اسید سیتریک و کاربردهای آن
اسید سیتریک، اسید آلی است که با فرمول مولکولی C6H8O7 شناخته میشود. شکل ظاهری این ترکیب بهصورت پودر جامد، کریستالی و سفیدرنگی است که دمای ذوب آن 153 درجهی سانتیگراد و دمای جوش آن 175 درجهی سانتی گراد است. قدرت اسیدی این ترکیب زیاد است و این اسید به دو دستهی اسید سیتریک خشک (آنهیدروز) و اسید سیتریک آبدار(منوهیدرات) تقسیم میشود.
نام آیوپاک آن2-هیدروکسی ، 1 و 2 و 3 پروپان تری کربوکسیلیک اسید(2-hydroxypropane-1,2 3-tricarboxylic acid) است. این اسید توسط دانشمند ایرانی جابر بن حیان کشف گردید. این اسید را با نامهای سیتریک اسید و جوهر لیمو و اسید لیمو نیز میشناسند.
اسیدیته اسید سیتریک ناشی از وجود سه گروه کربوکسی میباشد که میتوانند پروتون از دست دهند. یون اسید سیتریک به نام سیترات معروف است. سیتراتها بافرهای خوبی برای کنترل PH محلولهای اسیدی هستند. یون سیترات با بسیاری از فلزات نمک سیترات ایجاد میکند که مهمترین آن سیترات کلسیم (جوهر لیمو) میباشد که برای نگهداری غذا از فساد و خوشطعم کردن آن بکار میرود. یون سیترات میتواند با فلزات ترکیبات کیلیتی ایجاد کند.
در دمای اتاق اسید سیتریک ، یک پودر کریستالی سفید میباشد که میتواند به دو فرم بیآب و یا یکآبه وجود داشته باشد. فرم بیآب از کریستالیزه شدن اسید سیتریک در آب گرم ایجاد میشود در حالی که فرم یکآبه از تبلور آن در آب سرد ایجاد میشود. فرم یکآبه با حرارت دادن در 47 درجه سانتیگراد به فرم بیآب تبدیل میشود. اسید سیتریک در حرارت بالای 175 درجه تجزیهشده و CO2 و آب آزاد میکند.
اسید سیتریک عمدتا بهعنوان ماده محافظ مواد غذایی و چاشنی غذا مورد استفاده قرار میگیرد. نمکهای سیترات با فلزات گوناگون در افراد مریض بهعنوان کمکهای غذایی مورد استفاده قرار میگیرد. از خواص بافری سیتراتها در کنترل PH در مواد تمیزکننده خانگی استفاده میشود. اسید سیتریک به دلیل توانایی تشکیل کیلیت با فلزات در ترکیب شویندهها استفاده میشود. این ماده با ترکیب شدن با یونهای فلزی مانع مزاحمت آنها در ترکیب با اجزا تمیزکننده شویندهها میشود. اسید سیتریک در داروسازی هم کاربرد دارد و بهعنوان مادهای بیخطر برای مصرف در غذاها شناختهشده است.
اسید استیک آبدار بهصورت خالص ، مایعی بیرنگ با بویی تیز ، مایعی خورنده و قابل اشتعال میباشد. این اسید در ۱۶٫۶ درجه سانتیگراد منجمد میشود. به این دلیل و همچنین ظاهر یخ مانند آن به نام اسید استیک گلاسیال معروف است. اسید استیک در محلولهای آبی میتواند تفکیکشده و یون استات تولید کند PH آن برابر با ۴٫۸ میباشد، یعنی در PH=4.8 نیمی از مولکولهای اسید استیک در محلول آبی بهصورت یونهای استات میباشند.این اسید یک اسید کربوکسیلیک با سه عامل COOH میباشد که اسیدیته اسید سیتریک ناشی از وجود سه گروه کربوکسی میباشد که میتوانند پروتن از دست دهند. یون اسید سیتریک به نام سیترات معروف است. سیتراتها بافرهای خوبی برای کنترل PH محلولهای اسیدی هستند. یون سیترات با بسیاری از فلزات نمک سیترات ایجاد میکند که مهمترین آن سیترات کلسیم(جوهر لیمو) میباشد که برای نگهداری غذا از فساد و خوشطعم کردن آن بکار میرود. یون سیترات میتواند با فلزات ترکیبات کیلیتی ایجاد کند.
