Producció d'àcid cítric: preparació, procés i producte

2024 Autora: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificació: 2023-12-17 10:21

L'àcid cítric es va descobrir fa uns centenars d'anys, però només es pot parlar de la història de la seva producció total a les instal·lacions industrials des de 1919. A partir d'aquest moment, els tecnòlegs van començar a aplicar processos microbiològics, el desenvolupament dels quals no s'ha aturat fins als nostres dies. Al mateix temps, la producció moderna d'àcid cítric és heterogènia i implica diferents maneres de fabricar el producte final. L'elecció d'un o altre mètode està determinada no només per les característiques de les matèries primeres d'una empresa en particular, sinó també pels requisits del mercat de consum objectiu.

Introducció a l'àcid cítric

Com a regulador de l'acidesa, aquest producte s'utilitza activament a la indústria alimentària. Però l'àcid cítric no només s'utilitza per corregir el gust. Depenent de la tecnologia de fabricació, pot augmentar la vida útil del producte objectiu. Des d'aquest punt de vista, la producció de llimonaels àcids a Rússia es poden equiparar amb les tecnologies per a la fabricació d'àcids ascòrbic, acètic i làctic, així com amb els seus derivats.

Segons els experts, per les seves qualitats com a sinergista antioxidant i antioxidant, l'àcid cítric s'utilitza actualment en gairebé la meitat de tots els productes alimentaris elaborats. La popularitat d'aquest acidificant també es veu facilitada per les seves propietats gastronòmiques. Aquest àcid té un gust agradable i suau, almenys en comparació amb productes alternatius d'aquest tipus. Sobretot aquestes qualitats es manifesten en begudes i rebosteria. També hi ha un ampli grup de sals que s'obtenen en condicions de producció microbiològica d'àcid cítric; en particular, el citrat de sodi es pot utilitzar com a sal de fusió. Els avantatges del citrat de sodi inclouen la possibilitat d'obtenir-lo en forma sòlida, així com l'exclusió d'un efecte irritant quan s'exposa a les mucoses dels aparells digestiu i respiratori.

Producció industrial de productes

El nom d'àcid cítric crida l'atenció sobre els cítrics, però aquest àcid està present en diferents graus en totes les fruites, cotó i agulles. No obstant això, les primeres instal·lacions de producció es van organitzar precisament sobre la base del processament del suc de llimona. A la dècada de 1920, aproximadament el 25% de tota la producció s'obtenia d'aquesta manera. Al mateix temps, la pròpia tecnologia de fabricació era irracional, ja que a partir d'1 tona de llimones es van obtenir uns 25 kg de producte pur. Avui s'està organitzant la producció d'àcid cítric alimentarien mètodes més tecnològics i que consumeixen més recursos, que impliquen l'ús d'additius fonamentalment nous com la melassa i els fongs de floridura. Per cert, això també determina les decisions logístiques sobre la ubicació de la producció de citrat de sodi prop de les fàbriques de sucre.

Al mateix temps, no es pot dir que aquesta producció es justifiqui per definició en condicions de gran demanda. El cas és que a mesura que augmenta la fabricabilitat del procés productiu, també augmenta l'equipament, la qual cosa suposa un augment del cost dels equipaments tècnics i del manteniment de les capacitats. Per tant, és impossible prescindir d'un pla de negocis ben pensat per a la producció d'àcid cítric, que indicaria tots els aspectes de les activitats organitzatives i econòmiques de l'empresa. Juntament amb la solució de disseny per equipar equips de producció i desenvolupar models logístics amb justificació econòmica, també caldrà determinar la formulació òptima del producte final perquè pugui competir en un determinat nínxol de mercat. A això val la pena afegir una modificació a les estrictes normes sanitàries i higièniques que regulen gairebé tots els matisos tecnològics de l'obtenció d'aquest àcid.

Presentació fisicoquímica de la tecnologia

Els processos moderns per a la producció d'àcid cítric es basen principalment en la hidròlisi de la suspensió de midó, que inclou fins a un 30% de la massa d'elements secs amb capacitat amilolítica. S'hi pot afegir midó de sals minerals amb sulfats de coure, zinc i ferro. Aquesta base se sotmet posteriorment a la fermentació en un medi nutritiu per un fong de floridura.

