سیتریک اسید
خواستگاه اسید سیتریک
برای اولین بار، اسید سیتریک از آب لیمو در سال 1784 در انگلستان توسط کارل شیل، سنتز شد. در سال 1838، لیبیگ، وجود یک گروه هیدروکسیل و سه گروه کربوکسیل را در ساختار اسید سیتریک شناسایی کرد. از سال 1860، تولید اسید سیتریک از لیمو در بریتانیا، فرانسه و آلمان انجام شده است. از آن زمان پژوهش‌های زیادی برای یافتن روش جایگزین برای تولید اسید سیتریک انجام شد. تولید صنعتی اسید سیتریک حاوی میکروارگانیسم Sterigmatocystis nigraدر سال 1917 توسط کوری ابداع شد. از زمان کشف پتانسیل میکروارگانیسم‌ها برای تولید اسید سیتریک، سویه‌های Aspergillus niger میکروارگانیسم‌های ارجح در فرآیند تولید باقی مانده‌اند.
تولید سیتریک اسید
تولید سالانه جهانی اسید سیتریک در حال حاضر به حدود 2.8 میلیون تن می‌رسد. روش غالب تولید اسید سیتریک صنعتی، تخمیر غوطه‌ور است که شامل سویه‌های Aspergillus niger، مخمر Yarrowia lipolytica و برخی سویه‌های باکتریایی می‌شود. آسپرژیلوس نایجر به دلیل راندمان بالای تولید برای سنتز تجاری اسید سیتریک، بهترین است. اسید سیتریک در گیاهان، سلول‌های حیوانی و مایعات فیزیولوژیکی وجود دارد. در مرکبات به ویژه لیمو یافت می‌شود، همچنین در شاه توت، گریپ فروت، پرتقال، تمشک و توت فرنگی وجود دارد.
ویژگی‌های شیمیایی اسید سیتریک
اسید سیتریک یک آلفا هیدروکسی اسید پلی پروتیک است اما می‌تواند به عنوان اسید بتا هیدروکسی نیز طبقه بندی شود. اسید سیتریک در واقع یک ترکیب آلی با سه گروه عاملی کربوکسیلیک است. اسید سیتریک در ترکیب با کاتیون‌های مختلف، نمک‌های کریستالی تشکیل می‌دهد. از دید صنعت، مهم‌ترین آنها سیترات کلسیم، سیترات پتاسیم و سیترات سدیم هستند. اسید سیتریک با الکل‌ها در حضور کاتالیزورهایی مانند رزین تبادل یونی استری می‌شود. واکنش استریفیکاسیون اسید سیتریک با الکل‌ها، اگر در دمای بالاتر از 150 درجه سانتیگراد رخ دهد، نیازی به حضور کاتالیزور ندارد. اسید سیتریک با پلی الکل‌هایی مانند سوربیتول و مانیتول، پلی استر با تشکیل می‌دهد.
ویژگی‌های فیزیکوشیمایی اسید سیتریک
- محلول در آب و حلال های آلی مانند اتانول، پروپانول، اتر، اتیل استات، دیوکسان، تتراهیدروفوران، استونیتریل و مخلوط اتانول و آب
- حلالیت آن در الکل بیشتر از آب است. افزودن الکل به محلول آبی به طور قابل توجهی حلالیت اسید سیتریک را افزایش می‌دهد.
- نامحلول در کلروفرم، تولوئن، بنزن، دی سولفید کربن یا تتراکلرید
- حلالیت اسید سیتریک با افزایش دما افزایش می‌یابد.
- تاب آوری دمایی تا 150 درجه سانتیگراد
- هنگامی که تا 150 درجه سانتیگراد گرم می‌شود، پایدار می‌ماند و فقط آب کریستالی خود را از دست می‌دهد.
- در دمای بالای 175 درجه سانتیگراد، ذوب و تجزیه می‌شود.
اشکال کریستالی اسید سیتریک
اسید سیتریک یک اسید ضعیف و به دو شکل کریستالی موجود است: اسید سیتریک بی آب و اسید سیتریک مونو هیدراته
- فورمول مولکولی اسید سیتریک بی آب: C6H8O7
- فورمول مولکولی اسید سیتریک مونو هیدراته: C6H8O7H2O
اسید سیتریک بی آب از محلول غلیظ داغ در دمای بالای 36.6 درجه سانتیگراد متبلور می‌شود و پودر کریستالی سفید تشکیل می‌دهد. از سوی دیگر، اسید سیتریک مونو هیدراته از محلول سرد کمتر از 36.6 درجه سانتیگراد متبلور می‌شود و بلورهای بی‌رنگ و شفاف تشکیل می‌دهد. اسید سیتریک بی آب در محدوده رطوبت 25 تا 50 درصد و دمای 25 درجه سانتیگراد کمی آب جذب می‌کند. اگر رطوبت بین 50 تا 75 درصد باشد، آب را به میزان قابل توجهی جذب می‌کند. در رطوبت نسبی نزدیک به 75 درصد به شکل مونوهیدرات است. شکل بی آب اسید سیتریک زمانی به دست می‌آید که رطوبت نسبی کمتر از 40 درصد باشد.
کاربردهای سیتریک اسید در صنایع غذایی
اسید سیتریک به دلیل هزینه تولید پایین، دسترسی آسان، غیر سمی بودن و زیست سازگاری کاربردهای گسترده‌ای در صنایع غذایی، دارویی، زیست پزشکی، شیمیایی، کشاورزی، صنایع حفاظت از محیط زیست و همچنین آرایشی بهداشتی دارد. عملکرد اسید سیتریک در محصولات غذایی شامل تنظیم اسیدیته، نگهداری، خواص آنتی اکسیدانی، امولسیون‌سازی، بهبود طعم و عطر، بافر کردن و فعالیت ضد باکتریایی می‌شود. مشتقات اسید سیتریک نیز کاربردهای زیادی دارند: سیترات کلسیم، سیترات آهن، سیترات منگنز، سیترات پتاسیم، سیترات سدیم، سیترات دی آمونیوم، ایزوپروپیل سیترات و استئاریل سیترات.
