Proizvodnja limunske kiseline: priprema, proces i proizvod

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zadnja izmjena: 2023-12-17 10:20

Limunska kiselina otkrivena je prije nekoliko stotina godina, ali o povijesti njene punopravne proizvodnje u industrijskim postrojenjima može se govoriti tek od 1919. godine. Od tog trenutka tehnolozi su počeli primjenjivati mikrobiološke procese, čiji razvoj nije stao do danas. Istovremeno, moderna proizvodnja limunske kiseline je heterogena i uključuje različite načine proizvodnje finalnog proizvoda. Izbor jedne ili druge metode određen je ne samo karakteristikama sirovina određenog preduzeća, 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 ne koristi samo za ispravljanje okusa. Ovisno o tehnologiji proizvodnje, može produžiti rok trajanja ciljanog proizvoda. Sa ove tačke gledišta, proizvodnja limunakiseline u Rusiji mogu se staviti u rang sa tehnologijama za proizvodnju askorbinske, sirćetne i mliječne kiseline, kao i sa njihovim derivatima.

Prema stručnjacima, zbog svojih kvaliteta antioksidansa i antioksidativnog sinergista, limunska kiselina se danas koristi u gotovo polovini svih proizvedenih prehrambenih proizvoda. Popularnosti ovog sredstva za kiseljenje doprinose i njegova gastronomska svojstva. Ova kiselina ima ugodan i blag okus - barem u poređenju sa alternativnim proizvodima ove vrste. Posebno se ove osobine manifestuju u pićima i konditorskim proizvodima. Postoji i široka grupa soli koje se dobijaju u uslovima mikrobiološke proizvodnje limunske kiseline – posebno, natrijum citrat se tada može koristiti kao so za topljenje. Prednosti natrijum citrata uključuju mogućnost dobijanja u čvrstom obliku, kao i isključenje iritativnog dejstva kada se izloži na sluzokože probavnog i respiratornog sistema.

Industrijska proizvodnja proizvoda

Naziv limunska kiselina skreće pažnju na agrume, međutim, ova kiselina je prisutna u različitom stepenu u svakom voću, pamuku i iglicama. Ipak, prvi proizvodni pogoni organizovani su upravo na bazi prerade limunovog soka. Dvadesetih godina prošlog vijeka na ovaj način se dobivalo oko 25% ukupne proizvodnje. Istovremeno, sama tehnologija proizvodnje bila je neracionalna, jer se od 1 tone limuna dobija oko 25 kg čistog proizvoda. Danas se organizuje proizvodnja prehrambene limunske kiselinena tehnološkim i resursno intenzivnijim metodama, koje uključuju upotrebu fundamentalno novih aditiva poput melase i gljivica plijesni. Inače, to određuje i logističke odluke o lokaciji proizvodnje natrijum citrata u blizini šećerana.

Pri tome se ne može reći da se takva proizvodnja po definiciji opravdava u uslovima velike potražnje. Činjenica je da sa povećanjem obradivosti procesa proizvodnje raste i oprema, što znači povećanje troškova tehničke opreme i održavanja kapaciteta. Stoga je nemoguće bez dobro osmišljenog poslovnog plana za proizvodnju limunske kiseline, koji bi ukazao na sve aspekte organizacionih i ekonomskih aktivnosti preduzeća. Uz projektno rješenje za opremanje proizvodne opreme i razvoj logističkih modela sa ekonomskom opravdanošću, bit će potrebno odrediti i optimalnu formulaciju finalnog proizvoda kako bi mogao konkurirati u određenoj niši na tržištu. Ovome vrijedi dodati izmjenu strogih sanitarno-higijenskih standarda koji reguliraju gotovo sve tehnološke nijanse dobijanja ove kiseline.

Fizičko-hemijska prezentacija tehnologije

Savremeni procesi za proizvodnju limunske kiseline uglavnom se zasnivaju na hidrolizi škrobne suspenzije, koja uključuje do 30% mase suvih elemenata sa amilolitičkom sposobnošću. Može im se dodati škrob mineralnih soli sa sulfatima bakra, cinka i željeza. Ova baza se zatim podvrgava fermentaciji u hranljivom mediju od strane gljivica plijesni.

Kao rezultat fermentacije i izolacije biomase gljivica, formira se rastvor kulture, koji u početku sadrži do 85% limunske kiseline. Karakteristična karakteristika enzima otpornih na kiseline dobijenih 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 laboratoriji širokim spektrom indikatora kvaliteta, uključujući amilolitičku aktivnost rastvora kulture.

Tehnologije za pravljenje "limuna"

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

1. Optimizirani procesi za tehnološku pripremu sirovina kako bi se osigurali potrebni uslovi za kiselu fermentacijsku sredinu.
2. Razmnožavanje spora u posebno organizovanim uslovima.
3. Proces 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 uglavnomstepeni određuju konačni kvalitet 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 natrijum citrat dihidrat. Hemikalije također mogu biti regulirane.

