Khái quát về công nghệ sản xuất Axit citric

Tìm hiểu về axit citric là gì?

Axit citric là một axit hữu cơ thuộc loại yếu phổ biến trong thực vật. Axit citric có mặt trong nhiều loại trái cây và rau quả. Nhất là ở trong trái chanh với hàm lượng axit citric chiếm khoảng 8% khối lượng khô của quả.

Hợp chất này được xem chất bảo quản thực phẩm tự nhiên và thường được thêm vào một số loại thức ăn và đồ uống để làm vị chua.

Ở lĩnh vực hóa sinh, axit citric đóng vai trò trung gian quan trọng trong quá trình trao đổi chất xảy ra ở các vật thể sống. Ngoài ra axit citric còn có chức năng như một chất tẩy rửa, rất an toàn và thân thiện với môi trường, đồng thời cũng là tác nhân chống oxy hóa hiệu quả.

Trong điều kiện nhiệt độ phòng, axit citric tồn tại ở dạng tinh thể màu trắng dạng bột hoặc ở dạng khan. Cũng có thể được tồn tại dưới dạng Monohydrat có chứa một phân tử nước trong mỗi phân tử của axit citric.

Dạng khan thu được khi hóa chất kết tinh trong nước nóng. Ngược lại, dạng Monohydrat lại kết tinh trong nước lạnh. Ở nhiệt độ trên 74 độ sẽ chuyển sang dạng khan.

Các công nghệ sản xuất axit citric

Trước kia, công nghệ sản xuất Axit citric chỉ dùng nguồn nguyên liệu chính là chanh. Tuy nhiên, phương pháp này lại có giá thành cao và mang lại hiệu suất thấp nên ít được sử dụng.

Hiện nay, người ta thường dùng phương pháp oxy hóa gluxit để tạo thành axit citric nhờ nấm mốc. Phần lớn loại hóa chất này được sản xuất theo phương pháp lên men vì có những ưu điểm như:

• Quy trình thực hiện ổn định và đơn giản.
• Yêu cầu về hệ thống điều khiển và trình độ nhà máy không phức tạp.
• Kỹ thuật cần thiết không yêu cầu quá cao.
• Tiêu thụ ít năng lượng và không bị ảnh hưởng bởi nhiều tác nhân.

Trong sản xuất axit citric, người ta thường sử dụng 3 phương pháp lên men sau:

Phương pháp lên men bề mặt

Phương pháp này được ứng dụng sản xuất nhiều vào những năm đầu của thế kỷ XX. Theo đó các vi sinh vật sẽ phát triển hẳn trên bề mặt môi trường nằm giữa pha rắn, khí hay giữa pha lỏng và khí.

Vì vậy, phương pháp lên men bề mặt này có thể sử dụng hai loại môi trường: môi trường bán rắn và môi trường lỏng.

Lên men bề mặt với môi trường bán rắn

Công nghệ sản xuất axit citric theo phương pháp này ít được áp dụng vì thu được hiệu suất không cao và khá phức tạp ở khâu chiết, tách sản phẩm.

Trước kia, người ta thường dùng môi trường của cám gạo, cám mì để tăng độ xốp cho môi trường. Ngoài ra, còn có một số cơ sở sử dụng sắn, ngô, khoai tây,... 

Môi trường nguyên liệu phải được nghiền nhỏ đến kích thước vừa phải. Sau đó được làm ấm đến độ ẩm khoảng 60% - 65% và đem hấp thanh trùng bằng hơi nóng. Trước đó cần phải chuẩn bị giống bằng cách nuôi trong môi trường lỏng Aspergillus niger hoặc hấp thanh trùng.

Tiếp đến là cách thực hiện, cần trộn cám và nước với tỉ lệ 1:1. Hấp thanh trùng trong 30 phút và trải đều ra khay, sau khi nguội sẽ đem trộn với giống. Tiến hành nuôi trong nhiệt độ ổn định trong 4 - 5 ngày, thời gian lên men kết thúc khi bào tử nấm sợi xuất hiện.

Hiện nay, nhiều cơ sở vẫn áp dụng công nghệ sản xuất axit citric này và thay thế cám bằng bột khoai mì. Trung bình cứ 3 - 4kg bột khoai mì sẽ thu được 1kg axit citric.

Lên men bề mặt với môi trường lỏng

Trong công nghệ sản xuất axit citric ở môi trường lỏng này, người ta sẽ sử dụng mật rỉ để làm môi trường nuôi. Trước hết cần phải xử lý mật rỉ với 3 vấn đề chính:

• Xử lý màu.
• Xử lý hệ keo có trong mật rỉ.
• Xử lý sắt nếu mật rỉ chứa sắt.

Mật rỉ đường cần phải được xử lý màu bằng cách cho dịch qua than hoạt tính để hấp phụ. Sau đó được và pha loãng để điều chỉnh hệ keo của dịch mật rỉ. Tiếp theo là hiệu chỉnh hàm lượng đường và pH để tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình lên men.