Com a resultat de la fermentació i l'aïllament de la biomassa fúngica, es forma una solució de cultiu, que inicialment conté fins a un 85% d'àcid cítric. Un tret característic dels enzims resistents als àcids obtinguts en aquesta etapa és l'augment de l'activitat amilolítica. En primer lloc, es refereix a la glucoamilasa i l'amilasa.

El resultat tècnic de la producció d'àcid cítric després de passar per operacions auxiliars s'avalua al laboratori mitjançant una àmplia gamma d'indicadors de qualitat, inclosa l'activitat amilolítica de la solució de cultiu.

Tecnologies per fer "llimona"

El procés de producció es realitza en diverses etapes tecnològiques en diferents equips. Tot i que hi ha diferents configuracions per organitzar les instal·lacions de fàbrica -incloses les modulars monoblocs i prefabricades. Entre els principals processos en què es basa la tecnologia moderna de producció d'àcid cítric, es poden distingir els següents:

1. Processos optimitzats per a la preparació tecnològica de matèries primeres per garantir les condicions necessàries per a un ambient de fermentació àcida.
2. Reproducció d'espores en condicions especialment organitzades.
3. Procés de fermentació segons les característiques de les matèries primeres específiques.
4. Si cal, adapteu totes les matèries primeres o individualment per als processos de fermentació.
5. Separació de l'àcid de les solucions de fermentació. Per cert, els mètodes de separació són en gran mesuraels graus determinen la qualitat final del producte.
6. Purificació i cristal·lització de l'àcid resultant. En aquesta etapa, s'obren oportunitats per a la modificació del producte i la producció d' altres versions de l'àcid en diferents configuracions. Per exemple, com a part de la producció general d'àcid cítric, es poden produir xarops, monohidrats, formulacions deshidratades i citrat de sodi dihidrat. Els productes químics també es poden regular.

Equip de procés

El format optimitzat de l'ordenació tècnica de les modernes plantes per a la producció d'àcid cítric implica la utilització d'instal·lacions biotecnològiques. De mitjana, la capacitat d'aquesta solució per calcular el volum de producció és de 200-250 tones / any, alhora que deixa àmplies oportunitats per obtenir productes modificats basats en diferents fonts de matèries primeres. La composició bàsica d'aquest equip per a la producció d'àcid cítric inclou els següents reactors i dispositius de capacitat:

1. Fermentadors.
2. Evaporadors.
3. Filtres.
4. Assecadors.
5. Cristalitzadors.
6. Infraestructura per donar suport a les operacions logístiques.

La implementació del projecte d'instal·lació biotecnològica ens permet oferir un cicle de producció complet, abastint localment als consumidors regionals íntegrament amb una implicació mínima de recursos de calor i electricitat.

La solució hardware-tecnològica d'aquest tipus es caracteritza per l'ús de soques productores, la qual cosa comporta un cost inicialment baix del producte. Aquesta tecnologia per a la producció d'àcid cítric també es caracteritza per un nivell acceptable de neteja ambiental per al medi ambient i seguretat tòxica per als treballadors.

Pel que fa a la qualitat del producte, compleix els estàndards internacionals de la indústria alimentària. Una altra cosa és que també és possible llançar un producte tècnic destinat, en particular, als detergents.

Preparació de matèries primeres per a la producció d'àcid cítric

Les matèries primeres entren al procés de producció després d'un processament especial. El seu mètode i paràmetres estan determinats no només per les propietats de les matèries primeres, sinó també pels requisits del producte. També es té en compte la possibilitat de fabricar productes derivats del citrat de sodi.

D'una manera o altra, la principal matèria primera per a la producció d'àcid cítric és la melassa, que conté la proporció òptima de ferro. Pel que fa al seu processament, el pas principal d'aquest procés és la prefermentació, que és necessària per a la precipitació de la composició mitjançant sal groga de sang. Sense més processament, aquesta sal en àcid pot actuar com a inhibidor de les isocitrat deshidrogenases.

