Výroba kyseliny citronové: příprava, proces a produkt

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-12-17 10:22

Kyselina citronová byla objevena před několika sty lety, ale o historii její plnohodnotné výroby v průmyslových zařízeních lze hovořit teprve od roku 1919. Od tohoto okamžiku začali technologové uplatňovat mikrobiologické procesy, jejichž vývoj se dodnes nezastavil. Moderní výroba kyseliny citronové je přitom heterogenní a zahrnuje různé způsoby výroby finálního produktu. Výběr té či oné metody je určen nejen vlastnostmi surovin konkrétního podniku, ale také požadavky cílového spotřebitelského trhu.

Úvod do kyseliny citronové

Jako regulátor kyselosti se tento produkt aktivně používá v potravinářském průmyslu. Ale kyselina citronová se používá nejen ke korekci chuti. V závislosti na technologii výroby může zvýšit trvanlivost cílového produktu. Z tohoto pohledu výroba citronukyseliny v Rusku lze postavit na roveň technologiím výroby kyseliny askorbové, octové a mléčné, jakož i jejich derivátů.

Podle odborníků se kyselina citronová díky svým kvalitám jako antioxidantu a synergentu antioxidantů nyní používá v téměř polovině všech vyráběných potravinářských výrobků. K oblibě tohoto okyselovače přispívají i jeho gastronomické vlastnosti. Tato kyselina má příjemnou a jemnou chuť - alespoň ve srovnání s alternativními produkty tohoto typu. Zejména tyto vlastnosti se projevují v nápojích a cukrovinkách. Široká je také skupina solí, které se získávají za podmínek mikrobiologické výroby kyseliny citrónové – konkrétně citrát sodný pak lze použít jako tavicí sůl. Mezi výhody citrátu sodného patří možnost jeho získání v pevné formě a také vyloučení dráždivého účinku při kontaktu se sliznicí trávicího a dýchacího systému.

Průmyslová výroba produktu

Název kyselina citronová upozorňuje na citrusové plody, nicméně tato kyselina je v různé míře přítomna ve všech druzích ovoce, bavlny a jehličí. Přesto byla první výrobní zařízení organizována právě na základě zpracování citronové šťávy. Ve 20. letech 20. století se tímto způsobem získávalo asi 25 % veškeré produkce. Přitom samotná výrobní technologie byla iracionální, protože z 1 tuny citronů bylo získáno asi 25 kg čistého produktu. Dnes se organizuje výroba potravinářské kyseliny citronovéna technologicky a na zdroje náročnější metody, zahrnující použití zásadně nových přísad, jako je melasa a plísňové houby. To mimochodem určuje i logistická rozhodnutí o umístění výroby citrátu sodného v blízkosti cukrovarů.

Zároveň nelze říci, že by se taková produkce ospravedlňovala z definice v podmínkách vysoké poptávky. Faktem je, že s rostoucí vyrobitelností výrobního procesu roste i zařízení, což znamená zdražení technického vybavení a údržby kapacit. Proto se nelze obejít bez promyšleného podnikatelského plánu na výrobu kyseliny citronové, který by naznačoval všechny aspekty organizační a ekonomické činnosti podniku. Spolu s konstrukčním řešením vybavení výrobních zařízení a vývojem logistických modelů s ekonomickým opodstatněním bude nutné určit i optimální formulaci finálního produktu tak, aby obstál v určité meze na trhu. K tomu stojí za to přidat novelu přísných sanitárních a hygienických norem, které upravují téměř všechny technologické nuance získávání této kyseliny.

Fyzikálně-chemická prezentace technologie

Moderní procesy výroby kyseliny citrónové jsou založeny především na hydrolýze škrobové suspenze, která obsahuje až 30 % hmoty suchých prvků s amylolytickou schopností. Lze k nim přidat škrob minerálních solí se sírany mědi, zinku a železa. Tento základ následně prochází fermentací v živném médiu plísní.

V důsledku fermentace a izolace houbové biomasy vzniká kultivační roztok, který zpočátku obsahuje až 85 % kyseliny citrónové. Charakteristickým znakem acidorezistentních enzymů získaných v této fázi je zvýšená amylolytická aktivita. Především se to týká glukoamylázy a amylázy.

