Proizvodnja citronske kisline: priprava, proces in izdelek

2024 Avtor: Howard Calhoun | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2023-12-17 10:40

Citronska kislina je bila odkrita pred več sto leti, a o zgodovini njene polnopravne proizvodnje v industrijskih obratih lahko govorimo šele od leta 1919. Od tega trenutka so tehnologi začeli uporabljati mikrobiološke postopke, katerih razvoj se do danes ni ustavil. Hkrati je sodobna proizvodnja citronske kisline heterogena in vključuje različne načine izdelave končnega izdelka. Izbira ene ali druge metode ni odvisna le od značilnosti surovin določenega podjetja, temveč tudi od zahtev ciljnega potrošniškega trga.

Uvod v citronsko kislino

Ta izdelek se kot regulator kislosti aktivno uporablja v živilski industriji. Toda citronska kislina se ne uporablja samo za popravljanje okusa. Glede na proizvodno tehnologijo lahko podaljša rok uporabnosti ciljnega izdelka. S tega vidika pridelava limonekisline v Rusiji se lahko izenačijo s tehnologijami za proizvodnjo askorbinske, ocetne in mlečne kisline, pa tudi z njihovimi derivati.

Po mnenju strokovnjakov se citronska kislina zaradi svojih lastnosti antioksidanta in antioksidantnega sinergista danes uporablja v skoraj polovici vseh proizvedenih živilskih izdelkov. K priljubljenosti tega sredstva za kisanje prispevajo tudi njegove gastronomske lastnosti. Ta kislina ima prijeten in blag okus - vsaj v primerjavi z alternativnimi izdelki te vrste. Še posebej se te lastnosti kažejo v pijačah in slaščicah. Obstaja tudi široka skupina soli, ki se pridobiva v pogojih mikrobiološke proizvodnje citronske kisline - zlasti natrijev citrat se lahko nato uporabi kot talilna sol. Prednosti natrijevega citrata vključujejo možnost pridobivanja v trdni obliki, pa tudi izključitev dražilnega učinka pri izpostavljenosti sluznicam prebavnega in dihalnega sistema.

Industrijska proizvodnja izdelkov

Ime citronska kislina opozarja na agrume, vendar je ta kislina v različnih stopnjah prisotna v vsem sadju, bombažu in iglicah. Kljub temu so bili prvi proizvodni prostori organizirani prav na podlagi predelave limoninega soka. V dvajsetih letih prejšnjega stoletja je bilo na ta način pridobljeno približno 25 % vse proizvodnje. Hkrati je bila sama tehnologija izdelave neracionalna, saj je bilo iz 1 tone limon pridobljenih približno 25 kg čistega izdelka. Danes se organizira proizvodnja živilske citronske kislinena bolj tehnološke in vire intenzivne metode, ki vključujejo uporabo bistveno novih dodatkov, kot sta melasa in plesni. Mimogrede, to določa tudi logistične odločitve o lokaciji proizvodnje natrijevega citrata v bližini tovarn sladkorja.

Ob tem ni mogoče reči, da se takšna proizvodnja v razmerah velikega povpraševanja po definiciji opravičuje. Dejstvo je, da se z večanjem proizvodnosti proizvodnega procesa povečuje tudi oprema, kar pomeni dvig stroškov tehnične opreme in vzdrževanja kapacitet. Zato je nemogoče brez dobro premišljenega poslovnega načrta za proizvodnjo citronske kisline, ki bi nakazal vse vidike organizacijskih in gospodarskih dejavnosti podjetja. Ob oblikovalski rešitvi za opremljanje proizvodne opreme in razvoj logističnih modelov z ekonomsko utemeljenostjo bo treba določiti tudi optimalno formulacijo končnega izdelka, da bo lahko konkuriral v določeni tržni niši. K temu je vredno dodati spremembo strogih sanitarnih in higienskih standardov, ki urejajo skoraj vse tehnološke nianse pridobivanja te kisline.

Fizikalno-kemijska predstavitev tehnologije

Sodobni postopki za proizvodnjo citronske kisline temeljijo predvsem na hidrolizi škrobne suspenzije, ki vključuje do 30 % mase suhih elementov z amilolitično sposobnostjo. Lahko jim dodamo škrob mineralnih soli s sulfati bakra, cinka in železa. Ta osnova je nato podvržena fermentaciji v hranilnem mediju s plesnijo.

