Zitronensäureherstellung: Herstellung, Verfahren und Produkt

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-12-17 10:23

Zitronensäure wurde vor mehreren hundert Jahren entdeckt, aber die Geschichte ihrer vollwertigen Produktion in industriellen Anlagen kann erst seit 1919 erzählt werden. Von diesem Moment an begannen Technologen, mikrobiologische Verfahren anzuwenden, deren Entwicklung bis heute nicht stehen geblieben ist. Gleichzeitig ist die moderne Herstellung von Zitronensäure heterogen und beinh altet unterschiedliche Wege zur Herstellung des Endprodukts. Die Wahl der einen oder anderen Methode wird nicht nur von den Eigenschaften der Rohstoffe eines bestimmten Unternehmens bestimmt, sondern auch von den Anforderungen des Zielverbrauchermarktes.

Einführung in Zitronensäure

Als Säureregulator wird dieses Produkt aktiv in der Lebensmittelindustrie eingesetzt. Zitronensäure dient aber nicht nur der Geschmackskorrektur. Je nach Herstellungstechnologie kann es die H altbarkeit des Zielprodukts erhöhen. Aus dieser Sicht die Produktion von ZitroneSäuren in Russland können mit den Technologien zur Herstellung von Ascorbin-, Essig- und Milchsäure sowie deren Derivaten gleichgesetzt werden.

Laut Experten wird Zitronensäure aufgrund ihrer Eigenschaften als Antioxidans und Antioxidans-Synergist heute in fast der Hälfte aller hergestellten Lebensmittel verwendet. Die Popularität dieses Säuerungsmittels wird auch durch seine gastronomischen Eigenschaften begünstigt. Diese Säure hat einen angenehmen und milden Geschmack - zumindest im Vergleich zu Alternativprodukten dieser Art. Besonders diese Qualitäten manifestieren sich in Getränken und Süßwaren. Es gibt auch eine breite Gruppe von Salzen, die unter den Bedingungen der mikrobiologischen Herstellung von Zitronensäure gewonnen werden – insbesondere Natriumcitrat kann dann als Schmelzsalz verwendet werden. Zu den Vorteilen von Natriumcitrat zählen die Möglichkeit, es in fester Form zu erh alten, sowie der Ausschluss einer Reizwirkung bei Kontakt mit den Schleimhäuten des Verdauungs- und Atmungssystems.

Produkt industrielle Produktion

Der Name Zitronensäure lenkt die Aufmerksamkeit auf Zitrusfrüchte, jedoch ist diese Säure in unterschiedlichen Mengen in allen Früchten, Baumwolle und Nadeln enth alten. Dennoch waren die ersten Produktionsstätten genau nach der Verarbeitung von Zitronensaft organisiert. In den 1920er Jahren wurden etwa 25 % der gesamten Produktion auf diese Weise erzielt. Gleichzeitig war die Herstellungstechnologie selbst irrational, da aus 1 Tonne Zitronen etwa 25 kg eines reinen Produkts gewonnen wurden. Heute wird die Produktion von Lebensmittelzitronensäure organisiertauf technologischere und ressourcenintensivere Verfahren, bei denen grundlegend neue Zusatzstoffe wie Melasse und Schimmelpilze zum Einsatz kommen. Dies bestimmt übrigens auch die logistischen Entscheidungen über den Standort der Natriumcitrat-Produktion in der Nähe der Zuckerfabriken.

Gleichzeitig kann nicht gesagt werden, dass sich eine solche Produktion per Definition unter Bedingungen hoher Nachfrage rechtfertigt. Fakt ist, dass mit zunehmender Herstellbarkeit des Produktionsprozesses auch die Ausrüstung steigt, was eine Erhöhung der Kosten für technische Ausrüstung und Vorh altung von Kapazitäten bedeutet. Auf einen durchdachten Geschäftsplan für die Herstellung von Zitronensäure, der alle Aspekte der organisatorischen und wirtschaftlichen Tätigkeit des Unternehmens aufzeigt, kann daher nicht verzichtet werden. Neben der Designlösung für die Ausstattung von Produktionsanlagen und der Entwicklung von Logistikmodellen mit wirtschaftlicher Begründung muss auch die optimale Formulierung des Endprodukts ermittelt werden, damit es in einer bestimmten Marktnische konkurrieren kann. Dazu lohnt es sich, eine Änderung der strengen Hygiene- und Hygienestandards hinzuzufügen, die fast alle technologischen Nuancen der Gewinnung dieser Säure regeln.

