Лимонная кислота: производство и технологии

Лимонную кислоту можно использовать в любой сфере. Ингредиент содержится не только в многочисленных продуктах питания для более длительного хранения, но также — подобно пищевой соде — в различных чистящих средствах, которые есть на полках различных супермаркетов. Проблема многих продуктов в том, что они вводят потребителей в заблуждение.

Поэтому столь часто и возникает вопрос, из чего делают лимонную кислоту. Ведь cочный лимон изображен на многочисленных продуктах, чтобы символизировать, что здесь он используется. Однако обычно это только лимонная кислота, которая в большинстве случаев производится химическим путем.

Что такое лимонная кислота

Лимонная кислота широко распространена в растительном мире и является продуктом обмена веществ во всех организмах. Например, он есть в лимонах, яблоках, грушах или малине. Человеческий организм также усваивает один килограмм этого вещества в день.

Любой, кто думает о натуральной кислоте из желтых цитрусовых как о пищевой добавке, ошибается. В прошлом Е330 фактически извлекали из лимонов. Но этот процесс был трудоемким и дорогим, поэтому сейчас лимонную кислоту производят промышленным способом.

В настоящее время данное вещество производится с использованием микроорганизмов, которые включены в его состав. В основном это связано с плесенью Aspergillus niger, которая сбраживается вместе с сахаросодержащим сырьем (меласса, кукуруза, глюкоза) с образованием лимонной кислоты. Эти питательные среды в основном основаны на растениях, но также могут использоваться генетически модифицированные организмы. Поэтому pH конечного продукта низкий.

Е330 является наиболее распространенной пищевой добавкой. Он содержится, среди прочего, в лимонаде, кондитерских изделиях, сырах и мясных продуктах. Однако это увеличивает риск повреждения зубов, особенно у детей, которые часто пьют детский чай или чай со льдом с лимонной кислотой. Поэтому важно умеренное потребление.

Свойства лимонной кислоты

Описанная пищевая добавка легко растворима в воде и этиловом спирте. При нагревании при высоких температурах (выше 175 градусов Цельсия) он разлагается, выделяя углекислый газ и воду. Природный или синтетический антиоксидант — лимонная кислота — приносит пользу и вред в зависимости от цели и дозы.

Порошок лимонной кислоты обладает низкой токсичностью в небольших объемах, безопасен для организма и окружающей среды. В природе вещество содержится в большинстве фруктов и овощей и легко узнаваем по кислому, слегка кисленькому вкусу.

Для чего используется лимонная кислота?

Данный вид вещества в сравнении со многими другими кислотами обычно разрешен для пищевых продуктов. Их соли, входящие в состав, так называемые цитраты, применяют в различных целях, например в качестве подкислителя. К цитритам принадлежат:

• цитрат натрия;
• цитрат калия;
• цитрат триаммония;
• цитрат кальция.

В качестве антиоксиданта Е330 также защищает ароматы, витамины и цвет многих продуктов. Еще одним свойством лимонной кислоты является то, что она предотвращает свертывание белка. Вот почему используется при плавлении сыра и стерилизации молока и сливок. Кроме того, благодаря лимонной кислоте мясо не сереет, фрукты не темнеют, улучшаются хлебопекарные свойства муки и теста.

Некоторые из цитритов также можно найти в органических продуктах. Кальций и цитрат натрия используются, например, в качестве разрыхлителей. Сама лимонная кислота также одобрена для использования в органических продуктах в соответствии с органическим регламентом Европейского союза.

Следующие продукты питания могут содержать в составе лимонную кислоту в качестве пищевой добавки:

• десерты, кондитерские изделия, мороженое;
• сухое и сгущенное молоко;
• мармелад, джем, фруктовое желе;
• сыр;
• фруктовые и овощные консервы;
• выпечка, макароны;
• мясные продукты;
• безалкогольные напитки, фруктовые соки и нектары;
• растительные масла и жиры.

Также она используется в бытовых моющих и чистящих средствах, потому что она убивает бактерии и плесень. Идеально подходит для общей дезинфекции и уборки. Лимонная кислота также эффективно удаляет пятна жесткой воды, отложения кальция, накипь, пятна ржавчины и мыльную пену.

