ייצור חומצת לימון: הכנה, תהליך ומוצר

2024 מְחַבֵּר: Howard Calhoun | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-17 10:27

חומצת לימון התגלתה לפני כמה מאות שנים, אבל על ההיסטוריה של הייצור המלא שלה במתקנים תעשייתיים אפשר לדבר רק מאז 1919. מאותו רגע החלו טכנולוגים ליישם תהליכים מיקרוביולוגיים, שהתפתחותם לא נעצרה עד היום. יחד עם זאת, הייצור המודרני של חומצת לימון הוא הטרוגני וכולל דרכים שונות לייצור המוצר הסופי. הבחירה בשיטה כזו או אחרת נקבעת לא רק על פי המאפיינים של חומרי הגלם של מיזם מסוים, אלא גם על פי הדרישות של שוק הצרכנים היעד.

מבוא לחומצת לימון

כמווסת חומציות, מוצר זה נמצא בשימוש פעיל בתעשיית המזון. אבל חומצת לימון משמשת לא רק לתיקון הטעם. בהתאם לטכנולוגיית הייצור, זה יכול להגדיל את חיי המדף של מוצר היעד. מנקודת מבט זו, ייצור הלימוןחומצות ברוסיה ניתן להשוות עם הטכנולוגיות לייצור חומצות אסקורבית, אצטית ולקטית, כמו גם עם הנגזרות שלהן.

לפי מומחים, בשל איכויותיה כסינרגיסט נוגד חמצון ונוגדי חמצון, חומצת לימון נמצאת כיום בשימוש כמעט במחצית מכלל מוצרי המזון המיוצרים. הפופולריות של מחמצת זה מקלה גם על התכונות הגסטרונומיות שלו. לחומצה זו יש טעם נעים ומתון - לפחות בהשוואה למוצרים חלופיים מסוג זה. במיוחד תכונות אלו באות לידי ביטוי במשקאות ובממתקים. ישנה גם קבוצה רחבה של מלחים שמתקבלת בתנאים של ייצור מיקרוביולוגי של חומצת לימון - בפרט, נתרן ציטראט יכול לשמש אז כמלח נמס. היתרונות של נתרן ציטראט כוללים את האפשרות להשיג אותו בצורה מוצקה, כמו גם שלילת אפקט גירוי בחשיפה לריריות של מערכת העיכול ומערכת הנשימה.

ייצור תעשייתי מוצר

השם חומצת לימון מושך תשומת לב לפירות הדר, עם זאת, חומצה זו קיימת בדרגות שונות בכל הפירות, הכותנה והמחטים. עם זאת, מתקני הייצור הראשונים אורגנו בדיוק על בסיס עיבוד מיץ לימון. בשנות העשרים של המאה הקודמת הושגו בדרך זו כ-25% מכלל הייצור. יחד עם זאת, טכנולוגיית הייצור עצמה הייתה לא הגיונית, שכן מ-1 טון לימונים התקבלו כ-25 ק ג של מוצר טהור. כיום, ייצור חומצת לימון מזון מתארגןעל שיטות טכנולוגיות ועתירות משאבים יותר, הכוללות שימוש בתוספים חדשים ביסודו כמו מולסה ופטריות עובש. אגב, זה קובע גם את ההחלטות הלוגיסטיות על מיקום ייצור נתרן ציטראט ליד מפעלי הסוכר.

יחד עם זאת, לא ניתן לומר שייצור כזה מצדיק את עצמו בהגדרה בתנאים של ביקוש גבוה. העובדה היא שככל שיכולות הייצור של תהליך הייצור עולה, כך גם הציוד עולה, מה שאומר עלייה בעלות הציוד הטכני ותחזוקת היכולות. לכן, אי אפשר להסתדר בלי תוכנית עסקית מחושבת היטב לייצור חומצת לימון, שתצביע על כל ההיבטים של הפעילות הארגונית והכלכלית של המיזם. לצד הפתרון העיצובי להצטיידות בציוד ייצור ופיתוח מודלים לוגיסטיים בעלי הצדקה כלכלית, יהיה צורך גם לקבוע את הניסוח האופטימלי של המוצר הסופי כדי שיוכל להתחרות בנישה מסוימת בשוק. לכך כדאי להוסיף תיקון לתקנים הסניטריים וההיגייניים המחמירים המסדירים כמעט את כל הניואנסים הטכנולוגיים של השגת חומצה זו.