در دمای اتاق اسید سیتریک ، یک پودر کریستالی سفید میباشد که میتواند به دو فرم بیآب و یا یکآبه وجود داشته باشد. فرم بیآب از کریستالیزه شدن اسید سیتریک در آب گرم ایجاد میشود در حالی که فرم یک آب از تبلور آن در آب سرد ایجاد میشود. فرم یکآبه با حرارت دادن در 47 درجه سانتیگراد به فرم بیآب تبدیل میشود. اسید سیتریک در حرارت بالای 175 درجه تجزیهشده و CO2 و آب آزاد میکند.
نحوه تولید:
اين روشها به دو نوع اصلي تقسیم میشوند که عبارتاند از: كشت سطحي ( بستر جامد ) و كشت غوطهوری.
الف) روش كشت سطحی (بستر جامد):
اين روش براي نخستين بار در سال1920 به كار گرفته شد، ولي با كاربرد روش كشت غوطهوری (به دليل روش اجرایی و بازده تولید مناسبتر)، امروزه روش كشت سطحي بهطور معمول در درجه دوم اهميت قرار دارد.
در يكی از حالتهای این روش، اسپورهاي آسپرژيلوس نايجر در شرایط محیطی کنترل شده به ظروف حاوي محيط كشت مناسب مانند ضایعات محصولات کشاورزی تلقيح شده، سپس این ظروف درمكان مناسب با دمای حدود 30 درجه سانتیگراد قرار میگیرند. اسپورها 24 ساعت پس از تلقيح جوانه ميزنند و ميسيليوم سفيد چين داري سطح محيط را ميپوشاند. پس از دوره زمانی چند روزه و طی مراحل رشد و نمو میکروارگانیسم، به تدریج محیط کشت از اسپورهای تیره رنگ پر میشود (پایان تولید اسید سیتریک).
ب) روش كشت غوطهوری :
در این روش از سوبسترا یا محیط کشت مایع و در شرایط کنترل شده جهت رشد و نمو قارچ استفاده میشود. از سال 1940 میلادی تاکنون روش کشت غوطهوری به منظور تولید اسید سیتریک در كشورهاي صنعتي توسعه و پيشرفت زيادي نموده است. به دلايلي نظير بازده بيشتر نسبت به روش كشت سطحي، زمان كمتر براي رشد و نموميكروبي، آسانی كار به دلیل وجود وسايل خودكار و کنترلکنندههای مداوم و دقيق و در نتيجه راحتی بيشتر در زمان ورود و خروج سوبسترا و محصول اين روش رواج بيشتري يافته است.
کاربردها:
سیتریک اسید (جوهر لیمو) در صنایع غذایی بهطور بسیار گستردهای استفاده میشود. دارا بودن خصوصیتهایی مانند حلالیت بالا در آب، ترش کنندگی و ایجاد طعم دلپذیر، خواص بافری و غیر سمی بودن آن در حجم زیاد باعث افزایش کاربرد وسیع آن شده است و حدود 70درصد از این اسید و نمکهایش در صنایع غذایی استفاده میشود.
در نوشابهسازی برای ایجاد طعم ترش و مطبوع و نیز برای بازدارندگی فعالیت میکروبی و تنظیم اسیدیته به کار میرود. برای ایجاد طعم میوهای و تنظیم pH در ژلهها، مرباجات و دسرها نیز از این اسید استفاده میشود. در غذاهای منجمد، چربیها و روغنها با تنظیمpH و ایجاد کمپلکس نمک بین سیترات ها و فلزات کمیاب بهعنوان آنتی اکسیدان و نگهدارنده عمل میکند، بهطوری که زمان نگهداری ماهی منجمد و فرآوردههای دریایی زیاد میشود.
