Production d'acide citrique : préparation, processus et produit

2024 Auteur: Howard Calhoun | [email protected]. Dernière modifié: 2023-12-17 10:27

L'acide citrique a été découvert il y a plusieurs centaines d'années, mais l'histoire de sa production à part entière dans des installations industrielles ne peut être évoquée que depuis 1919. À partir de ce moment, les technologues ont commencé à appliquer des procédés microbiologiques, dont le développement ne s'est pas arrêté à ce jour. Dans le même temps, la production moderne d'acide citrique est hétérogène et implique différentes manières de fabriquer le produit final. Le choix de l'une ou l'autre méthode est déterminé non seulement par les caractéristiques des matières premières d'une entreprise particulière, mais également par les exigences du marché de consommation cible.

Introduction à l'acide citrique

En tant que régulateur d'acidité, ce produit est activement utilisé dans l'industrie alimentaire. Mais l'acide citrique n'est pas seulement utilisé pour corriger le goût. Selon la technologie de fabrication, cela peut augmenter la durée de conservation du produit cible. De ce point de vue, la production de citronacides en Russie peuvent être mis sur un pied d'égalité avec les technologies de fabrication des acides ascorbique, acétique et lactique, ainsi qu'avec leurs dérivés.

Selon les experts, en raison de ses qualités d'antioxydant et de synergiste antioxydant, l'acide citrique est désormais utilisé dans près de la moitié des produits alimentaires manufacturés. La popularité de cet acidifiant est également facilitée par ses propriétés gastronomiques. Cet acide a un goût agréable et doux - du moins par rapport aux produits alternatifs de ce type. Surtout ces qualités se manifestent dans les boissons et les confiseries. Il existe également un large groupe de sels obtenus dans les conditions de production microbiologique de l'acide citrique - en particulier, le citrate de sodium peut ensuite être utilisé comme sel de fusion. Les avantages du citrate de sodium incluent la possibilité de l'obtenir sous forme solide, ainsi que l'exclusion d'un effet irritant lorsqu'il est exposé aux muqueuses des systèmes digestif et respiratoire.

Production industrielle de produits

Le nom acide citrique attire l'attention sur les agrumes, cependant, cet acide est présent à des degrés divers dans tous les fruits, le coton et les aiguilles. Néanmoins, les premières installations de production ont été organisées précisément sur la base de la transformation du jus de citron. Dans les années 1920, environ 25 % de toute la production était ainsi obtenue. Dans le même temps, la technologie de fabrication elle-même était irrationnelle, puisqu'environ 25 kg d'un produit pur étaient obtenus à partir d'une tonne de citrons. Aujourd'hui, la production d'acide citrique alimentaire s'organisesur des méthodes plus technologiques et gourmandes en ressources, impliquant l'utilisation d'additifs fondamentalement nouveaux comme la mélasse et les moisissures. Soit dit en passant, cela détermine également les décisions logistiques concernant l'emplacement de la production de citrate de sodium à proximité des sucreries.

En même temps, on ne peut pas dire qu'une telle production se justifie par définition dans des conditions de forte demande. Le fait est qu'à mesure que la fabricabilité du processus de production augmente, l'équipement augmente également, ce qui signifie une augmentation du coût de l'équipement technique et de la maintenance des capacités. Par conséquent, il est impossible de se passer d'un plan d'affaires bien pensé pour la production d'acide citrique, qui indiquerait tous les aspects des activités organisationnelles et économiques de l'entreprise. Parallèlement à la solution de conception pour équiper les équipements de production et développer des modèles logistiques avec une justification économique, il sera également nécessaire de déterminer la formulation optimale du produit final afin qu'il puisse être compétitif dans une certaine niche du marché. À cela, il convient d'ajouter un amendement aux normes sanitaires et hygiéniques strictes qui régissent presque toutes les nuances technologiques d'obtention de cet acide.

Présentation physico-chimique de la technologie

Les procédés modernes de production d'acide citrique sont principalement basés sur l'hydrolyse de la suspension d'amidon, qui comprend jusqu'à 30 % de la masse d'éléments secs à capacité amylolytique. De l'amidon de sels minéraux avec des sulfates de cuivre, de zinc et de fer peut leur être ajouté. Cette base subit ensuite une fermentation en milieu nutritif par un champignon de moisissure.

