Лимонна кислота була відкрита кілька сотень років тому, але про історію її повноцінного виробництва на промислових потужностях можна говорити лише починаючи з 1919 року. З цього моменту технологи стали застосовувати мікробіологічні процеси, розвиток яких не зупиняється по цей день. При цьому сучасне виробництво лимонної кислоти неоднорідне і передбачає різні способи виготовлення кінцевого продукту. Вибір того чи іншого методу визначається не тільки характеристиками сировинних ресурсів конкретного підприємства, але і вимог цільового ринку споживання.
Загальні відомості про лимонної кислоти
В якості регулятора кислотності даний продукт активно застосовується в харчовій промисловості. Але лимонну кислоту задіють не тільки в цілях корекції смаку. В залежності від технології виготовлення вона може збільшувати термін придатності цільового продукту. З цієї точки зору виробництво лимонної кислоти в Росії можна ставити в один ряд з технологіями виготовлення аскорбінової, оцтової та молочної кислот, а також з їх похідними.
Як відзначають фахівці, завдяки своїм якостям антиокислювача і синергиста антиокислювачів, лимонна кислота використовується сьогодні чи не в половині всіх випущених продуктів харчової промисловості. Популярності даного подкислителя сприяють і її гастрономічні властивості. У цієї кислоти приємний і м’який смак – у всякому разі, якщо порівнювати з альтернативними продуктами даного типу. Особливо ці якості проявляються в напоях і кондитерських виробах. Існує широка група солей, які одержують в умовах мікробіологічного виробництва лимонної кислоти – зокрема, цитрат натрію далі може використовуватися як сіль-плавитель. До переваг лимоннокислого натрію відносять можливість його отримання у твердій формі, а також виключення дратівної ефекту при впливі на слизові оболонки систем травлення і дихання.
Промислове виробництво продукту
Назва лимонної кислоти звертає увагу на цитрусові, однак, ця кислота різною мірою присутній у всіх фруктах, хлопчатнике і хвої. Та все ж перші виробництва були організовані саме на базі переробки лимонного соку. У 1920-х роках таким чином отримували приблизно 25% всієї продукції. При цьому сама технологія виготовлення була нераціональною, оскільки з 1 т лимонів виходило близько 25 кг чистого продукту. Сьогодні ж виробництво харчової лимонної кислоти організується на більш технологічних і ресурсномістких методів, які передбачають використання і принципово нових добавок зразок патоки і цвілевих грибків. Цим, до речі, обумовлюються і логістичні рішення про розташування виробництв лимоннокислого натрію поруч з заводами з виготовлення цукру.
В той же час не можна сказати, що такого роду виробництва виправдовують себе за визначенням в умовах високого попиту. Справа в тому, що по мірі підвищення технологічності виробничого процесу ускладнюється і обладнання, а це означає збільшення витрат на технічне оснащення та утримання потужностей. Тому без продуманого бізнес-плану з виробництва лимонної кислоти, в якому б вказувалися всі аспекти організаційно-господарської діяльності підприємства не обійтися. Поряд з проектним рішенням по оснащенню виробничим обладнанням і розробкою логістичних моделей з економічним обґрунтуванням також визначення оптимальної рецептури кінцевого продукту, щоб він міг конкурувати в певній ніші на ринку. До цього варто додати і поправку на жорстких санітарно-гігієнічних нормативах, які регулюють практично всі технологічні нюанси отримання даної кислоти.
Фізико-хімічне подання технології
Сучасні процеси виробництва лимонної кислоти в основному будуються на гідролізі крохмальної суспензії, що включає до 30% маси сухих елементів з амилолитической здатністю. До них може додаватися крохмаль мінеральних солей з сульфати міді, цинку і заліза. Дана основа в подальшому проходить ферментацію в живильному середовищі цвілевим грибом.
В результаті ферментації і виділення грибкової біомаси формується культуральний розчин, в якому від початку міститься до 85% лимонної кислоти. Характерною особливістю отриманих на цьому етапі кислотостійких ферментів є підвищена амилолитическая активність. Насамперед, це стосується глюкоамилазы і амілази.
Технічний результат виробництва лимонної кислоти після проходження допоміжних операцій оцінюється в лабораторних умовах широким спектром показників якості, серед яких амилолитическая активність культурального розчину.
Технології виготовлення “лимонки”
Процес виробництва виконується в кілька технологічних етапів на різному устаткуванні. Хоча існують різні конфігурації облаштування заводських потужностей – в тому числі моноблочні та збірні модульні. Серед основних же процесів, на яких будується сучасна технологія виробництва лимонної кислоти, можна виділити наступні:
Обладнання для виробничого процесу
Оптимізований формат технічного облаштування сучасних заводів по випуску лимонної кислоти передбачає використання біотехнологічних установок. У середньому потужності такого рішення з розрахунку обсягу випуску становлять 200-250 т/рік, при цьому залишаючи широкі можливості для отримання модифікованих продуктів на основі різних джерел сировини. В базовий склад даного обладнання для виробництва лимонної кислоти входять наступні реакторні та ємнісні пристрої:
Реалізація проекту біотехнологічної установки дозволяє забезпечувати повний виробничий цикл, локально забезпечуючи регіональних споживачів в повному обсязі з мінімальним залученням теплоенергетичних ресурсів.
