Sitruunahapon tuotanto: valmistus, prosessi ja tuote

2024 Kirjoittaja: Howard Calhoun | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2023-12-17 10:26

Sitruunahappo löydettiin useita satoja vuosia sitten, mutta sen täysimittaisen tuotannon historiasta teollisuuslaitoksissa voidaan puhua vasta vuodesta 1919 lähtien. Siitä hetkestä lähtien teknikot alkoivat soveltaa mikrobiologisia prosesseja, joiden kehitys ei ole pysähtynyt tähän päivään asti. Samaan aikaan sitruunahapon nykyaikainen tuotanto on heterogeenista ja sisältää erilaisia lopputuotteen valmistustapoja. Yhden tai toisen menetelmän valintaa määräävät paitsi tietyn yrityksen raaka-aineiden ominaisuudet, myös kohdekuluttajamarkkinoiden vaatimukset.

Johdatus sitruunahappoon

Happamuudensäätöaineena tätä tuotetta käytetään aktiivisesti elintarviketeollisuudessa. Mutta sitruunahappoa ei käytetä vain maun korjaamiseen. Valmistustekniikasta riippuen se voi pidentää kohdetuotteen säilyvyyttä. Tästä näkökulmasta sitruunan tuotantohapot Venäjällä voidaan asettaa askorbiini-, etikka- ja maitohappojen valmistusteknologioiden sekä niiden johdannaisten rinnalle.

Sitruunahappoa käytetään asiantuntijoiden mukaan jo lähes puolessa kaikista valmistetuista elintarvikkeista johtuen sen ominaisuuksista antioksidanttina ja antioksidanttisynergistina. Tämän hapottimen suosiota edesauttavat myös sen gastronomiset ominaisuudet. Tällä hapolla on miellyttävä ja mieto maku - ainakin verrattuna tämän tyyppisiin vaihtoehtoisiin tuotteisiin. Erityisesti nämä ominaisuudet ilmenevät juomissa ja makeisissa. On myös laaja joukko suoloja, joita saadaan sitruunahapon mikrobiologisen tuotannon olosuhteissa - erityisesti natriumsitraattia voidaan sitten käyttää sulatussuolana. Natriumsitraatin etuja ovat mahdollisuus saada sitä kiinteässä muodossa sekä ärsyttävän vaikutuksen poissulkeminen, kun se altistuu ruoansulatuskanavan ja hengityselinten limakalvoille.

Tuoteteollisuustuotanto

Nimi sitruunahappo kiinnittää huomion sitrushedelmiin, mutta tätä happoa on vaihtelevassa määrin kaikissa hedelmissä, puuvillassa ja neuloissa. Siitä huolimatta ensimmäiset tuotantolaitokset järjestettiin juuri sitruunamehun käsittelyn perusteella. 1920-luvulla noin 25 % kaikesta tuotannosta saatiin tällä tavalla. Samaan aikaan itse valmistustekniikka oli järjetöntä, koska 1 tonnista sitruunoita saatiin noin 25 kg puhdasta tuotetta. Nykyään elintarvikesitruunahapon tuotantoa organisoidaanteknologiaa ja resursseja vaativampia menetelmiä, joihin liittyy täysin uusien lisäaineiden, kuten melassin ja homesienten, käyttö. Tämä muuten määrää myös logistiset päätökset natriumsitraatin tuotannon sijoittamisesta sokeritehtaiden lähelle.

Samaan aikaan ei voida sanoa, että tällainen tuotanto oikeuttaa itsensä määritelmällisesti suuren kysynnän olosuhteissa. Tosiasia on, että tuotantoprosessin valmistettavuuden kasvaessa laitteet kasvavat, mikä tarkoittaa teknisten laitteiden ja kapasiteetin ylläpidon kustannusten nousua. Siksi on mahdotonta tehdä ilman hyvin harkittua sitruunahapon tuotantosuunnitelmaa, joka osoittaisi kaikki yrityksen organisatorisen ja taloudellisen toiminnan näkökohdat. Taloudellisesti perustellun tuotantolaitteiden varustamisen ja logististen mallien kehittämisen suunnitteluratkaisun ohella on tarpeen määrittää myös lopputuotteen optimaalinen formulaatio, jotta se pystyy kilpailemaan tietyllä markkinaraolla. Tähän kannattaa lisätä muutos tiukoihin saniteetti- ja hygieniastandardeihin, jotka säätelevät lähes kaikkia tämän hapon saamisen teknisiä vivahteita.

