Производство на лимонена киселина: подготовка, процес и продукт

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Последно модифициран: 2023-12-17 10:19

Лимонената киселина е открита преди няколкостотин години, но за историята на нейното пълноценно производство в промишлени съоръжения може да се говори само от 1919 г. От този момент нататък технолозите започват да прилагат микробиологични процеси, чието развитие не е спряло и до днес. В същото време съвременното производство на лимонена киселина е хетерогенно и включва различни начини за производство на крайния продукт. Изборът на един или друг метод се определя не само от характеристиките на суровините на конкретно предприятие, но и от изискванията на целевия потребителски пазар.

Въведение в лимонената киселина

Като регулатор на киселинността, този продукт се използва активно в хранително-вкусовата промишленост. Но лимонената киселина се използва не само за коригиране на вкуса. В зависимост от производствената технология може да увеличи срока на годност на целевия продукт. От тази гледна точка производството на лимонкиселините в Русия могат да бъдат поставени наравно с технологиите за производство на аскорбинова, оцетна и млечна киселини, както и с техните производни.

Според експертите, поради качествата си на антиоксидант и антиоксидантен синергист, лимонената киселина сега се използва в почти половината от всички произведени хранителни продукти. Популярността на този подкиселител се улеснява и от неговите гастрономически свойства. Тази киселина има приятен и мек вкус - поне в сравнение с алтернативни продукти от този тип. Особено тези качества се проявяват в напитките и сладкарските изделия. Съществува и широка група соли, които се получават при микробиологично производство на лимонена киселина - по-специално натриевият цитрат може да се използва като сол за топене. Предимствата на натриевия цитрат включват възможността за получаването му в твърда форма, както и изключването на дразнещ ефект при излагане на лигавиците на храносмилателната и дихателната системи.

Промишлено производство на продукти

Името лимонена киселина привлича вниманието към цитрусовите плодове, но тази киселина присъства в различна степен във всички плодове, памук и игли. Въпреки това първите производствени мощности са организирани именно на базата на преработката на лимонов сок. През 20-те години на миналия век около 25% от цялата продукция се получава по този начин. В същото време самата технология на производство беше ирационална, тъй като от 1 тон лимони се получаваха около 25 кг чист продукт. Днес се организира производството на хранителна лимонена киселинавърху по-технологични и ресурсоемки методи, включващи използването на фундаментално нови добавки като меласа и плесенни гъби. Между другото, това определя и логистичните решения за местоположението на производството на натриев цитрат в близост до захарните фабрики.

В същото време не може да се каже, че подобно производство се оправдава по дефиниция в условия на голямо търсене. Факт е, че с увеличаване на технологичността на производствения процес се увеличава и оборудването, което означава увеличение на разходите за техническо оборудване и поддръжка на мощностите. Следователно е невъзможно да се направи без добре обмислен бизнес план за производство на лимонена киселина, който да посочи всички аспекти на организационните и икономически дейности на предприятието. Наред с проектното решение за оборудване на производствено оборудване и разработване на логистични модели с икономическа обосновка, ще е необходимо да се определи и оптималната формулировка на крайния продукт, така че да може да се конкурира в определена ниша на пазара. Към това си струва да се добави изменение на строгите санитарни и хигиенни стандарти, които регулират почти всички технологични нюанси за получаване на тази киселина.

Физико-химично представяне на технологията

Съвременните процеси за производство на лимонена киселина се основават основно на хидролизата на нишестената суспензия, която включва до 30% от масата на сухи елементи с амилолитична способност. Към тях може да се добави нишесте от минерални соли със сулфати на мед, цинк и желязо. Тази основа впоследствие претърпява ферментация в хранителна среда от плесенни гъби.

В резултат на ферментация и изолиране на гъбична биомаса се образува културен разтвор, който първоначално съдържа до 85% лимонена киселина. Характерна особеност на киселинно-устойчивите ензими, получени на този етап, е повишената амилолитична активност. На първо място, това се отнася до глюкоамилазата и амилазата.

Техническият резултат от производството на лимонена киселина след преминаване през спомагателни операции се оценява в лабораторията чрез широк набор от показатели за качество, включително амилолитичната активност на културния разтвор..

Технологии за приготвяне на "лимон"

Производственият процес се извършва на няколко технологични етапа на различно оборудване. Въпреки че има различни конфигурации за подреждане на фабрични съоръжения - включително моноблокови и сглобяеми модулни. Сред основните процеси, на които се основава съвременната технология за производство на лимонена киселина, могат да се разграничат следните:

1. Оптимизирани процеси за технологична подготовка на суровините за осигуряване на необходимите условия за кисела ферментационна среда.
2. Възпроизвеждане на спори в специално организирани условия.
3. Процес на ферментация според характеристиките на специфични суровини.
4. Ако е необходимо, адаптирайте всички или отделни суровини за процесите на ферментация.
5. Отделяне на киселината от ферментационните разтвори. Между другото, методите за разделяне са до голяма степенградуса определят крайното качество на продукта.
6. Пречистване и кристализация на получената киселина. На този етап се отварят възможности за модификация на продукта и производство на други версии на киселината в различни конфигурации. Например, като част от общото производство на лимонена киселина, могат да се произвеждат сиропи, монохидрат, дехидратирани състави и натриев цитрат дихидрат. Химикалите също могат да бъдат регулирани.

