Proizvodnja limunske kiseline: priprema, proces i proizvod

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zadnja promjena: 2023-12-17 10:29

Limunska kiselina otkrivena je prije nekoliko stotina godina, ali o povijesti njezine punopravne proizvodnje u industrijskim pogonima može se govoriti tek od 1919. godine. Od tog trenutka tehnolozi su počeli primjenjivati mikrobiološke procese, čiji razvoj nije stao do danas. Istovremeno, suvremena proizvodnja limunske kiseline je heterogena i uključuje različite načine proizvodnje konačnog proizvoda. Izbor jedne ili druge metode određen je ne samo karakteristikama sirovina određenog poduzeća, već i zahtjevima ciljnog potrošačkog tržišta.

Uvod u limunsku kiselinu

Kao regulator kiselosti, ovaj proizvod se aktivno koristi u prehrambenoj industriji. Ali limunska kiselina se koristi ne samo za ispravljanje okusa. Ovisno o tehnologiji proizvodnje, može povećati rok trajanja ciljanog proizvoda. S ove točke gledišta, proizvodnja limunakiseline u Rusiji mogu se staviti u rang s tehnologijama za proizvodnju askorbinske, octene i mliječne kiseline, kao i s njihovim derivatima.

Prema stručnjacima, zbog svojih kvaliteta antioksidansa i antioksidativnog sinergista, limunska kiselina se danas koristi u gotovo polovici svih proizvedenih prehrambenih proizvoda. Popularnosti ovog sredstva za kiseljenje doprinose i njegova gastronomska svojstva. Ova kiselina ima ugodan i blag okus - barem u usporedbi s alternativnim proizvodima ove vrste. Posebno se ove kvalitete očituju u pićima i slasticama. Postoji i široka skupina soli koje se dobivaju u uvjetima mikrobiološke proizvodnje limunske kiseline – posebno se natrijev citrat može koristiti kao sol za taljenje. Prednosti natrijevog citrata uključuju mogućnost dobivanja u čvrstom obliku, kao i isključenje nadražujućeg djelovanja na sluznicu probavnog i dišnog sustava.

Industrijska proizvodnja proizvoda

Naziv limunska kiselina skreće pažnju na agrume, međutim, ova kiselina je prisutna u različitim stupnjevima u svim vrstama voća, pamuka i iglica. Ipak, prvi proizvodni pogoni organizirani su upravo na bazi prerade limunovog soka. Dvadesetih godina prošlog stoljeća na taj se način dobivalo oko 25% cjelokupne proizvodnje. Istodobno, sama tehnologija proizvodnje bila je neracionalna, jer se od 1 tone limuna dobiva oko 25 kg čistog proizvoda. Danas se organizira proizvodnja prehrambene limunske kiselinena više tehnoloških i resursno intenzivnih metoda, koje uključuju korištenje temeljno novih aditiva poput melase i gljivica plijesni. Inače, to određuje i logističke odluke o lokaciji proizvodnje natrijevog citrata u blizini tvornica šećera.

Pritom se ne može reći da se takva proizvodnja po definiciji opravdava u uvjetima velike potražnje. Činjenica je da povećanjem tehnološkosti proizvodnog procesa raste i oprema, što znači povećanje cijene tehničke opreme i održavanja kapaciteta. Stoga je nemoguće bez dobro osmišljenog poslovnog plana za proizvodnju limunske kiseline, koji bi ukazivao na sve aspekte organizacijskih i gospodarskih aktivnosti poduzeća. Uz projektno rješenje za opremanje proizvodne opreme i razvoj logističkih modela s ekonomskom opravdanošću bit će potrebno odrediti i optimalnu formulaciju konačnog proizvoda kako bi mogao konkurirati u određenoj niši na tržištu. Ovome vrijedi dodati dopunu strogih sanitarno-higijenskih standarda koji reguliraju gotovo sve tehnološke nijanse dobivanja ove kiseline.

Fizičko-kemijski prikaz tehnologije

Moderni procesi za proizvodnju limunske kiseline uglavnom se temelje na hidrolizi škrobne suspenzije, koja uključuje do 30% mase suhih elemenata s amilolitičkom sposobnošću. Može im se dodati škrob mineralnih soli sa sulfatima bakra, cinka i željeza. Ova baza naknadno prolazi kroz fermentaciju u hranjivom mediju pomoću gljivice plijesni.