Teknologian fysikaalis-kemiallinen esittely

Sitruunahapon nykyaikaiset valmistusprosessit perustuvat pääasiassa tärkkelyssuspension hydrolyysiin, joka sisältää jopa 30 % massasta amylolyyttisiä alkuaineita. Niihin voidaan lisätä mineraalisuolojen tärkkelystä kuparin, sinkin ja raudan sulfaattien kanssa. Tämä pohja käy myöhemmin ravinneväliaineessa homesienen toimesta.

Käymisen ja sienibiomassan eristämisen seurauksena muodostuu viljelyliuos, joka sisältää aluksi jopa 85 % sitruunahappoa. Tässä vaiheessa saatujen happoresistenttien entsyymien tunnusomainen piirre on lisääntynyt amylolyyttinen aktiivisuus. Ensinnäkin tämä koskee glukoamylaasia ja amylaasia.

Sitruunahapon tuotannon tekninen tulos apuoperaatioiden jälkeen arvioidaan laboratoriossa useilla laatuindikaattoreilla, mukaan lukien viljelyliuoksen amylolyyttinen aktiivisuus.

Sitruunan valmistustekniikat

Tuotantoprosessi suoritetaan useissa teknologisissa vaiheissa eri laitteilla. Vaikka tehdastilojen järjestämiseen on erilaisia konfiguraatioita - mukaan lukien yksiosaiset ja esivalmistetut modulaariset. Pääprosesseista, joihin nykyaikainen sitruunahapon tuotantotekniikka perustuu, voidaan erottaa seuraavat:

1. Optimoidut prosessit raaka-aineiden teknologiseen valmistukseen, jotta varmistetaan tarvittavat olosuhteet happamalle käymisympäristölle.
2. Itiöiden lisääntyminen erityisissä olosuhteissa.
3. Kermentointiprosessi tiettyjen raaka-aineiden ominaisuuksien mukaan.
4. Muuta tarvittaessa kaikki tai yksittäiset raaka-aineet käymisprosesseja varten.
5. Hapon erottaminen käymisliuoksista. Muuten, erotusmenetelmät ovat suurelta osinasteet määräävät tuotteen lopullisen laadun.
6. Saadun hapon puhdistus ja kiteyttäminen. Tässä vaiheessa avautuvat mahdollisuudet tuotteen modifiointiin ja hapon muiden versioiden valmistukseen eri kokoonpanoissa. Esimerkiksi osana sitruunahapon yleistä tuotantoa voidaan valmistaa siirappeja, monohydraattia, dehydratoituja formulaatioita ja natriumsitraattidihydraattia. Myös kemikaaleja voidaan säännellä.

Prosessilaitteet

Nykyaikaisten sitruunahapon tuotantolaitosten teknisen järjestelyn optimoitu muoto sisältää bioteknisten laitteistojen käytön. Keskimäärin tällaisen ratkaisun kapasiteetti tuotantomäärän laskemiseksi on 200-250 tonnia / vuosi, jättäen samalla runsaasti mahdollisuuksia muunnettujen tuotteiden saamiseksi erilaisiin raaka-ainelähteisiin. Tämän sitruunahapon tuotantolaitteiston peruskoostumus sisältää seuraavat reaktori- ja kapasitanssilaitteet:

1. Kermentoijat.
2. Höyrystimet.
3. Suodattimet.
4. Kuivauskoneet.
5. Kyteyttäjät.
6. Logistiikkatoimintoja tukeva infrastruktuuri.

Bioteknologisen asennusprojektin toteuttaminen mahdollistaa täyden tuotantosyklin, joka toimittaa paikallisille asiakkaille alueelliset kuluttajat täysimääräisesti ilman lämpö- ja sähköresurssien vähäistä käyttöä.

