تحقیق توليد اسيد سيتريك از كاه گندم به روش تخمير حالت جامد

ديباچه

توليد اسيدهاي آلي به دليل كاربرد وسيع آنها در صنايع مختلف از ديرباز مورد مطالعه و بررسي بوده است.

از جمله اسيدهاي آلي مورد استفاده، اسيد سيتريك است كه داراي مصارف متعددي در صنايع غذايي، دارويي، بهداشتي و ساير صنايع مي‌باشد كه به دليل غيرسمي بودن، اسيديتة مناسب، قابليت بافري و . . .  هر سال به مقدار %2-3 بر ميزان مصرف آن افزوده  مي‌گردد.

از اولين كشورهايي كه در اين زمينه تلاش كردند، ايتاليا، آمريكا، انگلستان و چند كشور اروپايي بودند كه در قرون 18 و 19 به روش شيميايي اقدام به اين عمل نمودند و تقريباً از اوايل قرن 20 روشهاي بيوتكنولوژي در سراسر دنيا رايج شدند كه هنوز هم كاربرد دارند.

ابتدا روش بستر جامد براي توليد آن استفاده مي‌شد ولي به تدريج روش غوطه وري جايگزين روشهاي قبلي شد زيرا در روش غوطه‌وري كنترل بهتر و آسانتر صورت گرفته و نيز شرايط كار بهتر و راندمان بيشتر مي‌باشد. مجدداً پس از طي چند دهه روش بستر جامد براي توليد اين اسيد به دليل امكان استفاده از ضايعات فراوان و ارزان كشاورزي به عنوان سوبسترا رواج يافت. به هر حال در سالهاي اخير تلاشهاي فراواني براي اصلاح گونه‌هاي ميكروبي مولد اسيد سيتريك مخصوصاً آسپرژيلوس نايجر صورت گرفته و از جهت افزايش راندمان توليد و استخراج اسيد نيز مورد توجه بوده است.

مقدمه

اسيد سيتريك يك تري كربوكسيليك اسيد 6 كربنه با فرمول ساختماني زير است:

نام شيميايي آن، 2- هيدروكسي 1 و 2 و 3 پروپان تري كربوكسيليك اسيد است.

فرمول شيميايي:

اسيد سيتريك جزء طبيعي و متابوليت مشترك گياهان و حيوانات است و به صورت خيلي  گسترده در صنايع غذايي، نوشيدني و دارويي و غيره استفاده مي‌شود. به علت دارا بودن گروههاي عاملي مختلف و قابليت زيست تخريب پذيري، اسيد سيتريك و نمكهاي آن (عمدتاً Na و K ) كاربردهاي صنعتي خيلي زياد در زمينه‌هاي مختلف دارند.

1-1) پيشينه:

اين اسيد اولين بار در سال 1784 توسط Scheel از آبليمو جداسازي و كريستاليه شد. اولين بار به طور تجاري در سال 1826 توسط John و Edmond sturge در انگلستان توليد گرديد. در سال 1869 در انگلستان از كلسيم سيتريت وارده در ايتاليا تهيه گرديد. سيترات كلسيم را يك كارتل دولتي ايتاليا به نرخ بالايي فروخته بود. اين قيمت بالا توسعة خريد سيترات كلسيم و توليد اسيد سيتريك را به تعويق انداخت. در سال 1880 اسيد سيرتيك توسط Adam و Grimux سنتز شد. از آن زمان تا حال روشهاي سنتزي متعددي ارائه شده‌اند كه هيچ كدام به توليد صنعتي نرسيده‌اند و دليل آن بازدهي كم و عدم توجيه اقتصادي اين روشها نسبت به ساير روشهاي توليد است. شروع توليد اسيد سيتريك به روش تخمير به سال 1893 بر مي گردد. زماني كه wehmer (گياه‌شناسي آلماني) تشخيص داد كه اسيد سيتريك متابوليت كپكهاي سيترومايسس ففريا نيز (citromyces pfefferionis) و سيترومايسس گلابر (glaber) است.

كوشش هاي زياد wehmer براي توليد اسيد سيتريك ناموفق بوده‌اند تا اينكه كوري در سال 1917 توليد انبوه اسيد سيتريك به روش تخمير سطحي را با آسپرژيلوس نايجر پايه‌گذاري كرد. بعداً كوري به چاس فيرز پيوست و در سال 1923 كارخانة توليد اسيد سيتريك به روش جديد را راه‌اندازي كردند. اين تخمير با رشد ميكروارگانيسم به صورت كشت سطحي همراه بود. توليد ميكروبي اسيد سيتريك با روش كشت سطحي ادامه يافت تا اينكه اولين بار در سال 1951 فرآيند تخمير غوطه‌وري پيشرفته در ايالت متحده امريكا توسعه داده شد. ابداع اين فرآيند تحول عمده اي در توليد اسيد سيتريك ايجاد كرد.

از سال 1965 به بعد پيشرفت به سمت معرفي فرآيندهايي بود كه در آن زمان از مخمرهاي خاصي براي توليد اسيد سيتريك استفاده شد. در اين فرآيندها ابتدا از كربوهيدراتها و سپس از آلكانهاي نرمال استفاده مي‌شد. البته زماني كه هيدروكربنها به عنوان مادة خام استفاده مي شدند، محصولات نفتي ارزان بودند و طبيعتاً توليد اسيد در  آن شرايط از نظر اقتصادي مقرون به صرفه بود به طوري كه چاس فيرز پس از يك دوره استفاده از هيدروكربن به سمت استفاده از كربوهيدراتها تغيير جهت داد. علاوه بر اين، شركت Liquichimica در ايتالياي جنوبي كارخانة ديگري با ظرفيت توليد ساليانه 50 تن سيتر ات سديم از آلكانهاي نرمال، تأسيس كر د كه پس از دورة كوتاهي تعطيل شد. علاوه بر دو روش تخمير سطحي و غوطه‌ور، روش كشت حالت جامد نيز براي توليد اسيد سيتريك قابل استفاده است. از اين روش بيشتر در كشورهاي آسيايي جنوب شرقي استفاده مي شود. به طوري كه هم اكنون 20% اسيد سيتريك مصرفي ژاپن از اين روش توليد مي شود. در سه دهه اخير تمايل فزاينده‌اي براي استفاده از مواد خام جامد و كم ارزش صورت گرفته است.

فهرست مندرجات