Kao rezultat fermentacije i izolacije biomase gljiva nastaje otopina kulture koja u početku sadrži do 85% limunske kiseline. Karakteristična značajka enzima otpornih na kiselinu dobivenih u ovoj fazi je povećana amilolitička aktivnost. Prije svega, ovo se tiče glukoamilaze i amilaze.

Tehnički rezultat proizvodnje limunske kiseline nakon prolaska kroz pomoćne operacije ocjenjuje se u laboratoriju širokim rasponom pokazatelja kvalitete, uključujući amilolitičku aktivnost otopine kulture.

Tehnologije za izradu "limuna"

Proces proizvodnje se odvija u nekoliko tehnoloških faza na različitoj opremi. Iako postoje različite konfiguracije za uređenje tvorničkih objekata – uključujući monoblok i montažne modularne. Među glavnim procesima na kojima se temelji moderna tehnologija proizvodnje limunske kiseline mogu se izdvojiti:

1. Optimizirani procesi za tehnološku pripremu sirovina kako bi se osigurali potrebni uvjeti za kiselo fermentacijsko okruženje.
2. Razmnožavanje spora u posebno organiziranim uvjetima.
3. Postupak fermentacije prema karakteristikama specifičnih sirovina.
4. Ako je potrebno, prilagodite sve ili pojedinačne sirovine za procese fermentacije.
5. Odvajanje kiseline iz fermentacijskih otopina. Usput, metode razdvajanja su uglavnomstupnjevi određuju konačnu kvalitetu proizvoda.
6. Pročišćavanje i kristalizacija rezultirajuće kiseline. U ovoj fazi otvaraju se mogućnosti za modifikaciju proizvoda i proizvodnju drugih verzija kiseline u različitim konfiguracijama. Na primjer, kao dio opće proizvodnje limunske kiseline, mogu se proizvoditi sirupi, monohidrat, dehidrirane formulacije i natrijev citrat dihidrat. Kemikalije također mogu biti regulirane.

Procesna oprema

Optimizirani format tehničkog uređenja suvremenih postrojenja za proizvodnju limunske kiseline podrazumijeva korištenje biotehnoloških instalacija. U prosjeku, kapacitet takvog rješenja za izračun volumena proizvodnje je 200-250 tona godišnje, ostavljajući pritom široke mogućnosti za dobivanje modificiranih proizvoda na temelju različitih izvora sirovina. Osnovni sastav ove opreme za proizvodnju limunske kiseline uključuje sljedeće reaktore i kapacitivne uređaje:

1. Fermenteri.
2. Isparivači.
3. Filteri.
4. sušilice.
5. Kristalizatori.
6. Infrastruktura za podršku logističkim operacijama.

Provedba projekta biotehnološke instalacije omogućuje nam da osiguramo puni proizvodni ciklus, lokalno opskrbljujući regionalne potrošače u cijelosti uz minimalan angažman toplinskih i energetskih resursa.

Hardversko-tehnološko rješenje ovog tipa karakterizira korištenje sojeva proizvođača, što dovodi do početno niske cijene proizvoda. Ovu tehnologiju za proizvodnju limunske kiseline također karakterizira prihvatljiva razina čistoće okoliša za okoliš i toksična sigurnost za radnike.

Što se tiče kvalitete proizvoda, on zadovoljava međunarodne standarde prehrambene industrije. Druga stvar je da je također moguće izdati tehnički proizvod namijenjen, posebno za deterdžente.

Priprema sirovina za proizvodnju limunske kiseline

Sirovine ulaze u proizvodni proces nakon posebne obrade. Njegovu metodu i parametre određuju ne samo svojstva sirovina, već i zahtjevi za proizvod. Također se uzima u obzir mogućnost proizvodnje derivata od natrijevog citrata.

Na ovaj ili onaj način, glavna sirovina za proizvodnju limunske kiseline je melasa, koja sadrži optimalan omjer željeza. Što se tiče njegove obrade, glavni korak u ovom procesu je predfermentacija, koja je neophodna za taloženje pripravka pomoću žute krvne soli. Bez daljnje obrade, ova sol u kiselini može djelovati kao inhibitor izocitrat dehidrogenaze.

Druga komponenta koja se može koristiti kao sirovinska baza je gljiva Aspergillus Niger. Postavlja se pitanje - zašto se u uvjetima suvremenih tehnologija gljiva plijesni koristi za proizvodnju limunske kiseline? Najčešće je njegova upotreba potrebna kako bi se osigurala funkcija proizvođača. Njegova kemijska formula je optimalna zaprovođenje više procesa odjednom, koji su nemogući ili tehnološki neopravdani pri korištenju sintetskih nadomjestaka. Konkretno, govorimo o otapanju, solicizaciji i naknadnim postupcima odvajanja i pročišćavanja.