Tällaisille laitteistoteknologisille ratkaisuille on ominaista tuottajakantojen käyttö, mikä johtaa tuotteen alun perin alhaiseen hintaan. Tälle sitruunahapon tuotantoteknologialle on ominaista myös hyväksyttävä ympäristön puhtaus ympäristön kann alta ja myrkyllinen turvallisuus työntekijöille.

Tuotteen laadun os alta se täyttää elintarviketeollisuuden kansainväliset standardit. Toinen asia on, että on myös mahdollista vapauttaa tekninen tuote, joka on tarkoitettu erityisesti pesuaineille.

Raaka-aineiden valmistus sitruunahapon tuotantoa varten

Raaka-aineet siirtyvät tuotantoprosessiin erikoiskäsittelyn jälkeen. Sen menetelmän ja parametrien määräävät paitsi raaka-aineiden ominaisuudet, myös tuotteelle asetetut vaatimukset. Myös mahdollisuus valmistaa johdannaistuotteita natriumsitraatista otetaan huomioon.

Tapalla tai toisella sitruunahapon tuotannon pääraaka-aine on melassi, joka sisältää optimaalisen suhteen rautaa. Mitä tulee sen käsittelyyn, tämän prosessin päävaihe on esifermentointi, joka on tarpeen koostumuksen saostamiseksi keltaisen verisuolan avulla. Ilman jatkokäsittelyä tämä hapossa oleva suola voi toimia isositraattidehydrogenaasien estäjänä.

Toinen ainesosa, jota voidaan käyttää raaka-ainepohjana, on Aspergillus Niger -sieni. Herää kysymys - miksi nykyaikaisen tekniikan olosuhteissa homesientä käytetään sitruunahapon valmistukseen? Useimmiten sen käyttöä vaaditaan tuottajan toiminnan varmistamiseksi. Sen kemiallinen kaava on optimaalinenuseiden prosessien suorittaminen kerralla, jotka ovat mahdottomia tai teknisesti perusteettomia synteettisiä korvikkeita käytettäessä. Puhumme erityisesti liukenemisesta, solisifikaatiosta ja myöhemmistä erotus- ja puhdistusmenetelmistä.

Raaka-aineiden erityistä valmistelua vaaditaan myös muunnettujen sitruunahappojohdannaisten valmistuksessa. Tässä tapauksessa voidaan käyttää myös lisäsulkeuksia, mukaan lukien etyylialkoholi, tekniset ja etanolia sisältävät välituotteet tislaamoiden jätteen kanssa. Sitruunahapon tuotantoa melassista puolestaan täydennetään heksasyanoferraattiselkeytys-, sterilointi- ja keittoprosesseilla.

Käytettäessä kohtalaista epäpuhtauspitoisuutta sisältäviä tärkkelyshydrolysaatteja raaka-aineen valmistukseen on sisällyttävä dekationointimenettely ja jatkuva sterilointi.

Itiöiden lisääntymisprosessin järjestäminen

Tehokkaat mikrobiologiset prosessit edellyttävät hyvin valmistettuja siemeniä. Happosynteesissä tämä itiöiden muodossa oleva materiaali viedään käymissäiliöön heti tuotantoprosessin alussa. Optimoidussa muodossa melassipohjaisen sitruunahapon valmistustekniikka mahdollistaa erikseen itiöiden valmistelun jalostusta varten, jonka puitteissa suoritetaan myös testaus. Jos pitkän aikavälin tuotantoa suunnitellaan, itiöt kuivataan. Tämä on välttämätöntä sekä niiden toiminnallisten ominaisuuksien pitkäaikaisen säilymisen että onnistuneen annostelun kann alta.

Seuraavassa vaiheessa valmistetaan substraatit, mukaan lukien sakkaroosi, glukoosi taitärkkelys. Tärkkelystä sisältävät materiaalit sokeroidaan ensin, jotta ne muunnetaan glukoosiksi, jota käytetään tuotantokantana.