Апаратурно-технологічне рішення такого типу відрізняється використанням штамів-продуцентів, що обумовлює спочатку низьку собівартість продукту. Дана технологія виробництва лимонної кислоти також характеризується прийнятним рівнем екологічної чистоти навколишнього середовища і токсичної безпекою для робочого персоналу.
Що стосується якості продукту, що випускається, то воно відповідає світовим стандартам харчової промисловості. Інша справа, що можливий випуск технічного продукту, призначеного, зокрема, для миючих засобів.
Підготовка сировини для виробництва лимонної кислоти
Вихідні матеріали надходять у виробничий процес після спеціальної обробки. Її спосіб і параметри проведення визначаються не тільки властивостями сировини, але і вимог до продукту. Також береться до уваги можливість виготовлення похідних продуктів з лимоннокислого натрію.
Так чи інакше, основною сировиною для виробництва лимонної кислоти є меляса, що містить оптимальний коефіцієнт заліза. Що стосується її переробки, то головним етапом у цьому процесі є предферментация, необхідна для осадження складу допомогою жовтої кров’яної солі. Без переробки надалі ця сіль в кислоті може виступати інгібітором изоцитратдегидрогеназов.
Ще одним компонентом, який може використовуватися в якості сировинної основи, є грибок Аспергиллиус Нігер. Виникає питання – чому в умовах сучасних технологій для виробництва лимонної кислоти використовують гриб із плісняви? Найчастіше його застосування вимагається для забезпечення функції продуцента. Його хімічна формула оптимально підходить для проведення відразу декількох процесів, які неможливі або технологічно невиправдані при використанні синтетичних замінників. Зокрема, мова йде про розчиненні, солификации і наступних процедурах сепарації та очищення.
Спеціальна підготовка сировини потрібно і в процесах випуску модифікованих похідних лимонної кислоти. У цьому випадку також можуть застосовуватися додаткові включення, серед яких етиловий спирт, технічні та етаноловмісні напівпродукти з відходами спиртових заводів. У свою чергу, виробництво лимонної кислоти з меляси буде доповнюватися процесами освітлення гексацианоферратом, стерилізацією і кипінням.
При використанні гидрализатов крохмалю з помірним вмістом домішок підготовка сировини повинна буде включати процедуру декатионизации і операцію стерилізації в безперервному режимі.
Організація процесу розмноження спір
Для ефективного проведення мікробіологічних процесів потрібно якісно підготовлений посівний матеріал. При синтезі кислоти даний матеріал у вигляді спор вноситься в бродильний чан в самому початку виробничого процесу. У спрощеному вигляді технологія виробництва лимонної кислоти на основі меляси окремо передбачає етапи підготовки спір для розведення, в рамках якої виконується тестування. Якщо планується довгострокове виробництво, то спори сушаться. Це необхідно і для тривалого збереження їх функціональних якостей, і для успішного проведення дозації.
На наступному етапі готуються субстрати, що містять сахарозу, глюкозу або крохмаль. Матеріали з вмістом крохмалю спочатку проходять процедуру оцукрювання в цілях подальшого перетворення в глюкозу, яку використовують як виробничий штам.
Оскільки рівень домішок на всіх етапах переробки сировини і субстратів може бути надмірно високим, багато виробники розробляють спеціальні методики для первинної очистки даних матеріалів. Наприклад, глибока переробка гідролізату крохмалю для лимонної кислоти в харчовому виробництві може включати операції знесолення. До універсальним і найдоступнішим методиками очищення від домішок можна віднести ті ж процедури стерилізації і кипіння з механічною фільтрацією.
Процес бродіння і виділення кислоти
У сучасних технологіях забезпечення процесу бродіння застосовуються спеціальні барботажні ферментери, які відбирають по підготовленим штамам розглянутого вище цвілевого грибка. Підбір здійснюється разом з тестуванням за певними параметрами, що дозволяє організовувати бродіння по індивідуальних конфігурацій з урахуванням особливостей застосовуваного сировини. У найбільш технологічних процесах виробництва лимонної кислоти також задіюються інструменти регулювання метаболічної активності барботажних мікроорганізмів.
На етапі виділення кислоти стоїть завдання отримати розчин з ферментаційної середовища з початковим рівнем очищення. В цілях підвищення ступеня очищення генеруюча суміш повинна бути відповідним чином підготовлена. Зокрема, вона піддається наступним процесів попередньої обробки:
Для сепарації сухих залишків на сучасних виробництвах застосовуються стрічкові фільтри з автоматичним управлінням. Також і для організації процесів фільтрації осаду задіюються спеціальні центрифуги і сепаратори з електронними системами регуляції, що підвищує точність переробки матеріалу.
