Producción de ácido cítrico: preparación, proceso y producto

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificación: 2023-12-17 10:24

El ácido cítrico se descubrió hace varios cientos de años, pero solo se puede hablar de la historia de su producción completa en instalaciones industriales desde 1919. A partir de ese momento, los tecnólogos comenzaron a aplicar procesos microbiológicos, cuyo desarrollo no se ha detenido hasta el día de hoy. Al mismo tiempo, la producción moderna de ácido cítrico es heterogénea e involucra diferentes formas de fabricar el producto final. La elección de uno u otro método está determinada no solo por las características de las materias primas de una empresa en particular, sino también por los requisitos del mercado de consumo objetivo.

Introducción al ácido cítrico

Como regulador de la acidez, este producto se utiliza activamente en la industria alimentaria. Pero el ácido cítrico se usa no solo para corregir el sabor. Dependiendo de la tecnología de fabricación, puede aumentar la vida útil del producto objetivo. Desde este punto de vista, la producción de limónLos ácidos en Rusia se pueden equiparar con las tecnologías para la fabricación de ácidos ascórbico, acético y láctico, así como con sus derivados.

Según los expertos, debido a sus cualidades como antioxidante y sinergista antioxidante, el ácido cítrico ahora se usa en casi la mitad de todos los productos alimenticios fabricados. La popularidad de este acidulante también se ve facilitada por sus propiedades gastronómicas. Este ácido tiene un sabor agradable y suave, al menos en comparación con productos alternativos de este tipo. Especialmente estas cualidades se manifiestan en bebidas y dulces. También hay un amplio grupo de sales que se obtienen en las condiciones de producción microbiológica de ácido cítrico; en particular, el citrato de sodio se puede usar como sal de fusión. Las ventajas del citrato de sodio incluyen la posibilidad de obtenerlo en forma sólida, así como la exclusión de un efecto irritante cuando se expone a las membranas mucosas de los sistemas digestivo y respiratorio.

Producción industrial de productos

El nombre ácido cítrico llama la atención sobre las frutas cítricas, sin embargo, este ácido está presente en diversos grados en todas las frutas, algodón y agujas. Sin embargo, las primeras instalaciones de producción se organizaron precisamente sobre la base del procesamiento de jugo de limón. En la década de 1920, alrededor del 25% de toda la producción se obtenía de esta forma. Al mismo tiempo, la tecnología de fabricación en sí era irracional, ya que de 1 tonelada de limones se obtenían unos 25 kg de un producto puro. Hoy en día, la producción de ácido cítrico alimentario se está organizando.en métodos más tecnológicos y de uso intensivo de recursos, que implican el uso de aditivos fundamentalmente nuevos como melaza y hongos de moho. Por cierto, esto también determina las decisiones logísticas sobre la ubicación de la producción de citrato de sodio cerca de las fábricas de azúcar.

Al mismo tiempo, no se puede decir que tal producción se justifique por definición en condiciones de alta demanda. Y es que a medida que aumenta la fabricabilidad del proceso productivo también lo hace el equipamiento, lo que supone un aumento del coste del equipamiento técnico y del mantenimiento de las capacidades. Por lo tanto, es imposible prescindir de un plan de negocios bien pensado para la producción de ácido cítrico, que indique todos los aspectos de las actividades organizativas y económicas de la empresa. Junto con la solución de diseño para equipar los equipos de producción y desarrollar modelos logísticos con justificación económica, también será necesario determinar la formulación óptima del producto final para que pueda competir en un determinado nicho de mercado. A ello cabe añadir una modificación a las estrictas normas sanitarias e higiénicas que regulan casi todos los matices tecnológicos de la obtención de este ácido.

Presentación físico-química de la tecnología

Los procesos modernos para la producción de ácido cítrico se basan principalmente en la hidrólisis de la suspensión de almidón, que incluye hasta un 30% de la masa de elementos secos con capacidad amilolítica. Se les puede agregar almidón de sales minerales con sulfatos de cobre, zinc y hierro. Esta base se somete posteriormente a la fermentación en un medio nutritivo por un hongo de moho.

