اسید سیتریک چیست؟ آشنایی با اسید سیتریک خشک و آبدار
محتوا
اسید سیتریک چیست؟
اسید سیتریک با فرمول شیمیایی C6H8O7 اسید آلی ضعیفی است که در دو نوع خشک و آبدار ( آنهیدرات و مونو هیدرات) تهیه شده و به طور طبیعی در مرکبات وجود دارد. بیش از یک میلیون تن اسید سیتریک یا جوهر لیمو به طور سالانه تولید شده و بیشتر آن به عنوان افزاینده اسید معده یا پایین آورنده pH در معده در ساختار طعم‌دهنده و یا عامل چنگاله کننده مورد استفاده قرار می‌گیرد. این اسید در میوه‌ها و سبزیجات به خصوص در لیمو ترش به مقدار زیاد (0.3 مول بر لیتر) موجود است و به همین علت از آن به عنوان جوهر لیمو نیز یاد می‌شود. مونو هیدرات اسید سیتریک در تبلور آب سرد و آنهیدرات آن در تبلور آب گرم ایجاد می‌شود.
تاریخچه‌ی اسید سیتریک
با اینکه اسید سیتریک به طور طبیعی در تمامی میوه‌ها و سبزیجات وجود دارد و مقدار آن در مرکبات بیشتر از بقیه میوه‌ها و سبزیجات است، شناخت و کشف آن تا قرن هشتم میلادی توسط دانشمند بزرگ ایرانی جابرابن‌حیان به تاخیر افتاد و پس از آن هم 9 قرن طول کشید تا به طور خالص تهیه گردد.
شواهد ثبت شده تاریخی نشان از آن دارد که سیتریک اسید برای اولین بار در سال 1784 توسط دانشمند سوئدی کارل ویلهم شیل از لیموترش جدا شد و با تاخیری بیش از صد سال، فرآیند صنعتی شدن تولید آن در سال 1890 توسط صنایع مرکبات ایتالیا انجام گرفت که به طور صنعتی ترتیب کلسیم سیترات از آبمیوه را توسط آهک (هیدروکسید کلسیم) انجام داده و سیتریک اسید را از کلسیم سیترات توسط اسید سولفوریک رقیق استحصال کرد(برای آشنایی بیشتر با اسید سولفوریک می توانید به مقاله ی اسید سولفوریک – تاریخچه، خواص، کاربردها مراجعه کنید).
در سال 1893 کارل وهمر شیمیست آلمانی کشف کرد که کپک پنیسیلیوم می‌تواند از شکر، اسید سیتریک تولید کند. او دو گونه دیگر باکتری را نیز کشف کرد که می‌توانستند تولید اسید سیتریک را انجام دهند، اما تلاش‌های او به علت زمان طولانی فرآیند و آلودگی‌های محیطی هیچگاه به مرحله صنعتی نرسیدند.
در سال 1917 جیمز کوری شیمیست آمریکایی موفق به تولید مقدار زیادی اسید سیتریک از گونه‌های خاصی از کپک آسپرژیلوس نایجر در pH 2.5 تا 3.5 شد. دو سال بعد کارخانه داروسازی Pfizer با استفاده از همین روش تولید صنعتی اسید سیتریک را آغاز کرد و در سال 1929 کارخانه بلژیکی، سیتریک بلژ با استفاده از همین روش شروع به کار کرد که اکنون حدود 100 هزار تن اسید سیتریک در سال تولید می‌کند.
در دهه 1930 کارخانه‌هایی در کشورهای شوروی، انگلستان و آلمان برای تولید اسید سیتریک تاسیس شدند و تحقیقاتی در جهت تولید اسید سیتریک به روش شیمیایی انجام شد. در سال 1977 برادران لور (Lever Brothers) اختراع خود را در تهیه اسید سیتریک به روش سنتز شیمیایی ثبت کردند، اما به دلیل پیچیده بودن این فرآیند‌ها هنوز روش تخمیری اولویت بیشتری به این روش‌ها دارد.