U proizvodnji modificiranih derivata limunske kiseline potrebna je i posebna priprema sirovina. U tom slučaju mogu se koristiti i dodatne inkluzije, uključujući etilni alkohol, tehničke i međuprodukte koji sadrže etanol s otpadom iz destilerija. Zauzvrat, proizvodnja limunske kiseline iz melase bit će nadopunjena procesima bistrenja, sterilizacije i kuhanja heksacijanoferata.

Kada se koriste škrobni hidrolizati s umjerenim sadržajem nečistoća, priprema sirovine mora uključivati postupak dekacionizacije i kontinuiranu sterilizaciju.

Organizacija procesa uzgoja spora

Učinkoviti mikrobiološki procesi zahtijevaju dobro pripremljeno sjeme. U sintezi kiselina, ovaj materijal u obliku spora se unosi u fermentacijski spremnik na samom početku procesa proizvodnje. U optimiziranom obliku, tehnologija proizvodnje limunske kiseline na bazi melase posebno predviđa pripremu spora za oplodnju, u sklopu koje se također obavlja ispitivanje. Ako se planira dugotrajna proizvodnja, spore se suše. To je potrebno kako za dugoročno očuvanje njihovih funkcionalnih kvaliteta tako i za uspješno doziranje.

U sljedećem koraku pripremaju se supstrati, uključujući saharozu, glukozu iliškrob. Materijali koji sadrže škrob prvo se sahariziraju kako bi se pretvorili u glukozu, koja se koristi kao proizvodni soj.

Budući da razina nečistoća u svim fazama prerade sirovina i supstrata može biti pretjerano visoka, mnogi proizvođači razvijaju posebne metode za primarno pročišćavanje ovih materijala. Na primjer, daljnja prerada škrobnog hidrolizata za limunsku kiselinu u proizvodnji hrane može uključivati korake odsoljavanja. Isti postupci sterilizacije i kuhanja uz mehaničku filtraciju mogu se pripisati univerzalnim i najpristupačnijim metodama pročišćavanja od nečistoća.

Proces fermentacije i proizvodnja kiseline

U suvremenim tehnologijama za osiguravanje procesa fermentacije koriste se posebni fermentori za mjehurić, koji se biraju prema pripremljenim sojevima gljivica plijesni o kojima je bilo riječi. Odabir se provodi zajedno s ispitivanjem prema određenim parametrima, što omogućuje organiziranje fermentacije prema individualnim konfiguracijama, uzimajući u obzir karakteristike korištenih sirovina. Tehnološki najnapredniji procesi za proizvodnju limunske kiseline također uključuju alate za regulaciju metaboličke aktivnosti mikroorganizama koji bubre.

U fazi izolacije kiseline, zadatak je dobiti otopinu iz medija za fermentaciju s početnom razinom pročišćavanja. Kako bi se povećao stupanj pročišćavanja, generirajuća smjesa mora biti prikladno pripremljena. Konkretno, prolazi kroz sljedeće procesepredtretman:

1. Procedura razdvajanja i namirenja.
2. Operacija odvajanja micelija.
3. Odvajanje kalcijevog sulfata i razgradnja fermentacijske mase.

Za odvajanje suhih ostataka u modernim industrijama koriste se trakasti filteri s automatskim upravljanjem. Također, za organizaciju procesa filtracije sedimenta koriste se posebne centrifuge i separatori s elektroničkim upravljačkim sustavima, čime se povećava točnost obrade materijala.

Pročišćavanje rezultirajuće limunske kiseline

Završna faza proizvodnje koja uključuje složenu obradu već primljenog proizvoda. Ovaj proces koristi aktivni ugljen s anionskim i kationskim izmjenjivačkim smolama. Tehnologija takvog pročišćavanja implementirana je u reaktorima s fiksnim slojem u nekoliko faza:

1. Proces isparavanja na određenoj temperaturi.
2. Kristalizacija u vakuumu.
3. Probir kristala u centrifugi.
4. Sušenje s fluidiziranim slojem.
5. Procedura prosijavanja.

Isparavanje se provodi u višestupanjskoj jedinici isparivača s padajućim tekućim filmom. Kao rezultat ovog procesa postiže se traženi koeficijent isparavanja bez smanjenja potrošačkih svojstava limunske kiseline. Potrošnja energetskih resursa u ovoj fazi može se značajno smanjiti zahvaljujući toplinskoj kompresiji na paru.

