معرفی روش های نوین و بهینه سازی تولید اسید سیتریک
سوربات پتاسیم ماده ضد میکروب در صنایع غذایی
19/02/1403
سوربات پتاسیم ماده نگهدارنده ایمن برای طیف وسیعی از محصولات خوراکی
22/03/1403
اسید سیتریک یک اسید آلی ضعیف به حساب می آید که کاربردهای بسیار گسترده ای دارد. جالب است بدانید که هم از طریق مواد مصنوعی و هم به طور طبیعی از طریق میوه مرکبات آن را تولید می کنند. اسید سیتریک باعث ایجاد فرایندها و اثرات شیمیایی مختلف در مواد غذایی و محصولات دیگر می شود. به خاطر همین همیشه در مورد تولید و بهینه سازی آنها بحث است. در این مبحث تصمیم گرفتیم که در مورد همین مبحث بهینه سازی تولید اسید سیتریک اطلاعاتی در اختیارتان قرار دهیم تا با روش های تولید آنها به طور کامل آشنا شوید.
اطلاعات کلی در مورد اسید سیتریک و کاربردهای آن
بهتر است که از همین اول اطلاعات کلی در مورد طرز تهیه این مواد ارزشمند داشته باشید. اسید سیتریک ماده‌ای است که برای تولید آن ۹۹ از منابع مصنوعی مانند واکنش های شیمیایی مختلف و تخریب میکروبی استفاده می کنند و یک درصد آن به طور طبیعی از طریق میوه مرکبات تولید می گردد. اسید سیتریک به یک اسید عالی ضعیف گفته می شود. فرمول شیمیایی آن C6H8O7 است. این ماده به عنوان یک اسید بدون آب با مونوهیدرات تولید شده و به فروش می رسد.
70 درصد از کل تولید اسید سیتریک ها که به اندازه یک و نیم میلیون تن است، صرف استفاده در مواد غذایی مختلف می شود. مثلاً از آن برای تقویت طعم یا عطر و حفظ آنها استفاده می کنند که مواد غذایی مثل بستنی، مارمالاد و آبمیوه را شامل می شود. ۲۰ درصد از آن را در صنایع داروسازی استفاده می کنند. در واقع به عنوان یک آنتی اکسیدان در این صنایع از آن استفاده می کنند تا ویتامین های داخل آن را حفظ کنند، سطح قلیایی را تثبیت کنند و باعث نگهدارندگی مواد شوند.
سیترات آهن به عنوان یک منبع آهن برای بدن استفاده می شود. در خیلی از پمادها، مواد آرایشی و قرص ها هم استفاده می کنند. در این بین ۱۰ درصد از آن را در صنایع شیمیایی استفاده می کنند. مثلاً برای نرم کردن پارچه، متالوژی فلزهای خاص، صنایع شوینده هم آنها را مورد استفاده قرار می دهند و کاربردهای زیاد دیگری که نمی توان همه آنها را نام برد.
حدوداً در ۱۰۰ سال گذشته بخش زیادی از این ماده را از طریق منابع طبیعی تولید می کردند اما این روزها تولید آنها با استفاده از منابع مصنوعی انجام می شود که آسان تر است.
کاربرد آنها بسیار زیاد است. به خاطر همین در چرخه اقتصادی بسیار تاثیرگذار است. اسید سیتریک آبدار یا خشک از خیلی از مخمرها، قارچ ها و باکتری ها تولید می شود و به عنوان یک ماده خیلی کاربردی در خیلی از صنایع و کارخانجات از آن استفاده می کنند که باعث حفظ تعادل در مواد شیمیایی می شود اما سوال اینجاست که چه روش هایی برای بهینه‌سازی تولید اسید سیتریک وجود دارد.
طرز تهیه اسید سیتریک
مسئله ای که مهمتر از نحوه استفاده از اسید سیتریک (اسید سیتریک خشک) است، طرز تهیه آن است. اسید سیتریک کاربردهای بسیار گسترده ای دارد. به خاطر همین پتانسیل اقتصادی در آن خیلی زیاد است. معمولاً آن را با تخمیر میکروبی تولید می کنند. به خاطر اینکه سطح تقاضای آن در بازارهای در حال رشد بسیار زیاد است. باید تکنیک ها و روش ها و راه حل های زیادی استفاده شود تا بتوانند سطح تولید و کارایی آن را افزایش دهند. روش های مختلفی برای تولید صنعتی آنها وجود دارد که در ادامه به آنها اشاره می کنیم.
تخمیر میکروبی
اولین روشی که برای تولید این ماده استفاده می کنند، تخمیر میکروبی است. به خاطر اینکه پتانسیل بالایی برای تولید اسیدهای آلی دارند، در واقع توانایی ذاتی آنها به این صورت است که باعث ایجاد یک مزیت بزرگ زیست محیطی برای قارچ ها می شوند.
سطح قلیایی آنها از بازه سه تا بازه ۵ باعث می شود که رشد آنها به خوبی انجام گردد. وجود آنها باعث تحریک تولید اسیدهای آلی می شود. بعضی از آنها هم بستر تولید کربن به اسید را فراهم می کنند. برای ساخت آنها از مقیاس های خیلی بزرگی استفاده می کنند.
در گذشته به خاطر اینکه مواد اولیه آنها خیلی گران قیمت بود یا فرایند تولید آنها پیچیده بود، به خاطر همین از این روش برای تولیدشان استفاده نمی کردند.
کار با این مواد خیلی سخت نیست یا نحوه تولید آن خیلی پیچیده نیست. فقط باید به این موضوع توجه داشت که برای تولیدشان از طریق تخمیر میکروبی باید مواد اولیه ارزان قیمت را تخمیر کرد و بعد به بازدهی بالایی از آنها رسید.
