تولید اسید سیتریک

روش تولید اسید سیتریک 

اسید سیتریک یا جوهر لیمو یکی از مهمترین اسیدهای آلی است که فراوانی آن در گیاهان، به خصوص مرکبات، گیلاس، آلو، توت فرنگی، سیب و زغال اخته بیانگر غیرسمی بودن آن است. این اسید به عنوان ترش کننده، طعم دهنده و پایدارکننده در صنایع غذایی مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این مقاله از اسید آنلاین، مرجع قیمت اسید سیتریک در ایران، به بیان کاربردها و ویژگی های این ماده مهم در صنعت می پردازیم. با ما همراه باشید.خصوصیات اسید سیتریک

یکی از مهمترین ترکیبات شیمیایی در میوه‌ها و سبزیجات،  در مرکبات، سیب زمینی، گوجه فرنگی، شلغم، چغندر و دانه‌ها یافت می‌شود. در بافت‌ها و مایعات حیوانی نیز از جمله خون، ادرار، مایع آمنیوتیک جنینی، غده تیروئید، بزاق، اشک، کبد، قلب، مغز، ماهیچه‌ها و لوزالمعده به شکل یون سیترات حضور دارد.

این اطلاعات نشان از تنوع و اهمیت اسید سیتریک در مواد غذایی و زیستی دارد.

کاربردهای اسید سیتریک

تولید اسید سیتریک دارای مصارف متنوع در صنایع مختلف است و به طور مداوم در میزان مصرف جهانی افزوده می‌شود. برخی از مصارف این اسید عبارتند از:

• صنایع غذایی:  به عنوان ترش کننده، طعم دهنده و افزودنی طبیعی در بسیاری از محصولات غذایی مانند نوشابه، آبمیوه، مربا، کنسروها، شربت‌ها و خمیرهای خوراکی.
• صنایع داروئی: در تولید داروها به عنوان یک افزودنی مفید برای تقویت طعم یا افزایش محلولی برای داروها.
• صنایع بهداشتی و آرایشی: در تولید محصولات بهداشتی و آرایشی نظیر صابون، شامپو، کرم، عطر و محصولات مراقبت از پوست.
• صنایع خوراک دام: به عنوان یک افزودنی در تغذیه دام‌ها برای افزایش طعم و جلوگیری از خوردن برخی مواد.
• صنایع صابون و شوینده: در تولید صابون و مواد شوینده به عنوان یک ماده جلوگیری از کلسیم و منگنز.
• نساجی: در تعدادی از فرآیندهای نساجی به عنوان ماده نرم کننده برای پارچه‌ها.
• صنایع کاغذ: در تولید کاغذ به عنوان یک ماده نرم کننده و پایدارکننده.
• تولید گلابی: در صنعت تولید گلابی به عنوان یک عامل حفظ رنگ.

آمارهای جهانی از مصرف اسید سیتریک

آمارهای جهانی نشان می‌دهند که در  سال ۱۹۶۰ مصرف جهانی اسید سیتریک به میزان ۳۰۰۰۰۰ تن بوده و این میزان در سال بعد به ۵۰۰۰۰۰ تن افزایش یافته است. کشور شما نیز از جمله کشورهایی است که با افزایش تقاضاهای جهانی، میزان قابل توجهی از این ماده را مصرف می‌کند. پیشبینی می شود که هر سال ۲ تا۳ درصد بر این میزان افزوده شود.

ویژگی‌های مهم در تولید اسید سیتریک

• تشکیل نمک با قلزات و قلیای خاکی: سه گروه کربوکسیلی اسید سیتریک می‌توانند با قلزات و قلیای خاکی ترکیب شده و نمک‌های مختلفی ایجاد کنند.
• خوردگی وسایل فلزی: در محیط‌های آبی، اسید سیتریک می‌تواند باعث خوردگی وسایل فلزی شود.
• تأثیر بر فوالد ضد زنگ (استیل): این اسید ممکن است با فوالد ضد زنگ (استیل) واکنش داشته باشد و در محیط‌های خاص، ممکن است به خوردگی فولاد ضد زنگ منجر شود.
• تشکیل کمپلکس با یون‌های فلزی: در صورت وجود pH نامناسب در محیط‌ها، گروه‌های هیدروکسیل و کربوکسیلیک موجود در ساختار اسید سیتریک می‌توانند با یون‌های فلزی کمپلکس شوند.

