Производство лимонной кислоты: из чего и как делают продукт

Лимонная кислота — одна из самых востребованных кислот в мире. В этой статье мы рассмотрим, как она используется в различных областях, а также этапы ее производства, какое оборудование необходимо, какое сырье используется и стадии развития проекта по строительству производственных мощностей кислоты на российском рынке.

Общие сведения
Лимонная кислота — это органическое соединение, выступающее в роли антиоксиданта, консерванта и очистителя, широко применяемое в пищевой промышленности, косметике, медицине, металлургии и других отраслях. Лимонная кислота представляет из себя хорошо растворимый кристаллический порошок белого цвета без запаха с мягким вкусом. Она содержится во фруктах и овощах, а наибольшая ее концентрация в лимоне.

Широкое применение «лимонка» нашла в пищевой промышленности (65% от всего производимого объема кислоты), где отвечает сразу за несколько функций: используется как регулятор кислотности, увеличивает срок годности продуктов, упрощает консервацию.

В косметологии лимонная кислота также получила распространение и входит в состав шампуней, мыла, пенок, лосьонов и кремов. Она отбеливает и отшелушивает кожу, продлевает срок годности косметики, усиливает лифтинг-эффект.

Технология производства лимонной кислоты
Несмотря на то что лимонная кислота содержится во фруктах и овощах, в промышленных масштабах ее изготавливают на основе различных гидролизатах крахмала, тростниковой или свекольной мелассах или сахаре.

В производстве лимонной кислоты могут применяться многие виды грибов, такие как Aspergillus niger, A. clavatus, Penicillium luteum, P. citrinum, Paecilomyces divaricatum, Mucor piriformis, Ustulina vulgaris. Однако производители отдают предпочтение Aspergillus niger из-за многочисленных преимуществ:

1. Высокоурожайный гриб.

2. Имеет схожие с лимонной кислотой биологически характеристики.

3. Не создает щавелевую кислоту, если условия соответствуют синтезу лимонной кислоты.

4. Прост в выращивании.

Оборудование для производственного процесса
Современные заводы обустроены биотехническими установками по производству лимонной кислоты. Они могут выпускать в среднем 200-250 тонн в год готового продукта из разных источников сырья. В состав такого оборудования входят реакторные и емкостные устройства:

— Ферментеры;

— Выпарные аппараты;

— Фильтры;

— Сушилки;

— Кристаллизаторы;

— Инфраструктура для обеспечения логистических операций.

Подготовка сырья для производства лимонной кислоты
Первым делом материалы для изготовления лимонной кислоты проходят специальную подготовку. Способ их обработки и из чего будет производиться лимонная кислота зависит от вещества и того, для каких целей она будет использоваться.

Как один из компонентов может применяться меласса. Она содержит оптимальное количество железа. Основной этап переработки мелассы — предферментация, которая необходима для осаждения состава с помощью желтой кровяной соли. Для дополнительной обработки применяют осветление гексацианоферратом, стерилизацию и кипячение.

Альтернативной сырьевой основой является грибок Аспергиллиус Нигер, который обеспечивает несколько процессов, невозможных при использовании синтетических заменителей, таких как растворение, солификация и очистка. Для выпуска модифицированных производных из лимонной кислоты необходима подготовка сырья, включающая этиловый спирт, технические и этанолсодержащие полупродукты.

При применении гидролизатов крахмала с небольшим количеством примесей при подготовке сырья нужно провести процедуру декатионизации и стерилизации в непрерывном режиме.

Организация процесса размножения спор
Для производства лимонной кислоты необходимо качественно подготовить материал.

Для начала споры вносят в бродильный чан. При производстве лимонной кислоты на основе мелассы отдельно подготавливаются споры для разведения. Для избежания высокого уровня примесей сырье субстраты очищают, используя различные методы, такие как стерилизация, обессоливание и механическая фильтрация. Если планируется долгосрочное производство, то споры сушатся.

На следующем этапе подготавливаются субстраты: сахарозу, глюкозу и крахмал. Крахмал осахаривают и в дальнейшем используют как производственный штамм.

Многие производители разрабатывают специальные методики для первичной очистки сырья и субстратов, такие как обессоливание или стерилизация с механической фильтрацией.

Процесс брожения и выделение кислоты
Для брожения сырья используются барботажные ферменты, которые подбираются в соответствии со штаммами грибов. После этого необходимо получить раствор с начальным уровнем очистки. Чтобы улучшить качество смеси, она подвергается предварительной обработке следующими процессами:

— Процедура сепарации и осаждения;

— Операция отделения мицелия;

— Отделение сульфата кальция и разложение ферментационной массы.

Для разделения сухих остатков используются ленточные фильтры, а для фильтрации — центрифуги и сепараторы с электронными системами регуляции.

Очистка полученной лимонной кислоты
После брожения производство лимонной кислоты проходит завершающую стадию — комплексную обработку.

Для очистки используется активированный уголь с анионо- и катионообменными смолами. Очистка происходит в реакторах с неподвижным слоем на нескольких этапах, включая процесс выпаривания под определенной температурой, кристаллизацию в вакууме, отсев кристаллов в установке центрифуги, сушку с применением псевдоожиженных слоев, процедуру просеивания.

Кристаллизация лимонной кислоты выполняется с помощью циркуляции. Операция рециркуляции ферментационного раствора позволяет отделить маточные ферменты от кристаллосодержащей суспензии. Заключительные процессы осушки и просеивания требуют деликатности в обращении с лимонной кислоты.

Отечественный рынок лимонной кислоты
В наши дни Китай является лидером по производству лимонной кислоты, контролируя более 96% мирового рынка.

Однако, производство лимонной кислоты в России также имеет потенциал. Ранее в стране был единственный завод по производству кислоты — ОАО «Белгородский завод лимонной кислоты (Цитробел)», который остался практически единственным производителем после распада СССР. Сейчас он не функционирует, и Россия вынуждена была полностью перейти на импорт лимонной кислоты.