إنتاج حامض الستريك: التحضير والعملية والمنتج

2024 مؤلف: Howard Calhoun | [email protected]. آخر تعديل: 2023-12-17 10:18

تم اكتشاف حامض الستريك منذ عدة مئات من السنين ، ولكن لا يمكن التحدث عن تاريخ إنتاجه الكامل في المنشآت الصناعية إلا منذ عام 1919. منذ تلك اللحظة ، بدأ التقنيون في تطبيق العمليات الميكروبيولوجية ، التي لم يتوقف تطويرها حتى يومنا هذا. في الوقت نفسه ، فإن الإنتاج الحديث لحمض الستريك غير متجانس ويتضمن طرقًا مختلفة لتصنيع المنتج النهائي. يتم تحديد اختيار طريقة أو أخرى ليس فقط من خلال خصائص المواد الخام لمؤسسة معينة ، ولكن أيضًا من خلال متطلبات السوق الاستهلاكية المستهدفة.

مقدمة لحمض الستريك

كمنظم للحموضة ، يستخدم هذا المنتج بنشاط في صناعة المواد الغذائية. لكن حمض الستريك لا يستخدم فقط لتصحيح الطعم. اعتمادًا على تقنية التصنيع ، يمكن أن يزيد العمر الافتراضي للمنتج المستهدف. من وجهة النظر هذه ، فإن إنتاج الليمونيمكن وضع الأحماض في روسيا على قدم المساواة مع تقنيات تصنيع أحماض الأسكوربيك والخل واللاكتيك ، وكذلك مع مشتقاتها.

وفقًا للخبراء ، نظرًا لخصائصه كمضاد للأكسدة ومضاد للأكسدة ، يستخدم حمض الستريك الآن في ما يقرب من نصف جميع المنتجات الغذائية المصنعة. يتم تسهيل شعبية هذا المحمض أيضًا من خلال خصائصه الذواقة. هذا الحمض له طعم لطيف وخفيف - على الأقل عند مقارنته بمنتجات بديلة من هذا النوع. تتجلى هذه الصفات بشكل خاص في المشروبات والحلويات. هناك أيضًا مجموعة كبيرة من الأملاح التي يتم الحصول عليها في ظل ظروف الإنتاج الميكروبيولوجي لحمض الستريك - على وجه الخصوص ، يمكن بعد ذلك استخدام سترات الصوديوم كملح ذوبان. تشمل مزايا سترات الصوديوم إمكانية الحصول عليها في صورة صلبة ، وكذلك استبعاد التأثير المهيج عند تعرضها للأغشية المخاطية للجهاز الهضمي والجهاز التنفسي.

المنتج الصناعي الإنتاج

يلفت اسم حامض الستريك الانتباه إلى ثمار الحمضيات ، إلا أن هذا الحمض موجود بدرجات متفاوتة في جميع الفواكه والقطن والإبر. ومع ذلك ، فقد تم تنظيم مرافق الإنتاج الأولى على وجه التحديد على أساس معالجة عصير الليمون. في العشرينات من القرن الماضي ، تم الحصول على حوالي 25 ٪ من إجمالي الإنتاج بهذه الطريقة. في الوقت نفسه ، كانت تقنية التصنيع نفسها غير منطقية ، حيث تم الحصول على حوالي 25 كجم من منتج نقي من طن واحد من الليمون. اليوم ، يتم تنظيم إنتاج حمض الستريك الغذائيعلى أساليب أكثر تكنولوجية وكثيفة الموارد ، بما في ذلك استخدام مواد مضافة جديدة بشكل أساسي مثل دبس السكر وفطريات العفن. بالمناسبة ، هذا أيضًا يحدد القرارات اللوجستية بشأن موقع إنتاج سترات الصوديوم بالقرب من مصانع السكر.