Procesna oprema

Optimizirani format tehničkog uređenja modernih postrojenja za proizvodnju limunske kiseline podrazumijeva korištenje biotehnoloških instalacija. U prosjeku, kapacitet ovakvog rješenja za izračunavanje obima proizvodnje je 200-250 tona godišnje, ostavljajući pritom široke mogućnosti za dobijanje modificiranih proizvoda na bazi različitih izvora sirovina. Osnovni sastav ove opreme za proizvodnju limunske kiseline uključuje sljedeće reaktorske i kapacitivne uređaje:

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

Provedba projekta biotehnološke instalacije omogućava nam da obezbijedimo puni proizvodni ciklus, lokalno snabdijevanje regionalnih potrošača u potpunosti uz minimalno učešće toplotnih i energetskih resursa.

Hardversko-tehnološko rešenje ovog tipa karakteriše upotreba sojeva proizvođača, što dovodi do početno niske cene proizvoda. Ovu tehnologiju za proizvodnju limunske kiseline karakterizira i prihvatljiv nivo čistoće okoliša za okoliš i toksične sigurnosti za radnike.

Što se tiče kvaliteta proizvoda, on zadovoljava međunarodne standarde prehrambene industrije. Druga stvar je da je moguće puštanje u prodaju i tehničkog proizvoda namijenjenog, posebno, za deterdžente.

Priprema sirovina za proizvodnju limunske kiseline

Sirovine ulaze u proizvodni proces nakon posebne obrade. Njegov metod i parametri određuju ne samo svojstva sirovina, već i zahtjevi za proizvod. Uzima se u obzir i mogućnost proizvodnje derivata od natrijum 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 kompozicije pomoću žute krvne soli. Bez dalje obrade, ova sol u kiselini može djelovati kao inhibitor izocitrat dehidrogenaze.

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

U proizvodnji modifikovanih derivata limunske kiseline potrebna je i posebna priprema sirovina. U ovom slučaju mogu se koristiti i dodatne inkluzije, uključujući etil alkohol, tehničke i međuproizvode koji sadrže etanol sa otpadom iz destilerija. Zauzvrat, proizvodnja limunske kiseline iz melase će biti dopunjena procesima bistrenja, sterilizacije i ključanja heksacijanoferata.

Kada se koriste hidrolizati škroba sa umjerenim sadržajem nečistoća, priprema sirovine će morati uključivati postupak dekacionizacije i kontinuiranu operaciju sterilizacije.

Organizacija procesa razmnožavanja spora

Efikasni mikrobiološki procesi zahtevaju dobro pripremljeno seme. U sintezi kiselina, ovaj materijal u obliku spora se unosi u fermentacioni rezervoar na samom početku procesa proizvodnje. U optimiziranom obliku, tehnologija proizvodnje limunske kiseline na bazi melase posebno predviđa pripremu spora za oplemenjivanje, u okviru čega se vrši i ispitivanje. Ako je planirana dugoročna proizvodnja, spore se suše. To je neophodno kako za dugotrajno očuvanje njihovih funkcionalnih kvaliteta tako i za uspješno doziranje.

U sljedećem koraku pripremaju se supstrati, uključujući saharozu, glukozu iliskrob. Materijali koji sadrže škrob se prvo sahariziraju da bi se pretvorili u glukozu, koja se koristi kao soj za proizvodnju.

Pošto nivo nečistoća u svim fazama prerade sirovina i supstrata može biti previsok, mnogi proizvođači razvijaju posebne metode za primarno prečišćavanje ovih materijala. Na primjer, dalja prerada škrobnog hidrolizata za limunsku kiselinu u proizvodnji hrane može uključivati korake odsoljavanja. Isti postupci sterilizacije i ključanja uz mehaničku filtraciju mogu se pripisati univerzalnim i najpristupačnijim metodama pročišćavanja od nečistoća.

Proces fermentacije i proizvodnja kiseline

U modernim tehnologijama za obezbeđivanje procesa fermentacije koriste se specijalni fermentori za mjehuriće, koji se biraju prema pripremljenim sojevima gljivica plijesni o kojima je bilo riječi. Selekcija se vrši zajedno sa testiranjem prema određenim parametrima, što omogućava organizovanje fermentacije prema individualnim konfiguracijama, uzimajući u obzir karakteristike upotrebljenih sirovina. Tehnološki najnapredniji procesi za proizvodnju limunske kiseline uključuju i alate za regulaciju metaboličke aktivnosti mikroorganizama koji bubre.

U fazi izolacije kiseline, zadatak je da se dobije rastvor iz medijuma za fermentaciju sa početnim nivoom prečišćavanja. Da bi se povećao stepen prečišćavanja, smeša za generisanje mora biti na odgovarajući način pripremljena. Konkretno, prolazi kroz sljedeće procesepredtretman:

1. Procedura razdvajanja i poravnanja.
2. Operacija odvajanja micelija.
3. Odvajanje kalcijum sulfata i razgradnja fermentacijske mase.

Za odvajanje suhih ostataka u modernim industrijama koriste se trakasti filteri sa automatskom kontrolom. Takođe, za organizaciju procesa filtracije sedimenta koriste se specijalne centrifuge i separatori sa elektronskim kontrolnim sistemima, čime se povećava tačnost obrade materijala.

