Produção de ácido cítrico: preparação, processo e produto

2025 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificação: 2025-01-24 13:23

O ácido cítrico foi descoberto há várias centenas de anos, mas a história de sua produção plena em instalações industriais só pode ser contada desde 1919. A partir desse momento, os tecnólogos começaram a aplicar processos microbiológicos, cujo desenvolvimento não parou até hoje. Ao mesmo tempo, a produção moderna de ácido cítrico é heterogênea e envolve diferentes formas de fabricação do produto final. A escolha de um ou outro método é determinada não apenas pelas características das matérias-primas de um determinado empreendimento, mas também pelas exigências do mercado consumidor-alvo.

Introdução ao Ácido Cítrico

Como regulador de acidez, este produto é usado ativamente na indústria alimentícia. Mas o ácido cítrico é usado não apenas para corrigir o sabor. Dependendo da tecnologia de fabricação, pode aumentar a vida útil do produto alvo. Deste ponto de vista, a produção de limãoácidos na Rússia podem ser equiparados com as tecnologias para a fabricação de ácidos ascórbico, acético e lático, bem como com seus derivados.

Segundo especialistas, devido às suas qualidades como antioxidante e sinergista antioxidante, o ácido cítrico é hoje utilizado em quase metade de todos os produtos alimentícios industrializados. A popularidade deste acidificante também é facilitada por suas propriedades gastronômicas. Este ácido tem um sabor agradável e suave - pelo menos quando comparado com produtos alternativos deste tipo. Especialmente essas qualidades são manifestadas em bebidas e confeitaria. Há também um amplo grupo de sais que são obtidos nas condições de produção microbiológica de ácido cítrico - em particular, o citrato de sódio pode ser usado como sal de fusão. As vantagens do citrato de sódio incluem a possibilidade de obtê-lo na forma sólida, bem como a exclusão de um efeito irritante quando exposto às mucosas dos sistemas digestivo e respiratório.

Produção industrial do produto

O nome ácido cítrico chama a atenção para as frutas cítricas, porém, esse ácido está presente em graus variados em todas as frutas, algodão e agulhas. No entanto, as primeiras instalações de produção foram organizadas precisamente com base no processamento de suco de limão. Na década de 1920, cerca de 25% de toda a produção era obtida dessa forma. Ao mesmo tempo, a própria tecnologia de fabricação era irracional, pois cerca de 25 kg de um produto puro eram obtidos de 1 tonelada de limões. Hoje, a produção de ácido cítrico alimentar está sendo organizadaem métodos mais tecnológicos e intensivos em recursos, envolvendo o uso de aditivos fundamentalmente novos, como melaço e fungos de mofo. Aliás, isso também determina as decisões logísticas sobre a localização da produção de citrato de sódio perto das usinas de açúcar.

Ao mesmo tempo, não se pode dizer que tal produção se justifique por definição em condições de alta demanda. O fato é que à medida que a manufaturabilidade do processo produtivo aumenta, aumenta também o equipamento, o que significa um aumento no custo dos equipamentos técnicos e manutenção das capacidades. Portanto, é impossível prescindir de um plano de negócios bem pensado para a produção de ácido cítrico, que indicaria todos os aspectos das atividades organizacionais e econômicas da empresa. A par da solução de desenho para equipar os equipamentos de produção e desenvolver modelos logísticos com justificação económica, será também necessário determinar a formulação óptima do produto final para que possa competir num determinado nicho de mercado. A isso vale acrescentar uma alteração às rígidas normas sanitárias e higiênicas que regulam quase todas as nuances tecnológicas da obtenção deste ácido.

Apresentação físico-química da tecnologia

Os processos modernos de produção de ácido cítrico baseiam-se principalmente na hidrólise da suspensão de amido, que inclui até 30% da massa de elementos secos com capacidade amilolítica. Amido de sais minerais com sulfatos de cobre, zinco e ferro podem ser adicionados a eles. Esta base posteriormente sofre fermentação em um meio nutriente por um fungo de mofo.