في الوقت نفسه ، لا يمكن القول أن مثل هذا الإنتاج يبرر نفسه بالتعريف في ظروف ارتفاع الطلب. الحقيقة هي أنه مع زيادة قابلية التصنيع لعملية الإنتاج ، تزداد المعدات أيضًا ، مما يعني زيادة تكلفة المعدات التقنية وصيانة القدرات. لذلك ، من المستحيل الاستغناء عن خطة عمل مدروسة جيدًا لإنتاج حامض الستريك ، والتي من شأنها أن تشير إلى جميع جوانب الأنشطة التنظيمية والاقتصادية للمؤسسة. إلى جانب حل التصميم لتجهيز معدات الإنتاج وتطوير النماذج اللوجيستية ذات المبررات الاقتصادية ، سيكون من الضروري أيضًا تحديد الصيغة المثلى للمنتج النهائي حتى يتمكن من المنافسة في مكانة معينة في السوق. لهذا ، يجدر إضافة تعديل على المعايير الصحية والصحية الصارمة التي تنظم تقريبًا جميع الفروق التكنولوجية للحصول على هذا الحمض.

عرض فيزيائي-كيميائي للتكنولوجيا

تعتمد العمليات الحديثة لإنتاج حامض الستريك أساسًا على التحلل المائي لتعليق النشا ، والذي يتضمن ما يصل إلى 30٪ من كتلة العناصر الجافة ذات القدرة على التحلل النشواني. يمكن إضافة نشا الأملاح المعدنية مع كبريتات النحاس والزنك والحديد إليها.تخضع هذه القاعدة لاحقًا للتخمير في وسط مغذي بواسطة فطر العفن.

نتيجة للتخمير وعزل الكتلة الحيوية الفطرية ، يتم تكوين محلول استزراع يحتوي في البداية على ما يصل إلى 85٪ حامض الستريك. السمة المميزة للإنزيمات المقاومة للأحماض التي تم الحصول عليها في هذه المرحلة هي زيادة نشاط التحلل النشواني. بادئ ذي بدء ، يتعلق هذا بجلوكو أميليز والأميليز.

يتم تقييم النتيجة الفنية لإنتاج حامض الستريك بعد المرور من خلال العمليات المساعدة في المختبر من خلال مجموعة واسعة من مؤشرات الجودة ، بما في ذلك نشاط amylolytic من محلول الاستزراع.

تقنيات لصنع "الليمون"

تتم عملية الإنتاج في عدة مراحل تكنولوجية على معدات مختلفة. على الرغم من وجود تكوينات مختلفة لترتيب مرافق المصنع - بما في ذلك وحدات أحادية الكتلة ووحدات مسبقة الصنع. من بين العمليات الرئيسية التي تعتمد عليها التكنولوجيا الحديثة لإنتاج حامض الستريك ، يمكن تمييز ما يلي:

1. عمليات محسنة للتحضير التكنولوجي للمواد الخام لضمان الظروف اللازمة لبيئة التخمير الحمضية.
2. تكاثر الجراثيم في ظروف منظمة بشكل خاص.
3. عملية التخمير حسب خصائص المواد الخام المحددة
4. إذا لزم الأمر ، قم بتكييف جميع المواد الخام أو الفردية لعمليات التخمير.
5. فصل الحمض عن محاليل التخمير. بالمناسبة ، طرق الفصل إلى حد كبيردرجات تحدد الجودة النهائية للمنتج
6. تنقية وتبلور الحمض الناتج. في هذه المرحلة ، تتاح الفرص لتعديل المنتج وإنتاج إصدارات أخرى من الحمض بتكوينات مختلفة. على سبيل المثال ، كجزء من الإنتاج العام لحمض الستريك ، يمكن إنتاج شراب مونوهيدرات وتركيبات مجففة وسيترات الصوديوم ثنائي الهيدرات. يمكن أيضًا تنظيم المواد الكيميائية.

معدات المعالجة

يتضمن الشكل الأمثل للترتيب التقني للمصانع الحديثة لإنتاج حامض الستريك استخدام منشآت التكنولوجيا الحيوية. في المتوسط ، تبلغ قدرة هذا الحل لحساب حجم الإنتاج 200-250 طن / سنة ، مع ترك فرص كبيرة للحصول على منتجات معدلة بناءً على مصادر مختلفة من المواد الخام. يتضمن التركيب الأساسي لهذه المعدات لإنتاج حامض الستريك أجهزة المفاعل والسعة التالية:

1. المخمرات.
2. المبخرات
3. مرشحات.
4. مجففات.
5. المبلورات.
6. بنية تحتية لدعم العمليات اللوجستية.