Pročišćavanje rezultirajuće limunske kiseline

Završna faza proizvodnje koja uključuje složenu obradu već primljenog proizvoda. Ovaj proces koristi aktivni ugljen sa smolama za izmjenu anjona i katjona. Tehnologija takvog prečišćavanja 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 sa fluidnim slojem.
5. Procedura prosijavanja.

Isparavanje se vrši u višestepenoj jedinici isparivača sa padajućim tečnim filmom. Kao rezultat ovog procesa postiže se potreban koeficijent isparavanja bez smanjenja potrošačkih svojstava limunske kiseline. Potrošnja energetskih resursa u ovoj fazi može se značajno smanjiti zahvaljujući obezbjeđivanju termičke kompresije na paru.

Što se tiče kristalizacije, ovaj proces proizvodnje limunske kiseline se odvija uz prisilnu cirkulaciju. U nekimU tehničkim konfiguracijama pogona prehrambene industrije, vakuum kristalizatori su projektovani na istoj strukturnoj osnovi zajedno sa uređajima za proizvodnju modifikovanih i derivata natrijum citrata. Na primjer, slična oprema se koristi u proizvodnji dehidriranih proizvoda i monohidrata limunske kiseline.

Nije poslednja vrednost u fazi prečišćavanja operacija reciklaže fermentacionog rastvora, u kojoj se vrši odvajanje enzima materice iz suspenzije koja sadrži kristale. Tehnički, ovaj postupak se izvodi kontinuiranom centrifugom, što omogućava finu kontrolu karakteristika finalnog proizvoda.

Završni procesi sušenja i prosijavanja zahtevaju delikatno rukovanje dobijenim i prečišćenim proizvodom. U ovoj fazi, zahtjevi za oblikom oslobađanja limunske kiseline će igrati ulogu - na primjer, frakcioniranje se izvodi prema projektovanoj veličini čestica.

Domaće tržište limunske kiseline

Glavni učesnici u ovom segmentu na tržištu ruske prehrambene industrije su proizvođači iz Kine, koji kontrolišu skoro polovinu ukupne proizvodnje. Ali značajan udio imaju i ruske fabrike za proizvodnju limunske kiseline, među kojima posebno mjesto zauzima preduzeće Citrobel koje se nalazi u Belgorodu. Zapravo, ovo je gotovo jedina domaća fabrika sa kapacitetima svjetske klase. Komercijalne organizacije u prehrambenom sektoru aktivno sarađuju sa fabrikama uu inostranstvu. U tom pravcu se ističu ukrajinska i beloruska šećerana, koje se nalaze u Smili i Skidelu, respektivno.

Prema stručnjacima, ruska limunska kiselina ispunjava regulatorne zahtjeve GOST-a i standarda za dizajn ambalaže. Ovo je jedna od prednosti koja omogućava domaćim fabrikama limunske kiseline u Rusiji da uspješno konkuriraju kineskim preduzećima. Dakle, u poređenju sa Citrobelom, koji obezbeđuje zalihe limunske kiseline konstantno visokog kvaliteta, proizvođači iz Nebeskog carstva ne garantuju uvek da proizvodi zadovoljavaju stroge standarde, što se odražava i na cene. Razlika je određena nivoom proizvođača i distribucijske mreže. Istovremeno, čak i u isporukama velikih kompanija, karakteristike limunske kiseline u jednoj seriji su heterogene i mogu varirati. To potvrđuju i pregledi potrošača, gdje se navode pritužbe na rastvorljivost i sadržaj vlage u proizvodu.

Zaključak

Danas je obim proizvodnje svjetskih proizvođača limunske kiseline oko 800.000 tona godišnje. Ovako visok prinos ovog sektora je zbog činjenice da je niz industrija zainteresovanih za upotrebu zakiseljača, uključujući tradicionalne segmente prehrambene industrije i hemijsku i farmaceutsku sferu. Štaviše, derivati takvih kiselina danas nalaze primjenu čak iu odbrambenoj i elektronskoj industriji, a da ne spominjemo poljoprivredu i druge industrije gdje je tražena tehnička funkcija limunske kiseline.enzimi. S tim u vezi, može se primijetiti praksa korištenja natrijum citrata kao zamjene za aktivna pomoćna sredstva i sintetičke deterdžente.

Ako govorimo o proizvodnji limunske kiseline u Rusiji, onda su na nivou vlade poslednjih godina preduzeti koraci u zaštiti domaćeg tržišta kako bi se stimulisala preduzeća koja posluju u ovoj oblasti. Ali budući da je tvornica u Belgorodu i dalje jedini veliki dobavljač limunske kiseline, ponekad postoji nedostatak proizvoda. Kao izlaz, stručnjaci su predložili izmjenu carinskih propisa, prema kojima su prioritet uvoza stranih zakiseljača davale evropske kompanije koje garantuju odgovarajući kvalitet proizvoda. Limunska kiselina velikih biohemijskih proizvođača u Japanu, Švajcarskoj i Nemačkoj je superiornija u kvalitetu u odnosu na domaće proizvode, ali su cene previsoke, tako da fabrika Citrobel ostaje konkurentna bez ugrožavanja potreba potrošača.