PH лимонной кислоты составляет 3-6, поэтому она также используется в качестве буфера в косметике, туалетных принадлежностях и других косметических продуктах.

Вредна ли лимонная кислота

Обычно химическое вещество считается безвредным для здоровья, поскольку полностью усваивается организмом. За исключением нескольких продуктов, таких как сок (3 г/л), нектар (5 г/л) или козье молоко (4 г/л), или тех, которые не могут быть изменены в соответствии с правовыми нормами, количество ограничения в пищевой промышленности. Поэтому на вопрос, токсична ли лимонная кислота, можно ответить отрицательно. Тем не менее, большое потребление не рекомендуется.

Например, плесень, используемая при производстве лимонной кислоты, может вызывать аллергию у чувствительных людей. При использовании во льду и детских чаях также вызывает повреждение зубов, особенно у детей.

Вам также лучше потреблять очень мало лимонной кислоты, особенно если вы беременны , поскольку исследования показывают, что избыточное потребление может привести к преждевременным родам или потере плода. Но предположение о том, что лимонная кислота также повреждает кости, пока не доказано. Если вы хотите быть в безопасности, вам следует избегать употребления продуктов с искусственной лимонной кислотой , насколько это возможно.

Польза лимонной кислоты

Несмотря на то, что ее добывают химическим путем, лимонная кислота обладает свойствами с ярко выраженной кислотностью фруктов. Не только повара используют это свойство. Лимонную кислоту используют в лечебных и косметических целях. Вот плюсы:

1. Интенсивное очищение. Токсины и шлаки покидают организм благодаря действию лимона. Он также тщательно очищает сосуды, отгоняет вредный холестерин и останавливает тихое начало атеросклероза.
2. Стимулирование иммунитета. При слабом иммунитете очень полезно добавлять лимонную кислоту в воду или чай во время эпидемий и в межсезонье. Когда под рукой нет свежих фруктов, эти кислотные кристаллы могут помочь организму успешно защищаться от вирусов и бактерий.
3. Польза для желудка и почек. Пища с добавлением лимонной кислоты усваивается быстрее и лучше, чем без полезных кристаллов. Лимон мягко освобождает желудок и кишечник от вредных накоплений, не воздействуя на их слизистую оболочку. Благодаря Е330 можно справиться с камнями в почках.

История производства

Так из чего делается и делалась первоначально лимонная кислота? Рассмотрим подробнее. Впервые Карл Шееле, шведский фармацевт, извлек лимонную кислоту из сока спелых цитрусовых (польза и вред которой были изучены позже). Это произошло в 1784 году, и с тех пор вещество получило научное название E330 — пищевая добавка, но метод синтеза значительно изменился. Технология извлечения лимонной кислоты из цитрусовых, стеблей и хвои табака оказалась очень дорогостоящей, а количество получаемого кристаллического порошка не позволяло достичь промышленных масштабов. Поэтому синтетические антиоксиданты производились с использованием сахаросодержащих продуктов (сахарной свеклы или сахарного тростника, патоки) и специфических формиатов - пенициллина и аспергилла.

Производство сегодня

Лимонная кислота является одной из самых распространенных кислот в растительном мире и является продуктом обмена веществ во всех организмах. Например, лимонный сок содержит 5-7% этого компонента. Но он также содержится в яблоках, грушах, малине, смородине, хвойных деревьях, грибах, листьях табака, вине и даже молоке.

Такое распространение связано с тем, что лимонная кислота выступает как одноименный промежуточный продукт в так называемом цикле химического процесса (также цикле трикарбоновых кислот, цикле Кребса), играющем ключевую роль в углеводном и жирнокислотном обмене всех кислородопотребляющих существ, включая человека. Этот цикл также обеспечивает основные молекулярные структуры для построения большинства аминокислот.

Производство из цитрусовых

Лимонную кислоту делают и из цитрусовых по оригинальной технологии: сок лимона смешивают с концентрированным раствором аммиака, сгущают и фильтруют. Легко растворимый цитрат аммония превращается в менее растворимый цитрат кальция посредством реакции осаждения хлоридом кальция. Раствор снова фильтруют и осадок на фильтре растворяют в 25%-ной серной кислоте, при этом осаждается еще менее растворимый сульфат кальция ( гипс ). После повторного фильтрования получают раствор лимонной кислоты. Чистый продукт получают кристаллизацией.

