Sản xuất axit citric: chuẩn bị, quy trình và sản phẩm

2024 Tác giả: Howard Calhoun | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-17 10:44

Axit citric đã được phát hiện cách đây vài trăm năm, nhưng lịch sử sản xuất chính thức của nó tại các cơ sở công nghiệp chỉ có thể được nói đến từ năm 1919. Kể từ thời điểm đó, các nhà công nghệ bắt đầu áp dụng các quy trình vi sinh, sự phát triển của quy trình này không ngừng cho đến ngày nay. Đồng thời, quá trình sản xuất axit xitric hiện đại không đồng nhất và liên quan đến các cách khác nhau để tạo ra sản phẩm cuối cùng. Việc lựa chọn phương pháp này hay phương pháp khác không chỉ được xác định bởi các đặc điểm của nguyên liệu thô của một doanh nghiệp cụ thể mà còn bởi các yêu cầu của thị trường tiêu dùng mục tiêu.

Giới thiệu về Axit Citric

Là chất điều chỉnh độ chua, sản phẩm này được sử dụng tích cực trong ngành công nghiệp thực phẩm. Nhưng axit citric không chỉ được sử dụng để điều chỉnh hương vị. Tùy thuộc vào công nghệ sản xuất, nó có thể làm tăng thời hạn sử dụng của sản phẩm mục tiêu. Theo quan điểm này, việc sản xuất chanhaxit ở Nga có thể được đặt ngang hàng với công nghệ sản xuất axit ascorbic, axetic và axit lactic, cũng như các dẫn xuất của chúng.

Theo các chuyên gia, do tính chất của nó như một chất hiệp đồng chống oxy hóa và chống oxy hóa, axit citric hiện được sử dụng trong gần một nửa số sản phẩm thực phẩm được sản xuất. Sự phổ biến của chất axit hóa này cũng được tạo điều kiện bởi các đặc tính ẩm thực của nó. Axit này có một hương vị dễ chịu và nhẹ - ít nhất là khi so sánh với các sản phẩm thay thế của loại này. Đặc biệt những phẩm chất này được thể hiện trong đồ uống và bánh kẹo. Ngoài ra còn có một loạt các muối thu được trong các điều kiện vi sinh sản xuất axit xitric - đặc biệt, natri xitrat sau đó có thể được sử dụng làm muối nóng chảy. Ưu điểm của natri citrat bao gồm khả năng thu được nó ở dạng rắn, cũng như loại trừ tác dụng gây khó chịu khi tiếp xúc với màng nhầy của hệ tiêu hóa và hô hấp.

Sản phẩm sản xuất công nghiệp

Tên axit citric thu hút sự chú ý đến các loại trái cây họ cam quýt, tuy nhiên, axit này có ở các mức độ khác nhau trong tất cả các loại trái cây, bông và kim châm. Tuy nhiên, các cơ sở sản xuất đầu tiên được tổ chức chính xác trên cơ sở chế biến nước chanh. Trong những năm 1920, khoảng 25% tổng sản lượng được sản xuất theo cách này. Đồng thời, bản thân công nghệ sản xuất cũng chưa hợp lý, vì 1 tấn chanh thu được khoảng 25 kg sản phẩm nguyên chất. Ngày nay, việc sản xuất axit xitric thực phẩm đang được tổ chứctrên các phương pháp công nghệ và sử dụng nhiều tài nguyên hơn, liên quan đến việc sử dụng các chất phụ gia mới về cơ bản như mật đường và nấm mốc. Nhân tiện, điều này cũng xác định các quyết định hậu cần về vị trí sản xuất natri citrat gần các nhà máy đường.

Đồng thời, không thể nói rằng việc sản xuất như vậy tự biện minh cho bản thân theo định nghĩa trong điều kiện nhu cầu cao. Thực tế là khi khả năng sản xuất của quá trình sản xuất tăng lên thì thiết bị cũng tăng, đồng nghĩa với việc tăng chi phí thiết bị kỹ thuật và duy trì công suất. Vì vậy, không thể thực hiện được nếu không có một kế hoạch kinh doanh sản xuất axit xitric bài bản, có ý nghĩa chỉ ra tất cả các khía cạnh của tổ chức và hoạt động kinh tế của doanh nghiệp. Cùng với giải pháp thiết kế trang bị thiết bị sản xuất và phát triển mô hình logistic hợp lý về kinh tế, cũng cần xác định công thức tối ưu của sản phẩm cuối cùng để có thể cạnh tranh trong một thị trường ngách nhất định. Vì vậy, đáng để bổ sung một bản sửa đổi đối với các tiêu chuẩn vệ sinh và vệ sinh nghiêm ngặt quy định hầu hết các sắc thái công nghệ để thu được axit này.