Physikalisch-chemische Darstellung der Technik

Moderne Verfahren zur Herstellung von Zitronensäure basieren hauptsächlich auf der Hydrolyse von Stärkesuspension, die bis zu 30% der Masse an Trockenelementen mit amylolytischer Fähigkeit enthält. Stärke von Mineralsalzen mit Sulfaten von Kupfer, Zink und Eisen kann ihnen zugesetzt werden. Diese Basis wird anschließend in einem Nährmedium durch einen Schimmelpilz fermentiert.

Durch Fermentation und Isolierung von Pilzbiomasse entsteht eine Kulturlösung, die anfänglich bis zu 85 % Zitronensäure enthält. Ein charakteristisches Merkmal der in diesem Stadium erh altenen säureresistenten Enzyme ist eine erhöhte amylolytische Aktivität. Dies betrifft zunächst Glucoamylase und Amylase.

Das technische Ergebnis der Herstellung von Zitronensäure nach dem Durchlaufen von Hilfsoperationen wird im Labor anhand einer Vielzahl von Qualitätsindikatoren bewertet, darunter die amylolytische Aktivität der Kulturlösung.

Technologien zur Herstellung von "Zitrone"

Der Produktionsprozess erfolgt in mehreren technologischen Stufen auf unterschiedlichen Anlagen. Obwohl es verschiedene Konfigurationen für die Anordnung von Fabrikanlagen gibt - einschließlich Monoblock- und vorgefertigten modularen. Unter den Hauptprozessen, auf denen die moderne Technologie der Zitronensäureherstellung basiert, können die folgenden unterschieden werden:

1. Optimierte Prozesse zur technologischen Aufbereitung von Rohstoffen, um die notwendigen Bedingungen für ein saures Fermentationsmilieu zu gewährleisten.
2. Vermehrung von Sporen unter speziell organisierten Bedingungen.
3. Fermentationsprozess gemäß den Eigenschaften bestimmter Rohstoffe.
4. Ggf. alle oder einzelne Rohstoffe für Fermentationsprozesse anpassen.
5. Abtrennung von Säure aus Fermentationslösungen. By the way, Trennverfahren sind weitgehendGrade bestimmen die Endqualität des Produkts.
6. Reinigung und Kristallisation der entstandenen Säure. In diesem Stadium eröffnen sich Möglichkeiten für Produktmodifikationen und die Herstellung anderer Versionen der Säure in anderen Konfigurationen. Als Teil der allgemeinen Herstellung von Zitronensäure können beispielsweise Sirupe, Monohydrate, dehydratisierte Formulierungen und Natriumcitratdihydrat hergestellt werden. Auch Chemikalien können reguliert werden.

Prozessausrüstung

Die optimierte Form der technischen Anordnung moderner Anlagen zur Herstellung von Zitronensäure beinh altet den Einsatz biotechnologischer Anlagen. Im Durchschnitt beträgt die Kapazität einer solchen Lösung zur Berechnung des Produktionsvolumens 200-250 Tonnen / Jahr, wobei zahlreiche Möglichkeiten bestehen, modifizierte Produkte auf der Grundlage verschiedener Rohstoffquellen zu erh alten. Die grundlegende Zusammensetzung dieser Ausrüstung für die Herstellung von Zitronensäure umfasst die folgenden Reaktor- und Kapazitätsgeräte:

1. Fermenter.
2. Verdampfer.
3. Filter.
4. Trockner.
5. Kristallisatoren.
6. Infrastruktur zur Unterstützung des Logistikbetriebs.

Die Umsetzung des biotechnologischen Installationsprojekts ermöglicht es uns, einen vollständigen Produktionszyklus bereitzustellen, der die regionalen Verbraucher vollständig vor Ort mit minimalem Einsatz von Wärme- und Stromressourcen versorgt.