Como resultado da fermentação e isolamento da biomassa fúngica, forma-se uma solução de cultura, que contém inicialmente até 85% de ácido cítrico. Uma característica das enzimas resistentes ao ácido obtidas neste estágio é o aumento da atividade amilolítica. Em primeiro lugar, trata-se da glucoamilase e amilase.

O resultado técnico da produção de ácido cítrico após passar por operações auxiliares é avaliado em laboratório por uma ampla gama de indicadores de qualidade, incluindo a atividade amilolítica da solução de cultura.

Tecnologias para fazer "limão"

O processo de produção é realizado em várias etapas tecnológicas em diferentes equipamentos. Embora existam diferentes configurações para organizar instalações fabris - incluindo monobloco e modulares pré-fabricados. Entre os principais processos em que se baseia a moderna tecnologia de produção de ácido cítrico, destacam-se:

1. Processos otimizados para a preparação tecnológica de matérias-primas para garantir as condições necessárias para um ambiente de fermentação ácida.
2. Reprodução de esporos em condições especialmente organizadas.
3. Processo de fermentação de acordo com as características das matérias-primas específicas.
4. Se necessário, adaptar todas as matérias-primas ou matérias-primas individuais para os processos de fermentação.
5. Separação do ácido das soluções de fermentação. A propósito, os métodos de separação são amplamentegraus determinam a qualidade final do produto.
6. Purificação e cristalização do ácido resultante. Nesta fase, abrem-se oportunidades para modificação do produto e produção de outras versões do ácido em diferentes configurações. Por exemplo, como parte da produção geral de ácido cítrico, podem ser produzidos xaropes, monohidrato, formulações desidratadas e citrato de sódio dihidratado. Produtos químicos também podem ser regulamentados.

Equipamento de Processo

O formato otimizado do arranjo técnico das plantas modernas para a produção de ácido cítrico envolve o uso de instalações biotecnológicas. Em média, a capacidade de tal solução para calcular o volume de produção é de 200 a 250 toneladas / ano, deixando amplas oportunidades para obter produtos modificados com base em diferentes fontes de matérias-primas. A composição básica deste equipamento para a produção de ácido cítrico inclui o seguinte reator e dispositivos de capacitância:

1. Fermentadores.
2. Evaporadores.
3. Filtros.
4. Secadores.
5. Cristalizadores.
6. Infraestrutura de apoio às operações logísticas.

A implementação do projeto de instalação biotecnológica permite-nos proporcionar um ciclo de produção completo, abastecendo localmente os consumidores regionais na íntegra com o mínimo envolvimento de recursos de calor e energia.

Hardware-solução tecnológica deste tipo caracteriza-se pela utilização de cepas produtoras, o que leva a um custo inicial do produto baixo. Esta tecnologia para a produção de ácido cítrico também se caracteriza por um nível aceitável de limpeza ambiental para o meio ambiente e segurança tóxica para os trabalhadores.

Quanto à qualidade do produto, atende aos padrões internacionais da indústria alimentícia. Outra coisa é que também é possível lançar um produto técnico destinado, em particular, a detergentes.

Preparação de matérias-primas para a produção de ácido cítrico

As matérias-primas entram no processo de produção após processamento especial. Seu método e parâmetros são determinados não apenas pelas propriedades das matérias-primas, mas também pelos requisitos do produto. A possibilidade de fabricação de produtos derivados do citrato de sódio também é considerada.

De uma forma ou de outra, a principal matéria-prima para a produção de ácido cítrico é o melaço, que contém a proporção ideal de ferro. Quanto ao seu processamento, a principal etapa desse processo é a pré-fermentação, necessária para a precipitação da composição por meio do sal amarelo. Sem processamento adicional, este sal em ácido pode atuar como um inibidor de isocitrato desidrogenases.

Outro componente que pode ser utilizado como base de matéria-prima é o fungo Aspergillus Niger. Surge a pergunta - por que, nas condições das tecnologias modernas, um fungo de mofo é usado para produzir ácido cítrico? Na maioria das vezes, seu uso é necessário para garantir a função do produtor. Sua fórmula química é ideal pararealizar vários processos ao mesmo tempo, impossíveis ou tecnologicamente injustificados quando se utilizam substitutos sintéticos. Em particular, estamos falando sobre dissolução, solicitação e procedimentos subsequentes de separação e purificação.