À la suite de la fermentation et de l'isolement de la biomasse fongique, une solution de culture se forme, qui contient initialement jusqu'à 85 % d'acide citrique. Une caractéristique des enzymes résistantes aux acides obtenues à ce stade est une activité amylolytique accrue. Tout d'abord, cela concerne la glucoamylase et l'amylase.

Le résultat technique de la production d'acide citrique après passage par des opérations auxiliaires est évalué en laboratoire par un large éventail d'indicateurs de qualité, dont l'activité amylolytique de la solution de culture.

Technologies pour faire du "citron"

Le processus de production se déroule en plusieurs étapes technologiques sur différents équipements. Bien qu'il existe différentes configurations pour l'aménagement des installations d'usine - y compris les monoblocs et les modulaires préfabriqués. Parmi les principaux processus sur lesquels repose la technologie moderne de production d'acide citrique, on peut distinguer les suivants:

1. Processus optimisés pour la préparation technologique des matières premières afin d'assurer les conditions nécessaires à un environnement de fermentation acide.
2. Reproduction de spores dans des conditions spécialement organisées.
3. Processus de fermentation selon les caractéristiques des matières premières spécifiques.
4. Si nécessaire, adaptez toutes les matières premières ou individuellement aux processus de fermentation.
5. Séparation de l'acide des solutions de fermentation. Soit dit en passant, les méthodes de séparation sont largementdegrés déterminent la qualité finale du produit.
6. Purification et cristallisation de l'acide obtenu. À ce stade, des opportunités s'ouvrent pour la modification du produit et la production d'autres versions de l'acide dans différentes configurations. Par exemple, dans le cadre de la production générale d'acide citrique, des sirops, des monohydrates, des formulations déshydratées et du citrate de sodium dihydraté peuvent être produits. Les produits chimiques peuvent également être réglementés.

Équipement de processus

Le format optimisé de l'agencement technique des usines modernes de production d'acide citrique implique l'utilisation d'installations biotechnologiques. En moyenne, la capacité d'une telle solution pour calculer le volume de production est de 200 à 250 tonnes / an, tout en laissant de nombreuses possibilités d'obtenir des produits modifiés basés sur différentes sources de matières premières. La composition de base de cet équipement pour la production d'acide citrique comprend les dispositifs de réacteur et de capacité suivants:

1. Fermenteurs.
2. Évaporateurs.
3. Filtres.
4. Sécheuses.
5. Cristallisateurs.
6. Infrastructure pour soutenir les opérations logistiques.

La mise en œuvre du projet d'installation biotechnologique nous permet de fournir un cycle de production complet, fournissant localement l'intégralité des consommateurs régionaux avec une implication minimale des ressources de chaleur et d'électricité.

La solution matérielle-technologique de ce type se caractérise par l'utilisation de souches de producteurs, ce qui entraîne un coût initialement faible du produit. Cette technologie de production d'acide citrique se caractérise également par un niveau acceptable de propreté environnementale pour l'environnement et de sécurité toxique pour les travailleurs.

Quant à la qualité du produit, il répond aux normes internationales de l'industrie alimentaire. Une autre chose est qu'il est également possible de libérer un produit technique destiné, en particulier, aux détergents.

Préparation de matières premières pour la production d'acide citrique

Les matières premières entrent dans le processus de production après un traitement spécial. Sa méthode et ses paramètres sont déterminés non seulement par les propriétés des matières premières, mais également par les exigences du produit. La possibilité de fabriquer des produits dérivés à partir de citrate de sodium est également prise en compte.

D'une manière ou d'une autre, la principale matière première pour la production d'acide citrique est la mélasse, qui contient le rapport optimal de fer. Quant à son traitement, l'étape principale de ce procédé est la pré-fermentation, qui est nécessaire à la précipitation de la composition au moyen de sel de sang jaune. Sans traitement supplémentaire, ce sel dans l'acide peut agir comme un inhibiteur des déshydrogénases d'isocitrate.

Un autre composant qui peut être utilisé comme base de matière première est le champignon Aspergillus Niger. La question se pose - pourquoi, dans les conditions des technologies modernes, un champignon de moisissure est-il utilisé pour produire de l'acide citrique? Le plus souvent, son utilisation est nécessaire pour assurer la fonction de producteur. Sa formule chimique est optimale poureffectuer plusieurs processus à la fois, ce qui est impossible ou technologiquement injustifié lors de l'utilisation de substituts synthétiques. En particulier, nous parlons de dissolution, de solicification et de procédures de séparation et de purification ultérieures.