Биотехнологическое производство

В настоящее время лимонная кислота производится в промышленных масштабах с использованием трансгенного варианта плесени Aspergillus niger. Для этого необходимо три основных условия:

1. Высокое содержание глюкозы и кислорода в культуральной среде.
2. Низкий уровень pH (pH <3). С одной стороны, это приводит к ингибированию последующего фермента цитратсинтазы в цикле лимонной кислоты, аконитазы. Такое низкое значение рН далеко от оптимума рН фермента, и в результате его активность резко падает. В результате образующаяся лимонная кислота лишь в небольшой степени метаболизируется грибами. С другой стороны, внешняя мембрана грибковых клеток становится нестабильной, и лимонная кислота высвобождается во внешнюю среду. Кроме того, риск заражения нежелательными посторонними организмами при таком низком значении pH низок.
3. Низкая концентрация Fe 2+ (<5 мг/л). В результате в аконитазе отсутствует кофактор. Ионы Fe 2+ связываются добавлением гексацианоферрата(III) калия.

Как известно, каждое живое существо, в том числе и вы, образует лимонную кислоту в процессе своего метаболизма. К концу 19 века Венер обнаружил, что это справедливо и для плесени. В 1920-х годах это открытие было успешно использовано в больших масштабах. В результате производственный процесс, используемый исключительно для получения лимонной кислоты из цитрусовых, быстро потерял смысл. Вещество теперь можно было получить гораздо дешевле с помощью этих форм.

Исходным материалом является патока, отходы сахарной промышленности, содержание сахара в которых все еще составляет около 50%. На производство 1 т лимонной кислоты уходит около 3 т мелассы. Для этого требуется максимально активный микроорганизм. Для этой цели оказались полезными плесневые грибы рода Aspergillus niger. Производительность грибковых культур повышается методами генной инженерии.

Существует два способа получения лимонной кислоты из культур этих грибов. Поскольку цикл лимонной кислоты, на котором основано образование лимонной кислоты, является общим аэробным процессом, необходимо обеспечить достаточное снабжение кислородом.

1. Поверхностный метод

При поверхностном методе культуральная среда находится в больших плоских чашках. Культура гриба плавает на питательном растворе, поэтому образование лимонной кислоты происходит только на поверхности, на границе между питательным раствором и культурой гриба.

2. Процесс погружения

В процессе погружения (лат. submergere = погружать, тонуть) грибная культура и потока смешиваются в большом резервуаре («ферментере»). В результате процесс происходит во всей жидкости. Однако при использовании этого метода в питательный раствор необходимо вдувать большое количество воздуха.

Если превращение завершено, теоретически из 100 г сахарозы можно получить 123 г моногидрата лимонной кислоты. Однако выходы, которые могут быть достигнуты на практике, значительно ниже, поскольку сахар расходуется на размножение и другие метаболические процессы гриба.

Грибной мицелий отделяют после окончания образования лимонной кислоты. Он содержит белок, не токсичен и используется в качестве корма в животноводстве. Чтобы получить лимонную кислоту из загрязненного раствора ферментера, лимонную кислоту осаждают в виде цитрата кальция путем добавления известкового молока и нагревания.

Осажденный цитрат кальция отделяют и реагируют с разбавленной серной кислотой с образованием лимонной кислоты и гипса.

Выпавший гипс отфильтровывают.

Оставшийся в основном желтоватый раствор лимонной кислоты сначала обесцвечивают активированным углем. Полученный раствор лимонной кислоты почти не содержит примесей. Полученная из него лимонная кислота соответствует требованиям чистоты пищевого законодательства.

Только в нашей стране ежегодно таким способом получают многие сотни тысяч тонн лимонной кислоты.

Таким образом, лимонная кислота — это простое бытовое средство, которое используется во многих областях. Поскольку он очень дешев и доступен везде, этим средством может воспользоваться каждая домохозяйка. Лимонная кислота подходит для приготовления пищи, чистки и выпечки. Кроме того, лимонная кислота также эффективна против известкового налета.