Einsatz von Zitronensäure und Sunresin-Technologie bei der Demineralisierung und Entfärbung

Zitronensäure (C6H8O7) ist eine schwache organische Säure, die natürlicherweise in Zitrusfrüchten wie Zitronen, Limetten, Orangen und Grapefruits vorkommt. Es handelt sich um ein weißes, kristallines Pulver mit saurem Geschmack, das häufig als Konservierungsmittel, Aromastoff und Säuerungsmittel in verschiedenen Lebensmitteln und Getränken verwendet wird. Zitronensäure wird auch in vielen Reinigungsprodukten als Chelatbildner zur Entfernung von Kalk- und Rostflecken eingesetzt. Darüber hinaus wird Zitronensäure in der Pharmaindustrie als Trägerstoff in Medikamenten und in Kosmetika als pH-Regler und Konservierungsmittel verwendet.

Speisen und Getränke: 

Zitronensäure hat einen milden und erfrischend-säuerlichen Geschmack und wird häufig zur Herstellung verschiedener Getränke, Süßigkeiten, Kekse, Säfte, Milchprodukte und anderer Lebensmittel verwendet. Zitronensäure hat einen Marktanteil von über 70 % unter allen organischen Säuren. Bisher kann kein Säuremittel Zitronensäure ersetzen. 

Zitronensäure ist wasserfrei oder als Monohydrat erhältlich. Zitronensäure-Monohydrat wird hauptsächlich als saures Aromamittel für Erfrischungsgetränke, Fruchtsäfte, Marmelade, Fruchtzucker und Konserven usw. verwendet. Sie kann auch als Antioxidans für Speiseöle eingesetzt werden, verbessert die sensorischen Eigenschaften von Lebensmitteln, steigert den Appetit und fördert die Verdauung und Aufnahme von Kalzium und Phosphor im menschlichen Körper. 

Wasserfreie Zitronensäure wird häufig in festen Getränken verwendet. Salze der Zitronensäure, wie Calciumcitrat und Eisencitrat, dienen als Anreicherungsmittel für bestimmte Lebensmittel, denen Calcium- und Eisenionen zugesetzt werden müssen. Ester der Zitronensäure, wie Triethylcitrat, können als ungiftige Weichmacher eingesetzt werden und werden zur Herstellung von Kunststofffolien für Lebensmittelverpackungen verwendet.

Pharmazeutika:  

In der Pharmaindustrie kann Zitronensäure mit einer wässrigen Natriumcarbonat- oder Natriumbicarbonatlösung reagieren und dabei große Mengen CO2 erzeugen, das als Brausesystem verwendet wird, damit sich die Wirkstoffe des Arzneimittels schnell auflösen und die Geschmackswirkung verbessert werden kann. 

Zitronensäure kann auch als Puffer in verschiedenen oralen Ernährungslösungen verwendet werden. 

Durch die Zugabe einer kleinen Menge Zitronensäure zu herkömmlichen Kräuterheilmitteln können sich Spuren von Eisen-Kupfer-Metallkomplexen bilden, die den Abbau der Wirkstoffe verzögern. 

Verschiedene Salze der Zitronensäure können dem Körper ebenfalls dabei helfen, die entsprechenden Elemente zu ergänzen. Natriumcitrat ist ein Antikoagulans, das häufig bei Bluttransfusionen, der Konservierung von Blut und Plasma sowie der Verarbeitung von künstlichem Plasma und Blutprodukten verwendet wird.

Kosmetika: 

Zitronensäure ist eine Art Fruchtsäure, die häufig in Lotionen, Cremes, Shampoos, Anti-Aging-Produkten usw. verwendet wird. Ihre Hauptfunktion besteht darin, die Erneuerung von Cutin zu beschleunigen, was den Melaninstoffwechsel in der Haut unterstützt, Mitesser auflöst, die Poren verbessert und der Haut bis zu einem gewissen Grad auch Feuchtigkeit spendet.

