Citrinos rūgšties gamyba: paruošimas, procesas ir produktas

2024 Autorius: Howard Calhoun | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2023-12-17 10:34

Citrinos rūgštis buvo atrasta prieš kelis šimtus metų, tačiau apie visaverčio jos gamybos pramoniniuose objektuose istoriją galima kalbėti tik nuo 1919 m. Nuo to momento technologai pradėjo taikyti mikrobiologinius procesus, kurių plėtra nesustojo iki šiol. Tuo pačiu metu šiuolaikinė citrinų rūgšties gamyba yra nevienalytė ir apima skirtingus galutinio produkto gamybos būdus. Vieno ar kito metodo pasirinkimą lemia ne tik konkrečios įmonės žaliavų savybės, bet ir tikslinės vartotojų rinkos reikalavimai.

Įvadas į citrinos rūgštį

Šis produktas, kaip rūgštingumą reguliuojanti medžiaga, aktyviai naudojamas maisto pramonėje. Tačiau citrinos rūgštis naudojama ne tik skoniui koreguoti. Priklausomai nuo gamybos technologijos, jis gali padidinti tikslinio produkto galiojimo laiką. Šiuo požiūriu citrinos gamybarūgštys Rusijoje gali būti prilygintos askorbo, acto ir pieno rūgščių gamybos technologijoms, taip pat jų dariniams.

Ekspertų teigimu, dėl savo, kaip antioksidanto ir antioksidantų sinergiklio, citrinos rūgštis dabar naudojama beveik pusėje visų gaminamų maisto produktų. Šio rūgštiklio populiarumą skatina ir jo gastronominės savybės. Ši rūgštis yra malonaus ir švelnaus skonio – bent jau lyginant su alternatyviais tokio tipo produktais. Ypač šios savybės pasireiškia gėrimuose ir konditerijos gaminiuose. Taip pat yra daugybė druskų, kurios gaunamos mikrobiologinės citrinų rūgšties gamybos sąlygomis – ypač natrio citratas gali būti naudojamas kaip tirpstanti druska. Natrio citrato pranašumai apima galimybę gauti jį kietu pavidalu, taip pat dirginančio poveikio pašalinimą, kai jis yra veikiamas virškinimo ir kvėpavimo sistemos gleivinės.

Produktų pramoninė gamyba

Citrinų rūgšties pavadinimas atkreipia dėmesį į citrusinius vaisius, tačiau šios rūgšties įvairiais laipsniais yra visuose vaisiuose, medvilnėje ir spygliuose. Nepaisant to, pirmosios gamybos patalpos buvo organizuotos būtent citrinų sulčių perdirbimo pagrindu. 1920-aisiais tokiu būdu buvo gauta apie 25% visos produkcijos. Tuo pačiu metu pati gamybos technologija buvo neracionali, nes iš 1 tonos citrinų buvo gauta apie 25 kg gryno produkto. Šiandien organizuojama maistinės citrinų rūgšties gamybadėl technologiškesnių ir daug išteklių reikalaujančių metodų, apimančių iš esmės naujų priedų, pvz., melasos ir pelėsių grybų, naudojimą. Beje, nuo to priklauso ir logistikos sprendimai dėl natrio citrato gamybos vietos šalia cukraus fabrikų.

Tuo pačiu metu negalima teigti, kad tokia produkcija iš esmės pasiteisina didelės paklausos sąlygomis. Faktas yra tai, kad didėjant gamybos proceso apdirbamumui, didėja ir įranga, o tai reiškia, kad brangsta techninė įranga ir pajėgumų priežiūra. Todėl neįmanoma apsieiti be gerai apgalvoto citrinų rūgšties gamybos verslo plano, kuriame būtų nurodyti visi įmonės organizacinės ir ūkinės veiklos aspektai. Kartu su projektiniu sprendimu aprūpinti gamybinę įrangą ir kuriant logistikos modelius su ekonominiu pagrindimu, taip pat reikės nustatyti optimalią galutinio produkto formulę, kad jis galėtų konkuruoti tam tikroje rinkos nišoje. Prie to verta pridėti griežtų sanitarinių ir higienos standartų pataisą, reglamentuojančią beveik visus technologinius šios rūgšties gavimo niuansus.

Fizikinis ir cheminis technologijos pristatymas

Šiuolaikiniai citrinų rūgšties gamybos procesai daugiausia grindžiami krakmolo suspensijos hidrolize, kuri apima iki 30 % sausų elementų, turinčių amilolizinių savybių, masės. Į juos galima dėti mineralinių druskų krakmolo su vario, cinko ir geležies sulfatais. Vėliau šią bazę maistinėje terpėje fermentuoja pelėsinis grybelis.