جالب است بدانید که اسید سیتریک در جنگ جهانی دوم (سال 1940) به عنوان اولین محلول موفق شوینده لانتانیدها در پروژه منهتن مورد استفاده قرار گرفته است.
پس روش تولید اسید سیتریک در محیط کشت قارچ نایجر هنوز روش اصلی تولید این اسید در جهان است، به این منظور گلوکز به عنوان واسطه در محیط کشت قارچ نیجر گذاشته شده و اسید سیتریک تولید می‌شود، منبع این گلوکز شربت ذرت است و اسید سیتریک به وسیله آهک در محیط رسوب می‌کند.
در سال 2007 تولید اسید سیتریک در جهان به 1 میلیون 600 هزار تن در سال رسید که بیش از نیمی از آن در چین انجام می‌گرفت. تلاش‌هایی برای استفاده از ملاس نی‌شکر، ملاس چغندر قند، نشاسته و نشاسته هیدرولیز شده برای ارزانتر کردن این فرآیند صورت گرفته است. این تلاش‌ها موجب استفاده از یون مس ( به مقدار کم) در فرآیند شده که تاثیر بسیار زیادی در افزایش میزان اسید سیتریک تولید شده دارد. همچنین مقاله‌های علمی موادی جایگزین مانند آناناس، نارنگی، مرکبات دیگر و پوست کیوی را نیز به عنوان جایگزینی ارزانتر برای قرارگیری در محیط کشت قارچ معرفی کرده‌اند.
خواص اسید سیتریک خشک و اسید سیتریک آبدار
اسید سیتریک اسیدی بی‌رنگ، کریستالیزه شده و آلی متعلق به خانواده کربوکسیلیک اسیدها است. در دمای اتاق ( 25 درجه سانتیگراد) سیتریک اسید پودری سفید رنگ متبلور است و می‌تواند به فرم آنهیدرات (بدون آب) و یا مونو هیدرات (تک آبه) وجود داشته باشد. فرم آنهیدرات از تبلور توسط آب گرم تهیه شده و مونو هیدرات هنگامی که اسید سیتریک در آب سرد تهیه می‌شود، متبلور خواهد شد. فرم مونو هیدرات این اسید در دمای 78 درجه سانتیگراد تبدیل به فرم آنهیدرات خواهد شد.
سیتریک اسید در اتانول خالص در 15 درجه سانتیگراد حل (76 قسمت از آن در 100 قسمت از اتانول حل خواهد شد) می‌شود. این اسید مانند سایر کربوکسیلیک اسیدها در 175 درجه سانتیگراد تجزیه شده و آب و دی اکسید کربن تولید خواهد کرد.
این اسید با فرمول شیمیایی CH2COOH-C(OH)COOH-CH2COOH تری‌بازیک (قابلیت آزاد کردن سه اتم هیدروژن را دارد) بوده و جرم مولی آن 192.123 گرم بر مول در حالت آنهیدرات و 210.038 گرم بر مول در حالت مونو هیدرات است. اسید سیتریک بدون بو و در حالت جامد سفید رنگ است که چگالی آن در حالت خشک و آبدار در دمای 18 درجه سانتیگراد به ترتیب 1.665 گرم بر سانتی‌متر مکعب و 1.542 گرم بر سانتی‌متر مکعب است.
این اسید در حلال‌های آلی مثل استون، الکل، اتر، اتیل استات و DMSO (دی متیل سولفوکسید) به خوبی حل شده و در حلال‌های آلی دیگر مثل C6H6، CHCl3، CS2، تولوئن حل نخواهد شد و وجود اکسیژن در ترکیب آلی در انحلال‌پذیری این اسید بسیار مهم است.