Geflügelproduktion: 

Durch die Zugabe von Zitronensäure zum Ferkelfutter kann die Durchfallrate bei Ferkeln gesenkt werden (früh abgesetzte Ferkel weisen eine geringe Krankheitsresistenz und eine hohe Sterblichkeit aufgrund von Durchfall auf), sodass Ferkel frühzeitig abgesetzt werden können und die Wurfgröße der Sauen zunimmt. 

Die Zugabe von 1 % bis 2 % Zitronensäure zum Futter von Mastschweinen kann die tägliche Gewichtszunahme steigern, die Dicke des Rückenspecks verringern und die Fleischqualität verbessern. 

Seltenerdcitrat ist ein neuartiger, hocheffizienter Futterzusatz, der für verschiedene Tiere wie Schweine, Hühner, Fische, Garnelen, Rinder, Schafe, Kaninchen, Seidenraupen usw. geeignet ist. Es kann das Tierwachstum fördern, die Krankheitsresistenz und Überlebensrate verbessern, die Futterverwertungsrate steigern und den Fütterungszyklus verkürzen.

Chemie- und Textilindustrie: 

Zitronensäure kann als chemisches Analysereagenz in der chemischen Technologie, als experimentelles Reagenz, chromatographisches Analysereagenz und biochemisches Reagenz, Komplexbildner, Maskierungsmittel oder zur Herstellung von Pufferlösungen verwendet werden. 

Zitronensäure kann auch als Reagenz zur Prüfung der Säurebeständigkeit von Baukeramikfliesen verwendet werden. Die Verwendung von Zitronensäure oder Citrat als Builder kann die Leistung von Waschmitteln verbessern, Metallionen schnell ausfällen, die erneute Anhaftung von Schadstoffen an Textilien verhindern und die für das Waschen essentielle Alkalität erhalten. 

Die Formaldehydbelastung von Kleidung ist ein sehr heikles Thema. Aus Zitronensäure und modifizierter Zitronensäure kann ein formaldehydfreies Anti-Falten-Appreturmittel für die Anti-Falten-Appretur von reinen Baumwollstoffen hergestellt werden.

Die Fermentation und Extraktion von Zitronensäure:

Fermentation von Zitronensäure:

1) Bei der Festkörperfermentation werden getrocknetes Kartoffelpulver, Stärkemehl sowie stärkehaltige landwirtschaftliche und Nebenprodukte als Rohstoffe verwendet. Nach der Herstellung des Nährmediums wird dieses unter Normaldruck gekocht, auf die Impftemperatur abgekühlt, in den Saatkoji gegeben, in die Koji-Platte gelegt und unter bestimmten Temperatur- und Feuchtigkeitsbedingungen fermentiert. Die Herstellung von Zitronensäure durch Festkörperfermentation erfordert einfache Geräte und ist leicht zu handhaben.

2) Bei der Flüssig-Flachplatten-Fermentation wird meist Melasse als Rohstoff verwendet. Die sterilisierte Kulturlösung wird über Rohrleitungen in jede Fermentationsplatte geleitet, die Bakterien eingebracht und, nachdem die Bakterien einen Bakterienfilm gebildet haben, Zuckerlösung hinzugefügt, um zu fermentieren. Bei dieser Fermentationsmethode muss sterile Luft in den Fermentationsraum eingeleitet werden.

3) Bei der Submersfermentation ist der Fermenter das wichtigste Gerät zur Herstellung von Zitronensäure. In diesem luftdichten Behälter vermehren und fermentieren Mikroorganismen.

Extraktion von Zitronensäure: 

Neben dem Hauptprodukt enthält die Zitronensäurefermentationsbrühe auch andere Metabolite und einige Verunreinigungen. Die Zitronensäure muss mit physikalischen und chemischen Methoden extrahiert werden. Die wichtigsten Methoden zur Trennung und Reinigung von Zitronensäure sind die Calciumsalzmethode und die Chromatographie.