Technický výsledek výroby kyseliny citrónové po průchodu pomocnými operacemi je v laboratoři hodnocen širokou škálou ukazatelů kvality, včetně amylolytické aktivity kultivačního roztoku.

Technologie pro výrobu „citronu“

Výrobní proces probíhá v několika technologických fázích na různých zařízeních. Ačkoli existují různé konfigurace pro uspořádání továrních zařízení - včetně monoblokových a prefabrikovaných modulárních. Mezi hlavní procesy, na kterých je založena moderní technologie výroby kyseliny citrónové, lze rozlišit následující:

1. Optimalizované procesy technologické přípravy surovin pro zajištění nezbytných podmínek pro kyselé fermentační prostředí.
2. Rozmnožování spór ve speciálně organizovaných podmínkách.
3. Proces kvašení podle vlastností konkrétních surovin.
4. V případě potřeby upravte všechny nebo jednotlivé suroviny pro fermentační procesy.
5. Separace kyseliny z fermentačních roztoků. Mimochodem, separační metody jsou z velké částistupně určují konečnou kvalitu produktu.
6. Čištění a krystalizace výsledné kyseliny. V této fázi se otevírají možnosti pro modifikaci produktu a výrobu dalších verzí kyseliny v různých konfiguracích. Například jako součást obecné výroby kyseliny citrónové lze vyrábět sirupy, monohydrát, dehydratované přípravky a dihydrát citrátu sodného. Chemické látky mohou být také regulovány.

Procesní zařízení

Optimalizovaný formát technického uspořádání moderních závodů na výrobu kyseliny citrónové zahrnuje využití biotechnologických zařízení. V průměru je kapacita takového řešení pro výpočet objemu produkce 200-250 tun / rok, přičemž ponechává dostatek příležitostí pro získání modifikovaných produktů na základě různých zdrojů surovin. Základní složení tohoto zařízení na výrobu kyseliny citrónové zahrnuje následující reaktor a kapacitní zařízení:

1. Fermentátory.
2. Výparníky.
3. Filtry.
4. Sušičky.
5. Krystalizátory.
6. Infrastruktura pro podporu logistických operací.

Realizace projektu biotechnologické instalace nám umožňuje zajistit celý výrobní cyklus, lokálně plně zásobovat regionální spotřebitele s minimálním zapojením zdrojů tepla a elektřiny.

Hardwarově-technologické řešení tohoto typu se vyznačuje použitím výrobních kmenů, což vede k zpočátku nízké ceně produktu. Tato technologie výroby kyseliny citrónové se také vyznačuje přijatelnou úrovní čistoty prostředí pro životní prostředí a toxickou bezpečností pro pracovníky.

Pokud jde o kvalitu výrobku, splňuje mezinárodní standardy potravinářského průmyslu. Další věcí je, že je možné uvolnit i technický produkt určený zejména pro prací prostředky.

Příprava surovin pro výrobu kyseliny citronové

Suroviny vstupují do výrobního procesu po speciálním zpracování. Jeho způsob a parametry jsou dány nejen vlastnostmi surovin, ale také požadavky na výrobek. Zohledněna je také možnost výroby odvozených produktů z citrátu sodného.

Tak či onak je hlavní surovinou pro výrobu kyseliny citronové melasa, která obsahuje optimální poměr železa. Pokud jde o jeho zpracování, hlavním krokem tohoto procesu je předfermentace, která je nezbytná pro vysrážení kompozice pomocí žluté krevní soli. Bez dalšího zpracování může tato sůl v kyselině působit jako inhibitor isocitrátdehydrogenáz.

Další složkou, kterou lze použít jako surovinový základ, je houba Aspergillus Niger. Nabízí se otázka – proč se v podmínkách moderních technologií k výrobě kyseliny citronové používá plísňová houba? Nejčastěji je jeho použití vyžadováno pro zajištění funkce výrobce. Jeho chemický vzorec je optimální proprovádění více procesů najednou, které jsou při použití syntetických náhražek nemožné nebo technologicky neopodstatněné. Zejména mluvíme o rozpouštění, tuhnutí a následné separaci a čištění.