Hardware-technologische Lösung dieser Art zeichnet sich durch die Verwendung von Erzeugerstämmen aus, was zu anfänglich niedrigen Kosten des Produkts führt. Diese Technologie zur Herstellung von Zitronensäure zeichnet sich auch durch ein akzeptables Maß an Umweltsauberkeit für die Umwelt und toxische Sicherheit für die Arbeiter aus.

Was die Qualität des Produkts betrifft, entspricht es den internationalen Standards der Lebensmittelindustrie. Zum anderen ist es auch möglich, ein technisches Produkt freizugeben, das insbesondere für Waschmittel bestimmt ist.

Vorbereitung von Rohstoffen zur Herstellung von Zitronensäure

Die Rohstoffe gelangen nach einer speziellen Aufbereitung in den Produktionsprozess. Seine Methode und Parameter werden nicht nur von den Eigenschaften der Rohstoffe, sondern auch von den Anforderungen an das Produkt bestimmt. Auch die Möglichkeit der Herstellung von Folgeprodukten aus Natriumcitrat wird berücksichtigt.

Auf die eine oder andere Weise ist der Hauptrohstoff für die Herstellung von Zitronensäure Melasse, die das optimale Verhältnis von Eisen enthält. Was die Verarbeitung betrifft, so ist der Hauptschritt in diesem Prozess die Vorgärung, die für die Ausfällung der Zusammensetzung mittels gelbem Blutsalz notwendig ist. Ohne weitere Verarbeitung kann dieses Salz in Säure als Inhibitor von Isocitrat-Dehydrogenasen wirken.

Eine weitere Komponente, die als Rohstoffbasis verwendet werden kann, ist der Pilz Aspergillus Niger. Es stellt sich die Frage: Warum wird unter den Bedingungen moderner Technologien ein Schimmelpilz zur Herstellung von Zitronensäure verwendet? Meistens ist seine Verwendung erforderlich, um die Funktion des Herstellers sicherzustellen. Seine chemische Formel ist optimal fürdie gleichzeitige Durchführung mehrerer Prozesse, die bei Verwendung synthetischer Ersatzstoffe unmöglich oder technologisch nicht vertretbar sind. Insbesondere sprechen wir über Auflösungs-, Verfestigungs- und anschließende Trenn- und Reinigungsverfahren.

Auch bei der Herstellung von modifizierten Zitronensäurederivaten ist eine spezielle Aufbereitung der Rohstoffe erforderlich. Dabei können auch zusätzliche Einschlüsse verwendet werden, darunter Ethylalkohol, technische und ethanolh altige Zwischenprodukte mit Abfällen aus Brennereien. Die Herstellung von Zitronensäure aus Melasse wiederum wird durch Hexacyanoferrat-Klär-, Sterilisations- und Kochprozesse ergänzt.

Bei Verwendung von Stärkehydrolysaten mit einem mäßigen Geh alt an Verunreinigungen muss die Rohmaterialvorbereitung ein Dekationisierungsverfahren und einen kontinuierlichen Sterilisationsvorgang umfassen.

Organisation des Sporenzuchtprozesses

Effiziente mikrobiologische Prozesse erfordern gut aufbereitetes Saatgut. Bei der Säuresynthese wird dieses Material in Form von Sporen gleich zu Beginn des Produktionsprozesses in den Gärtank eingebracht. In einer optimierten Form sieht die Technologie zur Herstellung von Zitronensäure auf Melassebasis separat die Vorbereitung von Sporen für die Zucht vor, in deren Rahmen auch Tests durchgeführt werden. Wenn eine langfristige Produktion geplant ist, werden die Sporen getrocknet. Dies ist sowohl für den langfristigen Erh alt ihrer funktionellen Eigenschaften als auch für eine erfolgreiche Dosierung notwendig.

Im nächsten Schritt werden Substrate vorbereitet, darunter Saccharose, Glucose oderStärke. Stärkeh altige Materialien werden zunächst verzuckert, um in Glukose umgewandelt zu werden, die als Produktionsstamm verwendet wird.