Kot rezultat fermentacije in izolacije biomase gliv nastane raztopina kulture, ki na začetku vsebuje do 85% citronske kisline. Značilna lastnost kislinsko odpornih encimov, pridobljenih na tej stopnji, je povečana amilolitična aktivnost. Najprej gre za glukoamilazo in amilazo.

Tehnični rezultat proizvodnje citronske kisline po prehodu skozi pomožne operacije se v laboratoriju ocenjuje s širokim naborom kazalnikov kakovosti, vključno z amilolitično aktivnostjo raztopine kulture.

Tehnologije za izdelavo "limone"

Proizvodni proces poteka v več tehnoloških fazah na različni opremi. Čeprav obstajajo različne konfiguracije za ureditev tovarniških objektov - vključno z monoblok in montažno modularnimi. Med glavnimi procesi, na katerih temelji sodobna tehnologija proizvodnje citronske kisline, lahko ločimo naslednje:

1. Optimizirani postopki za tehnološko pripravo surovin, da se zagotovijo potrebni pogoji za kislo fermentacijsko okolje.
2. Razmnoževanje spor v posebej organiziranih pogojih.
3. Postopek fermentacije glede na značilnosti specifičnih surovin.
4. Po potrebi prilagodite vse ali posamezne surovine za fermentacijske procese.
5. Ločevanje kisline iz fermentacijskih raztopin. Mimogrede, metode ločevanja so v veliki meristopinje določajo končno kakovost izdelka.
6. Čiščenje in kristalizacija nastale kisline. Na tej stopnji se odpirajo možnosti za modifikacijo izdelkov in proizvodnjo drugih različic kisline v različnih konfiguracijah. Na primer, kot del splošne proizvodnje citronske kisline se lahko proizvajajo sirupi, monohidrat, dehidrirane formulacije in natrijev citrat dihidrat. Kemikalije so lahko tudi regulirane.

Procesna oprema

Optimiziran format tehnične ureditve sodobnih obratov za proizvodnjo citronske kisline vključuje uporabo biotehnoloških inštalacij. V povprečju je zmogljivost takšne rešitve za izračun obsega proizvodnje 200-250 ton / leto, hkrati pa pušča veliko možnosti za pridobivanje modificiranih izdelkov na podlagi različnih virov surovin. Osnovna sestava te opreme za proizvodnjo citronske kisline vključuje naslednje reaktorske in kapacitivne naprave:

1. fermentatorji.
2. Uparjalniki.
3. Filtri.
4. sušilni stroji.
5. kristalizatorji.
6. Infrastruktura za podporo logističnim operacijam.

Izvedba projekta biotehnološke inštalacije nam omogoča, da zagotovimo celoten proizvodni cikel, lokalno oskrbujemo regionalne potrošnike v celoti z minimalnim vključevanjem virov toplote in električne energije.

Za tovrstno strojno-tehnološko rešitev je značilna uporaba sevov proizvajalcev, kar vodi do sprva nizke cene izdelka. Za to tehnologijo proizvodnje citronske kisline je značilna tudi sprejemljiva raven okoljske čistosti za okolje in toksična varnost za delavce.

Kar zadeva kakovost izdelka, ta ustreza mednarodnim standardom živilske industrije. Druga stvar je, da je možno izdati tudi tehnični izdelek, namenjen predvsem detergentom.

Priprava surovin za proizvodnjo citronske kisline

Surovine vstopijo v proizvodni proces po posebni obdelavi. Njegova metoda in parametri niso določeni le z lastnostmi surovin, temveč tudi z zahtevami za izdelek. Upošteva se tudi možnost izdelave derivatov iz natrijevega citrata.

Tako ali drugače je glavna surovina za proizvodnjo citronske kisline melasa, ki vsebuje optimalno razmerje železa. Kar zadeva njegovo predelavo, je glavni korak v tem procesu predfermentacija, ki je potrebna za obarjanje sestavka s pomočjo rumene krvne soli. Brez nadaljnje obdelave lahko ta sol v kislini deluje kot zaviralec izocitrat dehidrogenaze.

Druga komponenta, ki se lahko uporablja kot surovina, je gliva Aspergillus Niger. Postavlja se vprašanje - zakaj se v pogojih sodobnih tehnologij za proizvodnjo citronske kisline uporablja plesen? Najpogosteje je njegova uporaba potrebna za zagotovitev delovanja proizvajalca. Njegova kemična formula je optimalna zaizvajanje več postopkov hkrati, ki so pri uporabi sintetičnih nadomestkov nemogoči ali tehnološko neupravičeni. Zlasti govorimo o postopkih raztapljanja, solicifikacije in kasnejših postopkov ločevanja in čiščenja.