Como resultado de la fermentación y el aislamiento de la biomasa fúngica, se forma una solución de cultivo que inicialmente contiene hasta un 85 % de ácido cítrico. Un rasgo característico de las enzimas resistentes a los ácidos obtenidas en esta etapa es una mayor actividad amilolítica. En primer lugar, esto se refiere a la glucoamilasa y la amilasa.

El resultado técnico de la producción de ácido cítrico después de pasar por operaciones auxiliares se evalúa en el laboratorio mediante una amplia gama de indicadores de calidad, incluida la actividad amilolítica de la solución de cultivo.

Tecnologías para hacer "limón"

El proceso de producción se lleva a cabo en varias etapas tecnológicas en diferentes equipos. Aunque existen diferentes configuraciones para organizar las instalaciones de la fábrica, incluidas las monobloques y las modulares prefabricadas. Entre los principales procesos en los que se basa la moderna tecnología de producción de ácido cítrico, se pueden distinguir los siguientes:

1. Procesos optimizados para la preparación tecnológica de materias primas para asegurar las condiciones necesarias para un ambiente ácido de fermentación.
2. Reproducción de esporas en condiciones especialmente organizadas.
3. Proceso de fermentación según las características de materias primas específicas.
4. Si es necesario, adapte todas las materias primas o individualmente para los procesos de fermentación.
5. Separación del ácido de las soluciones de fermentación. Por cierto, los métodos de separación son en gran partegrados determinan la calidad final del producto.
6. Purificación y cristalización del ácido resultante. En esta etapa, se abren oportunidades para la modificación del producto y la producción de otras versiones del ácido en diferentes configuraciones. Por ejemplo, como parte de la producción general de ácido cítrico, se pueden producir jarabes, monohidrato, formulaciones deshidratadas y citrato de sodio dihidrato. Los productos químicos también pueden estar regulados.

Equipos de proceso

El formato optimizado de la disposición técnica de las plantas modernas para la producción de ácido cítrico implica el uso de instalaciones biotecnológicas. En promedio, la capacidad de una solución de este tipo para calcular el volumen de producción es de 200-250 toneladas/año, dejando amplias oportunidades para obtener productos modificados basados en diferentes fuentes de materias primas. La composición básica de este equipo para la producción de ácido cítrico incluye los siguientes dispositivos de reactor y capacitancia:

1. Fermentadores.
2. Evaporadores.
3. Filtros.
4. Secadoras.
5. Cristalizadores.
6. Infraestructura de apoyo a las operaciones logísticas.

La implementación del proyecto de instalación biotecnológica nos permite proporcionar un ciclo de producción completo, abasteciendo localmente a los consumidores regionales en su totalidad con una participación mínima de los recursos de calor y energía.

La solución tecnológica de hardware de este tipo se caracteriza por el uso de cepas productoras, lo que conduce a un costo inicial bajo del producto. Esta tecnología para la producción de ácido cítrico también se caracteriza por un nivel aceptable de limpieza ambiental para el medio ambiente y seguridad tóxica para los trabajadores.

En cuanto a la calidad del producto, cumple con los estándares internacionales de la industria alimentaria. Otra cosa es que también es posible lanzar un producto técnico destinado, en particular, a los detergentes.

Preparación de materias primas para la producción de ácido cítrico

Las materias primas ingresan al proceso de producción después de un procesamiento especial. Su método y parámetros están determinados no solo por las propiedades de las materias primas, sino también por los requisitos del producto. También se contempla la posibilidad de fabricar productos derivados a partir del citrato de sodio.

De una forma u otra, la principal materia prima para la producción de ácido cítrico es la melaza, que contiene la proporción óptima de hierro. En cuanto a su procesamiento, el paso principal en este proceso es la prefermentación, que es necesaria para la precipitación de la composición por medio de sal de sangre amarilla. Sin más procesamiento, esta sal en ácido puede actuar como inhibidor de las isocitrato deshidrogenasas.

Otro componente que se puede utilizar como materia prima base es el hongo Aspergillus Niger. Surge la pregunta: ¿por qué, en las condiciones de las tecnologías modernas, se usa un hongo de moho para producir ácido cítrico? Muy a menudo, se requiere su uso para garantizar la función del productor. Su fórmula química es óptima parallevar a cabo varios procesos a la vez, que son imposibles o tecnológicamente injustificados cuando se utilizan sustitutos sintéticos. En particular, estamos hablando de procedimientos de disolución, solicificación y posterior separación y purificación.

