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 ۱۵۳ درجه‌ی سانتی‌گراد و دمای جوش آن ۱۷۵ 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 آن۲-هیدروکسی ، ۱ و ۲ و ۳ پروپان تری کربوکسیلیک اسید(۲-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 ۴۷ درجه سانتی‌گراد به فرم بی‌آب تبدیل می‌شود. اسید سیتریک در حرارت بالای ۱۷۵ 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 ۴۷ درجه سانتی‌گراد به فرم بی‌آب تبدیل می‌شود. اسید سیتریک در حرارت بالای ۱۷۵ درجه تجزیه‌شده و CO2 و آب آزاد می‌کند.
نحوه تولید:
این روش‌ها به دو نوع اصلی تقسیم می‌شوند که عبارت‌اند از: کشت سطحی ( بستر جامد ) و کشت غوطه‌وری.
الف) روش کشت سطحی (بستر جامد):
این روش برای نخستین بار در سال۱۹۲۰ به کار گرفته شد، ولی با کاربرد روش کشت غوطه‌وری (به دلیل روش اجرایی و بازده تولید مناسب‌تر)، امروزه روش کشت سطحی به‌طور معمول در درجه دوم اهمیت قرار دارد.
در یکی از حالت‌های این روش، اسپورهای آسپرژیلوس نایجر در شرایط محیطی کنترل شده به ظروف حاوی محیط کشت مناسب مانند ضایعات محصولات کشاورزی تلقیح شده، سپس این ظروف درمکان مناسب با دمای حدود ۳۰ درجه سانتی‌گراد قرار می‌گیرند. اسپورها ۲۴ ساعت پس از تلقیح جوانه می‌زنند و میسیلیوم سفید چین داری سطح محیط را می‌پوشاند. 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 کشت غوطه‌وری :
در این روش از سوبسترا یا محیط کشت مایع و در شرایط کنترل شده جهت رشد و نمو قارچ استفاده می‌شود. از سال ۱۹۴۰ میلادی تاکنون روش کشت غوطه‌وری به منظور تولید اسید سیتریک در کشورهای صنعتی توسعه و پیشرفت زیادی نموده است. به دلایلی نظیر بازده بیشتر نسبت به روش کشت سطحی، زمان کمتر برای رشد و نمومیکروبی، آسانی کار به دلیل وجود وسایل خودکار و کنترل‌کننده‌های مداوم و دقیق و در نتیجه راحتی بیشتر در زمان ورود و خروج سوبسترا و محصول این روش رواج بیشتری یافته 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 ۷۰درصد 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 مقدار۰٫۲۵ تا ۱٫۸۶درصد به منظور تنظیم pH و بهبود درخشندگی و شفافیت به کار می‌رود. میزان مصرف کل این اسید در این صنایع حدود ۱۲درصد 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 صنایع داروسازی، آرایشی و بهداشتی :
از این اسید و نمک‌هایش در تهیه محلول‌های ضد انعقاد خون مانند تری سدیم سیترات استفاده می‌شود که از طریق تشکیل کمپلکس یون کلسیم از انعقاد خون جلوگیری می‌کند. همچنین از سیترات فریک آمونیاکی در درمان بیماری ناشی از فقر آهن (آنمی) هنوز هم استفاده می‌شود هر چند که در حال حاضر ترجیح داده می‌شود از نمک های دیگر آهن استفاده شود. در تهیه آسپرین و برای خوش‌طعم کردن داروها و قرص‌های جوشان نیز استفاده می‌شود زیرا در هنگام حل شدن در اثر اتصال با کربنات ها و بی‌کربنات‌ها تولید دی اکسید کربن می‌کند و به‌عنوان حلال در تهیه برخی داروها و به‌عنوان چاشنی جهت خوش‌طعم کردن داروها به کار می‌رود. در فرمولاسیون محصولات بهداشتی و آرایشی نیز اسید سیتریک کاربرد دارد و برای تنظیم pHو شلات کردن یون های فلزی در سیستم آنتی اکسیدانی شوینده های اسیدی موی سر استفاده می‌شود. در شامپو های ضد شوره سر به مقدار۰٫۲۵ تا ۱٫۸۶درصد به منظور تنظیم pH و بهبود درخشندگی و شفافیت به کار می‌رود. میزان مصرف کل این اسید در این صنایع حدود ۱۲درصد میباشد.
بسته بندی و نگهداری:
در کل این ترکیب باید در انباری سر بست با تهویه‌ی مناسب و ب دور عوامل اکسیدکننده : مانند اسید کرمیک- اسید نیتریک- ترکیبات هیدروکسیل دار – اتیلن گلیکول – پرکلریک اسید- پراکسیدها- 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 ۲۵kg و گالن‌های ۳۰ و ۶۰ لیتری است.