Citronskābes ražošana: sagatavošana, process un produkts

2024 Autors: Howard Calhoun | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2023-12-17 10:35

Citronskābe tika atklāta pirms vairākiem simtiem gadu, bet par tās pilnvērtīgas ražošanas vēsturi rūpnieciskajās iekārtās var runāt tikai kopš 1919. gada. No šī brīža tehnologi sāka pielietot mikrobioloģiskos procesus, kuru attīstība nav apstājusies līdz mūsdienām. Tajā pašā laikā mūsdienu citronskābes ražošana ir neviendabīga un ietver dažādus gala produkta ražošanas veidus. Vienas vai otras metodes izvēli nosaka ne tikai konkrētā uzņēmuma izejvielu īpašības, bet arī mērķa patērētāju tirgus prasības.

Ievads citronskābē

Kā skābuma regulētāju šis produkts tiek aktīvi izmantots pārtikas rūpniecībā. Bet citronskābi izmanto ne tikai garšas koriģēšanai. Atkarībā no ražošanas tehnoloģijas tas var palielināt mērķa produkta glabāšanas laiku. No šī viedokļa citrona ražošanaskābes Krievijā var pielīdzināt askorbīnskābes, etiķskābes un pienskābes, kā arī to atvasinājumu ražošanas tehnoloģijām.

Pēc ekspertu domām, citronskābes antioksidanta un antioksidantu sinerģiska īpašību dēļ tagad to izmanto gandrīz pusē no visiem saražotajiem pārtikas produktiem. Šī skābinātāja popularitāti veicina arī tā gastronomiskās īpašības. Šai skābei ir patīkama un maiga garša – vismaz salīdzinot ar alternatīviem šāda veida produktiem. Īpaši šīs īpašības izpaužas dzērienos un konditorejas izstrādājumos. Ir arī plaša sāļu grupa, ko iegūst citronskābes mikrobioloģiskās ražošanas apstākļos - jo īpaši nātrija citrātu pēc tam var izmantot kā kušanas sāli. Nātrija citrāta priekšrocības ietver iespēju to iegūt cietā veidā, kā arī kairinošās iedarbības izslēgšanu, saskaroties ar gremošanas un elpošanas sistēmas gļotādām.

Produktu rūpnieciskā ražošana

Nosaukums citronskābe pievērš uzmanību citrusaugļiem, tomēr šī skābe dažādās pakāpēs ir sastopama visos augļos, kokvilnā un skujās. Tomēr pirmās ražotnes tika organizētas tieši uz citronu sulas apstrādes pamata. 20. gados šādā veidā tika iegūti aptuveni 25% no visas produkcijas. Tajā pašā laikā pati ražošanas tehnoloģija bija neracionāla, jo no 1 tonnas citronu tika iegūti aptuveni 25 kg tīra produkta. Šodien tiek organizēta pārtikas citronskābes ražošanapar tehnoloģiskākām un resursu ietilpīgākām metodēm, kas ietver pilnīgi jaunu piedevu, piemēram, melase un pelējuma sēnīšu, izmantošanu. Starp citu, tas arī nosaka loģistikas lēmumus par nātrija citrāta ražošanas vietu cukurfabriku tuvumā.

Tajā pašā laikā nevar teikt, ka šāda produkcija pēc definīcijas sevi attaisno augsta pieprasījuma apstākļos. Fakts ir tāds, ka, palielinoties ražošanas procesa izgatavojamībai, pieaug arī aprīkojums, kas nozīmē tehniskā aprīkojuma un jaudu uzturēšanas izmaksu pieaugumu. Tāpēc nav iespējams iztikt bez pārdomāta citronskābes ražošanas biznesa plāna, kas norādītu uz visiem uzņēmuma organizatoriskās un saimnieciskās darbības aspektiem. Līdz ar dizaina risinājumu ražošanas iekārtu aprīkošanai un loģistikas modeļu izstrādei ar ekonomisko pamatojumu, būs arī jānosaka optimālais galaprodukta sastāvs, lai tas varētu konkurēt noteiktā tirgus nišā. Tam ir vērts pievienot grozījumu stingrajos sanitārajos un higiēnas standartos, kas regulē gandrīz visas šīs skābes iegūšanas tehnoloģiskās nianses.

