Produkcja kwasu cytrynowego: przygotowanie, proces i produkt

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-17 10:38

Kwas cytrynowy odkryto kilkaset lat temu, ale o historii jego pełnej produkcji w zakładach przemysłowych można mówić dopiero od 1919 roku. Od tego momentu technolodzy zaczęli stosować procesy mikrobiologiczne, których rozwój nie zatrzymał się do dziś. Jednocześnie nowoczesna produkcja kwasu cytrynowego jest niejednorodna i obejmuje różne sposoby wytwarzania produktu końcowego. Wybór tej lub innej metody zależy nie tylko od cech surowców danego przedsiębiorstwa, ale także od wymagań docelowego rynku konsumenckiego.

Wprowadzenie do kwasu cytrynowego

Jako regulator kwasowości produkt ten jest aktywnie wykorzystywany w przemyśle spożywczym. Ale kwasek cytrynowy służy nie tylko do poprawiania smaku. W zależności od technologii produkcji może wydłużyć okres trwałości docelowego produktu. Z tego punktu widzenia produkcja cytrynyKwasy w Rosji można zrównać z technologiami wytwarzania kwasu askorbinowego, octowego i mlekowego, a także ich pochodnych.

Według ekspertów, ze względu na swoje właściwości jako przeciwutleniacz i synergetyk przeciwutleniaczy, kwas cytrynowy jest obecnie używany w prawie połowie wszystkich wytwarzanych produktów spożywczych. Popularność tego zakwaszacza sprzyjają również jego właściwościom gastronomicznym. Kwas ten ma przyjemny i łagodny smak – przynajmniej w porównaniu z alternatywnymi produktami tego typu. Szczególnie te cechy przejawiają się w napojach i słodyczach. Istnieje również szeroka grupa soli, które pozyskiwane są w warunkach mikrobiologicznej produkcji kwasu cytrynowego – w szczególności cytrynian sodu może być wówczas wykorzystany jako sól do topienia. Do zalet cytrynianu sodu można zaliczyć możliwość uzyskania go w postaci stałej, a także wykluczenie działania drażniącego przy ekspozycji na błony śluzowe układu pokarmowego i oddechowego.

Produkt produkcja przemysłowa

Nazwa kwasu cytrynowego zwraca uwagę na owoce cytrusowe, jednak kwas ten występuje w różnym stopniu we wszystkich owocach, bawełnie i igłach. Niemniej jednak pierwsze zakłady produkcyjne zorganizowano właśnie w oparciu o przetwarzanie soku z cytryny. W latach dwudziestych uzyskano w ten sposób około 25% całej produkcji. Jednocześnie sama technologia wytwarzania była nieracjonalna, gdyż z 1 tony cytryn uzyskano około 25 kg czystego produktu. Dziś organizowana jest produkcja spożywczego kwasu cytrynowegona bardziej technologicznych i zasobożernych metodach, obejmujących zastosowanie zupełnie nowych dodatków, takich jak melasa i grzyby pleśniowe. Nawiasem mówiąc, determinuje to również decyzje logistyczne dotyczące lokalizacji produkcji cytrynianu sodu w pobliżu cukrowni.

Jednocześnie nie można powiedzieć, że taka produkcja z definicji usprawiedliwia się w warunkach dużego popytu. Faktem jest, że wraz ze wzrostem produkcyjności procesu produkcyjnego rośnie również sprzęt, co oznacza wzrost kosztów wyposażenia technicznego i utrzymania mocy produkcyjnych. Dlatego nie można obejść się bez przemyślanego biznesplanu produkcji kwasu cytrynowego, który wskazywałby na wszystkie aspekty działalności organizacyjnej i ekonomicznej przedsiębiorstwa. Wraz z rozwiązaniem konstrukcyjnym wyposażenia urządzeń produkcyjnych i opracowaniem modeli logistycznych z uzasadnieniem ekonomicznym, konieczne będzie również określenie optymalnej formuły produktu finalnego, aby mógł on konkurować w określonej niszy rynkowej. Do tego warto dodać poprawkę do surowych norm sanitarno-higienicznych, które regulują prawie wszystkie niuanse technologiczne otrzymywania tego kwasu.

Fizykochemiczna prezentacja technologii

Nowoczesne procesy produkcji kwasu cytrynowego opierają się głównie na hydrolizie zawiesiny skrobi, która zawiera do 30% masy suchych pierwiastków o zdolnościach amylolitycznych. Można do nich dodać skrobię soli mineralnych z siarczanami miedzi, cynku i żelaza. Ta baza jest następnie poddawana fermentacji w pożywce przez grzyby pleśniowe.

