فهرست مندرجات

عنوان     صفحه

ديباچه 1

فصل اول: شناخت كلي اسيد سيتريك 2

مقدمه 3

1-1) پيشينه 4

1-2) سوبستراهاي استفاده شده باي توليد اسيد سيتريك 6

1-3)  خواص فيزيكي اسيد سيتريك 7

1-4) خواص شيميايي اسيد سيتريك 11

1-5) منابع طبيعي اسيد سيتريك 13

1-6) كاربرد اسيد سيتريك 15

1-7) مشتقات اسيد سيتريك 20

1-7-1) نمكها 20

1-7-2) استرها 21

فصل دوم: بيوشيمي تخمير و متابوليسم توليد اسيد سيتريك 23

2-1) بيوشيمي تخمير 24

2-2) بيو شيمي تخمير 24

2-2-1) تشكيل اسيد سيتريك از پيرووات 27

فصل سوم: روشهاي توليد اسيد سيتريك 31

3-1) M.O هاي مولد اسيد سيتريك 32

3-1-1) مخمرها 33

3-1-2) آسپرژيلوس نايجر 33

3-1-2-1) روش جداسازي سويه A.niger مولد اسيد سيتريك 34

3-1-2-2) شناسايي اختصاصي A.niger 35

3-2) روش كشت سطحي 37

3-3) روش كشت غوطه‌ور 37

3-4) تخمير در بستر جامد 38

3-4-1) روش تخمير كوجي 38

3-5) تأثير شرايط محيطي بر توليد اسيد سيتريك 39

3-5-1) شرايط تغذيه‌اي A.niger 39

3-5-2) تأثير فلزات trace در توليد اسيد سيتريك 40

3-5-3) تأثير نيتروژن و فسفر در توليد اسيد سيتريك 40

3-5-4) تأثير متانول در توليد اسيد سيتريك 41

فصل چهارم: تخمير در بستر جامد (SSF) 42

4-1) تعريف كشت حالت جامد 43

4-2) تفاوتهاي اساسي بين كشت حالت جامد و كشت غوطه ور 44

4-3) مقايسة كشت حالت جامد با ساير فرآيندهاي تخميري 46

4-4) مزايايي سيستم كشت حالت جامد 48

4-5) معايب سيستم كشت حالت جامد 48

4-6) مراحل اصلي فرآيند كشت حالت جامد 49

4-7) پارامترهاي مؤثر بر فرايند SSF در توليد اسيد سيتريك 50

فصل پنجم: كاه گندم 52

5-1) تعريف كاه و ويژگيهاي ساختاري 53

5-1-1) كربوهيدراتهاي ساختماني 54

5-1-1-1) سلولز 54

5-1-1-2) همي سلولز 55

5-1-1-2) ليگنين 55

5-2) تركيب شيميايي كاه گندم 59

5-3) پيش تيمار (Pretreatment) كاه گندم 59

5-3-1) روشهاي فيزيكي پيش تيمار كاه گندم 60

5-3-1-1) پيش تيمار كاه گندم با بخار 60

5-3-2) روشهاي شيميايي پيش تيمار كاه گندم 61

5-3-2-1) پيش تيمار كاه با اوره 63

5-3-3) پيش تيمار بيولوژيكي كاه گندم 63

فصل ششم: جداسازي و خالص‌سازي اسيد سيتريك 64

6-1) استخراج اسيد سيتريك 65

6-1-1) فروشويي (Leaching) 65

6-1-2) روش رسوبگيري 66

6-1-3) روش استفاده از استخراج با حلال 68

6-1-4) روش استفاده از غشاء 69

6-1-5) مقايسه بين روشهاي مختلف جداسازي اسيد 70

6-2) خالص سازي اسيد سيتريك 71

فصل هفتم: بررسي جنبة اقتصادي 73

7-1) كشورهاي عمدة‌ توليد كننده و مصرف كنندة محصول 74

7-2) اهميت اقتصادي طرح 74

7-3) ميزان واردات اسيد سيتريك 75

7-4) واحدهاي توليدي و واحدهاي در دست اجراي اسيد سيتريك 78

منابع مورد استفاده 81

ديباچه

توليد اسيدهاي آلي به دليل كاربرد وسيع آنها در صنايع مختلف از ديرباز مورد مطالعه و بررسي بوده است.

از جمله اسيدهاي آلي مورد استفاده، اسيد سيتريك است كه داراي مصارف متعددي در صنايع غذايي، دارويي، بهداشتي و ساير صنايع مي‌باشد كه به دليل غيرسمي بودن، اسيديتة مناسب، قابليت بافري و . . .  هر سال به مقدار %2-3 بر ميزان مصرف آن افزوده  مي‌گردد.

از اولين كشورهايي كه در اين زمينه تلاش كردند، ايتاليا، آمريكا، انگلستان و چند كشور اروپايي بودند كه در قرون 18 و 19 به روش شيميايي اقدام به اين عمل نمودند و تقريباً از اوايل قرن 20 روشهاي بيوتكنولوژي در سراسر دنيا رايج شدند كه هنوز هم كاربرد دارند.

ابتدا روش بستر جامد براي توليد آن استفاده مي‌شد ولي به تدريج روش غوطه وري جايگزين روشهاي قبلي شد زيرا در روش غوطه‌وري كنترل بهتر و آسانتر صورت گرفته و نيز شرايط كار بهتر و راندمان بيشتر مي‌باشد. مجدداً پس از طي چند دهه روش بستر جامد براي توليد اين اسيد به دليل امكان استفاده از ضايعات فراوان و ارزان كشاورزي به عنوان سوبسترا رواج يافت. به هر حال در سالهاي اخير تلاشهاي فراواني براي اصلاح گونه‌هاي ميكروبي مولد اسيد سيتريك مخصوصاً آسپرژيلوس نايجر صورت گرفته و از جهت افزايش راندمان توليد و استخراج اسيد نيز مورد توجه بوده است.