همچنین از کاهش رنگ و طعم در میوههای منجمد با خاصیت آنتیاکسیدانی و به دام انداختن فلزات کمیاب جلوگیری میکند. درکنسرو سبزیجات نیز برای جلوگیری از رشد میکروبها و کاهشpH استفاده میشود. مونواستیل سیترات میتواند بهعنوان یک آنتی اکسیدان در چربیها و روغنها استفاده شود. این ترکیب نسبت به اسید خالص راحتتر ترکیب میشود.
در فرمولاسیون محصولات بهداشتی و آرایشی نیز اسید سیتریک کاربرد دارد و برای تنظیم pH یونهای فلزی در سیستم آنتی اکسیدانی شویندههای اسیدی موی سر استفاده میشود. در شامپوهای ضد شوره سر به مقدار0.25 تا 1.86درصد به منظور تنظیم pH و بهبود درخشندگی و شفافیت به کار میرود. میزان مصرف کل این اسید در این صنایع حدود 12درصد میباشد.
از ترکیب سیترات با فلزات، به دلیل تاثیر کم برای پاک کردن و جرمزدایی دیگهای بخاراستیل بهطور وسیع استفاده میشود. همچنین از محلول بافری این اسید بهعنوان پاک کننده برای حذف دی اکسید گوگرد از سوخت های گازی کارخانجات برق و تصفیه خانهها استفاده میشود. از سایر موارد کاربرد آن میتوان به صنایع رنگ سازی، استخراج نفت و آب فلزکاری اشاره نمود. استر های اسید سیتریک با الکلها در محدوده وسیعی شناختهشدهاند. استرهای تری اتیل، تری بوتیل و استیل تری بوتیل بهعنوان یک نرمکننده غیرسمی در پلاستیک سازی به ویژه در پلاستیکهای صنعت بستهبندی غذایی استفاده میشوند.
کاربرد در صنايع داروسازی، آرايشی و بهداشتی :
از اين اسيد و نمکهایش در تهيه محلولهای ضد انعقاد خون مانند تری سديم سيترات استفاده ميشود که از طريق تشکیل كمپلكس يون كلسيم از انعقاد خون جلوگيري ميكند. همچنين از سيترات فريك آمونياكي در درمان بيماري ناشي از فقر آهن (آنمی) هنوز هم استفاده ميشود هر چند كه در حال حاضر ترجيح داده میشود از نمك هاي ديگر آهن استفاده شود. در تهيه آسپرين و براي خوشطعم كردن داروها و قرصهای جوشان نيز استفاده ميشود زيرا در هنگام حل شدن در اثر اتصال با كربنات ها و بیکربناتها توليد دی اكسيد كربن ميكند و بهعنوان حلال در تهيه برخي داروها و بهعنوان چاشني جهت خوشطعم كردن داروها به كار میرود. در فرمولاسيون محصولات بهداشتي و آرايشي نيز اسيد سيتريك كاربرد دارد و براي تنظيم pHو شلات كردن يون هاي فلزی در سيستم آنتي اكسيداني شوينده هاي اسيدي موي سر استفاده میشود. در شامپو هاي ضد شوره سر به مقدار0.25 تا 1.86درصد به منظور تنظيم pH و بهبود درخشندگي و شفافيت به كار ميرود. ميزان مصرف كل اين اسيد در اين صنايع حدود 12درصد ميباشد.
بسته بندی و نگهداری:
در کل این ترکیب باید در انباری سر بست با تهویهی مناسب و ب دور عوامل اكسيدكننده : مانند اسيد كرميك- اسيد نيتريك- تركيبات هيدروكسيل دار – اتيلن گليكول – پركلريك اسيد- پراكسيدها- پرمنگناتها باشند. برای مثال از نزدیکی آمونیوم نیترات و استیک اسید و مخلوط شدن آنها ممکن است باعث احتراق گردد مخصوصا اگر استیک اسید غلیظ باشد.
بسته بندی این ترکیبات نیز بهصورت کیسههای 25kg و گالنهای 30 و 60 لیتری است.