Dėl fermentacijos ir grybų biomasės išskyrimo susidaro kultūrinis tirpalas, kuriame iš pradžių yra iki 85% citrinos rūgšties. Šiame etape gautų rūgštims atsparių fermentų būdingas bruožas yra padidėjęs amilolizinis aktyvumas. Visų pirma, tai susiję su gliukoamilaze ir amilaze.

Techninis citrinų rūgšties gamybos rezultatas, atlikus pagalbines operacijas, laboratorijoje vertinamas pagal įvairius kokybės rodiklius, įskaitant ir kultūrinio tirpalo amilolizinį aktyvumą.

Citrinos gaminimo technologijos

Gamybos procesas vyksta keliais technologiniais etapais, naudojant skirtingą įrangą. Nors gamyklos patalpų įrengimui yra įvairių konfigūracijų - įskaitant monoblokus ir surenkamus modulinius. Tarp pagrindinių procesų, kuriais grindžiama šiuolaikinė citrinų rūgšties gamybos technologija, galima išskirti:

1. Optimizuoti technologinio žaliavų paruošimo procesai, užtikrinantys būtinas sąlygas rūgščios fermentacijos aplinkai.
2. Sporų dauginimasis specialiai organizuotomis sąlygomis.
3. Rauginimo procesas pagal konkrečių žaliavų savybes.
4. Jei reikia, visas arba atskiras žaliavas pritaikykite fermentacijos procesams.
5. Rūgščių atskyrimas nuo fermentacijos tirpalų. Beje, atskyrimo metodai daugiausia yralaipsniai lemia galutinę gaminio kokybę.
6. Gautos rūgšties gryninimas ir kristalizavimas. Šiame etape atsiveria galimybės modifikuoti gaminį ir gaminti kitas rūgšties versijas skirtingose konfigūracijose. Pavyzdžiui, bendrai gaminant citrinų rūgštį galima gaminti sirupus, monohidratą, dehidratuotas kompozicijas ir natrio citrato dihidratą. Cheminės medžiagos taip pat gali būti reguliuojamos.

Proceso įranga

Optimizuotas šiuolaikinių citrinų rūgšties gamybos įmonių techninio išdėstymo formatas apima biotechnologinių įrenginių naudojimą. Vidutiniškai tokio sprendimo našumas skaičiuojant produkcijos apimtį yra 200-250 tonų per metus, paliekant plačias galimybes gauti modifikuotų produktų iš skirtingų žaliavų š altinių. Pagrindinė šios citrinų rūgšties gamybos įrangos sudėtis apima šiuos reaktorius ir talpos įtaisus:

1. Raugintojai.
2. Garintuvai.
3. Filtrai.
4. Džiovintuvai.
5. Cristalizatoriai.
6. Infrastruktūra logistikos operacijoms palaikyti.

Biotechnologinio įrengimo projekto įgyvendinimas leidžia užtikrinti pilną gamybos ciklą, vietoje pilnai aprūpinant regiono vartotojus, minimaliai įtraukiant šilumos ir elektros išteklius.

Šio tipo aparatinė-technologinis sprendimas pasižymi gamintojų padermių naudojimu, o tai lemia iš pradžių mažą produkto kainą. Šiai citrinų rūgšties gamybos technologijai taip pat būdingas priimtinas aplinkos švaros lygis aplinkai ir toksiška darbuotojų sauga.

Kalbant apie produkto kokybę, jis atitinka tarptautinius maisto pramonės standartus. Kitas dalykas yra tai, kad taip pat galima išleisti techninį produktą, skirtą ypač plovikliams.

Žaliavų paruošimas citrinų rūgščiai gaminti

Žaliavos patenka į gamybos procesą po specialaus apdorojimo. Jo būdą ir parametrus lemia ne tik žaliavų savybės, bet ir gaminiui keliami reikalavimai. Taip pat atsižvelgiama į galimybę gaminti išvestinius produktus iš natrio citrato.

Vienaip ar kitaip pagrindinė citrinų rūgšties gamybos žaliava yra melasa, kurioje yra optimalus geležies santykis. Kalbant apie jo apdorojimą, pagrindinis šio proceso etapas yra išankstinė fermentacija, kuri reikalinga kompozicijai nusodinti geltonąja kraujo druska. Be tolesnio apdorojimo ši rūgštyje esanti druska gali veikti kaip izocitrato dehidrogenazių inhibitorius.

Kitas komponentas, kuris gali būti naudojamas kaip žaliava, yra grybelis Aspergillus Niger. Kyla klausimas – kodėl šiuolaikinių technologijų sąlygomis citrinų rūgščiai gaminti naudojamas pelėsinis grybas? Dažniausiai jo naudojimas reikalingas gamintojo funkcijai užtikrinti. Jo cheminė formulė yra optimalivienu metu vykdant kelis procesus, kurie yra neįmanomi arba technologiškai nepateisinami naudojant sintetinius pakaitalus. Visų pirma, mes kalbame apie tirpinimą, surišimą ir vėlesnes atskyrimo bei gryninimo procedūras.