Trình bày hóa lý của công nghệ

Các quy trình hiện đại để sản xuất axit xitric chủ yếu dựa trên sự thủy phân của huyền phù tinh bột, bao gồm tới 30% khối lượng các nguyên tố khô có khả năng phân giải. Tinh bột của muối khoáng với sunfat của đồng, kẽm và sắt có thể được thêm vào chúng. Lớp nền này sau đó trải qua quá trình lên men trong môi trường dinh dưỡng bởi nấm mốc.

Kết quả của quá trình lên men và phân lập sinh khối nấm, dung dịch nuôi cấy được hình thành, ban đầu chứa tới 85% axit xitric. Một tính năng đặc trưng của các enzym kháng axit thu được ở giai đoạn này là tăng hoạt tính amylolytic. Trước hết, điều này liên quan đến glucoamylase và amylase.

Kết quả kỹ thuật của quá trình sản xuất axit xitric sau khi trải qua các hoạt động phụ trợ được đánh giá trong phòng thí nghiệm bằng một loạt các chỉ tiêu chất lượng, bao gồm cả hoạt tính amylolytic của dung dịch nuôi cấy.

Công nghệ làm "chanh"

Quá trình sản xuất được thực hiện theo nhiều giai đoạn công nghệ trên các thiết bị khác nhau. Mặc dù có các cấu hình khác nhau để bố trí các cơ sở nhà xưởng - bao gồm cả khối đơn khối và khối mô-đun đúc sẵn. Trong số các quy trình chính dựa trên công nghệ sản xuất axit xitric hiện đại, có thể phân biệt những điều sau:

1. Quy trình tối ưu hóa cho công nghệ chuẩn bị nguyên liệu để đảm bảo các điều kiện cần thiết cho môi trường lên men có tính axit.
2. Sinh sản của bào tử trong những điều kiện được tổ chức đặc biệt.
3. Quá trình lên men theo đặc tính của nguyên liệu cụ thể.
4. Nếu cần, điều chỉnh tất cả hoặc từng nguyên liệu thô cho quá trình lên men.
5. Tách axit khỏi dung dịch lên men. Nhân tiện, các phương pháp tách phần lớn làđộ xác định chất lượng cuối cùng của sản phẩm.
6. Làm sạch và kết tinh axit tạo thành. Ở giai đoạn này, cơ hội mở ra cho việc sửa đổi sản phẩm và sản xuất các phiên bản khác của axit với các cấu hình khác nhau. Ví dụ, là một phần của quá trình sản xuất axit xitric nói chung, có thể sản xuất xi-rô, monohydrat, công thức khử nước và natri xitrat dihydrat. Hóa chất cũng có thể được điều chỉnh.

Thiết bị Quy trình

Định dạng được tối ưu hóa của việc bố trí kỹ thuật của các nhà máy hiện đại để sản xuất axit xitric liên quan đến việc sử dụng các cài đặt công nghệ sinh học. Trung bình, công suất của một giải pháp tính khối lượng sản lượng như vậy là 200-250 tấn / năm, đồng thời tạo ra nhiều cơ hội để có được các sản phẩm biến đổi dựa trên các nguồn nguyên liệu khác nhau. Thành phần cơ bản của thiết bị sản xuất axit xitric này bao gồm các thiết bị điện dung và lò phản ứng sau:

1. Chất lên men.
2. Thiết bị bay hơi.
3. Bộ lọc.
4. Máy sấy.
5. Kết tinh.
6. Cơ sở hạ tầng hỗ trợ hoạt động hậu cần.

Việc thực hiện dự án lắp đặt công nghệ sinh học cho phép chúng tôi cung cấp chu trình sản xuất đầy đủ, cung cấp đầy đủ cho người tiêu dùng trong khu vực với sự tham gia tối thiểu của các nguồn nhiệt và điện.

