تولید اسید سیتریك از كاه گندم به روش تخمیر حالت جامد2

از جمله اسیدهای آلی مورد استفاده، اسید سیتریك است كه دارای مصارف متعددی در صنایع غذایی، دارویی، بهداشتی و سایر صنایع می‌باشد كه به دلیل غیرسمی بودن، اسیدیتة مناسب، قابلیت بافری و . . .  هر سال به مقدار%2-3 بر میزان مصرف آن افزوده  می‌گردد.

از اولین كشورهایی كه در این زمینه تلاش كردند، ایتالیا، آمریكا، انگلستان و چند كشور اروپایی بودند كه در قرون 18 و 19 به روش شیمیایی اقدام به این عمل نمودند و تقریباً از اوایل قرن 20 روشهای بیوتكنولوژی در سراسر دنیا رایج شدند كه هنوز هم كاربرد دارند.

ابتدا روش بستر جامد برای تولید آن استفاده می‌شد ولی به تدریج روش غوطه وری جایگزین روشهای قبلی شد زیرا در روش غوطه‌وری كنترل بهتر و آسانتر صورت گرفته و نیز شرایط كار بهتر و راندمان بیشتر می‌باشد. مجدداً پس از طی چند دهه روش بستر جامد برای تولید این اسید به دلیل امكان استفاده از ضایعات فراوان و ارزان كشاورزی به عنوان سوبسترا رواج یافت. به هر حال در سالهای اخیر تلاشهای فراوانی برای اصلاح گونه‌های میكروبی مولد اسید سیتریك مخصوصاً آسپرژیلوس نایجر صورت گرفته و از جهت افزایش راندمان تولید و استخراج اسید نیز مورد توجه بوده است.

مقدم

اسید سیتریك یك تری كربوكسیلیك اسید 6 كربنه با فرمول ساختمانی زیر است:

نام شیمیایی آن، 2- هیدروكسی 1 و 2 و 3 پروپان تری كربوكسیلیك اسید است.

فرمول شیمیایی:

اسید سیتریك جزء طبیعی و متابولیت مشترك گیاهان و حیوانات است و به صورت خیلی  گسترده در صنایع غذایی، نوشیدنی و دارویی و غیره استفاده می‌شود. به علت دارا بودن گروههای عاملی مختلف و قابلیت زیست تخریب پذیری، اسید سیتریك و نمكهای آن (عمدتاً Na و K ) كاربردهای صنعتی خیلی زیاد در زمینه‌های مختلف دارند.

1-1) پیشینه:

این اسید اولین بار در سال 1784 توسط Scheel از آبلیمو جداسازی و كریستالیه شد. اولین بار به طور تجاری در سال1826 توسط John و Edmond sturge در انگلستان تولید گردید. در سال 1869 در انگلستان از كلسیم سیتریت وارده در ایتالیا تهیه گردید. سیترات كلسیم را یك كارتل دولتی ایتالیا به نرخ بالایی فروخته بود. این قیمت بالا توسعة خرید سیترات كلسیم و تولید اسید سیتریك را به تعویق انداخت. در سال 1880 اسید سیرتیك توسط Adam و Grimux سنتز شد. از آن زمان تا حال روشهای سنتزی متعددی ارائه شده‌اند كه هیچ كدام به تولید صنعتی نرسیده‌اند و دلیل آن بازدهی كم و عدم توجیه اقتصادی این روشها نسبت به سایر روشهای تولید است. شروع تولید اسید سیتریك به روش تخمیر به سال1893 بر می گردد. زمانی كه wehmer (گیاه‌شناسی آلمانی) تشخیص داد كه اسید سیتریك متابولیت كپكهای سیترومایسس ففریا نیز (citromyces pfefferionis) و سیترومایسس گلابر (glaber) است.

كوشش های زیاد wehmer برای تولید اسید سیتریك ناموفق بوده‌اند تا اینكه كوری در سال 1917 تولید انبوه اسید سیتریك به روش تخمیر سطحی را با آسپرژیلوس نایجر پایه‌گذاری كرد. بعداً كوری به چاس فیرز پیوست و در سال 1923كارخانة تولید اسید سیتریك به روش جدید را راه‌اندازی كردند. این تخمیر با رشد میكروارگانیسم به صورت كشت سطحی همراه بود. تولید میكروبی اسید سیتریك با روش كشت سطحی ادامه یافت تا اینكه اولین بار در سال 1951 فرآیند تخمیر غوطه‌وری پیشرفته در ایالت متحده امریكا توسعه داده شد. ابداع این فرآیند تحول عمده ای در تولید اسید سیتریك ایجاد كرد.

از سال 1965 به بعد پیشرفت به سمت معرفی فرآیندهایی بود كه در آن زمان از مخمرهای خاصی برای تولید اسید سیتریك استفاده شد. در این فرآیندها ابتدا از كربوهیدراتها و سپس از آلكانهای نرمال استفاده می‌شد. البته زمانی كه هیدروكربنها به عنوان مادة خام استفاده می شدند، محصولات نفتی ارزان بودند و طبیعتاً تولید اسید در  آن شرایط از نظر اقتصادی مقرون به صرفه بود به طوری كه چاس فیرز پس از یك دوره استفاده از هیدروكربن به سمت استفاده از كربوهیدراتها تغییر جهت داد. علاوه بر این، شركت Liquichimica در ایتالیای جنوبی كارخانة دیگری با ظرفیت تولید سالیانه 50 تن سیتر ات سدیم از آلكانهای نرمال، تأسیس كر د كه پس از دورة كوتاهی تعطیل شد. علاوه بر دو روش تخمیر سطحی و غوطه‌ور، روش كشت حالت جامد نیز برای تولید اسید سیتریك قابل استفاده است. از این روش بیشتر در كشورهای آسیایی جنوب شرقی استفاده می شود. به طوری كه هم اكنون 20% اسید سیتریك مصرفی ژاپن از این روش تولید می شود. در سه دهه اخیر تمایل فزاینده‌ای برای استفاده از مواد خام جامد و كم ارزش صورت گرفته است.

1-2) سوبستراهای استفاده شده برای تولید اسید سیتریك

1-3) خواص فیزیكی اسید سیتریك

اسید سیتریك بی‌آب به صورت كریستالهای شفاف بی‌رنگ یا پودر كریستالی سفید است كه به طبقه بلورهای منظم الاضلاع سیستم حاوی سه محور غیرمساوی با تقاطع اریب تعلق دارد. هر دو شكل تحت شرایط رطوبت معمولی وجود دارند، آبگیری از شكل تك آبه در هوای خیلی خشك اتفاق می افتد و تحت خلأ در حضور اسید سولفوریك غلیظ این عمل سریعتر رخ می دهد. بلورهای بدون آب به تدریج در هوای مرطوب، آب را جذب می نمایند.

هر دو فرم بلورین تشكیل كلوخه داده و در هوای مرطوب سخت می شوند.