Une préparation spéciale des matières premières est également nécessaire dans la production de dérivés modifiés de l'acide citrique. Dans ce cas, des inclusions supplémentaires peuvent également être utilisées, notamment de l'alcool éthylique, des intermédiaires techniques et contenant de l'éthanol avec des déchets de distilleries. À son tour, la production d'acide citrique à partir de mélasse sera complétée par des processus de clarification, de stérilisation et d'ébullition à l'hexacyanoferrate.

Lors de l'utilisation d'hydrolysats d'amidon à teneur modérée en impuretés, la préparation de la matière première devra inclure une procédure de décationisation et une opération de stérilisation continue.

Organisation du processus de reproduction des spores

Des processus microbiologiques efficaces nécessitent des semences bien préparées. En synthèse acide, ce matériau sous forme de spores est introduit dans la cuve de fermentation au tout début du processus de production. Sous une forme optimisée, la technologie de production d'acide citrique à base de mélasse prévoit séparément la préparation de spores pour la reproduction, dans laquelle des tests sont également effectués. Si une production à long terme est prévue, les spores sont séchées. Cela est nécessaire à la fois pour la préservation à long terme de leurs qualités fonctionnelles et pour un dosage réussi.

À l'étape suivante, les substrats sont préparés, y compris le saccharose, le glucose ouamidon. Les matériaux contenant de l'amidon sont d'abord saccharifiés pour être convertis en glucose, qui est utilisé comme souche de production.

Étant donné que le niveau d'impuretés à toutes les étapes du traitement des matières premières et des substrats peut être excessivement élevé, de nombreux fabricants développent des méthodes spéciales pour la purification primaire de ces matériaux. Par exemple, le traitement ultérieur de l'hydrolysat d'amidon pour l'acide citrique dans la production alimentaire peut comprendre des étapes de dessalage. Les mêmes procédures de stérilisation et d'ébullition avec filtration mécanique peuvent être attribuées aux méthodes universelles et les plus accessibles de purification des impuretés.

Processus de fermentation et production d'acide

Dans les technologies modernes pour assurer le processus de fermentation, des fermenteurs bouillonnants spéciaux sont utilisés, qui sont sélectionnés en fonction des souches préparées du champignon de la moisissure discuté ci-dessus. La sélection est effectuée avec des tests selon certains paramètres, ce qui permet d'organiser la fermentation selon des configurations individuelles, en tenant compte des caractéristiques des matières premières utilisées. Les procédés les plus avancés technologiquement pour la production d'acide citrique impliquent également des outils de régulation de l'activité métabolique des micro-organismes bouillonnants.

Au stade de l'isolement de l'acide, la tâche consiste à obtenir une solution à partir du milieu de fermentation avec un niveau initial de purification. Afin d'augmenter le degré de purification, le mélange générateur doit être convenablement préparé. En particulier, il subit les processus suivantsprétraitement:

1. Procédure de séparation et de décantation.
2. Opération de séparation du mycélium.
3. Séparation du sulfate de calcium et décomposition de la masse de fermentation.

Pour la séparation des résidus secs dans les industries modernes, des filtres à bande avec contrôle automatique sont utilisés. De plus, pour l'organisation des processus de filtration des sédiments, des centrifugeuses et des séparateurs spéciaux avec des systèmes de contrôle électroniques sont utilisés, ce qui augmente la précision du traitement des matériaux.

Purification de l'acide citrique résultant

L'étape finale de la production, qui comprend le traitement complexe du produit déjà reçu. Ce procédé utilise du charbon actif avec des résines échangeuses d'anions et de cations. La technologie de cette purification est mise en œuvre dans des réacteurs à lit fixe en plusieurs étapes:

1. Le processus d'évaporation à une certaine température.
2. Cristallisation sous vide.
3. Dégrillage des cristaux dans la centrifugeuse.
4. Séchage avec lit fluidisé.
5. Procédure de tamisage.