Tehnoloģiju fizikāli ķīmiskā prezentācija

Mūsdienu citronskābes ražošanas procesi galvenokārt balstās uz cietes suspensijas hidrolīzi, kas ietver līdz 30% no masas sauso elementu ar amilolītisko spēju. Tiem var pievienot minerālsāļu cieti ar vara, cinka un dzelzs sulfātiem. Pēc tam šo bāzi barības vidē fermentē pelējuma sēne.

Sēnīšu biomasas fermentācijas un izolēšanas rezultātā veidojas kultūras šķīdums, kas sākotnēji satur līdz 85% citronskābes. Šajā posmā iegūto skābju izturīgo enzīmu raksturīga iezīme ir paaugstināta amilolītiskā aktivitāte. Pirmkārt, tas attiecas uz glikoamilāzi un amilāzi.

Citronskābes ražošanas tehniskais rezultāts pēc palīgoperācijām tiek novērtēts laboratorijā pēc visdažādākajiem kvalitātes rādītājiem, tostarp kultūras šķīduma amilolītisko aktivitāti.

Tehnoloģijas "citrona" pagatavošanai

Ražošanas process tiek veikts vairākos tehnoloģiskos posmos uz dažādām iekārtām. Lai gan rūpnīcas telpu iekārtošanai ir dažādas konfigurācijas - tostarp monobloku un saliekamās moduļu. Starp galvenajiem procesiem, uz kuriem balstās modernā citronskābes ražošanas tehnoloģija, var izdalīt:

1. Optimizēti procesi izejvielu tehnoloģiskai sagatavošanai, lai nodrošinātu nepieciešamos apstākļus skābai fermentācijas videi.
2. Sporu pavairošana īpaši organizētos apstākļos.
3. Raudzēšanas process atbilstoši konkrētu izejvielu īpašībām.
4. Ja nepieciešams, pielāgojiet visas vai atsevišķas izejvielas fermentācijas procesiem.
5. Skābes atdalīšana no fermentācijas šķīdumiem. Starp citu, atdalīšanas metodes lielā mērā irgrādi nosaka produkta galīgo kvalitāti.
6. Iegūtās skābes attīrīšana un kristalizācija. Šajā posmā paveras iespējas produktu modificēšanai un citu skābes versiju ražošanai dažādās konfigurācijās. Piemēram, citronskābes vispārējās ražošanas ietvaros var ražot sīrupus, monohidrātus, dehidrētus preparātus un nātrija citrāta dihidrātu. Var tikt regulētas arī ķīmiskās vielas.

Procesa aprīkojums

Mūsdienu citronskābes ražošanas rūpnīcu tehniskā izkārtojuma optimizētais formāts ietver biotehnoloģisko iekārtu izmantošanu. Vidēji šāda risinājuma jauda izlaides apjoma aprēķināšanai ir 200-250 tonnas gadā, vienlaikus atstājot plašas iespējas iegūt modificētus produktus, kuru pamatā ir dažādi izejvielu avoti. Šīs citronskābes ražošanas iekārtas pamatsastāvā ietilpst šādi reaktori un kapacitātes ierīces:

1. Raudzētāji.
2. Iztvaicētāji.
3. Filtri.
4. Žāvētāji.
5. Kristalizētāji.
6. Infrastruktūra loģistikas operāciju atbalstam.

Biotehnoloģiskās uzstādīšanas projekta īstenošana ļauj nodrošināt pilnu ražošanas ciklu, lokāli apgādājot reģionālos patērētājus pilnā apmērā ar minimālu siltuma un elektroenerģijas resursu iesaisti.