הצגה פיסיקלית-כימית של טכנולוגיה

תהליכים מודרניים לייצור חומצת לימון מבוססים בעיקר על הידרוליזה של תרחיף עמילן, הכולל עד 30% מהמסה של יסודות יבשים בעלי יכולת עמילוליטית. ניתן להוסיף להם עמילן של מלחים מינרלים עם סולפטים של נחושת, אבץ וברזל.בסיס זה עובר לאחר מכן תסיסה במדיום תזונתי על ידי פטריית עובש.

כתוצאה מתסיסה ובידוד של ביומסה פטרייתית, נוצרת תמיסת תרבית, המכילה בתחילה עד 85% חומצת לימון. מאפיין אופייני של אנזימים עמידים לחומצה המתקבלים בשלב זה הוא פעילות עמילוליטית מוגברת. קודם כל, זה נוגע לגלוקואמילאז ועמילאז.

התוצאה הטכנית של ייצור חומצת לימון לאחר מעבר פעולות עזר מוערכת במעבדה על ידי מגוון רחב של מדדי איכות, כולל הפעילות העמילולית של תמיסת התרבית.

טכנולוגיות להכנת "לימון"

תהליך הייצור מתבצע במספר שלבים טכנולוגיים על ציוד שונה. אמנם ישנן תצורות שונות לסידור מתקני מפעל - כולל מונובלוק ומודולרי טרומי. בין התהליכים העיקריים שעליהם מבוססת הטכנולוגיה המודרנית של ייצור חומצת לימון, ניתן להבחין בין התהליכים הבאים:

1. תהליכים מותאמים להכנה טכנולוגית של חומרי גלם כדי להבטיח את התנאים הדרושים לסביבת תסיסה חומצית.
2. רבייה של נבגים בתנאים מאורגנים במיוחד.
3. תהליך תסיסה בהתאם למאפיינים של חומרי גלם ספציפיים.
4. במידת הצורך, התאם את כל חומרי הגלם או בודדים לתהליכי תסיסה.
5. הפרדת חומצה מתמיסות תסיסה. אגב, שיטות ההפרדה הן במידה רבהמעלות קובעות את האיכות הסופית של המוצר.
6. טיהור והתגבשות של החומצה שנוצרה. בשלב זה נפתחות הזדמנויות לשינוי המוצר ולייצור גרסאות אחרות של החומצה בתצורות שונות. לדוגמה, כחלק מהייצור הכללי של חומצת לימון, ניתן לייצר סירופים, מונוהידראט, פורמולציות מיובשות ודיהידראט נתרן ציטראט. ייתכן גם כימיקלים יהיו בפיקוח.

ציוד עיבוד

הפורמט האופטימלי של הסידור הטכני של מפעלים מודרניים לייצור חומצת לימון כרוך בשימוש במתקנים ביוטכנולוגיים. בממוצע, הקיבולת של פתרון כזה לחישוב נפח התפוקה היא 200-250 טון לשנה, תוך השארת הזדמנויות רבות להשגת מוצרים מותאמים המבוססים על מקורות שונים של חומרי גלם. ההרכב הבסיסי של ציוד זה לייצור חומצת לימון כולל את התקני הכור והקיבול הבאים:

1. Fermenters.
2. מאיידים.
3. מסננים.
4. מייבשים.
5. מגבשים.
6. תשתית לתמיכה בפעולות לוגיסטיות.

יישום פרויקט ההתקנה הביוטכנולוגית מאפשר לנו לספק מחזור ייצור מלא, תוך אספקה מקומית לצרכנים אזוריים במלואם עם מעורבות מינימלית של משאבי חום וכוח.