يتيح لنا تنفيذ مشروع تركيب التكنولوجيا الحيوية توفير دورة إنتاج كاملة ، وإمداد المستهلكين الإقليميين محليًا بالكامل مع الحد الأدنى من مشاركة موارد الحرارة والطاقة.

يتميز الحل التكنولوجي للأجهزة من هذا النوع باستخدام سلالات المنتج ، مما يؤدي إلى انخفاض تكلفة المنتج في البداية.تتميز هذه التقنية لإنتاج حامض الستريك أيضًا بمستوى مقبول من النظافة البيئية للبيئة والسلامة السامة للعمال.

أما بالنسبة لجودة المنتج فهو يفي بالمعايير الدولية لصناعة المواد الغذائية. شيء آخر هو أنه من الممكن أيضًا إطلاق منتج تقني مخصص للمنظفات على وجه الخصوص.

تحضير المواد الخام لإنتاج حامض الستريك

تدخل المواد الخام في عملية الإنتاج بعد معالجة خاصة. يتم تحديد طريقته ومعلماته ليس فقط من خلال خصائص المواد الخام ، ولكن أيضًا من خلال متطلبات المنتج. كما تؤخذ في الاعتبار إمكانية تصنيع مشتقات من سترات الصوديوم.

بطريقة أو بأخرى ، المادة الخام الرئيسية لإنتاج حامض الستريك هي دبس السكر ، الذي يحتوي على النسبة المثلى من الحديد. أما بالنسبة لمعالجته ، فإن الخطوة الرئيسية في هذه العملية هي التخمير المسبق ، وهو أمر ضروري لترسيب التركيبة عن طريق ملح الدم الأصفر. بدون مزيد من المعالجة ، يمكن أن يعمل هذا الملح الموجود في الحمض كمثبط لنزعات هيدروجين الأيزوسترات.

مكون آخر يمكن استخدامه كأساس للمواد الخام هو فطر Aspergillus Niger. السؤال الذي يطرح نفسه - لماذا ، في ظل ظروف التقنيات الحديثة ، يتم استخدام فطر العفن لإنتاج حامض الستريك؟ في أغلب الأحيان ، يكون استخدامه مطلوبًا لضمان وظيفة المنتج. تركيبته الكيميائية هي الأمثل لتنفيذ العديد من العمليات في وقت واحد ، والتي تكون مستحيلة أو غير مبررة من الناحية التكنولوجية عند استخدام البدائل الاصطناعية. على وجه الخصوص ، نحن نتحدث عن الحل والتماس وإجراءات الفصل والتنقية اللاحقة.

تحضير خاص للمواد الخام مطلوب أيضًا في إنتاج مشتقات حامض الستريك المعدلة. في هذه الحالة ، يمكن أيضًا استخدام شوائب إضافية ، بما في ذلك الكحول الإيثيلي والوسائط التقنية والمواد الوسيطة المحتوية على الإيثانول مع النفايات من معامل التقطير. في المقابل ، سيتم استكمال إنتاج حامض الستريك من دبس السكر من خلال عمليات التنقية والتعقيم والغليان سداسي الفرات.

عند استخدام التحلل المائي للنشا مع محتوى معتدل من الشوائب ، سيحتاج تحضير المواد الخام إلى تضمين إجراء التقسيم وعملية التعقيم المستمرة.

تنظيم عملية تربية الأبواغ

تتطلب العمليات الميكروبيولوجية الفعالة بذوراً جيدة الإعداد. في تخليق الحمض ، يتم إدخال هذه المادة على شكل جراثيم في خزان التخمير في بداية عملية الإنتاج. في شكل مُحسَّن ، توفر تقنية إنتاج حامض الستريك القائم على دبس السكر بشكل منفصل لتحضير الأبواغ للتكاثر ، والتي يتم إجراء الاختبار خلالها أيضًا. إذا تم التخطيط لإنتاج طويل الأجل ، يتم تجفيف الجراثيم. هذا ضروري للحفاظ على المدى الطويل لصفاتهم الوظيفية وللجرعات الناجحة.

في الخطوة التالية ، يتم تحضير ركائز ، بما في ذلك السكروز أو الجلوكوز أونشاء. يتم تسخين المواد المحتوية على النشا أولاً ليتم تحويلها إلى جلوكوز ، والذي يستخدم كسلالة إنتاج.