Šāda veida aparatūras-tehnoloģisko risinājumu raksturo ražotāju celmu izmantošana, kas noved pie sākotnēji zemām produkta izmaksām. Šo citronskābes ražošanas tehnoloģiju raksturo arī pieņemams vides tīrības līmenis videi un toksiska drošība darbiniekiem.

Runājot par produkta kvalitāti, tas atbilst starptautiskajiem pārtikas rūpniecības standartiem. Cita lieta, ka ir iespējams izlaist arī tehnisku produktu, kas īpaši paredzēts mazgāšanas līdzekļiem.

Izejvielu sagatavošana citronskābes ražošanai

Izejvielas nonāk ražošanas procesā pēc īpašas apstrādes. Tās metodi un parametrus nosaka ne tikai izejvielu īpašības, bet arī prasības izstrādājumam. Tiek ņemta vērā arī iespēja ražot atvasinātus produktus no nātrija citrāta.

Tā vai citādi galvenā izejviela citronskābes ražošanai ir melase, kas satur optimālu dzelzs attiecību. Kas attiecas uz tā apstrādi, galvenais posms šajā procesā ir priekšfermentācija, kas nepieciešama kompozīcijas nogulsnēšanai ar dzeltenās asins sāls palīdzību. Bez turpmākas apstrādes šis skābē esošais sāls var darboties kā izocitrāta dehidrogenāzes inhibitors.

Vēl viena sastāvdaļa, ko var izmantot kā izejmateriālu bāzi, ir sēne Aspergillus Niger. Rodas jautājums – kāpēc mūsdienu tehnoloģiju apstākļos citronskābes ražošanai izmanto pelējuma sēnīti? Visbiežāk tā izmantošana ir nepieciešama, lai nodrošinātu ražotāja funkciju. Tā ķīmiskā formula ir optimālaveicot vairākus procesus vienlaikus, kas nav iespējams vai tehnoloģiski nepamatoti, izmantojot sintētiskos aizstājējus. Jo īpaši mēs runājam par šķīdināšanu, pieprasīšanu un sekojošām atdalīšanas un attīrīšanas procedūrām.

Īpaša izejvielu sagatavošana nepieciešama arī modificētās citronskābes atvasinājumu ražošanā. Šajā gadījumā var izmantot arī papildu ieslēgumus, tostarp etilspirtu, tehniskos un etanolu saturošus starpproduktus ar spirta rūpnīcu atkritumiem. Savukārt citronskābes ražošanu no melases papildinās heksacianoferāta dzidrināšanas, sterilizācijas un vārīšanas procesi.

Izmantojot cietes hidrolizātus ar mērenu piemaisījumu saturu, izejmateriālu sagatavošanā būs jāiekļauj dekatizācijas procedūra un nepārtraukta sterilizācijas darbība.

Sporu audzēšanas procesa organizēšana

Efektīviem mikrobioloģiskiem procesiem nepieciešama labi sagatavota sēkla. Skābju sintēzē šis materiāls sporu veidā tiek ievadīts fermentācijas tvertnē pašā ražošanas procesa sākumā. Optimizētā veidā uz melases bāzes izgatavotas citronskābes ražošanas tehnoloģija atsevišķi paredz sporu sagatavošanu vaislai, kuras ietvaros tiek veikta arī pārbaude. Ja tiek plānota ilgtermiņa ražošana, tad sporas tiek žāvētas. Tas ir nepieciešams gan to funkcionālo īpašību ilgstošai saglabāšanai, gan veiksmīgai dozēšanai.

Nākamajā solī tiek sagatavoti substrāti, tostarp saharoze, glikoze vaiciete. Materiālus, kas satur cieti, vispirms saharizē, lai pārvērstu glikozē, ko izmanto kā ražošanas celmu.