Giải pháp công nghệ-phần cứng thuộc loại này được đặc trưng bởi việc sử dụng các chủng nhà sản xuất, dẫn đến giá thành ban đầu của sản phẩm thấp. Công nghệ sản xuất axit xitric này cũng được đặc trưng bởi mức độ sạch môi trường chấp nhận được đối với môi trường và an toàn độc hại cho người lao động.

Về chất lượng sản phẩm đạt tiêu chuẩn quốc tế của ngành thực phẩm. Một điều nữa là nó cũng có thể phát hành một sản phẩm kỹ thuật dành riêng cho chất tẩy rửa.

Chuẩn bị nguyên liệu để sản xuất axit xitric

Nguyên liệu thô bước vào quá trình sản xuất sau quá trình xử lý đặc biệt. Phương pháp và các thông số của nó không chỉ được xác định bởi các đặc tính của nguyên liệu thô mà còn bởi các yêu cầu đối với sản phẩm. Khả năng sản xuất các sản phẩm phái sinh từ natri xitrat cũng được tính đến.

Cách này hay cách khác, nguyên liệu chính để sản xuất axit xitric là mật đường, chứa tỷ lệ sắt tối ưu. Đối với quá trình chế biến, bước chính trong quá trình này là lên men trước, cần thiết cho sự kết tủa của chế phẩm bằng muối máu vàng. Nếu không xử lý thêm, muối trong axit này có thể hoạt động như một chất ức chế các dehydrogenase isocitrate.

Một thành phần khác có thể được sử dụng làm cơ sở nguyên liệu là nấm Aspergillus Niger. Câu hỏi đặt ra - tại sao trong điều kiện công nghệ hiện đại, nấm mốc lại được sử dụng để sản xuất axit xitric? Thông thường, việc sử dụng nó được yêu cầu để đảm bảo chức năng của nhà sản xuất. Công thức hóa học của nó là tối ưu chothực hiện nhiều quá trình cùng một lúc, không thể thực hiện được hoặc không hợp lý về mặt công nghệ khi sử dụng các chất thay thế tổng hợp. Đặc biệt, chúng ta đang nói về việc giải thể, trưng cầu và các thủ tục tách và thanh lọc tiếp theo.

Việc chuẩn bị nguyên liệu đặc biệt cũng được yêu cầu trong quá trình sản xuất các dẫn xuất axit xitric biến tính. Trong trường hợp này, các tạp chất bổ sung cũng có thể được sử dụng, bao gồm rượu etylic, các chất trung gian kỹ thuật và chứa etanol cùng với chất thải từ các nhà máy chưng cất. Đổi lại, việc sản xuất axit xitric từ mật đường sẽ được bổ sung bởi các quy trình làm trong, khử trùng và đun sôi hexacyanoferrate.

Khi sử dụng dịch thủy phân tinh bột có hàm lượng tạp chất vừa phải, việc chuẩn bị nguyên liệu sẽ cần bao gồm quy trình khử ion hóa và hoạt động khử trùng liên tục.

Tổ chức của quá trình nhân giống bào tử

Quy trình vi sinh hiệu quả đòi hỏi con giống được chuẩn bị kỹ lưỡng. Trong quá trình tổng hợp axit, nguyên liệu này ở dạng bào tử được đưa vào thùng lên men ở giai đoạn đầu của quá trình sản xuất. Ở dạng tối ưu hóa, công nghệ sản xuất axit xitric dựa trên mật đường cung cấp riêng cho việc chuẩn bị bào tử để nhân giống, trong đó thử nghiệm cũng được thực hiện. Nếu kế hoạch sản xuất dài hạn, thì bào tử được sấy khô. Điều này là cần thiết để bảo tồn lâu dài các phẩm chất chức năng của chúng và để dùng thuốc thành công.

Ở bước tiếp theo, chất nền được chuẩn bị, bao gồm đường sucrose, glucose hoặctinh bột. Nguyên liệu chứa tinh bột trước tiên được đường hóa để chuyển hóa thành glucose, được sử dụng như một chủng sản xuất.

