تولید اسید سیتریک

اسید سیتریک مهمترین محصول تجاری است که تقریباً در تمام بافت های گیاهی و جانوری یافت می شود. فرمول مولکولی اسید سیتریک C6H8O7، اسید تری کربوکسیلیک 2-هیدروکسی-1،2،3-پروپان است. این اسید آلی به طور گسترده در زمینه مواد غذایی (60٪) و داروسازی (10٪) استفاده می شود. در سال 1784 W.SCHELEs برای اولین بار از آب لیمو به عنوان سیترات کلسیم جدا شد، که با اسید سولفوریک تیمار شد، اسید سیتریک را در فاز مایع داد.

میکروارگانیسم‌های مورد استفاده برای تولید اسید سیتریک

مخمرها

• Candida tropicalis
• C.oleophila
• C.guilliermondii
• C.Citroformans
• Hansenula anamola
• Yarrowia lipolytica

باکتری ها

• Bacillus licheniformis
• Arthrobacter paraffinens
• Corynebacterium species

قارچ ها

• Aspergillus nagger
• A.aculeatus
• A.awamori
• A. carbonarius

مواد اولیه

مواد اولیه ای که برای تولید اسید سیتریک استفاده می شود به دو گروه تقسیم می شوند:

گروه 1:

موادی با محتوای خاکستر کم

به عنوان مثال، قند نیشکر یا چغندر، شربت دکستروز و دکستروز متبلور

گروه 2:

موادی که محتوای خاکستر بالایی دارند.

به عنوان مثال، ملاس نیشکر و چغندر، هیدرولیزات نشاسته خام تصفیه نشده.

چرخه اسید سیتریک

مراحل چرخه اسید سیتریک:

چرخه اسید سیتریک، چرخه اسید تری کربوکسیلیک (TCA) نیز نامیده می شود.
مراحلی که در چرخه اسید سیتریک وجود دارد عبارتند از:

1. تشکیل سیترات
2. تشکیل ایزوسیترات از طریق سیس آکنیتات
3. اکسیداسیون ایزوسیترات به a-Ketoglutarate و CO2
4. اکسیداسیون a-Ketoglutarate به سوکسینیل-CoA و CO2
5. اکسیداسیون سوکسینات به فومارات
6. هیدراتاسیون فومارات به مالات
7. اکسیداسیون مالات به اگزالواستات

تجمع اسید سیتریک

• با جهش:
  ایجاد ارگانیسم جهش یافته ای که می تواند چرخه اسید سیتریک ناقص را برای تجمع آن حمل کند.
• با مهار آنزیم ها:
  با تغییر شرایط محیطی (PH، دما) محیط را با فروسیانید یا نسخه های تبادل یونی درمان کنید تا آنزیم های دخیل در چرخه TCA به جز سیترات سنتاز مهار شوند.

تکنیک های تولید اسید سیتریک

تولید اسید سیتریک صنعتی می تواند به سه روش مختلف انجام شود:

1. تخمیر سطحی
2. تخمیر غوطه ور
3. تخمیر حالت جامد

فرآیند تخمیر سطحی

1. بستر ملاس (15 تا 20 درصد ساکارز، مواد مغذی اضافه شده) اسیدی شده با اسید فسفریک به pH 6.0-6.5 و حرارت دادن در دمای 110c به مدت 15 تا 45 دقیقه.
2. هگزاسیانوفرات پتاسیم به بستر داغ اضافه می شود تا فلزات کمیاب پیچیده (آهن، منگنز، روی) را رسوب دهد و به عنوان یک مهارکننده متابولیک بیش از حد عمل کند که رشد را محدود کرده و تولید اسید را تقویت می کند.
3. تلقیح به دو صورت انجام می شود، به صورت سوسپانسیون کنیدی که به محیط خنک کننده اضافه می شود، یا به صورت کونیدیوم خشک که با هوای استریل مخلوط شده و به صورت آئروسل روی سینی ها پخش می شود.
4. دما در طول تخمیر با جریان هوا در 30 درجه ثابت نگه داشته می شود. در عرض 24 ساعت پس از تلقیح، هاگ های جوانه زده شروع به تشکیل یک پوشش 2-3 سانتی متری از میسلیوم می کنند که روی سطح بستر شناور است. در نتیجه جذب یون های آمونیوم، pH بستر به 2.0 می رسد.
5. میسلیوم کاملاً توسعه یافته به صورت یک لایه سفید ضخیم روی محلول غذایی شناور می شود. فرآیند تخمیر پس از 8-14 روز متوقف می شود.
6. بازیابی میسلیوم برای استخراج اسید سیتریک.
7. تمام این مراحل در طول تخمیر سطحی برای تولید اسید سیتریک دنبال می شود.