Tā kā piemaisījumu līmenis visos izejvielu un substrātu apstrādes posmos var būt pārmērīgi augsts, daudzi ražotāji izstrādā īpašas metodes šo materiālu primārajai attīrīšanai. Piemēram, turpmāka cietes hidrolizāta pārstrāde citronskābei pārtikas ražošanā var ietvert atsāļošanas posmus. Tās pašas sterilizācijas un vārīšanas procedūras ar mehānisko filtrēšanu var attiecināt uz universālajām un pieejamākajām metodēm attīrīšanai no piemaisījumiem.

Raudzēšanas process un skābes ražošana

Mūsdienu tehnoloģijās rūgšanas procesa nodrošināšanai tiek izmantoti speciāli burbuļojošie fermentatori, kas tiek atlasīti pēc iepriekš apskatītajiem sagatavotajiem pelējuma sēnītes celmiem. Atlase tiek veikta kopā ar testēšanu pēc noteiktiem parametriem, kas ļauj organizēt fermentāciju pēc individuālām konfigurācijām, ņemot vērā izmantoto izejvielu īpašības. Tehnoloģiski progresīvākie citronskābes ražošanas procesi ietver arī instrumentus, kas regulē burbuļojošo mikroorganismu vielmaiņas aktivitāti.

Skābes izolācijas stadijā uzdevums ir iegūt šķīdumu no fermentācijas vides ar sākotnējo attīrīšanas līmeni. Lai paaugstinātu attīrīšanas pakāpi, ģenerējošais maisījums ir atbilstoši jāsagatavo. Jo īpaši tas tiek pakļauts šādiem procesiempirmapstrāde:

1. Atdalīšanas un norēķināšanās procedūra.
2. Micēlija atdalīšanas darbība.
3. Kalcija sulfāta atdalīšana un fermentācijas masas sadalīšana.

Sauso atlikumu atdalīšanai mūsdienu nozarēs tiek izmantoti lentes filtri ar automātisko vadību. Tāpat nogulumu filtrēšanas procesu organizēšanai tiek izmantotas speciālas centrifūgas un separatori ar elektroniskām vadības sistēmām, kas paaugstina materiālu apstrādes precizitāti.

Iegūtās citronskābes attīrīšana

Ražošanas beigu posms, kas ietver jau saņemtā produkta kompleksu apstrādi. Šajā procesā tiek izmantota aktivētā ogle ar anjonu un katjonu apmaiņas sveķiem. Šādas attīrīšanas tehnoloģija tiek ieviesta stacionārajos reaktoros vairākos posmos:

1. Iztvaikošanas process noteiktā temperatūrā.
2. Kristalizācija vakuumā.
3. Kristālu skrīnings centrifūgā.
4. Žāvēšana ar šķidro slāni.
5. Sijāšanas procedūra.

Iztvaicēšana tiek veikta daudzpakāpju iztvaicētāja blokā ar krītošu šķidruma plēvi. Šī procesa rezultātā tiek sasniegts nepieciešamais iztvaikošanas koeficients, nemazinot citronskābes patērētāja īpašības. Energoresursu patēriņu šajā posmā var ievērojami samazināt, jo tiek nodrošināta tvaika termiskā kompresija.

Kas attiecas uz kristalizāciju, šis citronskābes ražošanas process tiek veikts ar piespiedu cirkulāciju. DažosPārtikas rūpnīcu tehniskajās konfigurācijās vakuumkristalizatori ir konstruēti uz vienas struktūras pamata kopā ar ierīcēm modificētu un nātrija citrāta atvasinājumu ražošanai. Piemēram, līdzīgas iekārtas tiek izmantotas dehidrētu produktu un citronskābes monohidrāta ražošanā.

Ne pēdējā vērtība attīrīšanas stadijā ir fermentācijas šķīduma pārstrādes darbība, kurā dzemdes enzīmi tiek atdalīti no kristālus saturošas suspensijas. Tehniski šī procedūra tiek veikta ar nepārtrauktu centrifūgu, kas ļauj precīzi kontrolēt galaprodukta īpašības.

