Produzione di acido citrico: preparazione, processo e prodotto

2024 Autore: Howard Calhoun | [email protected]. Ultima modifica: 2023-12-17 10:31

L'acido citrico è stato scoperto diverse centinaia di anni fa, ma la storia della sua produzione a tutti gli effetti negli impianti industriali può essere raccontata solo dal 1919. Da quel momento in poi, i tecnologi hanno iniziato ad applicare processi microbiologici, il cui sviluppo non si è fermato fino ad oggi. Allo stesso tempo, la moderna produzione di acido citrico è eterogenea e coinvolge diverse modalità di fabbricazione del prodotto finale. La scelta dell'uno o dell' altro metodo è determinata non solo dalle caratteristiche delle materie prime di una particolare impresa, ma anche dalle esigenze del mercato di riferimento del consumatore.

Introduzione all'acido citrico

Come regolatore di acidità, questo prodotto è attivamente utilizzato nell'industria alimentare. Ma l'acido citrico è usato non solo per correggere il gusto. A seconda della tecnologia di produzione, può aumentare la durata di conservazione del prodotto target. Da questo punto di vista, la produzione del limonegli acidi in Russia possono essere paragonati alle tecnologie per la produzione di acidi ascorbico, acetico e lattico, nonché ai loro derivati.

Secondo gli esperti, grazie alle sue qualità di sinergizzante antiossidante e antiossidante, l'acido citrico è ora utilizzato in quasi la metà di tutti i prodotti alimentari fabbricati. La popolarità di questo acidificante è facilitata anche dalle sue proprietà gastronomiche. Questo acido ha un sapore gradevole e delicato, almeno se confrontato con prodotti alternativi di questo tipo. Soprattutto queste qualità si manifestano nelle bevande e nei dolci. Esiste anche un ampio gruppo di sali che si ottengono nelle condizioni di produzione microbiologica di acido citrico - in particolare, il citrato di sodio può quindi essere utilizzato come sale di fusione. I vantaggi del citrato di sodio includono la possibilità di ottenerlo in forma solida, nonché l'esclusione di un effetto irritante se esposto alle mucose dell'apparato digerente e respiratorio.

Produzione industriale di prodotti

Il nome acido citrico attira l'attenzione sugli agrumi, tuttavia, questo acido è presente in vari gradi in tutti i frutti, cotone e aghi. Tuttavia, i primi impianti di produzione furono organizzati proprio sulla base della lavorazione del succo di limone. Negli anni '20 circa il 25% di tutta la produzione veniva ottenuta in questo modo. Allo stesso tempo, la stessa tecnologia di produzione era irrazionale, poiché da 1 tonnellata di limoni si ottenevano circa 25 kg di prodotto puro. Oggi viene organizzata la produzione di acido citrico alimentaresu metodi più tecnologici e ad alta intensità di risorse, che prevedono l'uso di additivi fondamentalmente nuovi come melassa e muffe. A proposito, questo determina anche le decisioni logistiche sull'ubicazione della produzione di citrato di sodio vicino agli zuccherifici.

Allo stesso tempo, non si può dire che tale produzione si giustifichi per definizione in condizioni di forte domanda. Il fatto è che all'aumentare della producibilità del processo produttivo, aumenta anche l'attrezzatura, il che significa un aumento del costo dell'attrezzatura tecnica e della manutenzione delle capacità. Pertanto, è impossibile fare a meno di un piano aziendale ben congegnato per la produzione di acido citrico, che indicherebbe tutti gli aspetti delle attività organizzative ed economiche dell'impresa. Insieme alla soluzione progettuale per attrezzare le apparecchiature di produzione e sviluppare modelli logistici con giustificazione economica, sarà anche necessario determinare la formulazione ottimale del prodotto finale in modo che possa competere in una determinata nicchia di mercato. A questo vale la pena aggiungere un emendamento alle rigide norme igienico-sanitarie che regolano quasi tutte le sfumature tecnologiche per ottenere questo acido.

Presentazione fisico-chimica della tecnologia

I moderni processi per la produzione di acido citrico si basano principalmente sull'idrolisi della sospensione di amido, che comprende fino al 30% della massa di elementi secchi con capacità amilolitica. Ad essi si può aggiungere amido di sali minerali con solfati di rame, zinco e ferro. Questa base successivamente subisce la fermentazione in un mezzo nutritivo da un fungo della muffa.