Pri proizvodnji modificiranih derivatov citronske kisline je potrebna tudi posebna priprava surovin. V tem primeru se lahko uporabijo tudi dodatni vključki, vključno z etilnim alkoholom, tehničnimi in vmesnimi produkti, ki vsebujejo etanol, z odpadki iz destilarn. Po drugi strani bo proizvodnja citronske kisline iz melase dopolnjena s postopki bistrenja, sterilizacije in vrenja heksacianoferata.

Pri uporabi škrobnih hidrolizatov z zmerno vsebnostjo nečistoč bo priprava surovin morala vključevati postopek dekacionizacije in neprekinjeno sterilizacijo.

Organizacija procesa razmnoževanja spor

Učinkoviti mikrobiološki procesi zahtevajo dobro pripravljeno seme. Pri sintezi kislin se ta material v obliki spor vnese v fermentacijski rezervoar na samem začetku proizvodnega procesa. Tehnologija proizvodnje citronske kisline na osnovi melase v optimizirani obliki posebej predvideva pripravo spor za vzrejo, v okviru katere se izvaja tudi testiranje. Če je načrtovana dolgoročna proizvodnja, se spore posušijo. To je potrebno tako za dolgotrajno ohranjanje njihovih funkcionalnih lastnosti kot za uspešno odmerjanje.

V naslednjem koraku pripravimo substrate, vključno s saharozo, glukozo oz.škrob. Materiali, ki vsebujejo škrob, se najprej saharificirajo, da se pretvorijo v glukozo, ki se uporablja kot proizvodni sev.

Ker je raven nečistoč v vseh fazah predelave surovin in substratov lahko pretirano visoka, mnogi proizvajalci razvijajo posebne metode za primarno čiščenje teh materialov. Na primer, nadaljnja predelava škrobnega hidrolizata za citronsko kislino v proizvodnji hrane lahko vključuje korake razsoljevanja. Enake postopke sterilizacije in vrenja z mehansko filtracijo lahko pripišemo univerzalnim in najbolj dostopnim metodam čiščenja od nečistoč.

Fermentacijski proces in proizvodnja kisline

V sodobnih tehnologijah za zagotavljanje procesa fermentacije se uporabljajo posebni mehurčki fermentorji, ki so izbrani glede na pripravljene seve plesni, o katerih smo govorili zgoraj. Izbor poteka skupaj s testiranjem po določenih parametrih, kar omogoča organizacijo fermentacije po posameznih konfiguracijah ob upoštevanju značilnosti uporabljenih surovin. Tehnološko najbolj napredni procesi za proizvodnjo citronske kisline vključujejo tudi orodja za uravnavanje presnovne aktivnosti mehurčkov mikroorganizmov.

V fazi izolacije kisline je naloga pridobiti raztopino iz fermentacijskega medija z začetno stopnjo čiščenja. Da bi povečali stopnjo čiščenja, je treba mešanico za proizvodnjo ustrezno pripraviti. Zlasti je podvržen naslednjim procesompredobdelava:

1. Postopek ločitve in poravnave.
2. Operacija ločevanja micelija.
3. Ločitev kalcijevega sulfata in razgradnja fermentacijske mase.

Za ločevanje suhih ostankov v sodobni industriji se uporabljajo tračni filtri z avtomatskim krmiljenjem. Prav tako se za organizacijo procesov filtracije usedlin uporabljajo posebne centrifuge in separatorji z elektronskimi krmilnimi sistemi, kar poveča natančnost obdelave materiala.

Čiščenje nastale citronske kisline

Zaključna faza proizvodnje, ki vključuje kompleksno obdelavo že prejetega izdelka. Ta postopek uporablja aktivno oglje z anionsko in kationsko izmenjevalno smolo. Tehnologija takšnega čiščenja se v reaktorjih s fiksno plastjo izvaja v več fazah:

1. Proces izhlapevanja pri določeni temperaturi.
2. Kristalizacija v vakuumu.
3. Presejanje kristalov v centrifugi.
4. Sušenje s tekočo posteljo.
5. Postopek presejanja.

Izhlapevanje poteka v večstopenjskem uparjalniku s padajočim tekočim filmom. Kot rezultat tega postopka se doseže zahtevani koeficient izhlapevanja brez zmanjšanja potrošniških lastnosti citronske kisline. Poraba energentov na tej stopnji se lahko znatno zmanjša zaradi zagotavljanja toplotne kompresije na paro.