Što se tiče kristalizacije, ovaj proces proizvodnje limunske kiseline provodi se s prisilnom cirkulacijom. U nekimU tehničkim konfiguracijama pogona prehrambene industrije, vakuumski kristalizatori su projektirani na istoj strukturnoj osnovi zajedno s uređajima za proizvodnju modificiranog i derivata natrijevog citrata. Na primjer, slična oprema se koristi u proizvodnji dehidriranih proizvoda i monohidrata limunske kiseline.

Nije posljednja vrijednost u fazi pročišćavanja operacija recikliranja fermentacijske otopine, u kojoj se odvajaju enzimi maternice iz suspenzije koja sadrži kristale. Tehnički, ovaj se postupak provodi kontinuiranom centrifugom, što omogućuje finu kontrolu karakteristika konačnog proizvoda.

Završni procesi sušenja i prosijavanja zahtijevaju nježno rukovanje dobivenim i pročišćenim proizvodom. U ovoj fazi, zahtjevi za oblikom oslobađanja limunske kiseline će igrati ulogu - na primjer, frakcioniranje se izvodi prema projektiranoj veličini čestica.

Domaće tržište limunske kiseline

Glavni sudionici u ovom segmentu na tržištu ruske prehrambene industrije su proizvođači iz Kine, koji kontroliraju gotovo polovicu cjelokupne proizvodnje. No, značajan udio imaju i ruske tvornice za proizvodnju limunske kiseline, među kojima posebno mjesto zauzima poduzeće Citrobel smješteno u Belgorodu. Zapravo, ovo je gotovo jedina domaća tvornica s kapacitetima svjetske klase. Komercijalne organizacije u prehrambenom sektoru aktivno surađuju s tvornicama uu inozemstvu. U tom smjeru ističu se ukrajinska i bjeloruska tvornica šećera, smještena u Smili, odnosno Skidelu.

Prema stručnjacima, ruska limunska kiselina ispunjava regulatorne zahtjeve GOST-a i standarda za dizajn ambalaže. To je jedna od prednosti koja domaćim tvornicama limunske kiseline u Rusiji omogućuje da se uspješno natječu s kineskim poduzećima. Dakle, u usporedbi s Citrobelom, koji osigurava zalihe limunske kiseline konstantno visoke kvalitete, proizvođači iz Nebeskog Carstva ne jamče uvijek da proizvodi zadovoljavaju stroge standarde, što se odražava i na cijene. Razlika je određena razinom proizvođača i distribucijske mreže. Istodobno, čak i u isporukama velikih tvrtki, karakteristike limunske kiseline u jednoj seriji su heterogene i mogu varirati. To potvrđuju i recenzije potrošača, gdje se navode pritužbe na topljivost i sadržaj vlage u proizvodu.

Zaključak

Danas je obujam proizvodnje svjetskih proizvođača limunske kiseline oko 800.000 tona godišnje. Ovako visok povrat ovog sektora posljedica je činjenice da je niz industrija zainteresiranih za korištenje zakiseljača, uključujući tradicionalne segmente prehrambene industrije te kemijsku i farmaceutsku sferu. Štoviše, derivati takvih kiselina danas nalaze primjenu čak i u obrambenoj i elektroničkoj industriji, a da ne spominjemo poljoprivredu i druge industrije gdje je tražena tehnička funkcija limunske kiseline.enzimi. U tom smislu može se primijetiti praksa korištenja natrijevog citrata kao zamjene za aktivna pomoćna sredstva i sintetičke deterdžente.

Ako govorimo o proizvodnji limunske kiseline u Rusiji, onda su na razini vlade posljednjih godina poduzeti koraci za zaštitu domaćeg tržišta kako bi se stimulirala poduzeća koja posluju u ovom području. No budući da je tvornica u Belgorodu i dalje jedini glavni dobavljač limunske kiseline, ponekad postoji nedostatak proizvoda. Kao izlaz, stručnjaci su predložili izmjenu carinskih pravila, prema kojima su prioritet uvoza stranih zakiseljava imali europske tvrtke koje jamče odgovarajuću kvalitetu proizvoda. Limunska kiselina velikih biokemijskih proizvođača u Japanu, Švicarskoj i Njemačkoj kvalitetom je superiornija u odnosu na domaće proizvode, ali su cijene previsoke, tako da tvornica Citrobel ostaje konkurentna bez ugrožavanja potreba potrošača.