Come risultato della fermentazione e dell'isolamento della biomassa fungina, si forma una soluzione di coltura che inizialmente contiene fino all'85% di acido citrico. Una caratteristica degli enzimi resistenti agli acidi ottenuti in questa fase è l'aumento dell'attività amilolitica. Prima di tutto, questo riguarda la glucoamilasi e l'amilasi.

Il risultato tecnico della produzione di acido citrico dopo il passaggio attraverso operazioni ausiliarie viene valutato in laboratorio da un'ampia gamma di indicatori di qualità, inclusa l'attività amilolitica della soluzione di coltura.

Tecnologie per fare il "limone"

Il processo produttivo si svolge in più fasi tecnologiche su diverse apparecchiature. Sebbene ci siano diverse configurazioni per organizzare le strutture della fabbrica, comprese quelle modulari monoblocco e prefabbricate. Tra i principali processi su cui si basa la moderna tecnologia di produzione dell'acido citrico si possono distinguere:

1. Processi ottimizzati per la preparazione tecnologica delle materie prime per garantire le condizioni necessarie per un ambiente di fermentazione acido.
2. Riproduzione di spore in condizioni particolarmente organizzate.
3. Processo di fermentazione secondo le caratteristiche delle specifiche materie prime.
4. Se necessario, adattare tutte o singole materie prime ai processi di fermentazione.
5. Separazione dell'acido dalle soluzioni di fermentazione. A proposito, i metodi di separazione sono in gran partei gradi determinano la qualità finale del prodotto.
6. Purificazione e cristallizzazione dell'acido risultante. In questa fase si aprono opportunità per la modifica del prodotto e la produzione di altre versioni dell'acido in diverse configurazioni. Ad esempio, come parte della produzione generale di acido citrico, si possono produrre sciroppi, formulazioni monoidrate, disidratate e citrato di sodio diidrato. Anche le sostanze chimiche possono essere regolamentate.

Attrezzature di processo

Il formato ottimizzato della disposizione tecnica dei moderni impianti per la produzione di acido citrico prevede l'utilizzo di impianti biotecnologici. In media, la capacità di tale soluzione per il calcolo del volume di produzione è di 200-250 tonnellate / anno, lasciando ampie opportunità per ottenere prodotti modificati basati su diverse fonti di materie prime. La composizione di base di questa apparecchiatura per la produzione di acido citrico comprende i seguenti reattori e dispositivi capacitivi:

1. Fermentatori.
2. Evaporatori.
3. Filtri.
4. Asciugatrici.
5. Cristallizzatori.
6. Infrastrutture a supporto delle operazioni logistiche.

L'attuazione del progetto di installazione biotecnologica ci consente di fornire un ciclo di produzione completo, fornendo integralmente i consumatori regionali a livello locale con il minimo coinvolgimento delle risorse di calore ed energia.

Soluzione hardware-tecnologica di questo tipo è caratterizzata dall'utilizzo di ceppi del produttore, che porta ad un costo iniziale del prodotto contenuto. Questa tecnologia per la produzione di acido citrico è inoltre caratterizzata da un livello accettabile di pulizia ambientale per l'ambiente e sicurezza tossica per i lavoratori.

Per quanto riguarda la qualità del prodotto, soddisfa gli standard internazionali dell'industria alimentare. Un' altra cosa è che è possibile rilasciare anche un prodotto tecnico destinato, in particolare, ai detersivi.

Preparazione delle materie prime per la produzione di acido citrico

Le materie prime entrano nel processo produttivo dopo una lavorazione speciale. Il suo metodo e parametri sono determinati non solo dalle proprietà delle materie prime, ma anche dai requisiti del prodotto. Viene anche presa in considerazione la possibilità di fabbricare prodotti derivati dal citrato di sodio.

In un modo o nell' altro, la principale materia prima per la produzione di acido citrico è la melassa, che contiene il rapporto ottimale di ferro. Per quanto riguarda la sua lavorazione, la fase principale di questo processo è la prefermentazione, necessaria per la precipitazione della composizione per mezzo del sale giallo del sangue. Senza ulteriore elaborazione, questo sale in acido può agire come un inibitore delle isocitrato deidrogenasi.