Preparação especial de matérias-primas também é necessária na produção de derivados modificados do ácido cítrico. Neste caso, também podem ser utilizadas inclusões adicionais, incluindo álcool etílico, intermediários técnicos e contendo etanol com resíduos de destilarias. Por sua vez, a produção de ácido cítrico a partir do melaço será complementada por processos de clarificação, esterilização e fervura de hexacianoferrato.

Ao usar hidrolisados de amido com teor moderado de impurezas, a preparação da matéria-prima precisará incluir um procedimento de decationização e uma operação de esterilização contínua.

Organização do processo de reprodução de esporos

Processos microbiológicos eficientes requerem sementes bem preparadas. Na síntese ácida, este material na forma de esporos é introduzido no tanque de fermentação logo no início do processo de produção. De forma otimizada, a tecnologia de produção de ácido cítrico à base de melaço prevê separadamente a preparação de esporos para reprodução, dentro dos quais também são realizados testes. Se a produção a longo prazo for planejada, os esporos são secos. Isso é necessário tanto para a preservação a longo prazo de suas qualidades funcionais quanto para uma dosagem bem-sucedida.

Na próxima etapa, os substratos são preparados, incluindo sacarose, glicose ouamido. Os materiais que contêm amido são primeiramente sacarificados para serem convertidos em glicose, que é usada como cepa de produção.

Como o nível de impurezas em todas as etapas do processamento de matérias-primas e substratos pode ser excessivamente alto, muitos fabricantes estão desenvolvendo métodos especiais para a purificação primária desses materiais. Por exemplo, o processamento adicional de hidrolisado de amido para ácido cítrico na produção de alimentos pode incluir etapas de dessalinização. Os mesmos procedimentos de esterilização e fervura com filtração mecânica podem ser atribuídos aos métodos universais e mais acessíveis de purificação de impurezas.

Processo de fermentação e produção de ácido

Nas tecnologias modernas para garantir o processo de fermentação, são utilizados fermentadores borbulhantes especiais, que são selecionados de acordo com as cepas preparadas do fungo do molde discutido acima. A seleção é realizada em conjunto com testes de acordo com determinados parâmetros, o que permite organizar a fermentação de acordo com configurações individuais, levando em consideração as características das matérias-primas utilizadas. Os processos tecnologicamente mais avançados para a produção de ácido cítrico também envolvem ferramentas para regular a atividade metabólica de microrganismos borbulhantes.

Na fase de isolamento do ácido, a tarefa é obter uma solução do meio de fermentação com um nível inicial de purificação. Para aumentar o grau de purificação, a mistura geradora deve ser adequadamente preparada. Em particular, ele passa pelos seguintes processospré-tratamento:

1. Procedimento de separação e assentamento.
2. Operação de separação de micélio.
3. Separação do sulfato de cálcio e decomposição da massa fermentada.

Para a separação de resíduos secos nas indústrias modernas, são utilizados filtros de esteira com controle automático. Além disso, para a organização dos processos de filtração de sedimentos, são utilizadas centrífugas e separadores especiais com sistemas de controle eletrônico, o que aumenta a precisão do processamento do material.

Purificação do ácido cítrico resultante

A etapa final de produção, que inclui o complexo processamento do produto já recebido. Este processo utiliza carvão ativado com resinas de troca aniônica e catiônica. A tecnologia dessa purificação é implementada em reatores de leito fixo em várias etapas:

1. O processo de evaporação a uma certa temperatura.
2. Cristalização no vácuo.
3. Triagem de cristal na centrífuga.
4. Secagem com leito fluidizado.
5. Procedimento de peneiramento.

A evaporação é realizada em uma unidade evaporadora de vários estágios com um filme de líquido descendente. Como resultado deste processo, o coeficiente de evaporação necessário é alcançado sem reduzir as propriedades de consumo do ácido cítrico. O consumo de recursos energéticos nesta fase pode ser reduzido significativamente devido ao fornecimento de compressão térmica no vapor.

