékos termékek előállításának lehetőségét is figyelembe veszik.

Így vagy úgy, a citromsav előállításának fő nyersanyaga a melasz, amely optimális arányban tartalmazza a vasat. Ami a feldolgozást illeti, ennek a folyamatnak a fő lépése az előfermentáció, amely a készítmény sárga vérsóval történő kicsapásához szükséges. További feldolgozás nélkül ez a savban lévő só az izocitrát-dehidrogenázok inhibitoraként hathat.

A másik alapanyagként használható összetevő az Aspergillus Niger gomba. Felmerül a kérdés, hogy a modern technológiák körülményei között miért használnak penészgombát citromsav előállítására? Használata leggyakrabban a termelő funkciójának biztosításához szükséges. Kémiai képlete optimálistöbb olyan folyamat egyidejű végrehajtása, amely szintetikus helyettesítők alkalmazása esetén lehetetlen vagy technológiailag indokolatlan. Különösen az oldásról, a szolifikációról és az ezt követő elválasztási és tisztítási eljárásokról beszélünk.

A módosított citromsav-származékok előállítása során az alapanyagok speciális előkészítése is szükséges. Ebben az esetben további zárványok is használhatók, beleértve az etil-alkoholt, műszaki és etanoltartalmú intermediereket a lepárlóüzemekből származó hulladékkal. A citromsav melaszból történő előállítását viszont hexaciano-ferrát derítési, sterilizálási és forralási folyamatok egészítik ki.

Mérsékelt szennyezőanyag-tartalmú keményítő-hidrolizátumok használatakor a nyersanyag-előkészítésnek tartalmaznia kell egy dekationálási eljárást és egy folyamatos sterilizálási műveletet.

A spóratenyésztési folyamat szervezése

A hatékony mikrobiológiai folyamatokhoz jól előkészített vetőmag szükséges. A savas szintézis során ezt az anyagot spórák formájában a gyártási folyamat legelején bevezetik a fermentációs tartályba. A melasz alapú citromsav előállításának technológiája optimalizált formában külön biztosítja a spórák szaporításra való előkészítését, ezen belül a vizsgálatokat is elvégzik. Ha hosszú távú termelést tervezünk, akkor a spórákat szárítjuk. Ez mind funkcionális tulajdonságaik hosszú távú megőrzéséhez, mind a sikeres adagoláshoz szükséges.

A következő lépésben előkészítik a szubsztrátumokat, beleértve a szacharózt, glükózt vagykeményítő. A keményítőt tartalmazó anyagokat először elcukrozzák, hogy glükózzá alakítsák át, amelyet termelési törzsként használnak.

Mivel a szennyeződések szintje a nyersanyagok és hordozók feldolgozásának minden szakaszában túlságosan magas lehet, sok gyártó speciális módszereket fejleszt ki ezen anyagok elsődleges tisztítására. Például a keményítő-hidrolizátum citromsavvá történő további feldolgozása az élelmiszergyártásban sómentesítési lépéseket tartalmazhat. Ugyanazok a sterilizálási és forralási eljárások mechanikus szűréssel, amelyek a szennyeződésektől való megtisztítás univerzális és leginkább hozzáférhető módszereinek tulajdoníthatók.

Erjesztési folyamat és savtermelés

A fermentációs folyamatot biztosító modern technológiákban speciális buborékos fermentorokat használnak, amelyeket a fent tárgy alt penészgomba előállított törzsei szerint választanak ki. A kiválasztás bizonyos paraméterek szerinti teszteléssel együtt történik, amely lehetővé teszi az erjesztés egyedi konfigurációk szerinti megszervezését, figyelembe véve a felhasznált alapanyagok jellemzőit. A citromsav előállításának technológiailag legfejlettebb folyamatai a buborékoló mikroorganizmusok anyagcsere-aktivitásának szabályozására szolgáló eszközöket is magukban foglalnak.

A sav izolálásának szakaszában a feladat az, hogy a fermentációs közegből egy kezdeti tisztítási fokozatú oldatot nyerjünk. A tisztítás mértékének növelése érdekében a keletkező keveréket megfelelően elő kell készíteni. Különösen a következő folyamatokon megy keresztülelőkezelés:

1. Elválasztási és kiegyenlítési eljárás.
2. Micélium elválasztási művelet.
3. A kalcium-szulfát leválasztása és a fermentációs massza lebontása.

A modern iparban a száraz maradványok leválasztására automatikus vezérlésű szalagszűrőket használnak. Ezenkívül az üledékszűrési folyamatok megszervezéséhez speciális centrifugákat és elektronikus vezérlőrendszerrel ellátott szeparátorokat használnak, ami növeli az anyagfeldolgozás pontosságát.

A kapott citromsav tisztítása

A gyártás utolsó szakasza, amely magában foglalja a már átvett termék komplex feldolgozását. Ez az eljárás aktív szenet használ anion- és kationcserélő gyantákkal. Az ilyen tisztítás technológiáját rögzített ágyas reaktorokban valósítják meg több lépcsőben:

1. A párolgás folyamata bizonyos hőmérsékleten.
2. Kristályosítás vákuumban.
3. Kristályszűrés a centrifugában.
4. Szárítás fluidágyas.
5. Szűrési eljárás.