ویژگی‌های مهم در تولید اسید سیتریک از آنجا که این اسید یکی از اسیدهای آلی مهم و چندکاره است، متنوع بوده و در محیط‌های مختلف تأثیرات متفاوتی ایجاد می‌کند. این اثرات از جمله خوردگی فلزات، تشکیل نمک با قلزات، و تشکیل کمپلکس با یون‌های فلزی می‌باشد.

موارد کاربرد اسید سیتریک در صنایع غذایی

الف. اسید سیتریک در صنایع غذایی

• استفاده گسترده در صنایع غذایی به دلیل ویژگی‌هایی نظیر حلالیت در آب، ترش‌کنندگی، ایجاد طعم دلپذیر، خواص بافری و غیرسمی.
• حدود ۷۰ % از این اسید و نمک‌های مرتبط در صنایع غذایی استفاده می‌شود.

ب. کاربرد اسید سیتریک در نوشابه‌سازی

 برای ایجاد طعم ترش و مطبوع در نوشابه‌ها.
– به عنوان بازدارنده فعالیت میکروبی و تنظیم اسیدیته.

ج. کاربرد اسید در تولید ژله‌ها، مرباجات و دسرها

– برای ایجاد طعم میوه‌ها و تنظیم pH در محصولات مانند ژله‌ها و مرباجات.

د. کاربرد اسید سیتریک در غذاهای منجمد

– تنظیم pH و ایجاد کمپلکس نمکی (شلات یا چلات کردن) بین سیترات‌ها و فلزات کمیاب.
– عمل به عنوان آنتی‌اکسیدان و نگهدارنده.

ه. در کنسرو سبزیجات

– جلوگیری از رشد میکروب‌ها و کاهش اسیدیته

و. در چربی‌ها و روغن‌ها

– به عنوان آنتی‌اکسیدان در چربی‌ها و روغن‌ها.
– کاهش رنگ و طعم در میوه‌های منجمد با خاصیت آنتی‌اکسیدانی و جلوگیری از آلودگی فلزات کمیاب.

مونواستیل سیترات:

استفاده به عنوان یک آنتی‌اکسیدان در چربی‌ها و روغن‌ها با خصوصیت ترکیب آسان‌تر نسبت به اسید خالص.
کاربردهای متعدد اسید سیتریک در صنایع غذایی نشان از تنوع و اهمیت این ترکیب در ایجاد و بهبود ویژگی‌های محصولات غذایی دارد.

کاربردهای تولید اسید سیتریک در صنایع داروسازی، آرایشی و بهداشتی:
الف. در صنایع داروسازی:

– استفاده در تهیه محلول‌های ضدانعقاد خون مانند تری سدیم سیترات.
– تشکیل کمپلکس با یون کلسیم و جلوگیری از انعقاد خون.
– استفاده در تهیه آسپرین و بهبود طعم داروها و قرص‌ها.
– استفاده از سیترات فریک آمونیاکی در درمان بیماری ناشی از فقر آهن (آنمی).
-استفاده به عنوان چاشنی جهت خوش‌طعم کردن داروها.

ب. در صنایع آرایشی و بهداشتی:

– استفاده در فرمولاسیون محصولات بهداشتی و آرایشی.
– تنظیم pH و شلاتا کردن یون‌های فلزی در سیستم‌های آنتی‌اکسیدانی موی سر.
– حل شدن در اثر اتصال با کربناتها و بی‌کربناتها و تولید دی‌اکسید کربن.
– مصارف متنوع اسید سیتریک در صنایع داروسازی و آرایشی نشان از تاثیرات متعدد این ترکیب در این حوزه‌ها دارد. استفاده از این اسید در تولید داروها، ضدانعقاد خون موجب خوش طعم شدنم و در شامپوها، و محصولات بهداشتی و آرایشی موجب بهبود ویژگی‌های محصولات می‌شود.

در شامپوها و محصولات آرایشی  ضد شوره سر با مقدار مختلف برای تنظیم pH و بهبود درخشندگی و شفافیت موها استفاده می شود.