ویسکوزیته این اسید 6.5 سنتی پوآز است و ساختاری مونوکلینیک دارد و در ساختار آن 17 اتم سنگین دیده می‌شود و مساحت توپولوژیک قطبی آن 132 A^2 است. فشار بخار سیتریک اسید بسیار کم و تقریبا برابر با 1.66e-08 میلی متر جیوه است. نقطه اشتعال این اسید 155 درجه سانتیگراد بوده و در 345 درجه سانتیگراد به خودی خود آتش می‌گیرد.
نمک‌های این اسید، سیترات نامیده شده و از ترکیب یون فلزی با یون سیترات ایجاد می‌شوند، این ترکیباتی نمکی به علت وجود خاصیت چنگاله‌ای بسیار پایدارند. سیتریک اسید قابلیت استری شدن بیشتری از سایر اسیدهای کربوکسیلیک داشته و مونو- دی- ، تری- و استرهای ترکیبی تشکیل می‌دهد.
روش تولید اسید سیتریک
قبل از روش به وجود آمدن روش تخمیری برای تهیه اسید سیتریک، طبق روش کارل ویلهم شیل، سیتریک اسید از گلیسرول به طور شیمیایی تهیه می‌شد، امروزه سه روش اقتصادی تخمیری برای تهیه اسید سیتریک وجود دارد که به ترتیب به بررسی و شرح آن‌ها خواهیم پرداخت:
فرآیند تخمیر کوجی برای تولید اسید سیتریک
فرآیند تخمیر کوجی در ژاپن استفاده می‌شود، هر چند در حال حاضر این روش در درجه اهمیت پایین‌تری نسبت به روش تخمیر کشت سطحی مایع قرار دارد، حدود یک پنجم اسید سیتریک جهان به طور سالانه توسط این فرآیند تولید می‌گردد. در این روش که در سال 1920 ابداع شد چندگونه از قارچ نایجر در بستر جامد و در حضور کاه گندم (ضایعات محصولات کشاورزی) به عنوان واسطه تخمیر، رشد داده شده و به وسیله آهک ترسیب اسید سیتریک از محیط کشت انجام می‌شود. ظروف تلقیح شده توسط هاگ‌ها در مکان مناسبی در دمای 30 درجه قرار گرفته و پس از 24 ساعت رشته رشدکننده قارچ سفید چین‌دار سطح محیط را پوشانده و بعد از طی دوره زمانی هفت روزه، رشد و نمو میکروارگانیسم تکمیل شده و محیط کشت پر از هاگ‌های تیره رنگ می‌شود.
فرآیند تخمیر کشت سطحی مایع
در این روش تلقیح محیط مایع با هاگ‌های آسپرژیلوس نایجر انجام شده و در طول 24 ساعت قارچ‌ها جوانه می‌زنند. رشته رشد کننده قارچ (میسلیوم) تمام محیط کشت را پوشانده و روی سطح محلول شناور خواهد شد. در این روش واسطه‌های متعددی ازجمله گلوکز برای تخمیر می‌تواند قرار گیرد و اضافه کردن یون مس نیز باعث افزایش تولید اسید سیتریک خواهد شد. این روش به علت آسانی بیشتر (به علت وجود ماشین آلات خودکار کنترل کننده محیط) و نیز زمان کمتر برای تولید اسید سیتریک بسیار رایج بوده و در کشورهای صنعتی بسیار مورد استقبال قرار گرفته است.
فرآیند تخمیر کشت زیر آب
در این مورد میسلیوم آرژیلیوس ژاپونیکم در عمق 15 سانتی‌متری تانک حاوی محلول رشد خواهد کرد و واسطه‌های متعددی را نیز می‌توان برای تولید اسید سیتریک در این روش به کار برد. هر چند سیتریک اسید تولید شده از این راه نامرغوب‌تر از اسید تولید شده در فرآینده تخمیر کشت سطحی مایع خواهد بود، هر چند بسیار ارزانتر و سریعتر از تخمیر کشت سطحی مایع اسید سیتریک در اختیار بازار خواهد گرفت.