Hàm lượng đường được hiệu chỉnh ở mức từ 14% - 15% về khối lượng. Ngoài ra, để quá trình lên men thuận lợi cho vi sinh vật có thể bổ sung thêm MgSO4, NH4NO3, KH2PO4. Điều chỉnh pH cho hợp lý tùy thuộc vào thành phần các chất bổ sung.

Môi trường lên men của công nghệ sản xuất axit citric này phải được lọc kỹ và thanh trùng, làm nguội, phân phối vào các khay. Thực hiện nuôi ở nhiệt độ 28 - 32 độ C trong thời gian từ 48 - 72 giờ.

Acid citric sẽ được thẩm thấu qua màng tế bào vào môi trường. Kết thúc quá trình, người ta lấy phần dịch lên men đem đi lọc để thu acid citric và tiếp tục tiến hành lên men những mẻ tiếp theo.

Phương pháp lên men chìm

Trong công nghệ sản xuất axit citric theo phương pháp chìm, người ta sử dụng môi trường giống lỏng như dùng trong phương pháp lên men bề mặt. Quá trình được thực hiện trong các thiết bị lên men có cánh khuấy và có hệ thống thổi khí liên tục.

Tiến hành lên men ở 28 - 32 độ trong khoảng thời gian 6 - 7 ngày. Trong suốt quá trình, cần phải sử dụng CaCO3 để điều chỉnh pH vì acid citric được tạo thành sẽ làm giảm pH xuống.

Trong kỹ thuật thực hiện này, công nghệ sản xuất chính cho axit citric là các mẻ cấy nấm Aspergillus niger được nuôi trong môi trường chứa sucrose hay glucozơ.

Nguồn đường là nước nước rỉ đường, nước ngâm ngô cô đặc, tinh bột ngô thủy phân,... Sau khi nấm được lọc ra khỏi dung dịch, axit citric sẽ được cô lập bằng kết tủa với hydroxit canxi để tạo ra muối citrat canxi. Từ đó sẽ thu được axit citric bằng cách xử lý muối này với axit sunfuric.

Axit citric có những ứng dụng gì?

Được áp dụng công nghệ sản xuất axit citric hiện đại, nên loại hợp chất này có nhiều ứng dụng như:

• Được sử dụng như chất phụ gia thực phẩm, làm gia vị, bảo quản đồ uống, nhất là nước giải khát.
• Muối citrat của axit citric được dùng để vận chuyển các khoáng chất trong các thành phần của chất ăn kiêng vào cơ thể.
• Sử dụng để hiệu chỉnh độ pH của chất tẩy rửa, xà phòng, dược phẩm.
• Axit citric được dùng trong công nghệ sinh học để làm sạch ống dẫn thay vì phải dùng axit nitric.
• Hợp chất này còn được cho vào thành phần của kem để giữ các giọt chất béo tách biệt. Ngoài ra, còn được thêm vào nước ép chanh tươi.
• Ngăn chặn quá trình oxy hóa, ngăn chặn hiện tượng lại đường, bổ sung hương vị cho sản phẩm.
• Acid citric ngăn chặn quá trình oxy hóa của axit ascorbic và thay đổi màu sắc và hương vị, giúp trung hòa lượng kiềm dư có trong sản phẩm.

Lưu ý khi dùng Axit citric

Axit citric được công nhận là chất an toàn trong thực phẩm và sản phẩm da. Tuy nhiên, một số chuyên gia cho rằng chúng vẫn có thể gây ra một số vấn đề sau:

• Kích ứng da: Khi da chạm vào axit citric trong một thời gian dài, có thể gây cảm giác châm chích, sưng hoặc nổi mề đay.
• Đau mắt: Axit citric sẽ cháy nếu dây vào mắt. Vì vậy cần ngay lập tức rửa bằng nước sạch nếu bị bắn vào mắt.
• Vấn đề về răng: Đồ uống và kẹo có chứa axit citric có thể làm mòn men răng. Làm cho răng nhạy cảm hơn, ố vàng và dễ bị sâu răng hơn.
• Đau dạ dày: Nếu sử dụng thuốc có axit citric bằng đường uống, có thể bị tác dụng phụ như buồn nôn hoặc nôn.
• Bên cạnh đó, sử dụng thuốc có axit citric còn gây ra tác dụng phụ khác như: lú lẫn, chóng mặt, tim đập nhanh, đau ngực, mệt mỏi,...

Lời kết

Những phương pháp, công nghệ sản xuất axit citric hiện đại ngày nay đã được chia sẻ rất chi tiết qua bài viết trên. Hãy ghi nhớ những lưu ý khi sử dụng loại hợp chất này để tránh gặp những tác dụng phụ không mong muốn nhé!