También se requiere una preparación especial de las materias primas en la producción de derivados del ácido cítrico modificado. En este caso, también se pueden usar inclusiones adicionales, que incluyen alcohol etílico, productos intermedios técnicos y que contienen etanol con desechos de destilerías. A su vez, la producción de ácido cítrico a partir de melaza se complementará con procesos de clarificación, esterilización y ebullición del hexacianoferrato.

Cuando se utilizan hidrolizados de almidón con un contenido moderado de impurezas, la preparación de la materia prima deberá incluir un procedimiento de descationización y una operación de esterilización continua.

Organización del proceso de reproducción de esporas

Los procesos microbiológicos eficientes requieren semillas bien preparadas. En la síntesis ácida, este material en forma de esporas se introduce en el tanque de fermentación al comienzo del proceso de producción. De forma optimizada, la tecnología para la producción de ácido cítrico a base de melaza prevé por separado la preparación de esporas para la reproducción, dentro de las cuales también se realizan pruebas. Si se planea una producción a largo plazo, las esporas se secan. Esto es necesario tanto para la conservación a largo plazo de sus cualidades funcionales como para una dosificación exitosa.

En el siguiente paso, se preparan los sustratos, que incluyen sacarosa, glucosa oalmidón. Los materiales que contienen almidón primero se sacarifican para convertirlos en glucosa, que se utiliza como cepa de producción.

Dado que el nivel de impurezas en todas las etapas del procesamiento de materias primas y sustratos puede ser excesivamente alto, muchos fabricantes están desarrollando métodos especiales para la purificación primaria de estos materiales. Por ejemplo, el procesamiento posterior del hidrolizado de almidón para obtener ácido cítrico en la producción de alimentos puede incluir etapas de desalinización. Los mismos procedimientos de esterilización y ebullición con filtración mecánica se pueden atribuir a los métodos universales y más accesibles de purificación de impurezas.

Proceso de fermentación y producción de ácido

En las tecnologías modernas para garantizar el proceso de fermentación, se utilizan fermentadores burbujeantes especiales, que se seleccionan de acuerdo con las cepas preparadas del hongo moho mencionado anteriormente. La selección se lleva a cabo junto con la prueba de acuerdo con ciertos parámetros, lo que permite organizar la fermentación según configuraciones individuales, teniendo en cuenta las características de las materias primas utilizadas. Los procesos tecnológicamente más avanzados para la producción de ácido cítrico también involucran herramientas para regular la actividad metabólica de los microorganismos burbujeantes.

En la etapa de aislamiento ácido, la tarea es obtener una solución del medio de fermentación con un nivel inicial de purificación. Para aumentar el grado de purificación, la mezcla de generación debe prepararse adecuadamente. En particular, se somete a los siguientes procesospretratamiento:

1. Procedimiento de separación y asentamiento.
2. Operación de separación de micelio.
3. Separación de sulfato de calcio y descomposición de la masa de fermentación.

Para la separación de residuos secos en las industrias modernas se utilizan filtros de banda con control automático. Además, para la organización de los procesos de filtración de sedimentos, se utilizan centrífugas y separadores especiales con sistemas de control electrónico, lo que aumenta la precisión del procesamiento del material.

Purificación del ácido cítrico resultante

La etapa final de producción, que incluye el procesamiento complejo del producto ya recibido. Este proceso utiliza carbón activado con resinas de intercambio aniónico y catiónico. La tecnología de dicha purificación se implementa en reactores de lecho fijo en varias etapas:

1. El proceso de evaporación a cierta temperatura.
2. Cristalización al vacío.
3. Cristalización de cristales en la centrífuga.
4. Secado con lecho fluido.
5. Procedimiento de tamizado.

La evaporación se lleva a cabo en una unidad evaporadora de varias etapas con una película de líquido descendente. Como resultado de este proceso, se logra el coeficiente de evaporación requerido sin reducir las propiedades de consumo del ácido cítrico. El consumo de recursos energéticos en esta etapa se puede reducir significativamente debido a la provisión de compresión térmica en el vapor.