Modifikuotų citrinų rūgšties darinių gamyboje taip pat reikalingas specialus žaliavų paruošimas. Šiuo atveju taip pat gali būti naudojami papildomi intarpai, įskaitant etilo alkoholį, techninius ir etanolio turinčius tarpinius produktus su distiliavimo gamyklų atliekomis. Savo ruožtu, citrinos rūgšties gamyba iš melasos bus papildyta heksacianoferato skaidrinimo, sterilizavimo ir virinimo procesais.

Kai naudojate krakmolo hidrolizatus, kurių priemaišų kiekis yra nedidelis, ruošiant žaliavą reikės atlikti dekatifikacijos procedūrą ir nuolatinį sterilizavimą.

Sporų veisimosi proceso organizavimas

Efektyviems mikrobiologiniams procesams reikalinga gerai paruošta sėkla. Rūgščių sintezėje ši medžiaga sporų pavidalu įvedama į fermentacijos baką pačioje gamybos proceso pradžioje. Optimizuota forma melasos pagrindu pagamintos citrinos rūgšties gamybos technologijoje atskirai numatytas sporų paruošimas veisimui, kurio metu taip pat atliekami tyrimai. Jei planuojama ilgalaikė gamyba, tada sporos džiovinamos. Tai būtina tiek norint ilgai išsaugoti jų funkcines savybes, tiek sėkmingai dozuoti.

Kitame etape paruošiami substratai, įskaitant sacharozę, gliukozę arbakrakmolo. Medžiagos, kurių sudėtyje yra krakmolo, pirmiausia sucukrinamos, kad būtų paverstos gliukoze, kuri naudojama kaip gamybos atmaina.

Kadangi priemaišų lygis visuose žaliavų ir substratų apdorojimo etapuose gali būti pernelyg didelis, daugelis gamintojų kuria specialius pirminio šių medžiagų valymo metodus. Pavyzdžiui, tolesnis krakmolo hidrolizato perdirbimas citrinų rūgščiai maisto gamyboje gali apimti druskos pašalinimo etapus. Tos pačios sterilizavimo ir virimo su mechaniniu filtravimu procedūros gali būti priskirtos universaliems ir labiausiai prieinamiems valymo nuo priemaišų metodams.

Rauginimo procesas ir rūgšties gamyba

Šiuolaikinėse rūgimo proceso užtikrinimo technologijose naudojami specialūs burbuliuojantys fermentatoriai, kurie parenkami pagal paruoštas aukščiau aptartas pelėsinio grybelio padermes. Atranka atliekama kartu su testavimu pagal tam tikrus parametrus, kurie leidžia organizuoti fermentaciją pagal individualias konfigūracijas, atsižvelgiant į naudojamų žaliavų ypatybes. Technologiškai pažangiausi citrinų rūgšties gamybos procesai taip pat apima priemones, reguliuojančias burbuliuojančių mikroorganizmų metabolinį aktyvumą.

Rūgščių išskyrimo etape užduotis yra gauti tirpalą iš fermentacijos terpės su pradiniu gryninimo lygiu. Siekiant padidinti gryninimo laipsnį, generuojantis mišinys turi būti tinkamai paruoštas. Visų pirma, jame vyksta šie procesaiišankstinis apdorojimas:

1. Atskyrimo ir atsiskaitymo procedūra.
2. Micelio atskyrimo operacija.
3. Kalcio sulfato atskyrimas ir fermentacijos masės skaidymas.

Sausų likučių atskyrimui šiuolaikinėse pramonės šakose naudojami juostiniai filtrai su automatiniu valdymu. Taip pat nuosėdų filtravimo procesams organizuoti naudojamos specialios centrifugos ir separatoriai su elektroninėmis valdymo sistemomis, todėl padidėja medžiagų apdorojimo tikslumas.

Gautos citrinų rūgšties išvalymas

Paskutinis gamybos etapas, apimantis kompleksinį jau gautos prekės apdorojimą. Šiame procese naudojama aktyvuota anglis su anijonų ir katijonų mainų dervomis. Tokio valymo technologija stacionariuose reaktoriuose įgyvendinama keliais etapais:

1. Išgaravimo procesas tam tikroje temperatūroje.
2. Kristalizacija vakuume.
3. Kristalų atranka centrifugoje.
4. Džiovinimas skystuoju sluoksniu.
5. Sijojimo procedūra.

Garinimas atliekamas kelių pakopų garintuve su krentančia skysčio plėvele. Dėl šio proceso reikiamas garavimo koeficientas pasiekiamas nesumažinant citrinos rūgšties vartotojų savybių. Energijos išteklių suvartojimas šiame etape gali būti žymiai sumažintas dėl garų šiluminio suspaudimo.