Un altre component que es pot utilitzar com a base de matèria primera és el fong Aspergillus Niger. Es planteja la pregunta: per què, en les condicions de les tecnologies modernes, s'utilitza un fong de motlle per produir àcid cítric? Molt sovint, el seu ús es requereix per garantir la funció del productor. La seva fórmula química és òptima perrealitzar diversos processos alhora, impossibles o tecnològicament injustificats quan s'utilitzen substituts sintètics. En particular, estem parlant de procediments de dissolució, sol·licitud i posterior separació i purificació.

També es requereix una preparació especial de matèries primeres en la producció de derivats de l'àcid cítric modificat. En aquest cas, també es poden utilitzar inclusions addicionals, com ara alcohol etílic, intermedis tècnics i que contenen etanol amb residus de destil·leries. Al seu torn, la producció d'àcid cítric a partir de melassa es complementarà amb processos de clarificació, esterilització i ebullició amb hexacianoferrat.

Quan s'utilitzen hidrolitzats de midó amb un contingut moderat d'impureses, la preparació de la matèria primera haurà d'incloure un procediment de decationització i una operació d'esterilització contínua.

Organització del procés de cria d'espores

Els processos microbiològics eficients requereixen llavors ben preparades. En la síntesi d'àcid, aquest material en forma d'espores s'introdueix al dipòsit de fermentació al començament del procés de producció. De forma optimitzada, la tecnologia per a la producció d'àcid cítric a base de melassa preveu per separat la preparació d'espores per a la reproducció, dins de les quals també es realitzen proves. Si es planifica una producció a llarg termini, les espores s'assequen. Això és necessari tant per a la preservació a llarg termini de les seves qualitats funcionals com per a una dosificació exitosa.

En el següent pas, es preparen els substrats, incloent sacarosa, glucosa omidó. Els materials que contenen midó es saccarifiquen primer per convertir-los en glucosa, que s'utilitza com a soca de producció.

Atès que el nivell d'impureses en totes les etapes de processament de matèries primeres i substrats pot ser excessivament alt, molts fabricants estan desenvolupant mètodes especials per a la purificació primària d'aquests materials. Per exemple, el processament posterior d'hidrolitzat de midó per a àcid cítric en la producció d'aliments pot incloure etapes de dessalació. Els mateixos procediments d'esterilització i ebullició amb filtració mecànica es poden atribuir als mètodes universals i més accessibles de purificació d'impureses.

Procés de fermentació i producció d'àcid

En les tecnologies modernes per garantir el procés de fermentació, s'utilitzen fermentadors especials amb bombolles, que es seleccionen segons les soques preparades del fong del motlle esmentades anteriorment. La selecció es realitza juntament amb les proves d'acord amb determinats paràmetres, la qual cosa permet organitzar la fermentació segons configuracions individuals, tenint en compte les característiques de les matèries primeres utilitzades. Els processos tecnològicament més avançats per a la producció d'àcid cítric també impliquen eines per regular l'activitat metabòlica dels microorganismes que fan bombolles.

En l'etapa d'aïllament àcid, la tasca és obtenir una solució del medi de fermentació amb un nivell inicial de purificació. Per augmentar el grau de purificació s'ha de preparar adequadament la mescla generadora. En particular, se sotmet als següents processospretractament:

1. Procediment de separació i liquidació.
2. Operació de separació de miceli.
3. Separació del sulfat de calci i descomposició de la massa de fermentació.

Per a la separació de residus secs a les indústries modernes, s'utilitzen filtres de corretja amb control automàtic. També, per a l'organització dels processos de filtració de sediments, s'utilitzen centrífugues i separadors especials amb sistemes de control electrònic, que augmenta la precisió del processament del material.

Purificació de l'àcid cítric resultant

La fase final de producció, que inclou el complex processament del producte ja rebut. Aquest procés utilitza carbó actiu amb resines d'intercanvi d'anions i cations. La tecnologia d'aquesta purificació s'implementa en reactors de llit fix en diverses etapes:

1. El procés d'evaporació a una temperatura determinada.
2. Cristal·lització al buit.
3. Detecció de cristalls a la centrífuga.
4. Assecat amb llit fluid.
5. Procediment de tamisat.

L'evaporació es realitza en una unitat d'evaporació de diverses etapes amb una pel·lícula líquida que cau. Com a resultat d'aquest procés, s'aconsegueix el coeficient d'evaporació requerit sense reduir les propietats consumidores de l'àcid cítric. El consum de recursos energètics en aquesta etapa es pot reduir significativament gràcies a la compressió tèrmica del vapor.