En cuanto a la cristalización, este proceso de producción de ácido cítrico se realiza con circulación forzada. En algunosEn las configuraciones técnicas de las plantas de la industria alimentaria, los cristalizadores al vacío se diseñan sobre la misma base estructural junto con los dispositivos para la producción de citrato de sodio modificado y derivados. Por ejemplo, se utilizan equipos similares en la producción de productos deshidratados y monohidrato de ácido cítrico.

No es el último valor en la etapa de purificación la operación de reciclaje de la solución de fermentación, en la que se separan las enzimas uterinas de la suspensión que contiene cristales. Técnicamente, este procedimiento se lleva a cabo mediante una centrífuga continua, lo que permite controlar con precisión las características del producto final.

Los procesos finales de secado y tamizado requieren un manejo delicado del producto resultante y purificado. En esta etapa, los requisitos para la forma de liberación del ácido cítrico desempeñarán un papel; por ejemplo, el fraccionamiento se realiza de acuerdo con el tamaño de partícula de diseño.

Mercado nacional de ácido cítrico

Los principales participantes en este segmento en el mercado de la industria alimentaria rusa incluyen fabricantes de China, que controlan casi la mitad de toda la producción. Pero también representan una parte significativa las fábricas rusas para la producción de ácido cítrico, un lugar especial entre los cuales está ocupado por la empresa Citrobel ubicada en Belgorod. De hecho, esta es casi la única planta nacional con capacidades de clase mundial. Las organizaciones comerciales del sector alimentario están cooperando activamente con las fábricas en elextranjero. En este sentido, destacan las azucareras ucranianas y bielorrusas, ubicadas en Smila y Skidel, respectivamente.

Según los expertos, el ácido cítrico ruso cumple con los requisitos reglamentarios de GOST y los estándares de diseño de envases. Esta es una de las ventajas que permite que las plantas nacionales de ácido cítrico en Rusia compitan con éxito con las empresas chinas. Entonces, en comparación con Citrobel, que proporciona suministros de ácido cítrico de alta calidad constante, los fabricantes del Celestial Empire no siempre garantizan que los productos cumplan con los estándares estrictos, lo que también se refleja en los precios. La diferencia está determinada por el nivel del fabricante y la red de distribución. Al mismo tiempo, incluso en entregas de grandes empresas, las características del ácido cítrico en un lote son heterogéneas y pueden variar. Esto también se confirma en las reseñas de los consumidores, donde se señalan las quejas sobre la solubilidad y el contenido de humedad del producto.

Conclusión

Hoy en día, el volumen de producción de los fabricantes mundiales de ácido cítrico es de unas 800.000 toneladas/año. La rentabilidad tan alta de este sector se debe a que una serie de industrias están interesadas en el uso de acidificantes, incluidos los segmentos tradicionales de la industria alimentaria y el ámbito químico y farmacéutico. Además, los derivados de tales ácidos encuentran hoy aplicación incluso en las industrias de defensa y electrónica, sin mencionar la agricultura y otras industrias donde la función técnica del ácido cítrico tiene demanda.enzimas A este respecto, cabe señalar la práctica de utilizar citrato de sodio como sustituto de los coadyuvantes de procesamiento activos y los detergentes sintéticos.

Si hablamos de la producción de ácido cítrico en Rusia, entonces a nivel gubernamental en los últimos años se han tomado medidas para proteger el mercado interno con el fin de estimular las empresas que operan en esta área. Pero dado que la planta de Belgorod sigue siendo el único proveedor importante de ácido cítrico, a veces hay escasez del producto. Como salida, los expertos sugirieron cambiar las normas aduaneras, según las cuales se da prioridad para la importación de acidificantes extranjeros a empresas europeas que garanticen la debida calidad del producto. El ácido cítrico de los principales productores bioquímicos de Japón, Suiza y Alemania tiene una calidad superior a los productos nacionales, pero los precios son demasiado altos, por lo que la planta de Citrobel sigue siendo competitiva sin comprometer las necesidades de los consumidores.