L'évaporation est effectuée dans un évaporateur à plusieurs étages avec un film liquide tombant. Grâce à ce processus, le coefficient d'évaporation requis est atteint sans réduire les propriétés de consommation de l'acide citrique. La consommation de ressources énergétiques à ce stade peut être considérablement réduite grâce à la compression thermique de la vapeur.

Quant à la cristallisation, ce processus de production d'acide citrique est réalisé en circulation forcée. Dans certainesDans les configurations techniques des usines agro-alimentaires, les cristalliseurs sous vide sont conçus sur la même base structurelle avec les dispositifs de production de citrate de sodium modifié et dérivés. Par exemple, un équipement similaire est utilisé dans la production de produits déshydratés et d'acide citrique monohydraté.

Pas la dernière valeur à l'étape de purification est l'opération de recyclage de la solution de fermentation, dans laquelle la séparation des enzymes utérines de la suspension contenant des cristaux. Techniquement, cette procédure est réalisée par une centrifugeuse continue, ce qui permet de contrôler finement les caractéristiques du produit final.

Les processus finaux de séchage et de tamisage nécessitent une manipulation délicate du produit résultant et purifié. À ce stade, les exigences relatives à la forme de libération de l'acide citrique joueront un rôle - par exemple, le fractionnement est effectué en fonction de la taille de particule de conception.

Marché national de l'acide citrique

Les principaux acteurs de ce segment du marché russe de l'industrie alimentaire sont les fabricants chinois, qui contrôlent près de la moitié de la production. Mais une part importante revient également aux usines russes de production d'acide citrique, parmi lesquelles une place particulière est occupée par l'entreprise Citrobel située à Belgorod. En fait, c'est presque la seule usine nationale avec des capacités de classe mondiale. Les organisations commerciales du secteur alimentaire coopèrent activement avec les usines duà l'étranger. Dans cette direction, les sucreries ukrainiennes et biélorusses se distinguent, situées respectivement à Smila et Skidel.

Selon les experts, l'acide citrique russe répond aux exigences réglementaires du GOST et aux normes de conception des emballages. C'est l'un des avantages qui permet aux usines nationales d'acide citrique en Russie de concurrencer avec succès les entreprises chinoises. Ainsi, en comparaison avec Citrobel, qui assure des approvisionnements en acide citrique de qualité constante, les fabricants du Céleste Empire ne garantissent pas toujours que les produits répondent à des normes strictes, ce qui se reflète également dans les prix. La différence est déterminée par le niveau du fabricant et du réseau de distribution. Dans le même temps, même dans les livraisons de grandes entreprises, les caractéristiques de l'acide citrique dans un lot sont hétérogènes et peuvent varier. Ceci est également confirmé dans les avis des consommateurs, où les plaintes concernant la solubilité et la teneur en humidité du produit sont notées.

Conclusion

Aujourd'hui, le volume de production des fabricants mondiaux d'acide citrique est d'environ 800 000 tonnes/an. Un tel rendement élevé de ce secteur est dû au fait qu'un certain nombre d'industries s'intéressent à l'utilisation des acidifiants, y compris les segments traditionnels de l'industrie alimentaire et la sphère chimique et pharmaceutique. De plus, les dérivés de tels acides trouvent aujourd'hui une application même dans les industries de la défense et de l'électronique, sans parler de l'agriculture et d'autres industries où la fonction technique de l'acide citrique est demandée.enzymes. À cet égard, on peut noter la pratique consistant à utiliser du citrate de sodium comme substitut des auxiliaires technologiques actifs et des détergents synthétiques.

Si nous parlons de la production d'acide citrique en Russie, des mesures ont été prises ces dernières années au niveau gouvernemental pour protéger le marché intérieur afin de stimuler les entreprises opérant dans ce domaine. Mais comme l'usine de Belgorod reste le seul grand fournisseur d'acide citrique, il y a parfois une pénurie du produit. Comme solution, les experts ont suggéré de modifier les règles douanières, en vertu desquelles la priorité pour l'importation d'acidifiants étrangers était donnée aux entreprises européennes qui garantissent la bonne qualité du produit. L'acide citrique des principaux producteurs biochimiques au Japon, en Suisse et en Allemagne est de qualité supérieure aux produits nationaux, mais les prix sont trop élevés, de sorte que l'usine de Citrobel reste compétitive sans compromettre les besoins des consommateurs.