Da der Grad der Verunreinigungen auf allen Stufen der Verarbeitung von Rohstoffen und Substraten übermäßig hoch sein kann, entwickeln viele Hersteller spezielle Verfahren zur Primärreinigung dieser Materialien. Beispielsweise kann die Weiterverarbeitung von Stärkehydrolysat zu Zitronensäure in der Lebensmittelproduktion Entsalzungsschritte umfassen. Die gleichen Verfahren der Sterilisation und des Kochens mit mechanischer Filtration können den universellen und zugänglichsten Methoden zur Reinigung von Verunreinigungen zugeschrieben werden.

Fermentationsprozess und Säurebildung

In modernen Technologien zur Sicherstellung des Fermentationsprozesses werden spezielle Sprudelfermenter verwendet, die nach präparierten Stämmen des oben diskutierten Schimmelpilzes ausgewählt werden. Die Auswahl erfolgt zusammen mit der Prüfung nach bestimmten Parametern, die es ermöglichen, die Fermentation nach individuellen Konfigurationen unter Berücksichtigung der Eigenschaften der verwendeten Rohstoffe zu organisieren. Die technologisch fortschrittlichsten Verfahren zur Herstellung von Zitronensäure beinh alten auch Werkzeuge zur Regulierung der Stoffwechselaktivität von sprudelnden Mikroorganismen.

Auf der Stufe der Säureisolierung besteht die Aufgabe darin, aus dem Fermentationsmedium eine Lösung mit einem anfänglichen Reinigungsgrad zu erh alten. Um den Reinigungsgrad zu erhöhen, muss das Erzeugungsgemisch entsprechend aufbereitet werden. Insbesondere durchläuft es die folgenden ProzesseVorbehandlung:

1. Trenn- und Absetzverfahren.
2. Separation von Myzel.
3. Abtrennung von Calciumsulfat und Zersetzung der Gärmasse.

Zur Abscheidung trockener Rückstände in der modernen Industrie werden Bandfilter mit automatischer Steuerung eingesetzt. Auch für die Organisation von Sedimentfiltrationsprozessen werden spezielle Zentrifugen und Separatoren mit elektronischen Steuerungssystemen verwendet, was die Genauigkeit der Materialverarbeitung erhöht.

Reinigung der entstandenen Zitronensäure

Die letzte Phase der Produktion, die die komplexe Verarbeitung des bereits erh altenen Produkts umfasst. Dieses Verfahren verwendet Aktivkohle mit Anionen- und Kationenaustauscherharzen. Die Technologie einer solchen Reinigung wird in Festbettreaktoren in mehreren Stufen implementiert:

1. Verdampfungsprozess bei einer bestimmten Temperatur.
2. Kristallisation im Vakuum.
3. Kristallscreening in der Zentrifuge.
4. Trocknung mit Wirbelschicht.
5. Siebvorgang.

Die Verdampfung erfolgt in einer mehrstufigen Verdampfereinheit mit fallendem Flüssigkeitsfilm. Als Ergebnis dieses Prozesses wird der erforderliche Verdunstungskoeffizient erreicht, ohne die Verbrauchereigenschaften von Zitronensäure zu verringern. Der Verbrauch von Energieressourcen in dieser Phase kann aufgrund der thermischen Verdichtung von Dampf erheblich reduziert werden.

Was die Kristallisation anbelangt, wird dieser Zitronensäure-Produktionsprozess im Zwangsumlauf durchgeführt. In einigenIn der technischen Konfiguration von Anlagen der Lebensmittelindustrie werden Vakuumkristallisatoren zusammen mit Vorrichtungen zur Herstellung von modifiziertem Natriumcitrat und Derivaten auf der gleichen strukturellen Basis konstruiert. Beispielsweise werden ähnliche Anlagen bei der Herstellung von Trockenprodukten und Zitronensäuremonohydrat verwendet.

Nicht der letzte Wert in der Reinigungsstufe ist der Vorgang des Recyclings der Fermentationslösung, bei dem die Abtrennung von Uterusenzymen aus der kristallh altigen Suspension erfolgt. Technisch wird dieses Verfahren durch eine kontinuierliche Zentrifuge durchgeführt, die es ermöglicht, die Eigenschaften des Endprodukts genau zu steuern.