פתרון חומרה-טכנולוגי מסוג זה מאופיין בשימוש בזני יצרנים, מה שמוביל לעלות נמוכה בתחילה של המוצר.טכנולוגיה זו לייצור חומצת לימון מאופיינת גם ברמת ניקיון סביבתית מקובלת לסביבה ובטיחות רעילה לעובדים.

באשר לאיכות המוצר, הוא עומד בסטנדרטים הבינלאומיים של תעשיית המזון. דבר נוסף הוא שאפשר לשחרר גם מוצר טכני המיועד במיוחד לחומרי ניקוי.

הכנת חומרי גלם לייצור חומצת לימון

חומרי הגלם נכנסים לתהליך הייצור לאחר עיבוד מיוחד. השיטה והפרמטרים שלו נקבעים לא רק לפי תכונות חומרי הגלם, אלא גם לפי הדרישות למוצר. נלקחת בחשבון גם האפשרות של ייצור מוצרים נגזרים מנתרן ציטראט.

כך או אחרת, חומר הגלם העיקרי לייצור חומצת לימון הוא מולסה, המכילה את היחס האופטימלי של ברזל. באשר לעיבודו, השלב העיקרי בתהליך זה הוא תסיסה מוקדמת, אשר נחוצה עבור משקעים של הרכב באמצעות מלח דם צהוב. ללא עיבוד נוסף, מלח זה בחומצה יכול לפעול כמעכב של דהידרוגנאז של איזוציטרט.

רכיב נוסף שיכול לשמש כבסיס חומר גלם הוא הפטרייה אספרגילוס ניגר. נשאלת השאלה - מדוע בתנאים של טכנולוגיות מודרניות משתמשים בפטריית עובש לייצור חומצת לימון? לרוב, השימוש בו נדרש כדי להבטיח את תפקוד המפיק. הנוסחה הכימית שלו אופטימלית עבורביצוע מספר תהליכים בו זמנית, בלתי אפשריים או בלתי מוצדקים טכנולוגית בעת שימוש בתחליפים סינתטיים. בפרט, אנחנו מדברים על פירוק, שידול והליכי הפרדה וטיהור הבאים.

נדרשת הכנה מיוחדת של חומרי גלם גם בייצור נגזרות של חומצת לימון שונה. במקרה זה, ניתן להשתמש גם בתכלילים נוספים, לרבות אלכוהול אתילי, תוצרי ביניים טכניים ומכילים אתנול עם פסולת ממזקקות. בתורו, ייצור חומצת לימון ממולסה ישלים על ידי תהליכי בירור, עיקור והרתחה של הקסציאנופראט.

כאשר משתמשים בהידרוליזטים של עמילן עם תכולת זיהומים בינונית, הכנת חומר הגלם תצטרך לכלול הליך חיטוי ופעולת עיקור מתמשכת.

ארגון תהליך גידול הנבגים

תהליכים מיקרוביולוגיים יעילים דורשים זרעים מוכנים היטב. בסינתזה של חומצה, חומר זה בצורת נבגים מוכנס למיכל התסיסה ממש בתחילת תהליך הייצור. בצורה אופטימלית, הטכנולוגיה לייצור חומצת לימון על בסיס מולסה מספקת בנפרד הכנת נבגים לרבייה, שבתוכו מתבצעות גם בדיקות. אם מתוכנן ייצור לטווח ארוך, אז הנבגים מיובשים. זה הכרחי הן לשימור לטווח ארוך של איכויותיהם התפקודיות והן למינון מוצלח.

בשלב הבא מכינים מצעים, כולל סוכרוז, גלוקוז אועֲמִילָן. חומרים המכילים עמילן עוברים סוכר כדי להפוך לגלוקוז, המשמש כזן ייצור.