Koska epäpuhtauksien määrä kaikissa raaka-aineiden ja substraattien käsittelyn vaiheissa voi olla liian korkea, monet valmistajat kehittävät erityisiä menetelmiä näiden materiaalien primääripuhdistukseen. Esimerkiksi tärkkelyshydrolysaatin jatkokäsittely sitruunahappoa varten elintarviketuotannossa voi sisältää suolanpoistovaiheita. Samat sterilointi- ja keittomenetelmät mekaanisella suodatuksella voidaan katsoa yleisimpien ja helpoimmin saavutettavien epäpuhtauksien puhdistusmenetelmien ansioksi.

Kermentointiprosessi ja hapon valmistus

Nykyaikaisissa käymisprosessin varmistamiseen tarkoitetuissa tekniikoissa käytetään erityisiä kuplivia fermentoreita, jotka valitaan edellä käsiteltyjen homesienen valmistettujen kantojen mukaan. Valinta suoritetaan yhdessä testauksen kanssa tiettyjen parametrien mukaan, mikä mahdollistaa käymisen järjestämisen yksilöllisten kokoonpanojen mukaan ottaen huomioon käytettyjen raaka-aineiden ominaisuudet. Teknologisesti edistyneimmät sitruunahapon tuotantoprosessit sisältävät myös työkaluja kuplivien mikro-organismien metabolisen toiminnan säätelyyn.

Hapon eristysvaiheessa tehtävänä on saada käymisväliaineesta liuos, jolla on alkupuhdistusaste. Puhdistusasteen lisäämiseksi luova seos on valmistettava sopivasti. Erityisesti se käy läpi seuraavat prosessitesikäsittely:

1. Erotus- ja selvitysmenettely.
2. rihmaston erotustoiminto.
3. Kalsiumsulfaatin erottaminen ja käymismassan hajoaminen.

Kuivien jätteiden erottamiseen nykyaikaisissa teollisuudessa käytetään automaattiohjattuja hihnasuodattimia. Myös sedimentin suodatusprosessien järjestämiseen käytetään erityisiä sentrifugeja ja erottimia elektronisilla ohjausjärjestelmillä, mikä lisää materiaalin käsittelyn tarkkuutta.

Saadun sitruunahapon puhdistus

Tuottamisen viimeinen vaihe, joka sisältää jo vastaanotetun tuotteen monimutkaisen käsittelyn. Tässä prosessissa käytetään aktiivihiiltä anionin ja kationinvaihtohartsejen kanssa. Tällaisen puhdistuksen tekniikka toteutetaan kiintopetireaktoreissa useissa vaiheissa:

1. Haihtumisprosessi tietyssä lämpötilassa.
2. Kyteytys tyhjiössä.
3. Kideseulonta sentrifugissa.
4. Kuivaus leijukerroksella.
5. Seulontamenettely.

Höyrystys suoritetaan monivaiheisessa höyrystinyksikössä, jossa on putoava nestekalvo. Tämän prosessin tuloksena saavutetaan vaadittu haihtumiskerroin heikentämättä sitruunahapon kuluttajaominaisuuksia. Energiaresurssien kulutusta voidaan tässä vaiheessa vähentää merkittävästi höyryn lämpöpuristuksen ansiosta.

Kiteyttämisen os alta tämä sitruunahapon valmistusprosessi suoritetaan pakotetulla kierrolla. JoissakinElintarviketeollisuuden laitosten teknisissä kokoonpanoissa tyhjiökiteyttäjät suunnitellaan samalle rakenteelliselle pohjalle yhdessä modifioitujen ja natriumsitraatin johdannaisten tuotantolaitteiden kanssa. Samanlaisia laitteita käytetään esimerkiksi kuivattujen tuotteiden ja sitruunahappomonohydraatin tuotannossa.

Ei viimeinen arvo puhdistusvaiheessa on käymisliuoksen kierrätys, jossa kohdun entsyymit erotetaan kiteitä sisältävästä suspensiosta. Teknisesti tämä toimenpide suoritetaan jatkuvalla sentrifugilla, mikä mahdollistaa lopputuotteen ominaisuuksien hienosäädön.