Kalbant apie kristalizaciją, šis citrinų rūgšties gamybos procesas atliekamas naudojant priverstinę cirkuliaciją. Kai kurioseMaisto pramonės gamyklų techninėse konfigūracijose vakuuminiai kristalizatoriai suprojektuoti pagal tą patį konstrukcinį pagrindą kartu su įrenginiais modifikuoto ir natrio citrato dariniams gaminti. Pavyzdžiui, panaši įranga naudojama gaminant dehidratuotus produktus ir citrinos rūgšties monohidratą.

Ne paskutinė reikšmė gryninimo etape yra fermentacijos tirpalo perdirbimo operacija, kurios metu gimdos fermentai atskiriami nuo kristalų turinčios suspensijos. Techniškai ši procedūra atliekama nuolatine centrifuga, kuri leidžia tiksliai kontroliuoti galutinio produkto charakteristikas.

Galutinis džiovinimas ir sijojimo procesas reikalauja subtilaus gauto ir išvalyto produkto tvarkymo. Šiame etape svarbų vaidmenį vaidins citrinos rūgšties išsiskyrimo formos reikalavimai – pavyzdžiui, frakcionuojama pagal projektinį dalelių dydį.

Vidaus citrinų rūgšties rinka

Pagrindiniai šio segmento dalyviai Rusijos maisto pramonės rinkoje yra gamintojai iš Kinijos, kurie valdo beveik pusę visos produkcijos. Tačiau nemažą dalį taip pat užima Rusijos gamyklos, gaminančios citrinų rūgštį, tarp kurių ypatingą vietą užima Belgorode įsikūrusi įmonė „Citrobel“. Tiesą sakant, tai beveik vienintelė vietinė gamykla, turinti pasaulinio lygio pajėgumus. Maisto sektoriaus komercinės organizacijos aktyviai bendradarbiauja su gamyklomisužsienyje. Šia kryptimi išsiskiria Ukrainos ir B altarusijos cukraus fabrikai, esantys atitinkamai Smiloje ir Skidelyje.

Ekspertų teigimu, rusiška citrinų rūgštis atitinka GOST norminius reikalavimus ir pakuočių projektavimo standartus. Tai yra vienas iš pranašumų, leidžiančių vietinėms citrinų rūgšties gamykloms Rusijoje sėkmingai konkuruoti su Kinijos įmonėmis. Taigi, palyginti su Citrobel, tiekiančia nuolat aukštos kokybės citrinų rūgštį, Dangaus imperijos gamintojai ne visada garantuoja, kad gaminiai atitiks griežtus standartus, o tai atsispindi ir kainose. Skirtumą lemia gamintojo ir paskirstymo tinklo lygis. Tuo pačiu metu, net tiekiant iš didelių įmonių, citrinų rūgšties savybės vienoje partijoje yra nevienalytės ir gali skirtis. Tai patvirtina ir vartotojų atsiliepimai, kuriuose pastebimi nusiskundimai dėl produkto tirpumo ir drėgmės kiekio.

Išvada

Šiandien pasaulio citrinų rūgšties gamintojų gamybos apimtis yra apie 800 000 tonų per metus. Tokią didelę šio sektoriaus grąžą lėmė tai, kad rūgštiklių naudojimu domisi nemažai pramonės šakų, tarp jų ir tradiciniai maisto pramonės bei chemijos ir farmacijos sektoriai. Be to, tokių rūgščių dariniai šiandien pritaikomi net gynybos ir elektronikos pramonėje, jau nekalbant apie žemės ūkį ir kitas pramonės šakas, kuriose citrinos rūgšties techninė funkcija yra paklausi.fermentai. Šiuo atžvilgiu galima pastebėti, kad natrio citratas naudojamas kaip aktyvių perdirbimo pagalbinių medžiagų ir sintetinių ploviklių pakaitalas.

Jei kalbėtume apie citrinos rūgšties gamybą Rusijoje, tai pastaraisiais metais vyriausybės lygiu buvo imtasi priemonių apsaugoti vidaus rinką, siekiant paskatinti šioje srityje veikiančias įmones. Tačiau kadangi Belgorodo gamykla išlieka vienintele pagrindine citrinos rūgšties tiekėja, kartais produkto pritrūksta. Kaip išeitį ekspertai siūlė pakeisti muitinės taisykles, pagal kurias pirmenybė užsienietiškų rūgštiklių importui buvo teikiama Europos įmonėms, kurios garantuoja tinkamą produkto kokybę. Didžiųjų Japonijos, Šveicarijos ir Vokietijos biocheminių medžiagų gamintojų citrinos rūgštis savo kokybe pranašesnė už vietinius produktus, tačiau kainos per didelės, todėl Citrobel gamykla išlieka konkurencinga nepakenkiant vartotojų poreikiams.