Vì mức độ tạp chất ở tất cả các giai đoạn xử lý nguyên liệu và chất nền có thể cao quá mức, nhiều nhà sản xuất đang phát triển các phương pháp đặc biệt để tinh chế sơ cấp các nguyên liệu này. Ví dụ, quá trình tiếp tục chế biến thủy phân tinh bột cho axit xitric trong sản xuất thực phẩm có thể bao gồm các bước khử muối. Quy trình khử trùng và đun sôi tương tự với lọc cơ học có thể là do các phương pháp thanh lọc tạp chất phổ biến và dễ tiếp cận nhất.

Quá trình lên men và sản xuất axit

Trong các công nghệ hiện đại để đảm bảo quá trình lên men, người ta sử dụng các chất lên men sủi bọt đặc biệt, được lựa chọn theo các chủng nấm mốc đã chuẩn bị được thảo luận ở trên. Việc lựa chọn được thực hiện cùng với việc thử nghiệm theo các thông số nhất định, cho phép tổ chức quá trình lên men theo các cấu hình riêng biệt, có tính đến các đặc tính của nguyên liệu được sử dụng. Các quy trình công nghệ tiên tiến nhất để sản xuất axit xitric cũng liên quan đến các công cụ để điều chỉnh hoạt động trao đổi chất của vi sinh vật sủi bọt.

Ở giai đoạn phân lập axit, nhiệm vụ là thu được dung dịch từ môi trường lên men với mức độ tinh khiết ban đầu. Để tăng mức độ tinh sạch, hỗn hợp tạo ra phải được chuẩn bị thích hợp. Đặc biệt, nó trải qua các quá trình sautiền xử lý:

1. Thủ tục tách và giải quyết.
2. Thao tác tách sợi nấm.
3. Tách canxi sunfat và phân hủy khối lên men.

Để tách cặn khô trong các ngành công nghiệp hiện đại, bộ lọc băng tải có điều khiển tự động được sử dụng. Ngoài ra, để tổ chức các quy trình lọc cặn, máy ly tâm và máy tách đặc biệt với hệ thống điều khiển điện tử được sử dụng, giúp tăng độ chính xác của quá trình xử lý vật liệu.

Làm sạch axit citric tạo thành

Giai đoạn sản xuất cuối cùng, bao gồm quá trình xử lý phức tạp của sản phẩm đã nhận được. Quá trình này sử dụng than hoạt tính với nhựa trao đổi anion và cation. Công nghệ tinh chế như vậy được thực hiện trong các lò phản ứng cố định theo nhiều giai đoạn:

1. Quá trình bay hơi ở một nhiệt độ nhất định.
2. Kết tinh trong chân không.
3. Sàng lọc tinh thể trong máy ly tâm.
4. Sấy khô bằng giường chất lỏng.
5. Quy trình sàng lọc.

Sự bay hơi được thực hiện trong thiết bị bay hơi nhiều tầng với màng chất lỏng rơi xuống. Kết quả của quá trình này là đạt được hệ số bay hơi cần thiết mà không làm giảm các đặc tính tiêu thụ của axit xitric. Việc tiêu thụ các nguồn năng lượng ở giai đoạn này có thể giảm đáng kể do việc cung cấp nén nhiệt trên hơi.

Đối với quá trình kết tinh, quá trình sản xuất axit citric này được thực hiện với tuần hoàn cưỡng bức. Trong một sốTrong cấu hình kỹ thuật của các nhà máy công nghiệp thực phẩm, thiết bị kết tinh chân không được thiết kế trên cơ sở cấu trúc giống nhau cùng với các thiết bị để sản xuất natri xitrat biến tính và các dẫn xuất. Ví dụ: thiết bị tương tự được sử dụng trong sản xuất các sản phẩm khử nước và axit xitric monohydrat.

Không phải giá trị cuối cùng ở giai đoạn tinh chế là hoạt động tái chế dung dịch lên men, trong đó tách các enzym tử cung ra khỏi huyền phù chứa tinh thể. Về mặt kỹ thuật, quy trình này được thực hiện bằng máy ly tâm liên tục, giúp kiểm soát tốt các đặc tính của sản phẩm cuối cùng.