نظرًا لأن مستوى الشوائب في جميع مراحل معالجة المواد الخام والركائز يمكن أن يكون مرتفعًا بشكل مفرط ، يقوم العديد من الشركات المصنعة بتطوير طرق خاصة للتنقية الأولية لهذه المواد. على سبيل المثال ، قد تتضمن المعالجة الإضافية لتحلل النشا لحمض الستريك في إنتاج الغذاء خطوات التحلية. يمكن أن تُعزى نفس إجراءات التعقيم والغليان بالترشيح الميكانيكي إلى الطرق العالمية والأكثر سهولة للتنقية من الشوائب.

عملية التخمير وإنتاج الحمض

في التقنيات الحديثة لضمان عملية التخمير ، يتم استخدام أجهزة تخمير الفقاعات الخاصة ، والتي يتم اختيارها وفقًا للسلالات المعدة لفطر العفن التي تمت مناقشتها أعلاه. يتم الاختيار مع الاختبار وفقًا لمعايير معينة ، مما يسمح بتنظيم التخمير وفقًا للتكوينات الفردية ، مع مراعاة خصائص المواد الخام المستخدمة. تتضمن العمليات الأكثر تقدمًا من الناحية التكنولوجية لإنتاج حامض الستريك أيضًا أدوات لتنظيم النشاط الأيضي للكائنات الدقيقة الفقاعية.

في مرحلة عزل الحمض ، تتمثل المهمة في الحصول على محلول من وسط التخمير بمستوى تنقية أولي. من أجل زيادة درجة التنقية ، يجب تحضير الخليط المولّد بشكل مناسب. على وجه الخصوص ، يخضع للعمليات التاليةالمعالجة:

1. إجراءات الفصل والتسوية
2. عملية فصل الفطريات
3. فصل كبريتات الكالسيوم وتحلل كتلة التخمير

لفصل المخلفات الجافة في الصناعات الحديثة ، يتم استخدام مرشحات حزام ذات تحكم آلي. أيضا ، لتنظيم عمليات ترشيح الرواسب ، يتم استخدام أجهزة طرد مركزي وفواصل خاصة مع أنظمة تحكم إلكترونية ، مما يزيد من دقة معالجة المواد.

تنقية حامض الستريك الناتج

المرحلة النهائية من الإنتاج ، والتي تشمل المعالجة المعقدة للمنتج المستلم بالفعل. تستخدم هذه العملية الكربون المنشط مع راتنجات التبادل الأيوني والكاتيوني. يتم تنفيذ تقنية مثل هذا التنقية في مفاعلات الطبقة الثابتة على عدة مراحل:

1. عملية التبخر عند درجة حرارة معينة
2. التبلور في الفراغ
3. فحص الكريستال في جهاز الطرد المركزي
4. التجفيف بالسرير المرن
5. إجراء النخل.

يتم التبخير في وحدة مبخر متعدد المراحل بفيلم سائل ساقط. نتيجة لهذه العملية ، يتم تحقيق معامل التبخر المطلوب دون التقليل من خصائص المستهلك لحمض الستريك. يمكن تقليل استهلاك موارد الطاقة في هذه المرحلة بشكل كبير بسبب توفير الضغط الحراري على البخار.

بالنسبة إلى التبلور ، تتم عملية إنتاج حامض الستريك بالتداول القسري. في بعضفي التكوينات الفنية لمصانع الصناعات الغذائية ، تم تصميم أجهزة بلورات الفراغ على نفس الأساس الهيكلي جنبًا إلى جنب مع أجهزة لإنتاج سترات الصوديوم المعدلة ومشتقاتها. على سبيل المثال ، يتم استخدام معدات مماثلة في إنتاج المنتجات المجففة وحمض الستريك أحادي الهيدرات.

ليست القيمة الأخيرة في مرحلة التنقية هي عملية إعادة تدوير محلول التخمير ، حيث يتم فصل إنزيمات الرحم عن المعلق المحتوي على الكريستال. من الناحية الفنية ، يتم تنفيذ هذا الإجراء بواسطة جهاز طرد مركزي مستمر ، مما يجعل من الممكن التحكم بدقة في خصائص المنتج النهائي.