Die abschließenden Trocknungs- und Siebprozesse erfordern einen sorgfältigen Umgang mit dem resultierenden und gereinigten Produkt. In diesem Stadium spielen die Anforderungen an die Freisetzungsform von Zitronensäure eine Rolle – beispielsweise wird nach der Design-Partikelgröße fraktioniert.

Inländischer Zitronensäuremarkt

Die Hauptakteure in diesem Segment auf dem russischen Markt der Lebensmittelindustrie sind Hersteller aus China, die fast die Hälfte der gesamten Produktion kontrollieren. Einen bedeutenden Anteil haben aber auch russische Fabriken zur Herstellung von Zitronensäure, unter denen das in Belgorod ansässige Unternehmen Citrobel einen besonderen Platz einnimmt. Tatsächlich ist dies fast das einzige heimische Werk mit Weltklasse-Kapazitäten. Handelsorganisationen im Lebensmittelsektor arbeiten aktiv mit Fabriken in den USA zusammenim Ausland. In dieser Richtung stechen ukrainische und belarussische Zuckerfabriken hervor, die sich in Smila bzw. Skidel befinden.

Laut Experten erfüllt russische Zitronensäure die gesetzlichen Anforderungen von GOST und Verpackungsdesignstandards. Dies ist einer der Vorteile, der es einheimischen Zitronensäureanlagen in Russland ermöglicht, erfolgreich mit chinesischen Unternehmen zu konkurrieren. Im Vergleich zu Citrobel, das Zitronensäure in gleichbleibend hoher Qualität liefert, garantieren die Hersteller aus dem Himmlischen Reich daher nicht immer, dass die Produkte strenge Standards erfüllen, was sich auch in den Preisen widerspiegelt. Der Unterschied wird durch die Ebene des Herstellers und des Vertriebsnetzes bestimmt. Gleichzeitig sind die Eigenschaften von Zitronensäure selbst bei Lieferungen von großen Unternehmen in einer Charge heterogen und können variieren. Dies wird auch in Verbraucherrezensionen bestätigt, in denen Beschwerden über die Löslichkeit und den Feuchtigkeitsgeh alt des Produkts vermerkt werden.

Schlussfolgerung

Heute beträgt das Produktionsvolumen der Welthersteller von Zitronensäure etwa 800.000 Tonnen / Jahr. Eine so hohe Rendite dieses Sektors ist darauf zurückzuführen, dass eine Reihe von Branchen an der Verwendung von Säuerungsmitteln interessiert sind, darunter traditionelle Segmente der Lebensmittelindustrie sowie der chemischen und pharmazeutischen Sphäre. Darüber hinaus finden Derivate solcher Säuren heute Anwendung sogar in der Verteidigungs- und Elektronikindustrie, ganz zu schweigen von der Landwirtschaft und anderen Industrien, wo die technische Funktion von Zitronensäure gefragt ist. Enzyme. In diesem Zusammenhang kann auf die Praxis hingewiesen werden, Natriumcitrat als Ersatz für aktive Verarbeitungshilfsstoffe und synthetische Detergenzien zu verwenden.

Wenn wir über die Produktion von Zitronensäure in Russland sprechen, dann wurden auf Regierungsebene in den letzten Jahren Schritte unternommen, um den Inlandsmarkt zu schützen, um Unternehmen zu stimulieren, die in diesem Bereich tätig sind. Da das Werk in Belgorod aber nach wie vor der einzige große Lieferant von Zitronensäure ist, kommt es manchmal zu Engpässen bei dem Produkt. Als Ausweg schlugen Experten eine Änderung der Zollvorschriften vor, wonach bei der Einfuhr ausländischer Säuerungsmittel europäische Unternehmen bevorzugt werden, die die ordnungsgemäße Qualität des Produkts garantieren. Zitronensäure von großen biochemischen Herstellern in Japan, der Schweiz und Deutschland ist einheimischen Produkten qualitativ überlegen, aber die Preise sind zu hoch, sodass das Citrobel-Werk wettbewerbsfähig bleibt, ohne die Bedürfnisse der Verbraucher zu beeinträchtigen.