מאחר שרמת הזיהומים בכל שלבי העיבוד של חומרי גלם ומצעים יכולה להיות גבוהה מדי, יצרנים רבים מפתחים שיטות מיוחדות לטיהור ראשוני של חומרים אלו. לדוגמה, עיבוד נוסף של הידרוליזט עמילן לחומצת לימון בייצור מזון עשוי לכלול שלבי התפלה. את אותם הליכים של עיקור והרתחה עם סינון מכני ניתן לייחס לשיטות האוניברסליות והנגישות ביותר של טיהור מזיהומים.

תהליך תסיסה וייצור חומצה

בטכנולוגיות חדישות להבטחת תהליך התסיסה, משתמשים בתסיסים מבעבעים מיוחדים, הנבחרים לפי זנים מוכנים של פטריית העובש שנדונו לעיל. הבחירה מתבצעת יחד עם בדיקה לפי פרמטרים מסוימים, המאפשרת ארגון תסיסה לפי תצורות אישיות תוך התחשבות במאפיינים של חומרי הגלם בהם נעשה שימוש. התהליכים המתקדמים ביותר מבחינה טכנולוגית לייצור חומצת לימון כוללים גם כלים לוויסות הפעילות המטבולית של מיקרואורגניזמים מבעבעים.

בשלב של בידוד חומצה, המשימה היא להשיג תמיסה ממדיום התסיסה עם רמת טיהור ראשונית. על מנת להגביר את מידת הטיהור, יש להכין את התערובת היוצרת בצורה מתאימה. בפרט, הוא עובר את התהליכים הבאיםטיפול מקדים:

1. הליך הפרדה וסילוק.
2. פעולת הפרדת תפטיר.
3. הפרדת סידן סולפט ופירוק מסת התסיסה.

להפרדת שאריות יבשות בתעשיות מודרניות, נעשה שימוש במסנני חגורה עם בקרה אוטומטית. כמו כן, לארגון תהליכי סינון משקעים, נעשה שימוש בצנטריפוגות ומפרידות מיוחדות עם מערכות בקרה אלקטרוניות, מה שמגביר את דיוק עיבוד החומר.

טיהור חומצת הלימון שנוצרה

השלב האחרון של הייצור, הכולל את העיבוד המורכב של המוצר שכבר התקבל. תהליך זה משתמש בפחם פעיל עם שרפים לחילופי אניונים וקטיונים. הטכנולוגיה של טיהור כזה מיושמת בכורים עם מיטה קבועה במספר שלבים:

1. תהליך האידוי בטמפרטורה מסוימת.
2. התגבשות בוואקום.
3. הקרנת קריסטל בצנטריפוגה.
4. ייבוש עם מיטה נוזלית.
5. נוהל ניפוי.

האידוי מתבצע ביחידת אידוי רב-שלבית עם שכבת נוזל נופלת. כתוצאה מתהליך זה, מקדם האידוי הנדרש מושג מבלי להפחית את תכונות הצריכה של חומצת לימון. צריכת משאבי האנרגיה בשלב זה יכולה להיות מופחתת באופן משמעותי עקב מתן דחיסה תרמית על אדים.

באשר להתגבשות, תהליך ייצור חומצת לימון זה מתבצע במחזור מאולץ. בחלקבתצורות הטכניות של מפעלי תעשיית המזון, מתגבשי ואקום מתוכננים על אותו בסיס מבני יחד עם מכשירים לייצור שונה ונגזרות של נתרן ציטראט. לדוגמה, ציוד דומה משמש בייצור של מוצרים מיובשים וחומצת לימון מונוהידראט.

לא הערך האחרון בשלב הטיהור הוא פעולת מיחזור תמיסת התסיסה, שבה הפרדת אנזימי הרחם מהתרחיף המכיל גבישים. מבחינה טכנית, הליך זה מתבצע על ידי צנטריפוגה רציפה, המאפשרת לשלוט עדין על מאפייני המוצר הסופי.