نوشیدنی
به عنوان یک تنظیم کننده اسیدیته در نوشیدنی‌های گازدار و غیر گازدار، عامل بافر و تنظیم کننده pH استفاده می‌شود.
ژله، مربا و آبنبات
سیرتیک اسید در صنعت مربا، ژله و آبنبات نقش‌های متعددی دارد از جمله:
- آنتی اکسیدان
- ضد باکتری
- کنترل وارونگی قند و pH بهینه محصول برای ژل شدن
- نگهدارنده
- ایجاد طعم تلخ و بهبود طعم
لبنیات
نمک سیتریک اسید یعنی سیترات سدیم در محصولات لبنی تاثیرگذار عمل می‌کند؛ به عنوان مثال در نقش امولسیفایر برای تثبیت فازهای آب و روغن در تولید پنیر استفاده می‌شود.
گوشت و فرآورده‌های گوشتی
سیتریک اسید به عنوان یک عامل کی‌لیت کننده به حفظ رنگ طبیعی و جلوگیری از تغییر رنگ گوشت کمک می‌کند. همچنین به عنوان یک آنتی اکسیدان و ضد باکتری عمل می‌کند. سیترات سدیم در کشتارگاه‌ها برای جلوگیری از انعقاد یا لخته شدن خون تازه استفاده می‌شود. در فرآوری گوشت، اسید سیتریک رنگ صورتی را کاهش می‌دهد و درخشندگی گوشت‌های حرارت داده شده را بهبود می‌دهد. سیتریک اسید در محدود کردن اکسیداسیون لیپیدها در فرآوری گوشت نقش مهمی ایفا می‌کند؛ یعنی با ایجاد پیوند بین یون‌های فلزی پرو اکسیداتیو و گروه‌های کربوکسیل یا هیدروکسیل اسید، اکسیداسیون لیپید را مهار می‌کند.
میوه و سبزیجات
قهوه‌ای شدن آنزیمی میوه‌ها و سبزیجات عمر مفید آنها را کاهش می‌دهد و بر دید مصرف کننده تأثیر منفی می‌گذارد. اسید سیتریک و نمک‌های آن به طور گسترده در صنایع غذایی برای جلوگیری از قهوه‌ای شدن آنزیمی استفاده می‌شوند. افزودن اسید سیتریک به میوه ها و سبزیجات بر حفظ رنگ و کیفیت ارگانولپتیک آنها تأثیر مثبت می‌گذارد و عمر مفید آنها را افزایش می‌دهد. همچنین می‌توان سیتریک اسید را با سایر عوامل ضد قهوه‌ای شدن مانند اسید اسکوربیک ترکیب کرد. اسید سیتریک به دلیل توانایی کاهش pH در مهار فعالیت پلی فنل اکسیداز موثر عمل می‌کند. فعالیت پلی فنل اکسیداز به تدریج با افزایش غلظت اسید سیتریک کاهش می‌یابد. به طور مثال در آزمایشی برش‌های تربچه غوطه ور در محلول اسید سیتریک آبی 0.3 درصد در طول نگهداری قهوه‌ای نشدند. در آزمایش دیگری، محلول 10 میلی مولار اسید سیتریک، پلی فنل اکسیداز موز را مهار کرد.
روغن
سیتریک اسید در صنعت روغن خوراکی نقشی اساسی دارد؛ بو زدایی و هیدروژنه کردن روغن، کی لیت کردن یون‌های فلزی، کاتالیز ترشیدگی چربی‌ها و وقفه در تشکیل پراکسیدها از جمله کارکردهای آن هستند.
غذاهای دریایی
سیتریک اسید در ماتریس ماده غذایی از طریق کی‌لیت کردن فلزات، از تغییر رنگ و ایجاد بوهای ناخواسته جلوگیری می‌کند.
کاربردهای سیتریک اسید در صنایع دارویی و آرایشی بهداشتی
سیتریک اسید به عنوان ضد انعقاد، عامل جوشان در ترکیب با بی‌کربنات‌ها و کربنات‌ها، طعم دهنده و تثبیت کننده استفاده می‌شود. طعم ترش مطلوبی را ایجاد می‌کند که به پوشاندن طعم‌های نامطلوب داروها کمک می‌کند. این ماده برای تنظیم pH به محصولات مراقبت از مو، مواد آرایشی و شوینده ها اضافه می‌شود. به عنوان تثبیت کننده، عامل بافر و عامل کی‌لیت برای جلوگیری از تغییر رنگ استفاده می‌شود.
کاربردهای سیتریک اسید در خوراک دام و کود کشاورزی
سیتریک اسید فراهمی زیستی مواد مغذی معدنی را افزایش می‌دهد، طعم را بهبود می‌بخشد، PH معده را تنظیم و اثربخشی خوراک دام را افزایش می‌دهد. به عنوان تقویت کننده طعم در غذای حیوانات خانگی استفاده می‌شود. سیتریک اسید در ترکیب با آهن، مس، منیزیم و روی برای اصلاح خاک استفاده می‌شود. همچنین دسترسی گیاهان به فسفر را افزایش می‌دهد و برای حذف سرب از خاک‌های آلوده استفاده می‌شود.