Při výrobě modifikovaných derivátů kyseliny citrónové je rovněž vyžadována speciální příprava surovin. V tomto případě lze použít i doplňkové inkluze, včetně ethylalkoholu, technických a ethanol obsahujících meziproduktů s odpady z lihovarů. Výrobu kyseliny citrónové z melasy zase doplní čiření hexakyanoželezitanu, sterilizace a procesy vaření.

Při použití škrobových hydrolyzátů se středním obsahem nečistot bude muset příprava suroviny zahrnovat dekaciační proceduru a kontinuální sterilizaci.

Organizace procesu rozmnožování spor

Účinné mikrobiologické procesy vyžadují dobře připravené osivo. Při syntéze kyselin je tento materiál ve formě spor zaveden do fermentační nádrže na samém začátku výrobního procesu. Technologie výroby kyseliny citrónové na bázi melasy v optimalizované podobě samostatně zajišťuje přípravu spór pro chov, v rámci kterého probíhá i testování. Pokud je plánována dlouhodobá produkce, pak se spory suší. To je nutné jak pro dlouhodobé zachování jejich funkčních kvalit, tak pro úspěšné dávkování.

V dalším kroku se připraví substráty, včetně sacharózy, glukózy neboškrob. Materiály obsahující škrob jsou nejprve zcukernatělé, aby byly převedeny na glukózu, která se používá jako produkční kmen.

Protože úroveň nečistot ve všech fázích zpracování surovin a substrátů může být nadměrně vysoká, mnoho výrobců vyvíjí speciální metody pro primární čištění těchto materiálů. Například další zpracování škrobového hydrolyzátu na kyselinu citrónovou při výrobě potravin může zahrnovat kroky odsolování. Stejné postupy sterilizace a varu s mechanickou filtrací lze přiřadit k univerzálním a nejdostupnějším metodám čištění od nečistot.

Proces fermentace a výroba kyselin

V moderních technologiích pro zajištění fermentačního procesu se používají speciální probublávací fermentory, které jsou vybírány podle připravených kmenů plísní diskutovaných výše. Výběr se provádí společně s testováním podle určitých parametrů, což umožňuje organizovat fermentaci podle individuálních konfigurací s přihlédnutím k vlastnostem použitých surovin. Technologicky nejpokročilejší procesy výroby kyseliny citrónové zahrnují také nástroje pro regulaci metabolické aktivity bublajících mikroorganismů.

Ve fázi izolace kyseliny je úkolem získat roztok z fermentačního média s počáteční úrovní čištění. Aby se zvýšil stupeň čištění, musí být generující směs vhodně připravena. Zejména prochází následujícími procesypředúprava:

1. Procedura oddělení a urovnání.
2. Operace separace mycelia.
3. Separace síranu vápenatého a rozklad fermentační hmoty.

Pro separaci suchých zbytků v moderních průmyslových odvětvích se používají pásové filtry s automatickým ovládáním. Také pro organizaci procesů filtrace sedimentů se používají speciální odstředivky a separátory s elektronickými řídicími systémy, což zvyšuje přesnost zpracování materiálu.

Čištění výsledné kyseliny citrónové

Konečná fáze výroby, která zahrnuje komplexní zpracování již přijatého produktu. Tento proces využívá aktivní uhlí s aniontovými a katexovými pryskyřicemi. Technologie takového čištění je implementována v reaktorech s pevným ložem v několika stupních:

1. Proces vypařování při určité teplotě.
2. Krystalizace ve vakuu.
3. Třídění krystalů v centrifuze.
4. Sušení pomocí fluidní vrstvy.
5. Procedura prosévání.

Odpařování se provádí ve vícestupňové odparce s klesajícím kapalným filmem. V důsledku tohoto procesu je dosaženo požadovaného odpařovacího koeficientu bez snížení spotřebitelských vlastností kyseliny citrónové. Spotřeba energetických zdrojů v této fázi může být výrazně snížena díky zajištění tepelné komprese páry.

