چگونه اسید سیتریک تولید می شود؟

تولید اسید سیتریک

برای تولید اسید سیتریک ۹۹ درصد، از طریق منابع مصنوعی ( تخمیر میکروبی و واکنش شیمیایی) ساخته می شود و فقط یک درصد آن به طور طبیعی (میوه مرکبات) ساخته می شود.

اسید سیتریک یک اسید آلی ضعیف است که فرمول شیمیایی C6H8O7 دارد. اسید سیتریک بیشتر به عنوان یک اسید بی آب یا مونوهیدرات به فروش می رسد و حدود ۷۰٪ از کل تولید ۱٫۵ میلیون تن در سال در صنایع غذایی و آشامیدنی به عنوان یک اسیدکننده یا آنتی اکسیدان به منظور حفظ یا تقویت طعم و عطر آب میوه، بستنی و مارمالاد و… مورد استفاده قرار می گیرد.  ۲۰٪  اسید سیتریک در صنایع داروسازی به عنوان آنتی اکسیدان برای حفظ ویتامین ها، جوش آورنده، اصلاح کنندهPH ، نگهدارنده خون یا به شکل سیترات آهن به عنوان منبع آهن برای بدن و همچنین در قرص ها، پمادها و مواد آرایشی مورد استفاده قرار می گیرد. ۱۰ درصد اسید سیتریک در صنایع شیمیایی مورد استفاده قرار می گیرد، به عنوان ماده کف سازی برای نرم کردن پارچه، در متالوژی از فلزهای خاصی به شکل سیترات و همچنین به دلیل اثر اتروفیک کمتر در صنایع شوینده به عنوان یک ماده جایگزین فسفات مورد استفاده قرار می گیرد و در سیمان نیز سختی های سیمان را کند می کند. سالانه بیش از دو میلیون تن اسید سیتریک تولید می شود. ظاهراً تا ۱۰۰ سال پیش هنوز بخش عمده ای از اسید سیتریک از منابع طبیعی تولید می شد. مونوهیدرات ها به دلیل کاربردهای بیشمار دارای پتانسیل اقتصادی بالایی است. امروزه یافتن یک منبع طبیعی در مقادیر تجاری تقریبا غیرممکن است.

 تعداد زیادی میکرو ارگانیسم از جمله باکتری ها، قارچ ها و مخمرها برای تولید مونوهیدرات استفاده شده اند. با این حال بسیاری از آنها قادر به بازده قابل قبول تجاری نیستند. این واقعیت را می توان با این واقعیت توضیح داد که اسید سیتریک یک متابولیت متابولیسم انرژی است و تجمع آن فقط در شرایط عدم تعادل شدید به مقدار قابل توجهی افزایش می یابد. مهمترین مزایای استفاده از این میکرو ارگانیسم ها عبارتند از: (الف) سهولت در استفاده از آن ، (ب) توانایی آن برای تخمیر انواع مواد اولیه ارزان و (ج) بازده بالا.

 بیشتر آن توسط تخمیر میکروبی با استفاده از Aspergillus niger تولید می شود. این امر به دلیل این واقعیت است که این ارگانیسم به دلیل داشتن سیستم آنزیمی خوب توسعه یافته، توانایی استفاده از انواع بسترها را دارد.

 با توجه به افزایش تقاضا و بازارهای رو به رشد، همیشه نیاز به کشف و توسعه تکنیک ها و راهکارهای تولید بهتر برای بهبود بازده تولید و کارایی بازیابی محصول است. برای حمایت از مقیاس عظیم تولید، ضروری و مهم است که فرآیند تولید با استفاده از زباله های زراعی و صنعتی به راحتی در دسترس و ارزان و ضمن حفظ بازده تولید بالا، سازگار با محیط زیست باشد. 

تولید اسید سیتریک

روش های تولید صنعتی اسید سیتریک:

۱- تولید اسید سیتریک از طریق تخمیر میکروبی:

قارچ های Aspergillus niger به دلیل پتانسیل بالای تولید بیش از حد اسیدهای آلی به خوبی شناخته شده اند. این میکروارگانیسم ها توانایی ذاتی در تجمع این مواد را دارند و به طور کلی اعتقاد بر این است که این قارچ یک مزیت زیست محیطی را در اختیار قارچ ها قرار می دهد، زیرا در pH 3 تا ۵ به خوبی رشد می کنند، در حالی که برخی از گونه ها حتی مقادیر pH حداقل ۱٫۵ را نیز تحمل می کنند. تولید اسیدهای آلی را می توان تحریک کرد و در تعدادی از موارد شرایطی پیدا شده است که منجر به تبدیل تقریباً کمی بستر کربن به اسید می شود. در ساخت اسید سیتریک در مقیاس بزرگ مورد استفاده قرار می گیرد.  در گذشته سنتز شیمیایی اسید سیتریک با توجه به مواد اولیه گران و فرایند پیچیده و با عملکرد کم امکان پذیر بود، اما مناسب نبود. کشف انباشت سیترات توسط Aspergillus niger منجر به توسعه سریع فرآیند تخمیر شد وامروزه بخش بزرگی از تولید جهانی را به خود اختصاص داده است. کار با آن آسان است، می تواند مواد اولیه ارزان قیمت را تخمیر کند و بازده بالایی را به همراه آورد. به این ترتیب، سویه های این میکروارگانیسم می توانند برای ایجاد سویه های صنعتی جهت استفاده در تولید تجاری بهبود یافته و جهش زایی و انتخاب کرنش برای چنین پیشرفتی انجام شود. جهش های مختلفی از جمله تابش اشعه ماوراء بنفش، اشعه ایکس و گاما و مواد شیمیایی مانند اتیل متان سولفونات و دی اتیل سولفونات برای القای جهش Aspergillus niger استفاده می شود.

۲- تهیه اسید سیتریک از طریق واکنش های شیمیایی:


اسید سیتریک همچنین می تواند با واکنشهای شیمیایی کاملاً تولید شود. اسید سیتریک برای اولین بار در سال ۱۸۸۰ توسط Grimaux و Adam با استفاده از گلیسرول به عنوان ماده آغازین شیمیایی سنتز شد، اما این روش در مقایسه با سایر مسیرهای تولید مانند تخمیر، از نظر اقتصادی به اندازه کافی قابل رقابت نبود. بنابراین تخمیر میکروبی به عنوان یک انتخاب برای تخمیر اسید سیتریک موفقیت آمیزتر از مواد شیمیایی شناخته شد.

اساس روند بازار آشکار است که تقاضای جهانی اسید سیتریک افزایش خواهد یافت. از این رو، شرکتها به دنبال بهینه سازی تولید اسید سیتریک برای گزینه هایی که اقتصادی ترو سازگار با محیط زیست، هستند و بازده تولید بالاتری نسبت به روش های فعلی دارند.

۳- تولید اسید سیتریک از طریق طبیعی:

روش استخراج اسید سیتریک از آب لیمو در سال ۱۷۸۴ توسط یک شیمی دان سوئدی، کارل ویلهلم شل (۱۷۴۲-۱۷۴۲) انجام شد. این روش در انگلستان در حدود سال ۱۸۲۶ برای تولید تجاری اسید سیتریک با استفاده از لیموهای وارد شده از ایتالیا پذیرفته شد. این روش تا اواخر قرن نوزدهم انحصار خود را به عنوان تنها منبع تجاری برای تولید اسید سیتریک حفظ کرده است.  

دیدگاه ها بسته شده است