کاربردهای اسید سیتریک
عمده کاربرد اسید سیتریک در صنایع غذایی است که علت اصلی آن طعم قوی اسیدی سیتریک و خوراکی بودن آن است. استفاده غالب این اسید در طعم‌دهنده‌ها و نگهدارنده‌های در غذاها و نوشیدنی‌ها به خصوص نوشیدنی‌های ملایم و آب‌نبات‌ها است. سیتریک اسید علاوه بر طعم‌دهندگی و تنظیم کردن pH مواد غذایی، می‌تواند به عنوان تجمیع کننده‌ای جهت جدا نشدن چربی‌ها در بستنی از یکدیگر مورد استفاده قرار گیرد. این اسید در کارامل می‌تواند جلوی متبلور شدن آن را گرفته و یا به جای لیموترش تازه در ترکیبات مواد غذایی مورد استفاده قرار گیرد.
از کاربردهای دیگر اسید سیتریک، استفاده از آن به عنوان عامل چنگاله ساز است. این اسید به خوبی قادر است فلزات را به صورت مایع در محلول نگه دارد. همچنین سیتریک اسید در پاک کردن لایه‌های آهکی ایجاد شده در بویلرها و تبخیر کننده‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. این اسید قابلیت تغییر خواص آب سخت با چنگاله کردن فلزات آن داشته که موجب بهبود عملکرد صابون‌ها و مواد شوینده (لباسشویی و خشکشویی) شده و اجازه می‌دهد که این مواد بدون نیاز به نرم کردن آب، به راحتی کف تولید کنند. علاوه بر این سیتریک اسید در شامپو‌ها می‌تواند برای شستن رنگ مو و واکس از سر مورد استفاده قرار گیرد.
کاربرد اسید سیتریک در مواد آرایشی و دارویی
اسید سیتریک در مواد آرایشی و دارویی نیز به عنوان پایین آورنده pH و عامل اسیدی کننده کاربرد دارد و در کرم‌ها و ژل‌ها و سایر انواع مایعات دارویی و آرایشی مورد استفاده قرار می‌گیرد و ممکن است از آن به عنوان تغییر دهنده ویسکوزیته، چنگاله کننده و غیره مورد استفاده قرار بگیرد.
همچنین این اسید آلفا کربوکسیلیک در قرص‌ها به عنوان فعال کننده مواد دارویی کاربرد دارد. همچنین از استفاده‌های دیگر اسید سیتریک فعال کردن مواد اولیه تشکیل دهنده بافت‌های ضد ویروسی است. جالب است بدانید که این اسید، انحلال هروئین قهوه‌ای را در آب افزایش داده و همچنین استفاده کننده‌های هروئین از آن برای تمیز کردن سرنگ‌های کثیف برای جلوگیری از انتقال ایدز و هپاتیت استفاده می‌کنند!
خرید اسید سیتریک
شیمی بازار به عنوان بورس آنلاین خرید و فروش مواد شیمیایی کمک شایانی به مصرف‌کنندگان مواد شیمیایی می‌کند تا بتوانند در فضایی کاملا شفاف به تامین‌کنندگان اسید سیتریک از بین تولیدکنندگان و واردکنندگان این ماده دسترسی داشته و بهترین تامین‌کننده اسید سیتریک را با توجه به نیاز خود یافته و مستقیما و بدون واسطه با او ارتباط برقرار نمایند.
تامین‌کنندگان اسید سیتریک می‌توانند نسبت به معرفی شرکت و مواد خود از امکانات شیمی بازار استفاده کرده و فعالیت خود را از طریق این پلتفرم در فضای کسب و کار دیجیتال بهتر و با هزینه‌ای مناسب‌تر توسعه دهند. با امکاناتی همچون ایجاد پروفایل اختصاصی شرکت و درج آگهی فروش در شیمی بازار به آسانی ممکن خواهد بود.