Процесно оборудване

Оптимизираният формат на техническото устройство на съвременните инсталации за производство на лимонена киселина включва използването на биотехнологични инсталации. Средно капацитетът на такова решение за изчисляване на обема на продукцията е 200-250 тона / година, като оставя широки възможности за получаване на модифицирани продукти на базата на различни източници на суровини. Основният състав на това оборудване за производство на лимонена киселина включва следните реакторни и капацитетни устройства:

1. Ферментатори.
2. Изпарители.
3. Филтри.
4. сушилни.
5. Crystallizers.
6. Инфраструктура за поддържане на логистични операции.

Изпълнението на проекта за биотехнологична инсталация ни позволява да осигурим пълен производствен цикъл, снабдявайки изцяло регионалните потребители на местно ниво с минимално участие на топлинни и енергийни ресурси.

Хардуерно-технологичното решение от този тип се характеризира с използването на щамове производители, което води до първоначално ниска цена на продукта. Тази технология за производство на лимонена киселина също се характеризира с приемливо ниво на екологична чистота за околната среда и токсична безопасност за работниците.

Що се отнася до качеството на продукта, той отговаря на международните стандарти на хранително-вкусовата промишленост. Друго нещо е, че е възможно да се пусне и технически продукт, предназначен по-специално за перилни препарати.

Подготовка на суровини за производство на лимонена киселина

Суровините влизат в производствения процес след специална обработка. Методът и параметрите му се определят не само от свойствата на суровините, но и от изискванията към продукта. Отчита се и възможността за производство на производни продукти от натриев цитрат.

По един или друг начин основната суровина за производството на лимонена киселина е меласата, която съдържа оптималното съотношение на желязо. Що се отнася до неговата обработка, основната стъпка в този процес е предварителна ферментация, която е необходима за утаяването на състава посредством жълта кръвна сол. Без допълнителна обработка, тази сол в киселина може да действа като инхибитор на изоцитрат дехидрогеназите.

Друг компонент, който може да се използва като суровина, е гъбичката Aspergillus Niger. Възниква въпросът - защо в условията на съвременните технологии се използва плесен за производство на лимонена киселина? Най-често използването му се изисква, за да се осигури функцията на производителя. Химичната му формула е оптимална заизвършване на няколко процеса наведнъж, които са невъзможни или технологично неоправдани при използване на синтетични заместители. По-специално, ние говорим за разтваряне, втвърдяване и последващи процедури за разделяне и пречистване.

Специална подготовка на суровините също се изисква при производството на модифицирани производни на лимонена киселина. В този случай могат да се използват и допълнителни включвания, включително етилов алкохол, технически и етанол-съдържащи междинни продукти с отпадъци от дестилерии. От своя страна производството на лимонена киселина от меласа ще бъде допълнено от процеси на избистряне на хексацианоферат, стерилизация и кипене.

Когато се използват нишестени хидролизати с умерено съдържание на примеси, подготовката на суровината ще трябва да включва процедура на декатионизация и непрекъсната операция на стерилизация.

Организация на процеса на размножаване на спори

Ефективните микробиологични процеси изискват добре подготвени семена. При киселинния синтез този материал под формата на спори се въвежда във ферментационния резервоар в самото начало на производствения процес. В оптимизиран вид технологията за производство на лимонена киселина на основата на меласа отделно предвижда подготовка на спори за размножаване, в рамките на което се извършва и тестване. Ако се планира дългосрочно производство, тогава спорите се изсушават. Това е необходимо както за дългосрочно запазване на функционалните им качества, така и за успешно дозиране.

На следващата стъпка се приготвят субстрати, включително захароза, глюкоза илинишесте. Материалите, съдържащи нишесте, първо се озахаряват, за да бъдат превърнати в глюкоза, която се използва като производствен щам.

Тъй като нивото на примесите на всички етапи на обработка на суровините и субстратите може да бъде прекомерно високо, много производители разработват специални методи за първично пречистване на тези материали. Например, по-нататъшната обработка на нишестен хидролизат за лимонена киселина в производството на храни може да включва етапи на обезсоляване. Същите процедури на стерилизация и кипене с механична филтрация могат да се припишат към универсалните и най-достъпни методи за пречистване от примеси.

Процес на ферментация и производство на киселина

В съвременните технологии за осигуряване на процеса на ферментация се използват специални бълбукащи ферментатори, които се подбират според подготвените щамове на плесенните гъби, разгледани по-горе. Изборът се извършва заедно с тестване по определени параметри, което позволява организиране на ферментация според индивидуални конфигурации, като се вземат предвид характеристиките на използваните суровини. Най-технологичните процеси за производство на лимонена киселина включват и инструменти за регулиране на метаболитната активност на бълбукащите микроорганизми.