Pokud jde o krystalizaci, tento proces výroby kyseliny citrónové se provádí s nuceným oběhem. V některýchV technických konfiguracích provozů potravinářského průmyslu jsou vakuové krystalizátory navrženy na stejném konstrukčním základě spolu se zařízeními na výrobu modifikovaného a derivátu citrátu sodného. Podobné zařízení se například používá při výrobě dehydratovaných produktů a monohydrátu kyseliny citronové.

Ne poslední hodnotou ve fázi čištění není operace recyklace fermentačního roztoku, při které dochází k separaci děložních enzymů ze suspenze obsahující krystaly. Technicky se tento postup provádí pomocí kontinuální odstředivky, která umožňuje jemnou kontrolu vlastností konečného produktu.

Konečné sušení a prosévání vyžadují jemné zacházení s výsledným a vyčištěným produktem. V této fázi budou hrát roli požadavky na formu uvolňování kyseliny citrónové - například frakcionace se provádí podle návrhové velikosti částic.

Domácí trh s kyselinou citronovou

Mezi hlavní účastníky tohoto segmentu na ruském potravinářském trhu patří výrobci z Číny, kteří ovládají téměř polovinu veškeré produkce. Významný podíl však mají také ruské továrny na výrobu kyseliny citrónové, mezi nimiž zvláštní místo zaujímá podnik Citrobel sídlící v Belgorodu. Jedná se vlastně o téměř jediný tuzemský závod se světovou kapacitou. Obchodní organizace v potravinářském sektoru aktivně spolupracují s továrnami v ČRv cizině. V tomto směru vynikají ukrajinské a běloruské cukrovary, které se nacházejí ve Smile a Skidelu.

Podle odborníků splňuje ruská kyselina citrónová regulační požadavky GOST a normy pro design obalů. To je jedna z výhod, která umožňuje domácím závodům na výrobu kyseliny citronové v Rusku úspěšně konkurovat čínským podnikům. Výrobci z Nebeské říše tedy ve srovnání s Citrobelem, který dodává trvale kvalitní kyselinu citrónovou, ne vždy zaručují, že produkty splňují přísné normy, což se odráží i na cenách. Rozdíl je dán úrovní výrobce a distribuční sítě. Přitom i v dodávkách od velkých společností jsou vlastnosti kyseliny citronové v jedné šarži heterogenní a mohou se lišit. To potvrzují i spotřebitelské recenze, kde jsou zaznamenány stížnosti na rozpustnost a vlhkost produktu.

Závěr

V současnosti je objem výroby světových výrobců kyseliny citronové asi 800 000 tun/rok. Tak vysoká návratnost tohoto odvětví je dána tím, že o využití acidifikátorů má zájem řada průmyslových odvětví, včetně tradičních segmentů potravinářského průmyslu a chemické a farmaceutické sféry. Navíc deriváty takových kyselin dnes nacházejí uplatnění i v obranném a elektronickém průmyslu, nemluvě o zemědělství a dalších průmyslových odvětvích, kde je technická funkce kyseliny citrónové žádaná.enzymy. V tomto ohledu lze zaznamenat praxi používání citrátu sodného jako náhražky aktivních zpracovatelských pomocných látek a syntetických detergentů.

Pokud mluvíme o výrobě kyseliny citronové v Rusku, pak na vládní úrovni byly v posledních letech podniknuty kroky k ochraně domácího trhu s cílem stimulovat podniky působící v této oblasti. Ale protože závod v Belgorodu zůstává jediným hlavním dodavatelem kyseliny citronové, dochází někdy k nedostatku produktu. Jako východisko odborníci navrhli změnu celních pravidel, podle kterých měly přednost dovoz zahraničních acidifikátorů evropské společnosti zaručující správnou kvalitu produktu. Kyselina citronová od hlavních biochemických výrobců v Japonsku, Švýcarsku a Německu je kvalitnější než domácí produkty, ale ceny jsou příliš vysoké, takže závod Citrobel zůstává konkurenceschopný, aniž by ohrozil potřeby spotřebitelů.