تتطلب عمليات الغربلة والتجفيف النهائية معالجة دقيقة للمنتج الناتج والمنقى. في هذه المرحلة ، ستلعب متطلبات شكل إطلاق حامض الستريك دورًا - على سبيل المثال ، يتم إجراء التجزئة وفقًا لحجم جزيء التصميم.

سوق حامض الستريك المحلي

يشمل المشاركون الرئيسيون في هذا الجزء في سوق صناعة الأغذية الروسية الشركات المصنعة من الصين ، والتي تتحكم في نصف إجمالي الإنتاج تقريبًا. لكن المصانع الروسية تستأثر أيضًا بحصة كبيرة لإنتاج حامض الستريك ، وهو مكان خاص تحتله شركة Citrobel الموجودة في بيلغورود. في الواقع ، هذا هو المصنع المحلي الوحيد بقدرات عالمية. المنظمات التجارية في قطاع الأغذية تتعاون بنشاط مع المصانع فيخارج البلاد. في هذا الاتجاه ، تبرز مصانع السكر الأوكرانية والبيلاروسية ، وتقع في Smila و Skidel ، على التوالي.

وفقًا للخبراء ، يلبي حامض الستريك الروسي المتطلبات التنظيمية لمعايير GOST وتصميم العبوات. هذه إحدى المزايا التي تسمح لمصانع حامض الستريك المحلية في روسيا بالتنافس بنجاح مع الشركات الصينية. لذلك ، بالمقارنة مع Citrobel ، التي توفر إمدادات من حمض الستريك عالي الجودة باستمرار ، لا يضمن المصنعون من الإمبراطورية السماوية دائمًا أن المنتجات تلبي المعايير الصارمة ، والتي تنعكس أيضًا في الأسعار. يتم تحديد الاختلاف حسب مستوى الشركة المصنعة وشبكة التوزيع. في الوقت نفسه ، حتى في عمليات التسليم من الشركات الكبيرة ، فإن خصائص حامض الستريك في دفعة واحدة غير متجانسة وقد تختلف. تم تأكيد ذلك أيضًا في مراجعات المستهلكين ، حيث يتم ملاحظة الشكاوى حول قابلية الذوبان ومحتوى الرطوبة للمنتج.

الخلاصة

يبلغ حجم إنتاج الشركات العالمية المصنعة لحمض الستريك اليوم حوالي 800000 طن / سنة. يعود هذا العائد المرتفع لهذا القطاع إلى حقيقة أن عددًا من الصناعات مهتمة باستخدام المواد المحمضة ، بما في ذلك القطاعات التقليدية لصناعة الأغذية والمجال الكيميائي والصيدلاني. علاوة على ذلك ، تجد مشتقات هذه الأحماض اليوم تطبيقًا حتى في الصناعات الدفاعية والإلكترونية ، ناهيك عن الزراعة والصناعات الأخرى التي تتطلب الوظيفة التقنية لحمض الستريك.الانزيمات. في هذا الصدد ، يمكن ملاحظة ممارسة استخدام سترات الصوديوم كبديل لمساعدات المعالجة النشطة والمنظفات الاصطناعية.

إذا تحدثنا عن إنتاج حامض الستريك في روسيا ، فقد تم اتخاذ خطوات على المستوى الحكومي في السنوات الأخيرة لحماية السوق المحلية من أجل تحفيز المؤسسات العاملة في هذا المجال. ولكن نظرًا لأن مصنع بيلغورود لا يزال المورد الرئيسي الوحيد لحمض الستريك ، فهناك أحيانًا نقص في المنتج. وكطريقة للخروج ، اقترح الخبراء تغيير القواعد الجمركية ، التي بموجبها تُمنح الأولوية لاستيراد المواد المحمضة الأجنبية للشركات الأوروبية التي تضمن الجودة المناسبة للمنتج. حمض الستريك من منتجي المواد الكيميائية الحيوية الرئيسيين في اليابان وسويسرا وألمانيا متفوق في الجودة على المنتجات المحلية ، لكن الأسعار مرتفعة للغاية ، لذلك يظل مصنع Citrobel قادرًا على المنافسة دون المساس باحتياجات المستهلك.