مقدمه

اسيد سيتريك يك تري كربوكسيليك اسيد 6 كربنه با فرمول ساختماني زير است:

نام شيميايي آن، 2- هيدروكسي 1 و 2 و 3 پروپان تري كربوكسيليك اسيد است.

فرمول شيميايي:

اسيد سيتريك جزء طبيعي و متابوليت مشترك گياهان و حيوانات است و به صورت خيلي  گسترده در صنايع غذايي، نوشيدني و دارويي و غيره استفاده مي‌شود. به علت دارا بودن گروههاي عاملي مختلف و قابليت زيست تخريب پذيري، اسيد سيتريك و نمكهاي آن (عمدتاً Na و K ) كاربردهاي صنعتي خيلي زياد در زمينه‌هاي مختلف دارند.

1-1) پيشينه:

اين اسيد اولين بار در سال 1784 توسط Scheel از آبليمو جداسازي و كريستاليه شد. اولين بار به طور تجاري در سال 1826 توسط John و Edmond sturge در انگلستان توليد گرديد. در سال 1869 در انگلستان از كلسيم سيتريت وارده در ايتاليا تهيه گرديد. سيترات كلسيم را يك كارتل دولتي ايتاليا به نرخ بالايي فروخته بود. اين قيمت بالا توسعة خريد سيترات كلسيم و توليد اسيد سيتريك را به تعويق انداخت. در سال 1880 اسيد سيرتيك توسط Adam و Grimux سنتز شد. از آن زمان تا حال روشهاي سنتزي متعددي ارائه شده‌اند كه هيچ كدام به توليد صنعتي نرسيده‌اند و دليل آن بازدهي كم و عدم توجيه اقتصادي اين روشها نسبت به ساير روشهاي توليد است. شروع توليد اسيد سيتريك به روش تخمير به سال 1893 بر مي گردد. زماني كه wehmer (گياه‌شناسي آلماني) تشخيص داد كه اسيد سيتريك متابوليت كپكهاي سيترومايسس ففريا نيز (citromyces pfefferionis) و سيترومايسس گلابر (glaber) است.

كوشش هاي زياد wehmer براي توليد اسيد سيتريك ناموفق بوده‌اند تا اينكه كوري در سال 1917 توليد انبوه اسيد سيتريك به روش تخمير سطحي را با آسپرژيلوس نايجر پايه‌گذاري كرد. بعداً كوري به چاس فيرز پيوست و در سال 1923 كارخانة توليد اسيد سيتريك به روش جديد را راه‌اندازي كردند. اين تخمير با رشد ميكروارگانيسم به صورت كشت سطحي همراه بود. توليد ميكروبي اسيد سيتريك با روش كشت سطحي ادامه يافت تا اينكه اولين بار در سال 1951 فرآيند تخمير غوطه‌وري پيشرفته در ايالت متحده امريكا توسعه داده شد. ابداع اين فرآيند تحول عمده اي در توليد اسيد سيتريك ايجاد كرد.

از سال 1965 به بعد پيشرفت به سمت معرفي فرآيندهايي بود كه در آن زمان از مخمرهاي خاصي براي توليد اسيد سيتريك استفاده شد. در اين فرآيندها ابتدا از كربوهيدراتها و سپس از آلكانهاي نرمال استفاده مي‌شد. البته زماني كه هيدروكربنها به عنوان مادة خام استفاده مي شدند، محصولات نفتي ارزان بودند و طبيعتاً توليد اسيد در  آن شرايط از نظر اقتصادي مقرون به صرفه بود به طوري كه چاس فيرز پس از يك دوره استفاده از هيدروكربن به سمت استفاده از كربوهيدراتها تغيير جهت داد. علاوه بر اين، شركت Liquichimica در ايتالياي جنوبي كارخانة ديگري با ظرفيت توليد ساليانه 50 تن سيتر ات سديم از آلكانهاي نرمال، تأسيس كر د كه پس از دورة كوتاهي تعطيل شد. علاوه بر دو روش تخمير سطحي و غوطه‌ور، روش كشت حالت جامد نيز براي توليد اسيد سيتريك قابل استفاده است. از اين روش بيشتر در كشورهاي آسيايي جنوب شرقي استفاده مي شود. به طوري كه هم اكنون 20% اسيد سيتريك مصرفي ژاپن از اين روش توليد مي شود. در سه دهه اخير تمايل فزاينده‌اي براي استفاده از مواد خام جامد و كم ارزش صورت گرفته است.

اجزاي آن دقيقاً شناخته نشده اند. ليگنين در گياهان باعث مقاومت مكانيكي گياه و مقاومت آن در مقابل تجزيه مي شود.

ليگنين يك كمپلكس پليمر سه وجهي از واحدهاي فنيل پروپان است. با وجود پيچيده بودن مولكولهاي ليگنين و راههاي مختلف سنتز آن، در ساختمان همة ليگنين‌ها سه نوع واحد فنيل پروپان، -p كوماريل الكل، كونيفريل الكل، سنا فيل الكل عموميت دارد. عمده‌ترين تفاوت ساختماني شيميايي اين مولكولها حضور يا عدم حضور گروه متوكسيل   در موقعيت 3 و 5 حلقة آروماتيك ميباشد. نخستين مرحله در شكل گيري اين منومرها كه از طريق مسير اسيد shikimic صورت مي‌گيرد، توليد آنها از اسيد آمينه‌هاي فنيل آلانين و تيروزين مي‌‌باشد.