Kar zadeva kristalizacijo, se ta proces proizvodnje citronske kisline izvaja s prisilno cirkulacijo. V nekaterihV tehničnih konfiguracijah obratov živilske industrije so vakuumski kristalizatorji zasnovani na enaki strukturni osnovi skupaj z napravami za proizvodnjo modificiranih in derivatov natrijevega citrata. Podobna oprema se na primer uporablja pri proizvodnji dehidriranih izdelkov in monohidrata citronske kisline.

Ne zadnja vrednost na stopnji čiščenja je operacija recikliranja fermentacijske raztopine, pri kateri se ločijo maternični encimi iz suspenzije, ki vsebuje kristale. Tehnično se ta postopek izvaja z neprekinjeno centrifugo, ki omogoča natančno kontrolo lastnosti končnega izdelka.

Končni procesi sušenja in presejanja zahtevajo občutljivo ravnanje z nastalim in prečiščenim izdelkom. Na tej stopnji bodo imele vlogo zahteve za obliko sproščanja citronske kisline - na primer frakcioniranje se izvede glede na velikost delcev načrta.

Domači trg citronske kisline

Glavni udeleženci v tem segmentu na ruskem trgu živilske industrije so proizvajalci iz Kitajske, ki obvladujejo skoraj polovico vse proizvodnje. Toda pomemben delež predstavljajo tudi ruske tovarne za proizvodnjo citronske kisline, med katerimi ima posebno mesto podjetje Citrobel v Belgorodu. Pravzaprav je to skoraj edina domača tovarna z zmogljivostmi svetovnega razreda. Komercialne organizacije v živilskem sektorju aktivno sodelujejo s tovarnami vv tujini. V tej smeri izstopata ukrajinski in beloruski tovarni sladkorja, ki se nahajata v Smili oziroma Skidelu.

Po mnenju strokovnjakov ruska citronska kislina izpolnjuje zakonske zahteve GOST in standardov oblikovanja embalaže. To je ena od prednosti, ki domačim obratom citronske kisline v Rusiji omogoča, da uspešno tekmujejo s kitajskimi podjetji. Torej v primerjavi s Citrobelom, ki zagotavlja zaloge citronske kisline dosledno visoke kakovosti, proizvajalci iz Nebeškega cesarstva ne zagotavljajo vedno, da izdelki ustrezajo strogim standardom, kar se odraža tudi v cenah. Razlika je določena z nivojem proizvajalca in distribucijske mreže. Hkrati so tudi pri dobavah velikih podjetij lastnosti citronske kisline v eni seriji heterogene in se lahko razlikujejo. To potrjujejo tudi pregledi potrošnikov, kjer so zabeležene pritožbe glede topnosti in vsebnosti vlage v izdelku.

Sklep

Danes je obseg proizvodnje svetovnih proizvajalcev citronske kisline približno 800.000 ton / leto. Tako visoka donosnost tega sektorja je posledica dejstva, da se za uporabo zakisljevalcev zanimajo številne panoge, vključno s tradicionalnimi segmenti živilske industrije ter kemično-farmacevtsko sfero. Poleg tega se derivati takšnih kislin danes uporabljajo celo v obrambni in elektronski industriji, da ne omenjamo kmetijstva in drugih panog, kjer je tehnična funkcija citronske kisline povpraševana.encimi. V zvezi s tem je mogoče opozoriti na prakso uporabe natrijevega citrata kot nadomestka za aktivne tehnološke pripomočke in sintetične detergente.

Če govorimo o proizvodnji citronske kisline v Rusiji, potem so bili na vladni ravni v zadnjih letih sprejeti ukrepi za zaščito domačega trga, da bi spodbudili podjetja, ki delujejo na tem področju. Ker pa tovarna v Belgorodu ostaja edini večji dobavitelj citronske kisline, včasih izdelka primanjkuje. Kot izhod so strokovnjaki predlagali spremembo carinskih pravil, po katerih imajo prednost pri uvozu tujih zakisljevalcev evropska podjetja, ki zagotavljajo ustrezno kakovost izdelka. Citronska kislina večjih biokemičnih proizvajalcev na Japonskem, v Švici in Nemčiji je po kakovosti boljša od domačih izdelkov, vendar so cene previsoke, zato tovarna Citrobel ostaja konkurenčna brez ogrožanja potreb potrošnikov.