Pel que fa a la cristal·lització, aquest procés d'elaboració d'àcid cítric es realitza amb circulació forçada. En algunsEn les configuracions tècniques de les plantes de la indústria alimentària, els cristal·litzadors al buit es dissenyen sobre la mateixa base estructural juntament amb dispositius per a la producció de citrat de sodi modificat i derivats. Per exemple, s'utilitzen equips similars en la producció de productes deshidratats i àcid cítric monohidrat.

No l'últim valor en l'etapa de purificació és l'operació de reciclatge de la solució de fermentació, en què la separació dels enzims uterins de la suspensió que conté cristalls. Tècnicament, aquest procediment es realitza mitjançant una centrífuga contínua, que permet controlar finament les característiques del producte final.

Els processos finals d'assecat i tamisat requereixen una manipulació delicada del producte resultant i purificat. En aquesta etapa, els requisits per a la forma d'alliberament de l'àcid cítric tindran un paper important; per exemple, el fraccionament es realitza segons la mida de les partícules de disseny.

Mercat nacional d'àcid cítric

Els principals participants en aquest segment al mercat de la indústria alimentària rus són fabricants de la Xina, que controlen gairebé la meitat de tota la producció. Però una part important també la representen les fàbriques russes per a la producció d'àcid cítric, un lloc especial entre els quals ocupa l'empresa Citrobel situada a Belgorod. En realitat, aquesta és gairebé l'única planta domèstica amb capacitats de classe mundial. Les organitzacions comercials del sector alimentari col·laboren activament amb les fàbriques del sectora l'estranger. En aquesta direcció destaquen les fàbriques de sucre d'Ucraïna i Bielorussa, ubicades a Smila i Skidel, respectivament.

Segons els experts, l'àcid cítric rus compleix els requisits reglamentaris de GOST i els estàndards de disseny d'envasos. Aquest és un dels avantatges que permet a les plantes domèstiques d'àcid cítric a Rússia competir amb èxit amb les empreses xineses. Per tant, en comparació amb Citrobel, que proporciona subministraments d'àcid cítric d' alta qualitat constant, els fabricants de l'Imperi Celestial no sempre garanteixen que els productes compleixin estàndards estrictes, cosa que també es reflecteix en els preus. La diferència ve determinada pel nivell del fabricant i la xarxa de distribució. Al mateix temps, fins i tot en els lliuraments de grans empreses, les característiques de l'àcid cítric en un lot són heterogènies i poden variar. Això també es confirma a les revisions dels consumidors, on s'apunten queixes sobre la solubilitat i el contingut d'humitat del producte.

Conclusió

Avui, el volum de producció dels fabricants mundials d'àcid cítric és d'unes 800.000 tones / any. Un rendiment tan elevat d'aquest sector es deu al fet que una sèrie d'indústries estan interessades en l'ús d'acidificants, inclosos els segments tradicionals de la indústria alimentària i l'àmbit químic i farmacèutic. A més, els derivats d'aquests àcids avui dia troben aplicació fins i tot a les indústries de defensa i electrònica, per no parlar de l'agricultura i altres indústries on la funció tècnica de l'àcid cítric és demandada.enzims. En aquest sentit, es pot destacar la pràctica d'utilitzar citrat de sodi com a substitut d'auxiliars de processament actius i detergents sintètics.

Si parlem de la producció d'àcid cítric a Rússia, en els darrers anys s'han pres mesures governamentals per protegir el mercat nacional per estimular les empreses que operen en aquesta àrea. Però com que la planta de Belgorod segueix sent l'únic proveïdor important d'àcid cítric, de vegades hi ha escassetat del producte. Com a sortida, els experts van suggerir canviar les normes duaneres, segons les quals es donava prioritat a la importació d'acidificants estrangers a les empreses europees que garanteixen la qualitat adequada del producte. L'àcid cítric dels principals productors bioquímics del Japó, Suïssa i Alemanya és de qualitat superior als productes nacionals, però els preus són massa alts, de manera que la planta de Citrobel segueix sent competitiva sense comprometre les necessitats dels consumidors.