Lopulliset kuivaus- ja seulontaprosessit vaativat tuloksena olevan ja puhdistetun tuotteen herkkää käsittelyä. Tässä vaiheessa sitruunahapon vapautumismuodon vaatimukset vaikuttavat - esimerkiksi fraktiointi suoritetaan suunnitellun hiukkaskoon mukaan.

Kotimaan sitruunahappomarkkinat

Tämän segmentin päätoimijat Venäjän elintarviketeollisuuden markkinoilla ovat kiinalaiset valmistajat, jotka hallitsevat lähes puolta kaikesta tuotannosta. Mutta merkittävä osuus on myös venäläisillä sitruunahapon tuotantolaitoksilla, joiden joukossa erityinen paikka on Belgorodissa sijaitsevalla Citrobel-yrityksellä. Itse asiassa tämä on melkein ainoa kotimainen tehdas, jolla on maailmanluokan kapasiteetti. Elintarvikealan kaupalliset organisaatiot tekevät aktiivista yhteistyötä alueen tehtaiden kanssaulkomailla. Tässä suunnassa erottuvat ukrainalaiset ja valkovenäläiset sokeritehtaat, jotka sijaitsevat vastaavasti Smilassa ja Skidelissa.

Asiantuntijoiden mukaan venäläinen sitruunahappo täyttää GOST:n ja pakkaussuunnittelustandardien vaatimukset. Tämä on yksi eduista, jonka ansiosta Venäjän kotimaiset sitruunahappotehtaat voivat kilpailla menestyksekkäästi kiinalaisten yritysten kanssa. Joten verrattuna Citrobeliin, joka toimittaa jatkuvasti korkealaatuista sitruunahappoa, Celestial Empire -valmistajat eivät aina takaa, että tuotteet täyttävät tiukat standardit, mikä näkyy myös hinnoissa. Eron määrää valmistajan ja jakeluverkoston taso. Samaan aikaan, jopa suurten yritysten toimituksissa, sitruunahapon ominaisuudet yhdessä erässä ovat heterogeenisia ja voivat vaihdella. Tämä vahvistetaan myös kuluttajaarvosteluissa, joissa esitetään valituksia tuotteen liukoisuudesta ja kosteuspitoisuudesta.

Johtopäätös

Tänä päivänä maailman sitruunahapon valmistajien tuotantomäärä on noin 800 000 tonnia vuodessa. Tämän alan korkea tuotto johtuu siitä, että useat teollisuudenalat ovat kiinnostuneita happamoittavien aineiden käytöstä, mukaan lukien perinteiset elintarviketeollisuuden segmentit sekä kemian- ja lääkeala. Lisäksi tällaisten happojen johdannaiset löytävät nykyään käyttöä jopa puolustus- ja elektroniikkateollisuudessa, puhumattakaan maataloudesta ja muista teollisuudenaloista, joissa sitruunahapon tekniselle toiminnalle on kysyntää.entsyymejä. Tässä yhteydessä voidaan todeta, että natriumsitraattia käytetään aktiivisten valmistuksen apuaineiden ja synteettisten pesuaineiden korvikkeena.

Jos puhumme sitruunahapon tuotannosta Venäjällä, niin hallitustasolla on viime vuosina ryhdytty toimenpiteisiin kotimarkkinoiden suojelemiseksi tällä alalla toimivien yritysten kannustamiseksi. Mutta koska Belgorodin tehdas on edelleen ainoa suuri sitruunahapon toimittaja, tuotteesta on joskus pulaa. Asiantuntijat ehdottivat keinona muuttaa tullisääntöjä, joiden mukaan ulkomaisten happamoittavien aineiden tuonnissa etusijalle asetettiin eurooppalaiset yritykset, jotka takaavat tuotteen oikean laadun. Japanin, Sveitsin ja Saksan suurten biokemian tuottajien sitruunahappo on laadultaan kotimaisia tuotteita parempi, mutta hinnat ovat liian korkeat, joten Citrobelin tehdas säilyy kilpailukykyisenä kuluttajien tarpeista tinkimättä.