Galīgās žāvēšanas un sijāšanas procesos ir nepieciešama smalka rīcība ar iegūto un attīrīto produktu. Šajā posmā savu lomu spēlēs prasības attiecībā uz citronskābes izdalīšanās formu - piemēram, frakcionēšana tiek veikta atbilstoši projektētajam daļiņu izmēram.

Iekšzemes citronskābes tirgus

Šā segmenta galvenie dalībnieki Krievijas pārtikas rūpniecības tirgū ir ražotāji no Ķīnas, kas kontrolē gandrīz pusi no visas produkcijas. Bet ievērojamu daļu veido arī Krievijas citronskābes ražošanas rūpnīcas, kuru vidū īpašu vietu ieņem Belgorodā esošais uzņēmums Citrobel. Patiesībā šī ir gandrīz vienīgā vietējā ražotne ar pasaules līmeņa jaudu. Pārtikas nozares komerciālās organizācijas aktīvi sadarbojas ar rūpnīcāmārzemēs. Šajā virzienā īpaši izceļas Ukrainas un B altkrievijas cukurfabrikas, kas atrodas attiecīgi Smilā un Skidelā.

Pēc ekspertu domām, Krievijas citronskābe atbilst GOST un iepakojuma dizaina standartu normatīvajām prasībām. Šī ir viena no priekšrocībām, kas ļauj vietējiem citronskābes rūpnīcām Krievijā veiksmīgi konkurēt ar Ķīnas uzņēmumiem. Tātad, salīdzinot ar Citrobel, kas nodrošina nemainīgi augstas kvalitātes citronskābes piegādi, Debesu impērijas ražotāji ne vienmēr garantē, ka produkti atbilst stingriem standartiem, kas atspoguļojas arī cenās. Atšķirību nosaka ražotāja un izplatīšanas tīkla līmenis. Tajā pašā laikā pat piegādēs no lieliem uzņēmumiem citronskābes īpašības vienā partijā ir neviendabīgas un var atšķirties. To apstiprina arī patērētāju atsauksmes, kur tiek atzīmētas sūdzības par produkta šķīdību un mitruma saturu.

Secinājums

Šodien pasaules citronskābes ražotāju ražošanas apjoms ir aptuveni 800 000 tonnu gadā. Tik liela atdeve šai nozarei ir saistīta ar to, ka par skābinātāju izmantošanu ir ieinteresētas vairākas nozares, tostarp tradicionālie pārtikas rūpniecības segmenti un ķīmijas un farmācijas sfēra. Turklāt šādu skābju atvasinājumi mūsdienās tiek pielietoti pat aizsardzības un elektroniskajā rūpniecībā, nemaz nerunājot par lauksaimniecību un citām nozarēm, kur citronskābes tehniskā funkcija ir pieprasīta.fermenti. Šajā sakarā var atzīmēt praksi izmantot nātrija citrātu kā aktīvo apstrādes palīglīdzekļu un sintētisko mazgāšanas līdzekļu aizstājēju.

Ja runājam par citronskābes ražošanu Krievijā, tad valdības līmenī pēdējos gados ir veikti pasākumi vietējā tirgus aizsardzībai, lai stimulētu uzņēmumus, kas darbojas šajā jomā. Bet, tā kā Belgorodas rūpnīca joprojām ir vienīgais lielākais citronskābes piegādātājs, dažkārt produkta trūkst. Kā izeju eksperti ierosināja mainīt muitas noteikumus, saskaņā ar kuriem prioritāte ārvalstu skābinātāju importam tika dota Eiropas uzņēmumiem, kas garantē atbilstošu produkta kvalitāti. Citronskābe no lielākajiem bioķīmisko vielu ražotājiem Japānā, Šveicē un Vācijā ir kvalitatīvāka par vietējiem produktiem, taču cenas ir pārāk augstas, tāpēc Citrobel rūpnīca saglabā konkurētspēju, neapdraudot patērētāju vajadzības.