Очищення отриманої лимонної кислоти
Завершальна стадія виробництва, що включає в себе комплексну обробку вже отриманого продукту. У цьому процесі застосовується активоване вугілля з аніоно – і катионообменными смолами. Технологія такої очистки реалізується в реакторах з нерухомим шаром у кілька етапів:
Випарювання здійснюється в выпарном багатоступінчастому агрегаті з падаючою рідинною плівкою. В результаті цього процесу відбувається досягнення необхідного коефіцієнта випарювання без зниження споживчих властивостей лимонної кислоти. Витрата енергетичних ресурсів на цьому етапі може значно скорочуватися завдяки забезпеченню теплової компресії на парах.
Що стосується кристалізації, то даний процес виробництва лимонної кислоти виконується з примусовою циркуляцією. У деяких технічних конфігураціях заводів харчової промисловості вакуум-кристалізатори проектуються на одній конструкційної базі разом з апаратами для отримання модифікованих і похідних лимоннокислого натрію. Наприклад, аналогічне обладнання використовується при отриманні зневоднених продуктів і моногідрату лимонної кислоти.
Не останнє значення на етапі очищення має і операція рециркуляції ферментационного розчину, при якій відбувається відділення маткових ферментів від кристаллосодержащей суспензії. Технічно цю процедуру реалізує центрифуга з безперервним дією, що дає можливість тонкого контролю характеристик кінцевої продукції.
Заключні процеси осушення і просіювання вимагають делікатності у зверненні з отриманим і очищеним продуктом. На даному етапі будуть грати роль і вимоги до форми випуску лимонної кислоти – наприклад, фракціонування виконується у відповідності з проектним розміром частинок.
Вітчизняний ринок лимонної кислоти
До основних учасників даного сегмента на російському ринку харчової промисловості можна віднести виробників з Китаю, контролюючих практично половину всіх обсягів випуску. Але чимала частка припадає й на російські заводи з виробництва лимонної кислоти, особливе місце серед яких займає підприємство «Цитробел», розташоване в Бєлгороді. Власне, це чи не єдиний вітчизняний комбінат з потужностями світового масштабу. Активно співпрацюють комерційні організації харчового сектора і з заводами ближнього зарубіжжя. В цьому напрямку виділяються українські та білоруські цукрові заводи, розташовані в Смілі і Скиделе відповідно.
За словами фахівців, російська лимонна кислота відповідає нормативним вимогам Госту і стандартам оформлення тари. Це одна з переваг, що дозволяє успішно конкурувати вітчизняним заводам з виробництва лимонної кислоти в Росії з китайськими підприємствами. Так, порівняно з «Цитробелом», який забезпечує постачання лимонної кислоти стабільно високої якості, виробники з Піднебесної далеко не завжди гарантують відповідність продукції жорстким стандартам, що позначається і на цінах. Різниця визначається рівнем виробника і торгової мережі. При цьому навіть у поставках від великих компаній характеристики лимонної кислоти в одній партії неоднорідні і можуть змінюватись. Це підтверджується і у відгуках споживачів, де зазначаються претензії до розчинності і вологості продукту.
Висновок
На сьогоднішній день обсяг виробництва світових виробників лимонної кислоти становить близько 800 000 т/рік. Настільки висока віддача даного сектора обумовлюється тим, що в застосуванні підкислювачів зацікавлений цілий ряд галузей, серед яких і традиційні сегменти харчової промисловості, хіміко-фармацевтична сфера. Більше того, похідні подібних кислот сьогодні знаходять застосування навіть в оборонній і електронній галузях, не кажучи про сільському господарстві та інших напрямках промисловості, де затребувана технічна функція лимоннокислотных ферментів. У цьому відношенні можна відзначити практику використання цитрату натрію в якості замінника активних технологічних добавок і синтетичних миючих засобів.
Якщо ж говорити про виробництві лимонної кислоти в Росії, то на рівні уряду останні роки були зроблені кроки щодо захисту вітчизняного ринку з метою стимулювання підприємств, що працюють в даній сфері. Але оскільки Білгородський комбінат залишається єдиним великим постачальником лимонної кислоти, часом спостерігається брак продукту. В якості виходу фахівці запропонували зміна митних правил, у рамках яких пріоритет на ввезення іноземних підкислювачів віддавався європейським компаніям, що гарантує належну якість продукту. Лимонна кислота від великих виробників біохімії з Японії, Швейцарії та Німеччини за якістю перевершує вітчизняні продукти, але ціни на неї занадто високі, тому завод «Цитробел» як і раніше зберігає конкурентоспроможність без шкоди для потреб споживачів.