تخمیر غوطه ور

1. به سوبسترا ملاس چغندر (12-15% کاهش دهنده محتوای قند) نمک های مغذی مانند نیترات آمونیوم یا دی هیدروژن فسفات پتاسیم اضافه می شود، pH بستر در 5.5 تا 5.9 حفظ می شود.
2. این فرآیند معمولاً می تواند در یک یا دو مرحله انجام شود، با استفاده از سوسپانسیون هاگ های آبدوست یا کندی های جوانه زده از مرحله انتشار.
3. رشد هیف ها و تجمع عموماً به دوره ای از 9 تا 25 ساعت در دمای 32c نیاز دارد.
4. تجمع میسلیوم و گلوله های کروی شکل تولیدی را می توان پس از 24 ساعت تلقیح تشخیص داد.
5. تغییر pH در این فاز برای سوبسترا ملاس چغندر از 5.5 به 3.5 و برای بستر ساکارز 2.2 است.
6. تخمیر تا 6-8 روز طول می کشد و بعداً اسید سیتریک از میسلیوم خالص می شود.
7. تمام این مراحل در طی تخمیر غوطه ور برای تولید اسید سیتریک دنبال شد.

تخمیر حالت جامد

1. بستر جامد تا 65 تا 70 درصد محتوای آب با آب خیس می شود. پس از حذف آب اضافی، توده تحت فرآیند بخاردهی قرار می گیرد.
2. خمیر نشاسته استریل با پخش کردن کندیای آسپرژیلوس نایجر به شکل آئروسل یا به صورت سوسپانسیون کنیدی مایع روی سطح بستر تلقیح می شود.
3. pH سوبسترا حدود 5-5.5 است و با افزودن آلفا آمیلاز می توان رشد انکوباسیون دمای 28-30 درجه سانتیگراد را تسریع کرد. اگرچه قارچ می تواند نشاسته را با آلفا آمیلاز خود هیدرولیز کند. در طول تولید اسید سیتریک pH به مقادیر زیر 2 کاهش یافت.
4. فرآیند سطح حالت جامد 5 تا 8 روز طول می کشد که در پایان آن کل با آب داغ استخراج می شود. در موارد دیگر، از پاس های مکانیکی نیز برای به دست آوردن اسید سیتریک بیشتر از سلول ها استفاده می شود.
5. تمام این مراحل در طی تخمیر حالت جامد برای تولید اسید سیتریک دنبال شد.

بازیابی محصول

زیست توده با فیلتراسیون جدا می شود. سپس محیط مایع به فرآیند بازیابی منتقل می شود.

تصفیه

تصفیه یک راه ساده برای بدست آوردن اسید سیتریک خالص است که با دو روش ساده دنبال می شود:

1. ته نشینی

2. فیلتراسیون

ته نشینی رایج ترین تکنیک مورد استفاده است.

با افزودن هیدرات اکسید کلسیم (شیر آهک) برای تشکیل تتراهیدرات سیترات تری کلسیم کمی محلول انجام می شود. سیترات تری کلسیم رسوب شده با فیلتراسیون حذف شده و چندین بار با آب شسته می شود. سپس با اسید سولفوریک تصفیه می شود و سولفات کلسیم تشکیل می دهد که فیلتر می شود. مایع مادر حاوی اسید سیتریک با کربن فعال تصفیه می شود و از مبدل های کاتیونی و آنیونی عبور می کند. چندین رزین تبادل آنیون به صورت تجاری در دسترس هستند.

تصفیه بیشتر

پس از تصفیه به دو صورت قابل تولید است:

1-مونوهیدرات

2. بی آب

مونو هیدرات

• حاوی یک مولکول آب برای هر مولکول اسید سیتریک است
• نیاز به کریستالیزاسیون مکرر تا زمانی که محتوای آب تقریباً به 7.5- 8 برسد.

بی آب

• برای حذف تمام آب از محصول نهایی پردازش شده است
• با آبگیری محصول اسید سیتریک مونوهیدرات در دمای بالاتر از 36.6 درجه سانتیگراد تهیه می شود.

عوامل مؤثر بر تولید اسید سیتریک

• منبع کربن
• منبع نیتروژن
• منبع فسفر
• تریس المنت
• pH محیط تخمیر
• هوادهی

موارد استفاده از اسید سیتریک

1. در صنایع شوینده به عنوان جایگزین فسفات استفاده می شود.
2. به عنوان یک ماده نگهدارنده و طعم دهنده استفاده می شود.
3. عامل امولسیون کننده در بستنی.
4. همچنین به عنوان یک آنتی اکسیدان استفاده می شود.

“کیمیا زیست گستر نوین” در راستای ارتقاء تولیدات و سطح علمی کشور مبادرت به واردات و توزیع مواد شیمیایی و مصرفی آزمایشگاهی کرده است. هدف مجموعه ما تأمين مواد و تجهيزات مورد نياز در بخش هاى مختلف آزمايشگاهى، تحقيقاتى، بيمارستانى، صنعتى و … مي باشد.