در شامپوهای ضد شوره سر، اسید سیتریک به مقدار حدود ۰.۲۵ تا ۱.۸۶ درصد برای تنظیم pH و بهبود درخشندگی و شفافیت موها استفاده می‌شود. مصرف کل این اسید در این صنایع تقریباً حدود ۱۲ درصد است.

تولید اسید سیتریک در صنایع مختلف برای این انجام می شود که به عنوان یک ترکیب پاک‌کننده و جرم‌زدایی‌کننده، به خصوص در صنایع بخاراستیل، به وفور استفاده می‌شود. همچنین، در حذف دی‌اکسید گوگرد از سوخت‌های گازی کارخانجات برق و تصفیه‌خانه‌ها نیز به کار می‌رود. کاربردهای دیگر این اسید شامل صنایع رنگسازی، استخراج نفت و آب فلزکاری می‌شود. همچنین، استرهای اسید سیتریک با الکل‌ها، به ویژه استرهای تری اتیل، تری بوتیل و استیل تری بوتیل، در صنعت بسته‌بندی غذایی به عنوان نرم‌کننده غیرسمی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

در صنعت پلاستیکسازی، استرهای تری اتیل، تری بوتیل، و استیل تری بوتیل به عنوان نرم‌کننده‌های غیرسمی، به ویژه در تولید پلاستیکهای مورد استفاده در بسته‌بندی غذایی، مورد استفاده قرار می‌گیرند.

میکروارگانیسم های تولیدکننده اسید سیتریک

میکروارگانیسم‌های تولیدکننده اسید سیتریک، شامل بعضی از قارچ‌ها، مخمرها، و باکتری‌ها می‌شوند. در شرایط خاص، انتخاب سویه‌های مناسب این میکروب‌ها با متابولیسم سلولی مستعد به تولید این اسید می‌تواند به تولید اسید سیتریک کمک کند. آزمایشات بیشتر در این زمینه بر روی محیط‌های کشت مناسب، به خصوص با رشد آسپرژیلوس نایجر، انجام شده‌اند.
آسپرژیلوس نایجر از رده آسکومیست‌ها بوده و تولید مثل آن به صورت غیرجنسی است. میسلیوم این قارچ دیوارهٔ عرضی بیرنگی ایجاد می‌کند و سلول‌های آن چندهسته‌ای هستند. میسلیوم هوایی آن در انتها برجسته بوده و به وزیکول با استریگماهای متعدد منتهی می‌شود. این استریگماها کنیدی‌ها را به صورت دانه‌های تسبیحی به دنبال هم قرار می‌دهند.
این میکروارگانیسم گاهی به نام “کپک سیاه” هم شناخته می‌شود، به دلیل ایجاد منظره‌های سیاه رنگی که پس از اسپورزایی در محیط کشت ظاهر می‌شود. رنگ کلونیهای این قارچ ارتباط مستقیمی با عناصر کمیاب محیط کشت دارد. در مواردی که تشخیص وجود یا عدم وجود بعضی از عناصر به روش‌های شیمیایی یا فیزیکی ممکن نیست، این قارچ ممکن است به تعیین کمیت و کیفیت آنها کمک کند.

روشهای تولید اسید سیتریک به دو نوع اصلی تقسیم می‌شوند: کشت سطحی (بستر جامد) و کشت غوطه‌وری.

الف) روش کشت سطحی (بستر جامد):
این روش از سال ۱۹۲۰ به کار گرفته شد اما با ارتقاء روش کشت غوطه وری به دلیل اجرای آسان‌تر و بازده تولید بهتر، امروزه به دست آمده است. در این روش، اسپورهای آسپرژیلوس نایجر در شرایط محیطی کنترل‌شده، به ظروف حاوی محیط کشت مناسب مثل ضایعات محصولات کشاورزی تلقیح می‌شوند. سپس این ظروف در مکان مناسب با دمای حدود ۳۰ درجه سانتیگراد قرار می‌گیرند. اسپورها ۲۴ ساعت پس از تلقیح جوانه می‌زنند و میسلیوم سفید چین‌داری سطح محیط را پوشانده و در نهایت، محیط کشت از اسپوره‌های تیره‌رنگ پر می‌شود، که این مرحله پایان تولید اسید سیتریک را نشان می‌دهد.
ب) روش کشت غوطه وری: در این روش از سوبسترا یا محیط کشت مایع و در شرایط کنترل‌شده برای رشد و نمو قارچ استفاده می‌شود. این روش از سال ۱۹۴۰  تا کنون در کشورهای صنعتی به توسعه و پیشرفت زیادی رسیده است. بازده بیشتر نسبت به روش کشت سطحی، زمان کمتر برای رشد و نمو میکروب، وجود وسایل خودکار و کنترل دقیق و مداوم از دلایلی است که این روش جا افتاده و به دلیل راحتی بیشتر در زمان ورود و خروج سوبسترا و محصول، رواج بیشتری پیدا کرده است.