W wyniku fermentacji i izolacji biomasy grzybów powstaje roztwór kultury, który początkowo zawiera do 85% kwasu cytrynowego. Cechą charakterystyczną otrzymanych na tym etapie enzymów kwasoodpornych jest zwiększona aktywność amylolityczna. Przede wszystkim dotyczy to glukoamylazy i amylazy.

Techniczny wynik produkcji kwasu cytrynowego po przejściu przez operacje pomocnicze jest oceniany w laboratorium za pomocą szerokiej gamy wskaźników jakości, w tym aktywności amylolitycznej roztworu hodowlanego.

Technologie wytwarzania „cytryny”

Proces produkcji odbywa się w kilku etapach technologicznych na różnych urządzeniach. Chociaż istnieją różne konfiguracje do aranżacji obiektów fabrycznych - w tym monoblokowe i prefabrykowane modułowe. Wśród głównych procesów, na których opiera się nowoczesna technologia produkcji kwasu cytrynowego, można wyróżnić:

1. Zoptymalizowane procesy technologicznego przygotowania surowców w celu zapewnienia niezbędnych warunków dla kwaśnego środowiska fermentacji.
2. Reprodukcja zarodników w specjalnie zorganizowanych warunkach.
3. Proces fermentacji zgodnie z charakterystyką określonych surowców.
4. W razie potrzeby dostosuj wszystkie lub poszczególne surowce do procesów fermentacji.
5. Oddzielanie kwasu od roztworów fermentacyjnych. Nawiasem mówiąc, metody separacji są w dużej mierzestopnie określają ostateczną jakość produktu.
6. Oczyszczanie i krystalizacja powstałego kwasu. Na tym etapie otwierają się możliwości modyfikacji produktu i produkcji kolejnych wersji kwasu w różnych konfiguracjach. Na przykład, jako część ogólnej produkcji kwasu cytrynowego, można wytwarzać syropy, monohydraty, odwodnione preparaty i dihydrat cytrynianu sodu. Substancje chemiczne mogą również podlegać regulacjom.

Sprzęt procesowy

Zoptymalizowany format układu technicznego nowoczesnych instalacji do produkcji kwasu cytrynowego zakłada zastosowanie instalacji biotechnologicznych. Średnio zdolność takiego rozwiązania do obliczania wielkości wydobycia wynosi 200-250 ton/rok, pozostawiając jednocześnie szerokie możliwości uzyskania zmodyfikowanych produktów opartych na różnych źródłach surowców. Podstawowy skład tego urządzenia do produkcji kwasu cytrynowego obejmuje następujące reaktory i urządzenia pojemnościowe:

1. Fermentatory.
2. Parowniki.
3. Filtry.
4. Suszarki.
5. Krystalizatory.
6. Infrastruktura wspierająca operacje logistyczne.

Wdrożenie projektu instalacji biotechnologicznej pozwala nam zapewnić pełny cykl produkcyjny, lokalnie zaopatrując w pełni regionalnych odbiorców przy minimalnym zaangażowaniu zasobów ciepła i energii.

Rozwiązanie sprzętowo-technologiczne tego typu charakteryzuje się wykorzystaniem szczepów producenta, co prowadzi do początkowo niskiego kosztu produktu. Ta technologia produkcji kwasu cytrynowego charakteryzuje się również akceptowalnym poziomem czystości środowiska dla środowiska oraz bezpieczeństwem toksycznym dla pracowników.

Jako produkt odpowiada midzynarodowym standardom przemyslu spoywczego. Inną rzeczą jest to, że możliwe jest również wypuszczenie produktu technicznego przeznaczonego w szczególności do detergentów.

Przygotowanie surowców do produkcji kwasu cytrynowego

Surowce wchodzą do procesu produkcyjnego po specjalnej obróbce. O jego sposobie i parametrach decydują nie tylko właściwości surowców, ale także wymagania stawiane produktowi. Pod uwagę brana jest również możliwość wytwarzania produktów pochodnych z cytrynianu sodu.

Tak czy inaczej, głównym surowcem do produkcji kwasu cytrynowego jest melasa, która zawiera optymalny stosunek żelaza. Jeśli chodzi o jego przetwarzanie, głównym etapem tego procesu jest wstępna fermentacja, która jest niezbędna do wytrącenia kompozycji za pomocą żółtej soli krwi. Bez dalszej obróbki ta sól w kwasie może działać jako inhibitor dehydrogenaz izocytrynianowych.

Innym składnikiem, który można wykorzystać jako bazę surowcową, jest grzyb Aspergillus Niger. Powstaje pytanie - dlaczego w warunkach nowoczesnych technologii do produkcji kwasu cytrynowego używa się grzyba pleśniowego? Najczęściej jego użycie jest wymagane do zapewnienia funkcji producenta. Jego wzór chemiczny jest optymalny dlaprowadzenie kilku procesów jednocześnie, które są niemożliwe lub technologicznie nieuzasadnione przy stosowaniu syntetycznych zamienników. W szczególności mówimy o rozpuszczaniu, solikacji i późniejszych procedurach separacji i oczyszczania.