واکنش های شیمیایی
روش دیگری که برای تهیه و بهینه سازی تولید اسید سیتریک وجود دارد، از طریق واکنش های شیمیایی است. اولین بار در سال ۱۸۸۰ از گلیسرول به عنوان ماده شیمیایی آغازین استفاده کردند و آن را سنتز کردند تا بتوانند اسیدیک را تولید کنند. در آن زمان این روش نسبت به روش تخمیری از لحاظ اقتصادی خیلی به صرفه نبود و کمتر به سراغ آن می رفتند. در نتیجه هنوز تخمیر میکروبی روش موفقیت آمیزتری نسبت به واکنش شیمیایی شناخته می شد. روند بازار در آن زمان به این شکل بود که تقاضای جهانی برای تولید اسید سیتریک افزایش پیدا کرد. در نتیجه شرکت ها به دنبال این بودند که تولید اسید سیتریک را افزایش دهند و به سراغ روش هایی بروند که با محیط زیست سازگار باشد و بازدهی تولید بیشتری داشته باشد.
روش طبیعی
از دیگر روش هایی که برای تولید اسید سیتریک مورد استفاده قرار می گیرد، روش طبیعی است. در سال ۱۷۸۴ این ماده را از آبلیمو تولید کردند. یک شیمی دان سوئدی استخراج آن را از آبلیمو انجام داد که برای تولید تجاری آن خیلی مورد توجه قرار گرفت. یعنی لیموها را از کشور ایتالیا وارد می کردند و اسید سیتریک را از آن استخراج می کردند و تا اواخر قرن نوزدهم هم از این روش طبیعی استفاده می کردند. در واقع به عنوان تنها منبع تجاری بود که برای تولید اسید سیتریک به سراغ آن می رفتند که کم کم روش‌ها باز تغییر پیدا کرد.
بررسی روش های تولید اسید سیتریک
بالاتر ۳ روش را برای بهینه سازی تولید اسید سیتریک به شما توضیح دادیم. حال می خواهیم آنها را بررسی کنیم. اسید سیتریک نه تنها با واکنش‌های شیمیایی بلکه با از طریق مواد طبیعی هم تولید می شود. برای اولین بار این ماده را در سال ۱۸۸۰ با استفاده از گلیسرول تولید کردند که بالاتر به شما گفتیم که از لحاظ اقتصادی گزینه خوبی نبود. به خاطر همین این گزینه را تقریبا حذف کردند. بعدها به دنبال روش های دیگری رفتند تا بتوانند در صنایع مختلف از کاربردهای آن بیشتر استفاده کنند، زیرا تقاضا برای تولید اسید سیتریک خیلی افزایش پیدا کرده بود.
در سال ۲۰۰۷ حدوداً ۱.۶ میلیون تن در سال اسید سیتریک تولید کردند که تقاضای آن بین سه و نیم تا ۴ درصد نسبت به سال قبل بیشتر شده بود. اسید سیتریک در خیلی از صنایع مختلف از جمله صنایع آرایشی بهداشتی، دارویی و مواد شوینده مورد استفاده قرار می گرفت اما هیچ کدام از روش هایی که در بالا توضیح دادیم، برای بهینه سازی تولید اسید سیتریک گزینه مناسبی نبود. در واقع آنها به گزینه هایی نیاز داشتند که از لحاظ اقتصادی به صرفه تر باشد، با محیط زیست سازگاری بیشتری داشته باشد و عملکرد تولید آن هم بالاتر از این روش ها باشد.
بهینه‌سازی تولید اسید سیتریک از طریق گونه قارچی آسپر ژیلوس نایجر
لازم به ذکر است که یکی از مهمترین قارچ هایی که در میکروبیولوژی صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد، گونه قارچی آسپرژیلوس نایجر است. سال های طولانی است که از آن برای تولید تجاری اسید سیتریک استفاده می کنند. به خاطر اینکه سطح تقاضای جهانی هر سال بیشتر از قبل برای این ماده افزایش پیدا می کند و خیلی سریع تر هم رشد می کند. به همین دلیل برای فرایندهای اقتصادی حتماً باید بیشتر از این ماده استفاده شود. این گونه قارچی یعنی همان آسپرژیلوس نایجر برای تولید اسید سیتریک مورد استفاده قرار می گیرد. به خاطر این است که سیستم آنزیمی پیشرفته ای در این ارگانیسم وجود دارد. در نتیجه از آن می توان در انواع و اقسام بسترها استفاده کرد.
برای مشاهده اسید فسفریک بر روی لینک کلیک کنید.
البته در ۳۰ سال گذشته برای فرایندهای تخمیر اسید سیتریک هم استفاده از مخمرها مورد توجه قرار گرفته است. یکی دیگر از تولید کنندگان بالقوه اسید سیتریک در بین گونه های مخمر هم ماده دیگری به نام Yarrowia lipolytica است که در بهینه سازی تولید اسید سیتریک از آن استفاده می کنند.
جمع بندی
مواد مختلفی مانند اسید سیتریک، تری استین اسکوربیک اسید و موادی از این قبیل در صنعت شیمیایی وجود دارند که می توانند تاثیرات بسیار مثبت و موثری برای مواد غذایی، محصولات آرایشی بهداشتی و خیلی از صنایع مختلف دیگر داشته باشند. ما در این مبحث راجع به بهینه سازی تولید اسید سیتریک صحبت کردیم، زیرا تقاضا برای آن بسیار زیاد است. در نتیجه باید از روش های تولید استفاده شود که از لحاظ اقتصادی خیلی به صرفه تر و تاثیرگذارتر باشد.