فعالیت‌های علمی در زمینه تولید اسید سیتریک دارای تاریخچه‌ای مهم است

بر اساس اطلاعات ، اسید سیتریک برای نخستین بار در سال ۱۷۸۴ از عصاره لیمو استخراج و متبلور شد. سپس در سال ۱۸۹۳ نیز برای نخستین بار از محیط کشت پنیسیلیوم (سابقاً سیترومایسس نامیده می‌شده) این اسید ناچیز به دست آمد. هرچند این کارها در مقیاس صنعتی اجرا نشدند اما زمینه‌ی تحقیقات بعدی را فراهم کردند. اولین فرآیند صنعتی تولید اسید سیتریک با استفاده از آسپرژیلوس نایجر نیز در سال ۱۹۱۹ در بلژیک آغاز شد.

تاریخچه تولید اسید سیتریک که ارائه داده شد، نشان‌دهنده پیشرفت‌های بسیاری در این زمینه است:
۱. تا سال ۱۹۲۶، بیشتر اسید سیتریک مورد نیاز در ایتالیا تولید و صادر می‌شد.
۲. در همان سال، محققان توانستند از سیترات کلسیم وارداتی نیز این اسید را تولید کنند.
۳. در سال ۱۹۴۰، روش کشت غوطه‌وری و استفاده از مالت (روش مالس) به رواج پیوست.
۴. در سال ۱۹۴۹، محققان با استفاده از آسپرژیلوس نایجر، روش کشت غوطه‌وری و مالس چغندرقند و نیشکر اسید سیتریک تولید کردند.
۵. در سال ۱۹۶۳، عمل هم‌زدن در فرمانتورهای همزندار شناخته شد که باعث افزایش تولید اسید سیتریک می‌شود.
۶. در سال ۱۹۶۵، برای تولید اسید سیتریک از مخمرها استفاده شد.
۷. در اوایل دوره کار به دلیل ارزانی از منابع کربن آلی مانند آلکان‌های طبیعی و هیدروکربن‌های مشتق شده از منابع نفتی استفاده می‌شد. اما به تدریج با گرانی قیمت این ترکیبات، به سوی استفاده از منابع کربوهیدراتی ارزان مانند مالت و ساکارز روی آورده شد.
امروزه با استفاده از میکروارگانیسم‌هایی مانند آسپرژیلوس نایجر در شرایط ویژه، می‌توان مقدار زیادی اسید سیتریک تولید و به بازار مصرف عرضه کرد.

حقیقی که در سال ۲۰۰۶ توسط محققین انجام شده، نشان داد که جوانه‌زنی اسپورهای آسپرژیلوس نایجر در محیط کشت تأثیر مهمی بر رشد، نمو، و توانایی تولید متابولیت‌هایی مانند اسید سیتریک دارد. این مرحله جوانه‌زنی به طور اصلی خصوصیات مورفولوژیکی میکروارگانیسم را کنترل کرده و مراحل رشد و توسعه آن را تنظیم می‌کند.
در تحقیق اجرا شده توسط نگارنده در موسسه تحقیقات خرما و میوه‌های گرمسیری کشور، از عصاره خرما و قارچ آسپرژیلوس نایجر سویه ۱BC استفاده شد و اسید سیتریک با استفاده از روش کشت غوطه‌وری و روش آماری تاگوچی تولید شد. روش تاگوچی به طراحی و اجرای آزمایشات با استفاده از کسری از فاکتوریل و آرایه‌های متعامد می‌پردازد. این روش با توجه به تعداد فاکتورها و سطوح آنها، آزمایشاتی که بیشترین اثر عوامل مربوطه را دارند را مشخص می‌کند و اجرا می‌شود.

منابع

http://heritageparklaundry.com/