Specjalne przygotowanie surowców jest również wymagane przy produkcji modyfikowanych pochodnych kwasu cytrynowego. W tym przypadku można również zastosować dodatkowe wtrącenia, w tym alkohol etylowy, półprodukty techniczne i zawierające etanol z odpadami z gorzelni. Z kolei produkcja kwasu cytrynowego z melasy będzie uzupełniona procesami klarowania, sterylizacji i gotowania heksacyjanożelazianu.

W przypadku stosowania hydrolizatów skrobi o umiarkowanej zawartości zanieczyszczeń, przygotowanie surowca będzie musiało obejmować procedurę dekationizacji i ciągłą operację sterylizacji.

Organizacja procesu hodowli zarodników

Wydajne procesy mikrobiologiczne wymagają dobrze przygotowanych nasion. W syntezie kwasów materiał ten w postaci zarodników wprowadzany jest do kadzi fermentacyjnej na samym początku procesu produkcyjnego. W zoptymalizowanej formie technologia produkcji kwasu cytrynowego na bazie melasy odrębnie przewiduje przygotowanie zarodników do hodowli, w ramach której wykonuje się również badania. Jeśli planowana jest produkcja długoterminowa, zarodniki są suszone. Jest to konieczne zarówno dla długotrwałego zachowania ich właściwości funkcjonalnych, jak i dla skutecznego dawkowania.

W następnym kroku przygotowywane są substraty, w tym sacharoza, glukoza lubskrobia. Materiały zawierające skrobię są najpierw scukrzane w celu przekształcenia w glukozę, która jest wykorzystywana jako szczep produkcyjny.

Ponieważ poziom zanieczyszczeń na wszystkich etapach przetwarzania surowców i substratów może być nadmiernie wysoki, wielu producentów opracowuje specjalne metody wstępnego oczyszczania tych materiałów. Na przykład dalsze przetwarzanie hydrolizatu skrobi na kwas cytrynowy w produkcji żywności może obejmować etapy odsalania. Te same procedury sterylizacji i gotowania z filtracją mechaniczną można przypisać uniwersalnym i najbardziej dostępnym metodom oczyszczania z zanieczyszczeń.

Proces fermentacji i produkcja kwasu

W nowoczesnych technologiach zapewnienia procesu fermentacji stosuje się specjalne fermentory bulgoczące, które są dobierane odpowiednio do przygotowanych szczepów grzyba pleśniowego omówionych powyżej. Selekcja odbywa się wraz z badaniem według określonych parametrów, co pozwala na zorganizowanie fermentacji według indywidualnych konfiguracji, z uwzględnieniem właściwości użytych surowców. Najbardziej zaawansowane technologicznie procesy produkcji kwasu cytrynowego obejmują również narzędzia do regulacji aktywności metabolicznej drobnoustrojów pęcherzykowych.

Na etapie izolacji kwasu zadaniem jest uzyskanie roztworu z pożywki fermentacyjnej o początkowym stopniu oczyszczenia. W celu zwiększenia stopnia oczyszczenia należy odpowiednio przygotować mieszaninę generującą. W szczególności podlega następującym procesom:obróbka wstępna:

1. Procedura separacji i osadzania.
2. Operacja oddzielania grzybni.
3. Oddzielanie siarczanu wapnia i rozkład masy fermentacyjnej.

Do separacji suchych pozostałości w nowoczesnych gałęziach przemysłu stosuje się filtry taśmowe z automatycznym sterowaniem. Również do organizacji procesów filtracji osadów wykorzystywane są specjalne wirówki i separatory z elektronicznymi układami sterowania, co zwiększa dokładność obróbki materiału.

Oczyszczanie powstałego kwasu cytrynowego

Końcowy etap produkcji, który obejmuje kompleksową obróbkę otrzymanego już produktu. W procesie tym wykorzystuje się węgiel aktywny z żywicami anionowymi i kationowymiennymi. Technologia takiego oczyszczania jest wdrażana w reaktorach ze złożem stałym w kilku etapach:

1. Proces parowania w określonej temperaturze.
2. Krystalizacja w próżni.
3. Skrawanie kryształów w wirówce.
4. Suszenie w złożu fluidalnym.
5. Procedura przesiewania.

Parowanie odbywa się w wielostopniowym parowniku z opadającym filmem cieczy. W wyniku tego procesu uzyskuje się wymagany współczynnik parowania bez obniżania właściwości konsumenckich kwasu cytrynowego. Zużycie zasobów energetycznych na tym etapie można znacznie zmniejszyć dzięki zapewnieniu kompresji termicznej pary.