Quanto à cristalização, este processo de produção de ácido cítrico é realizado com circulação forçada. Em algunsNas configurações técnicas das plantas da indústria alimentícia, os cristalizadores a vácuo são projetados na mesma base estrutural juntamente com dispositivos para a produção de modificados e derivados de citrato de sódio. Por exemplo, equipamentos semelhantes são usados na produção de produtos desidratados e monohidrato de ácido cítrico.

Não o último valor na etapa de purificação é a operação de reciclagem da solução fermentativa, na qual ocorre a separação das enzimas uterinas da suspensão contendo cristais. Tecnicamente, este procedimento é realizado por uma centrífuga contínua, o que permite controlar com precisão as características do produto final.

Os processos finais de secagem e peneiração requerem manuseio delicado do produto resultante e purificado. Nesta fase, os requisitos para a forma de liberação do ácido cítrico desempenharão um papel - por exemplo, o fracionamento é realizado de acordo com o tamanho de partícula do projeto.

Mercado nacional de ácido cítrico

Os principais participantes deste segmento no mercado da indústria alimentícia russa incluem fabricantes da China, que controlam quase metade de toda a produção. Mas uma parte significativa também é representada por fábricas russas para a produção de ácido cítrico, um lugar especial entre os quais é ocupado pela empresa Citrobel localizada em Belgorod. Na verdade, esta é quase a única planta doméstica com capacidades de classe mundial. As organizações comerciais do sector alimentar estão a cooperar activamente com as fábricas dofora do país. Nesse sentido, destacam-se as usinas de açúcar ucranianas e bielorrussas, localizadas em Smila e Skidel, respectivamente.

De acordo com especialistas, o ácido cítrico russo atende aos requisitos regulamentares do GOST e dos padrões de design de embalagens. Esta é uma das vantagens que permite que as plantas domésticas de ácido cítrico na Rússia concorram com sucesso com as empresas chinesas. Assim, em comparação com a Citrobel, que fornece ácido cítrico consistentemente de alta qualidade, os fabricantes do Império Celestial nem sempre garantem que os produtos atendam a padrões rígidos, o que também se reflete nos preços. A diferença é determinada pelo nível do fabricante e da rede de distribuição. Ao mesmo tempo, mesmo em entregas de grandes empresas, as características do ácido cítrico em um lote são heterogêneas e podem variar. Isso também é confirmado em análises de consumidores, onde são observadas reclamações sobre a solubilidade e o teor de umidade do produto.

Conclusão

Hoje, o volume de produção dos fabricantes mundiais de ácido cítrico é de cerca de 800.000 toneladas/ano. O retorno tão alto desse setor se deve ao fato de que diversas indústrias estão interessadas no uso de acidificantes, incluindo segmentos tradicionais da indústria alimentícia e da esfera química e farmacêutica. Além disso, os derivados de tais ácidos hoje encontram aplicação mesmo nas indústrias de defesa e eletrônica, para não mencionar a agricultura e outras indústrias onde a função técnica do ácido cítrico está em demanda.enzimas. Nesse sentido, destaca-se a prática do uso de citrato de sódio como substituto de auxiliares ativos de processamento e detergentes sintéticos.

Se falarmos sobre a produção de ácido cítrico na Rússia, nos últimos anos, em nível governamental, foram tomadas medidas para proteger o mercado interno a fim de estimular as empresas que operam nessa área. Mas como a fábrica de Belgorod continua sendo o único grande fornecedor de ácido cítrico, às vezes há escassez do produto. Como saída, os especialistas sugeriram a alteração das regras alfandegárias, que priorizam a importação de acidificantes estrangeiros para empresas europeias que garantam a boa qualidade do produto. O ácido cítrico dos principais produtores bioquímicos do Japão, Suíça e Alemanha é superior em qualidade aos produtos nacionais, mas os preços são muito altos, de modo que a planta da Citrobel permanece competitiva sem comprometer as necessidades do consumidor.