На етапа на киселинно изолиране, задачата е да се получи разтвор от ферментационната среда с първоначално ниво на пречистване. За да се повиши степента на пречистване, генериращата смес трябва да бъде подходящо подготвена. По-специално, той преминава през следните процесипредварителна обработка:

1. Процедура за разделяне и уреждане.
2. Операция за отделяне на мицел.
3. Разделяне на калциев сулфат и разлагане на ферментационната маса.

За отделяне на сухи остатъци в съвременните индустрии се използват лентови филтри с автоматично управление. Също така, за организиране на процесите на филтриране на утайки се използват специални центрофуги и сепаратори с електронни системи за управление, което повишава точността на обработката на материала.

Пречистване на получената лимонена киселина

Последният етап на производство, който включва комплексната обработка на вече получения продукт. Този процес използва активен въглен с анион и катионообменни смоли. Технологията на такова пречистване се реализира в реактори с фиксиран слой на няколко етапа:

1. Процесът на изпаряване при определена температура.
2. Кристализация във вакуум.
3. Кристално отсяване в центрофугата.
4. Изсушаване с течно легло.
5. Процедура за пресяване.

Изпаряването се извършва в многоетапен изпарител с падащ течен филм. В резултат на този процес се постига необходимият коефициент на изпаряване, без да се намаляват потребителските свойства на лимонената киселина. Консумацията на енергийни ресурси на този етап може да бъде значително намалена поради осигуряването на термична компресия на пара.

Що се отнася до кристализацията, този процес на производство на лимонена киселина се извършва с принудителна циркулация. В някоиВ техническите конфигурации на предприятията за хранително-вкусовата промишленост вакуумните кристализатори са проектирани на същата конструктивна основа заедно с устройства за производство на модифицирани и производни на натриев цитрат. Например подобно оборудване се използва при производството на дехидратирани продукти и монохидрат на лимонена киселина.

Не последната стойност на етапа на пречистване е операцията по рециклиране на ферментационния разтвор, при която се отделят маточни ензими от кристал-съдържащата суспензия. Технически тази процедура се извършва чрез непрекъсната центрофуга, което дава възможност за фин контрол на характеристиките на крайния продукт.

Крайните процеси на сушене и пресяване изискват деликатно боравене с получения и пречистен продукт. На този етап изискванията за формата на освобождаване на лимонена киселина ще играят роля - например фракционирането се извършва според проектния размер на частиците.

Вътрешен пазар на лимонена киселина

Основните участници в този сегмент на руския пазар на хранително-вкусовата промишленост включват производители от Китай, които контролират почти половината от цялото производство. Но значителен дял заемат и руските фабрики за производство на лимонена киселина, специално място сред които заема предприятието Citrobel, разположено в Белгород. Всъщност това е почти единственият местен завод с капацитет от световна класа. Търговските организации в хранително-вкусовата промишленост активно си сътрудничат с фабрики вв чужбина. В тази посока се открояват украински и беларуски захарни фабрики, разположени съответно в Смила и Скидел.

Според експерти, руската лимонена киселина отговаря на регулаторните изисквания на GOST и стандартите за дизайн на опаковки. Това е едно от предимствата, което позволява на местните заводи за лимонена киселина в Русия да се конкурират успешно с китайските предприятия. Така че, в сравнение с Citrobel, който осигурява доставки на постоянно висококачествена лимонена киселина, производителите от Поднебесната империя не винаги гарантират, че продуктите отговарят на строги стандарти, което се отразява и в цените. Разликата се определя от нивото на производителя и дистрибуторската мрежа. В същото време, дори при доставки от големи компании, характеристиките на лимонената киселина в една партида са разнородни и могат да варират. Това се потвърждава и в отзивите на потребителите, където се отбелязват оплаквания относно разтворимостта и съдържанието на влага в продукта.

Заключение

Днес обемът на производството на световните производители на лимонена киселина е около 800 000 тона годишно. Такава висока възвръщаемост на този сектор се дължи на факта, че редица индустрии се интересуват от използването на подкислители, включително традиционните сегменти на хранително-вкусовата промишленост и химическата и фармацевтичната сфера. Освен това производните на такива киселини днес намират приложение дори в отбранителната и електронната индустрия, да не говорим за селското стопанство и други индустрии, където техническата функция на лимонената киселина е търсена.ензими. В това отношение може да се отбележи практиката да се използва натриев цитрат като заместител на активни технологични помощни средства и синтетични детергенти.

Ако говорим за производството на лимонена киселина в Русия, то на правителствено ниво през последните години бяха предприети стъпки за защита на вътрешния пазар, за да се стимулират предприятията, работещи в тази област. Но тъй като заводът в Белгород остава единственият основен доставчик на лимонена киселина, понякога има недостиг на продукта. Като изход експертите предложиха промяна на митническите правила, при които приоритет при вноса на чуждестранни подкиселители се дава на европейски компании, които гарантират доброто качество на продукта. Лимонената киселина от големите биохимични производители в Япония, Швейцария и Германия превъзхожда по качество местните продукти, но цените са твърде високи, така че заводът Citrobel остава конкурентоспособен, без да компрометира нуждите на потребителите.