Jeśli chodzi o krystalizację, ten proces produkcji kwasu cytrynowego odbywa się z wymuszonym obiegiem. W niektórychW konfiguracjach technicznych zakładów przemysłu spożywczego krystalizatory próżniowe projektowane są na tej samej podstawie konstrukcyjnej wraz z urządzeniami do produkcji modyfikowanych i pochodnych cytrynianu sodu. Na przykład podobny sprzęt jest używany do produkcji produktów odwodnionych i monohydratu kwasu cytrynowego.

Nie ostatnią wartością na etapie oczyszczania jest operacja recyklingu roztworu fermentacyjnego, w której oddziela się enzymy macicy z zawiesiny zawierającej kryształy. Technicznie rzecz biorąc, ta procedura jest przeprowadzana przez wirówkę o działaniu ciągłym, co umożliwia dokładną kontrolę właściwości produktu końcowego.

Ostateczne procesy suszenia i przesiewania wymagają delikatnego obchodzenia się z otrzymanym i oczyszczonym produktem. Na tym etapie rolę będą odgrywać wymagania dotyczące formy uwalniania kwasu cytrynowego - na przykład frakcjonowanie odbywa się zgodnie z projektowaną wielkością cząstek.

Krajowy rynek kwasu cytrynowego

Głównymi uczestnikami tego segmentu na rosyjskim rynku przemysłu spożywczego są producenci z Chin, którzy kontrolują prawie połowę całej produkcji. Ale znaczny udział mają również rosyjskie fabryki do produkcji kwasu cytrynowego, wśród których szczególne miejsce zajmuje przedsiębiorstwo Citrobel z siedzibą w Biełgorodzie. Właściwie jest to prawie jedyny zakład w kraju o mocach na światowym poziomie. Organizacje handlowe z sektora spożywczego aktywnie współpracują z fabrykami wza granicą. W tym kierunku wyróżniają się ukraińskie i białoruskie cukrownie, zlokalizowane odpowiednio w miejscowości Smila i Skidel.

Według ekspertów rosyjski kwas cytrynowy spełnia wymogi regulacyjne GOST oraz standardy projektowania opakowań. Jest to jedna z zalet, która pozwala rodzimym zakładom kwasu cytrynowego w Rosji skutecznie konkurować z chińskimi przedsiębiorstwami. Tak więc w porównaniu z Citrobelem, który zapewnia dostawy kwasu cytrynowego o niezmiennie wysokiej jakości, producenci z Niebiańskiego Imperium nie zawsze gwarantują, że produkty spełniają surowe normy, co znajduje również odzwierciedlenie w cenach. Różnica zależy od poziomu producenta i sieci dystrybucji. Jednocześnie, nawet w dostawach od dużych firm, właściwości kwasu cytrynowego w jednej partii są niejednorodne i mogą się różnić. Potwierdzają to również opinie konsumenckie, w których odnotowuje się skargi dotyczące rozpuszczalności i wilgotności produktu.

Wniosek

Dziś wielkość produkcji światowych producentów kwasu cytrynowego wynosi około 800 000 ton rocznie. Tak wysoki zwrot tego sektora wynika z faktu, że wiele branż jest zainteresowanych wykorzystaniem zakwaszaczy, w tym tradycyjne segmenty przemysłu spożywczego oraz sfery chemiczno-farmaceutycznej. Co więcej, pochodne takich kwasów znajdują dziś zastosowanie nawet w przemyśle obronnym i elektronicznym, nie wspominając o rolnictwie i innych gałęziach przemysłu, w których wymagana jest techniczna funkcja kwasu cytrynowego.enzymy. W związku z tym można zauważyć praktykę stosowania cytrynianu sodu jako substytutu aktywnych środków pomocniczych w przetwórstwie i syntetycznych detergentów.

Jeżeli mówimy o produkcji kwasku cytrynowego w Rosji, to na szczeblu rządowym w ostatnich latach podjęto działania mające na celu ochronę rynku krajowego w celu pobudzenia przedsiębiorstw działających w tym obszarze. Ale ponieważ fabryka w Biełgorodzie pozostaje jedynym głównym dostawcą kwasu cytrynowego, czasami brakuje produktu. Jako wyjście eksperci zaproponowali zmianę przepisów celnych, w ramach których pierwszeństwo w imporcie zagranicznych zakwaszaczy przyznano europejskim firmom gwarantującym odpowiednią jakość produktu. Kwas cytrynowy od głównych producentów biochemicznych w Japonii, Szwajcarii i Niemczech jest lepszej jakości niż produkty krajowe, ale ceny są zbyt wysokie, więc zakład Citrobel pozostaje konkurencyjny bez uszczerbku dla potrzeb konsumentów.