A párologtatás egy többlépcsős elpárologtató egységben történik, leeső folyadékfilmmel. Ennek az eljárásnak az eredményeként a szükséges párolgási együttható a citromsav fogyasztói tulajdonságainak csökkenése nélkül érhető el. Az energiaforrások felhasználása ebben a szakaszban jelentősen csökkenthető a gőz hőkompressziójának köszönhetően.

A kristályosítást illetően ez a citromsav-előállítási eljárás kényszerkeringtetéssel történik. NéhányAz élelmiszeripari üzemek műszaki konfigurációiban a vákuumkristályosítókat a módosított nátrium-citrát és származékok előállítására szolgáló berendezésekkel együtt azonos szerkezeti alapon tervezik. Hasonló berendezéseket használnak például a dehidratált termékek és a citromsav-monohidrát gyártásánál.

Nem utolsó érték a tisztítási szakaszban a fermentációs oldat újrahasznosításának művelete, amelyben a méhenzimek elválasztása a kristályt tartalmazó szuszpenziótól. Technikailag ezt az eljárást folyamatos centrifugával hajtják végre, amely lehetővé teszi a végtermék jellemzőinek finom szabályozását.

A végső szárítási és szitálási folyamatok kényes kezelést igényelnek a kapott és tisztított termékkel. Ebben a szakaszban a citromsav felszabadulási formájára vonatkozó követelmények játszanak szerepet – például a frakcionálást a tervezett részecskeméretnek megfelelően hajtják végre.

Hazai citromsavpiac

Az orosz élelmiszeripari piacon ebben a szegmensben a főbb szereplők a kínai gyártók, amelyek az összes termelés közel felét irányítják. De jelentős részesedést foglalnak el a citromsav előállítására szolgáló orosz gyárak is, amelyek között különleges helyet foglal el a belgorodi Citrobel vállalkozás. Valójában ez szinte az egyetlen hazai üzem, amely világszínvonalú kapacitással rendelkezik. Az élelmiszerágazatban működő kereskedelmi szervezetek aktívan együttműködnek a gyárakkalkülföldön. Ebben az irányban kiemelkednek az ukrán és fehérorosz cukorgyárak, amelyek Smila-ban, illetve Skidelben találhatók.

Szakértők szerint az orosz citromsav megfelel a GOST szabályozási követelményeinek és a csomagolástervezési szabványoknak. Ez az egyik előny, amely lehetővé teszi az oroszországi hazai citromsavgyárak számára, hogy sikeresen versenyezzenek a kínai vállalatokkal. Tehát a folyamatosan jó minőségű citromsavat szállító Citrobelhez képest az Égi Birodalom gyártói nem mindig garantálják, hogy a termékek megfelelnek a szigorú szabványoknak, ami az árakban is megmutatkozik. A különbséget a gyártó és az elosztóhálózat szintje határozza meg. Ugyanakkor még a nagyvállalatok szállítása esetén is a citromsav jellemzői egy tételben heterogének és változhatnak. Ezt a fogyasztói vélemények is megerősítik, ahol a termék oldhatóságával és nedvességtartalmával kapcsolatos kifogásokat említenek.

Következtetés

Ma a világ citromsavgyártóinak termelési volumene körülbelül 800 000 tonna/év. Az ágazat ilyen magas megtérülése annak köszönhető, hogy számos iparág érdeklődik a savanyítószerek alkalmazásában, köztük az élelmiszeripar hagyományos szegmensei, valamint a vegy- és gyógyszeripar. Sőt, az ilyen savak származékait ma még a védelmi és elektronikai iparban is alkalmazzák, nem is beszélve a mezőgazdaságról és más olyan iparágakról, ahol a citromsav műszaki funkciója keresett.enzimek. E tekintetben megjegyezhető az a gyakorlat, hogy a nátrium-citrátot az aktív technológiai segédanyagok és szintetikus mosószerek helyettesítőjeként használják.

Ha az oroszországi citromsavgyártásról beszélünk, akkor kormányzati szinten az elmúlt években lépéseket tettek a hazai piac védelme érdekében, az ezen a területen működő vállalkozások ösztönzése érdekében. De mivel a belgorodi üzem továbbra is az egyetlen jelentős citromsav-szállító, néha hiány van a termékből. Kiútként a szakértők a vámszabályok megváltoztatását javasolták, amelyek értelmében a külföldi savanyítószerek behozatalának elsőbbséget élveznek azok az európai cégek, amelyek garantálják a termék megfelelő minőségét. A japán, svájci és német biokémiai gyártóktól származó citromsav minősége jobb a hazai termékeknél, de az árak túl magasak, így a Citrobel üzem versenyképes marad a fogyasztói igények veszélyeztetése nélkül.