Un altro componente che può essere utilizzato come base di materia prima è il fungo Aspergillus Niger. Sorge la domanda: perché, nelle condizioni delle moderne tecnologie, viene utilizzato un fungo della muffa per produrre acido citrico? Molto spesso, il suo utilizzo è richiesto per garantire la funzione del produttore. La sua formula chimica è ottimale pereseguire più processi contemporaneamente, impossibili o tecnologicamente ingiustificati quando si utilizzano sostituti sintetici. In particolare si tratta di scioglimento, sollecitazione e successive procedure di separazione e purificazione.

La preparazione speciale delle materie prime è richiesta anche nella produzione di derivati dell'acido citrico modificato. In questo caso possono essere utilizzate anche inclusioni aggiuntive, tra cui alcol etilico, intermedi tecnici e contenenti etanolo con scarti delle distillerie. A sua volta, la produzione di acido citrico dalla melassa sarà completata da processi di chiarificazione, sterilizzazione e ebollizione dell'esacianoferrato.

Quando si utilizzano idrolizzati di amido con un contenuto di impurità moderato, la preparazione delle materie prime dovrà includere una procedura di decationizzazione e un'operazione di sterilizzazione continua.

Organizzazione del processo di riproduzione delle spore

Processi microbiologici efficienti richiedono semi ben preparati. Nella sintesi acida, questo materiale sotto forma di spore viene introdotto nel serbatoio di fermentazione proprio all'inizio del processo di produzione. In forma ottimizzata, la tecnologia per la produzione di acido citrico a base di melassa prevede separatamente la preparazione delle spore per l'allevamento, all'interno delle quali vengono anche eseguiti i test. Se è prevista una produzione a lungo termine, le spore vengono essiccate. Ciò è necessario sia per la conservazione a lungo termine delle loro qualità funzionali sia per un dosaggio efficace.

Nel passaggio successivo, vengono preparati i substrati, inclusi saccarosio, glucosio oamido. I materiali contenenti amido vengono prima saccarificati per essere convertiti in glucosio, che viene utilizzato come ceppo di produzione.

Poiché il livello di impurità in tutte le fasi della lavorazione delle materie prime e dei substrati può essere eccessivamente elevato, molti produttori stanno sviluppando metodi speciali per la purificazione primaria di questi materiali. Ad esempio, l'ulteriore lavorazione dell'idrolizzato di amido per l'acido citrico nella produzione alimentare può includere fasi di dissalazione. Le stesse procedure di sterilizzazione e bollitura con filtrazione meccanica possono essere attribuite ai metodi universali e più accessibili di purificazione dalle impurità.

Processo di fermentazione e produzione di acido

Nelle moderne tecnologie per garantire il processo di fermentazione, vengono utilizzati speciali fermentatori gorgoglianti, selezionati in base ai ceppi preparati del fungo della muffa discusso sopra. La selezione viene effettuata unitamente a prove secondo determinati parametri, che consentono di organizzare la fermentazione secondo configurazioni individuali, tenendo conto delle caratteristiche delle materie prime utilizzate. I processi tecnologicamente più avanzati per la produzione di acido citrico prevedono anche strumenti per la regolazione dell'attività metabolica dei microrganismi gorgoglianti.

Nella fase di isolamento acido, il compito è ottenere una soluzione dal mezzo di fermentazione con un livello iniziale di purificazione. Per aumentare il grado di purificazione, la miscela generatrice deve essere opportunamente preparata. In particolare subisce le seguenti lavorazionipretrattamento:

1. Procedura di separazione e regolamento.
2. Operazione di separazione del micelio.
3. Separazione del solfato di calcio e decomposizione della massa di fermentazione.

Per la separazione dei residui secchi nelle moderne industrie si utilizzano filtri a nastro con controllo automatico. Inoltre, per l'organizzazione dei processi di filtrazione dei sedimenti, vengono utilizzate centrifughe e separatori speciali con sistemi di controllo elettronico, che aumentano la precisione della lavorazione del materiale.

Purificazione dell'acido citrico risultante

La fase finale della produzione, che comprende la complessa lavorazione del prodotto già ricevuto. Questo processo utilizza carbone attivo con resine a scambio cationico e anionico. La tecnologia di tale purificazione è implementata nei reattori a letto fisso in più fasi:

1. Il processo di evaporazione a una certa temperatura.
2. Cristallizzazione sotto vuoto.
3. Screening dei cristalli nella centrifuga.
4. Asciugatura a letto fluido.
5. Procedura di setacciatura.