Bei der Calciumsalzmethode wird die Zitronensäure in der Fermentationsbrühe in Calciumsalzniederschlag umgewandelt, das Calciumcitrat durch freie Zitronensäure durch Schwefelsäure ersetzt und das gebildete Calciumsulfat gefällt. Anschließend wird die Zitronensäure weiter gereinigt und kristallisiert. Die Calciumsalzmethode hat jedoch folgende Nachteile:

Komplizierte und umständliche Prozesse 

Geringe Ausbeute (ca. 80-85%) 

Umweltbedenken aufgrund der großen Menge an Calciumsulfatabfällen

Kontinuierliche Chromatographie  ist eine neue Technologie mit hoher Trennleistung, die die Nachteile traditioneller Technologien wie diskontinuierlichen Betrieb und niedrige Auslastung ausgleicht. Sie wird in der Fermentationsindustrie, insbesondere in der Zitronensäureindustrie, häufig eingesetzt.

Die kontinuierliche Chromatographie-Technologie bietet folgende Vorteile: 

Einfacher Prozess, hoher Automatisierungsgrad und niedrige Kosten; 

Hohe Ausbeute (über 90 %); 

Umweltfreundlich, da kein fester Abfall wie Calciumsulfat entsteht und die Kosten für die Abfallbehandlung reduziert sind.

Spezialharze zur Zitronensäureentsalzung und Entfärbung:

Das Ionenaustauschverfahren ist eine effektive und ausgereifte Prozesstechnologie zur Entmineralisierung und Entfärbung von Zitronensäure und wird häufig bei der industriellen Herstellung von Zitronensäure eingesetzt. 

Der hohe osmotische Druck der Zitronensäure führt jedoch zu einer wiederholten Ausdehnung und Kontraktion der Harze während des Feinreinigungsprozesses und setzt sie einem enormen osmotischen Druck aus, insbesondere bei Anionenaustauscherharzen. Unter diesen Bedingungen können die Harze leicht brechen, was ihre Lebensdauer verkürzt und ihre Kosten erhöht. Dies ist zu einem weit verbreiteten Problem geworden, das die Entwicklung der Branche behindert, und es bestand ein starker Bedarf an einer Lösung.

Als Antwort auf diese Schwierigkeit hat Sunresin erfolgreich das schwach basische Anionenaustauscherharz auf Acrylbasis mit gleichmäßiger Partikelgrößenverteilung, guter osmotischer Druckbeständigkeit und hoher Austauschkapazität entwickelt, das zur Entmineralisierung und Entfärbung von Zitronensäure verwendet wird.  

Dieses Harz bietet die Vorteile einer starken Verarbeitungskapazität, einer geringen Zitronensäureverlustrate, einer einfachen Regeneration, eines geringeren Reagenzienverbrauchs, einer hohen mechanischen Festigkeit, einer langen Lebensdauer sowie einer höheren Präzision bei der Entfernung von Verunreinigungen und wird von der Branche hochgelobt und anerkannt.

Sepsolut SMB-System: 

Um die Leistungsvorteile der Harze zu maximieren, kombinierte Sunresin die Prozesseigenschaften der Zitronensäureproduktion und entwickelte ein kontinuierliches Ionenaustausch-SMB-System mit fortschrittlicher Technologie. Durch die Matrixanordnung automatischer Steuerventile können die Harzsäulen schnell umgeschaltet und wiederverwendet werden, wodurch der Verbrauch von Säure, Lauge und Wasser deutlich reduziert wird.

Mit dem Sepsolut SMB-System von Sunresin laufen Harze und Anlagen kontinuierlich mit hoher Auslastung und sorgen so für eine unterbrechungsfreie und stabile Zulaufflüssigkeit für nachfolgende Abschnitte. Im Vergleich zum herkömmlichen Festbettsystem kann die verwendete Harzmenge um 50–80 % und die Regeneriermittelmenge um 35–60 % reduziert werden. Dies trägt zu einer effizienteren Zitronensäureindustrie bei.