Quy trình làm khô và sàng lọc cuối cùng đòi hỏi phải xử lý tinh tế các sản phẩm thu được và tinh khiết. Ở giai đoạn này, các yêu cầu đối với dạng giải phóng axit xitric sẽ đóng một vai trò nào đó - ví dụ, quá trình chưng cất phân đoạn được thực hiện theo kích thước hạt thiết kế.

Thị trường axit citric trong nước

Những người tham gia chính trong phân khúc này trên thị trường công nghiệp thực phẩm Nga bao gồm các nhà sản xuất từ Trung Quốc, nơi kiểm soát gần một nửa tổng sản lượng. Nhưng một phần đáng kể cũng được chiếm bởi các nhà máy của Nga để sản xuất axit xitric, một vị trí đặc biệt trong số đó do doanh nghiệp Citrobel ở Belgorod chiếm giữ. Trên thực tế, đây gần như là nhà máy trong nước duy nhất có công suất đạt đẳng cấp thế giới. Các tổ chức thương mại trong lĩnh vực thực phẩm đang tích cực hợp tác với các nhà máy trongnước ngoài. Theo hướng này, các nhà máy đường của Ukraine và Belarus nổi bật, lần lượt đặt tại Smila và Skidel.

Theo các chuyên gia, axit citric của Nga đáp ứng các yêu cầu quy định của GOST và tiêu chuẩn thiết kế bao bì. Đây là một trong những lợi thế cho phép các nhà máy sản xuất axit citric nội địa ở Nga có thể cạnh tranh thành công với các doanh nghiệp Trung Quốc. Vì vậy, so với Citrobel, nơi cung cấp nguồn cung cấp axit citric chất lượng cao nhất quán, các nhà sản xuất từ Celestial Empire không phải lúc nào cũng đảm bảo rằng sản phẩm đáp ứng các tiêu chuẩn nghiêm ngặt, điều này cũng được phản ánh qua giá cả. Sự khác biệt được xác định bởi cấp độ của nhà sản xuất và mạng lưới phân phối. Đồng thời, ngay cả khi giao hàng từ các công ty lớn, các đặc tính của axit xitric trong một lô hàng là không đồng nhất và có thể khác nhau. Điều này cũng được xác nhận trong các bài đánh giá của người tiêu dùng, nơi có những phàn nàn về độ hòa tan và độ ẩm của sản phẩm.

Kết

Ngày nay, sản lượng sản xuất axit xitric của các nhà sản xuất trên thế giới vào khoảng 800.000 tấn / năm. Lợi nhuận cao như vậy của lĩnh vực này là do một số ngành công nghiệp quan tâm đến việc sử dụng chất axit hóa, bao gồm các phân khúc truyền thống của ngành công nghiệp thực phẩm và lĩnh vực hóa chất và dược phẩm. Hơn nữa, các dẫn xuất của axit như vậy ngày nay được ứng dụng ngay cả trong các ngành công nghiệp quốc phòng và điện tử, chưa kể đến nông nghiệp và các ngành công nghiệp khác có nhu cầu về chức năng kỹ thuật của axit xitric.các enzym. Về vấn đề này, có thể lưu ý việc sử dụng natri xitrat thay thế cho chất hỗ trợ chế biến tích cực và chất tẩy rửa tổng hợp.

Nếu chúng ta nói về việc sản xuất axit xitric ở Nga, thì ở cấp chính phủ trong những năm gần đây đã thực hiện các bước để bảo vệ thị trường nội địa nhằm kích thích các doanh nghiệp hoạt động trong lĩnh vực này. Nhưng vì nhà máy Belgorod vẫn là nhà cung cấp axit xitric chính duy nhất nên đôi khi thiếu sản phẩm. Để giải quyết vấn đề này, các chuyên gia đề xuất thay đổi các quy tắc hải quan, theo đó ưu tiên nhập khẩu các chất axit hóa nước ngoài được dành cho các công ty châu Âu đảm bảo chất lượng phù hợp của sản phẩm. Axit citric từ các nhà sản xuất sinh hóa lớn ở Nhật Bản, Thụy Sĩ và Đức có chất lượng vượt trội so với các sản phẩm trong nước, nhưng giá quá cao nên nhà máy Citrobel vẫn cạnh tranh mà không ảnh hưởng đến nhu cầu của người tiêu dùng.