L'evaporazione viene eseguita in un'unità evaporatore multistadio con un film liquido in caduta. Come risultato di questo processo, si ottiene il coefficiente di evaporazione richiesto senza ridurre le proprietà di consumo dell'acido citrico. Il consumo di risorse energetiche in questa fase può essere notevolmente ridotto grazie alla fornitura di compressione termica sul vapore.

Per quanto riguarda la cristallizzazione, questo processo di produzione dell'acido citrico avviene a circolazione forzata. In qualcheNelle configurazioni tecniche degli impianti dell'industria alimentare, i cristallizzatori sottovuoto sono progettati sulla stessa base strutturale insieme a dispositivi per la produzione di modificato e derivati del citrato di sodio. Ad esempio, apparecchiature simili vengono utilizzate nella produzione di prodotti disidratati e acido citrico monoidrato.

Non ultimo valore nella fase di purificazione è l'operazione di riciclo della soluzione di fermentazione, in cui la separazione degli enzimi uterini dalla sospensione contenente cristalli. Tecnicamente, questa procedura viene eseguita da una centrifuga continua, che permette di controllare finemente le caratteristiche del prodotto finale.

I processi finali di essiccazione e setacciatura richiedono una manipolazione delicata del prodotto risultante e purificato. In questa fase, i requisiti per la forma di rilascio dell'acido citrico avranno un ruolo, ad esempio, il frazionamento viene eseguito in base alla dimensione delle particelle di progetto.

Mercato domestico dell'acido citrico

I principali partecipanti a questo segmento nel mercato dell'industria alimentare russa includono produttori cinesi, che controllano quasi la metà di tutta la produzione. Ma una quota significativa è rappresentata anche dalle fabbriche russe per la produzione di acido citrico, un posto speciale tra i quali è occupato dall'impresa Citrobel con sede a Belgorod. In re altà, questo è quasi l'unico impianto domestico con capacità di livello mondiale. Le organizzazioni commerciali del settore alimentare collaborano attivamente con le fabbriche delall'estero. In questa direzione spiccano gli zuccherifici ucraini e bielorussi, situati rispettivamente a Smila e Skidel.

Secondo gli esperti, l'acido citrico russo soddisfa i requisiti normativi di GOST e gli standard di progettazione degli imballaggi. Questo è uno dei vantaggi che consente alle piante domestiche di acido citrico in Russia di competere con successo con le imprese cinesi. Pertanto, rispetto a Citrobel, che fornisce acido citrico di qualità costantemente elevata, i produttori del Celeste Impero non garantiscono sempre che i prodotti soddisfino standard rigorosi, il che si riflette anche nei prezzi. La differenza è determinata dal livello del produttore e dalla rete di distribuzione. Allo stesso tempo, anche nelle consegne di grandi aziende, le caratteristiche dell'acido citrico in un lotto sono eterogenee e possono variare. Ciò è confermato anche nelle recensioni dei consumatori, in cui vengono annotati i reclami sulla solubilità e sul contenuto di umidità del prodotto.

Conclusione

Oggi, il volume di produzione dei produttori mondiali di acido citrico è di circa 800.000 ton/anno. Un così alto ritorno di questo settore è dovuto al fatto che diverse industrie sono interessate all'uso degli acidificanti, compresi i segmenti tradizionali dell'industria alimentare e della sfera chimica e farmaceutica. Inoltre, i derivati di tali acidi trovano oggi applicazione anche nell'industria della difesa e dell'elettronica, per non parlare dell'agricoltura e di altre industrie dove è richiesta la funzione tecnica dell'acido citrico.enzimi. A questo proposito si può notare la pratica di utilizzare il citrato di sodio come sostituto di coadiuvanti tecnologici attivi e detergenti sintetici.

Se parliamo della produzione di acido citrico in Russia, allora a livello governativo negli ultimi anni sono state adottate misure per tutelare il mercato interno al fine di stimolare le imprese che operano in questo settore. Ma poiché la pianta di Belgorod rimane l'unico grande fornitore di acido citrico, a volte il prodotto è carente. Come via d'uscita, gli esperti hanno suggerito di modificare le regole doganali, in base alle quali la priorità per l'importazione di acidificanti esteri è stata data alle aziende europee che garantiscono la corretta qualità del prodotto. L'acido citrico dei principali produttori biochimici in Giappone, Svizzera e Germania è di qualità superiore ai prodotti nazionali, ma i prezzi sono troppo alti, quindi lo stabilimento Citrobel rimane competitivo senza compromettere le esigenze dei consumatori.