תהליכי הייבוש והניפוי הסופיים דורשים טיפול עדין במוצר המתקבל והמטוהר. בשלב זה ישחקו תפקיד הדרישות לצורת השחרור של חומצת לימון - למשל, חלוקה מתבצעת בהתאם לגודל החלקיקים המתוכנן.

שוק מקומי של חומצת לימון

המשתתפים העיקריים בפלח זה בשוק תעשיית המזון הרוסי כוללים יצרנים מסין, השולטים בכמעט מחצית מכל התפוקה. אבל חלק ניכר אחראים גם על ידי מפעלים רוסיים לייצור חומצת לימון, מקום מיוחד שביניהם תופס על ידי מפעל סיטרובל שנמצא בבלגרוד. למעשה, זה כמעט המפעל המקומי היחיד עם יכולות ברמה עולמית. ארגונים מסחריים במגזר המזון משתפים פעולה באופן פעיל עם מפעלים בתחוםמחוץ לארץ. בכיוון זה בולטים מפעלי סוכר אוקראינים ובלארוסים, הממוקמים בסמילה ובסקידל, בהתאמה.

לפי מומחים, חומצת לימון רוסית עומדת בדרישות הרגולטוריות של GOST ותקני עיצוב אריזה. זהו אחד היתרונות המאפשרים למפעלי חומצת לימון מקומיים ברוסיה להתחרות בהצלחה עם מפעלים סיניים. לכן, בהשוואה ל-Citrobel, המספקת אספקה של חומצת לימון באיכות גבוהה באופן עקבי, יצרנים מהאימפריה השמימית לא תמיד מבטיחים שהמוצרים עומדים בתקנים מחמירים, מה שבא לידי ביטוי גם במחירים. ההבדל נקבע לפי רמת היצרן ורשת ההפצה. יחד עם זאת, גם במשלוחים מחברות גדולות, המאפיינים של חומצת לימון באצווה אחת הינם הטרוגניים ועשויים להשתנות. זה אושר גם בביקורות צרכנים, שם מצוינות תלונות על מסיסות ותכולת הלחות של המוצר.

מסקנה

כיום, היקף הייצור של יצרני חומצת לימון בעולם הוא כ-800,000 טון לשנה. תשואה כה גבוהה של מגזר זה נובעת מכך שמספר תעשיות מעוניינות בשימוש בחומרי חומצה, לרבות פלחים מסורתיים של תעשיית המזון ותחום הכימיקלים והפרמצבטיים. יתרה מכך, נגזרות של חומצות כאלה מוצאות כיום יישום אפילו בתעשיות הביטחוניות והאלקטרוניקה, שלא לדבר על החקלאות ותעשיות אחרות בהן יש ביקוש לתפקוד הטכני של חומצת לימון.אנזימים. בהקשר זה, ניתן לציין את הנוהג של שימוש בנתרן ציטראט כתחליף לעזרים פעילים לעיבוד ולחומרי ניקוי סינתטיים.

אם מדברים על ייצור חומצת לימון ברוסיה, אז ברמת הממשלה בשנים האחרונות ננקטו צעדים להגנה על השוק המקומי במטרה לעורר מפעלים הפועלים באזור זה. אבל מכיוון שמפעל בלגורוד נותר הספק הגדול היחיד של חומצת לימון, לפעמים יש מחסור במוצר. כמוצא, הציעו מומחים לשנות את כללי המכס, שלפיהם ניתנה עדיפות ליבוא חומרי חומצה זרים לחברות אירופאיות המבטיחות את האיכות התקינה של המוצר. חומצת לימון מיצרניות ביוכימיות גדולות ביפן, שוויץ וגרמניה עדיפה באיכותה על מוצרים מקומיים, אך המחירים גבוהים מדי, כך שמפעל סיטרובל נותר תחרותי מבלי להתפשר על צרכי הצרכן.