RESEÑA HISTÓRICA

•En 1784, Scheedle aisló por primera vez el ácido cítrico en forma cristalina a partir del jugo de limones.

•En 1860 comenzó a obtenerse el ácido cítrico de las frutas mediante el uso de sales de calcio. Este proceso tenía un rendimiento muy bajo. Eran necesarias de 30 a 40 toneladas de limones para obtener una tonelada de ácido cítrico.

•Wehmer indicó en 1893 que algunos hongos (especies de Penicillium) podían producir ácido cítrico cuando se desarrollaban en soluciones azucaradas y sales inorgánicas.

•Desde 1920 en adelante fueron desarrollados con éxito procesos de fermentación, en donde se utiliza generalmente cepas del hongo Aspergillus Níger, aunque también han sido empleadas ciertas cepas de levaduras. En 1923, los hermanos Pfizer logran obtener ácido cítrico a partir de Aspergillus Níger y la fermentación del azúcar. Como sustrato se utilizó melazas de remolacha y se está diversificando en sustratos como sacarosa, melazas de caña o jarabe de glucosa.

El ácido cítrico es un ácido orgánico tricarboxílico relativamente fuerte y muy soluble en agua, con 6 átomos de carbono que está presente en la mayoría de las frutas, sobre todo en cítricos como el limón y la naranja. su nombre proviene del latín citrus que significa limón. Su fórmula química es C6H8O7.

El ácido cítrico y sus sales (los citratos) son muy utilizados porque no son tóxicos, se puede manipular de forma segura, fácil, además son biodegradables.

ácido 2-hidroxi-1,2,3-propanotricarboxílico

¿QUE ES EL ACIDO CÍTRICO?

DESCRIPCIÓN DEL PRODUCTO

El ácido cítrico, es un sólido translúcido o blanco, inodoro, sabor ácido fuerte pero no desagradable, fluorescente al aire seco. Cristaliza a partir de soluciones acuosas concentradas calientes en forma de grandes prismas rómbicos, con una molécula de agua, la cual pierde cuando se caliente a 100°C, fundiéndose al mismo tiempo.

OBTENCIÓN

El ácido cítrico se obtiene por un proceso de fermentación. Originalmente se obtenía por extracción física del ácido del zumo de limón. Hoy en día la producción comercial de ácido cítrico se realiza sobre todo por procesos de fermentación que utilizan dextrosa o melaza de caña de azúcar como materia prima y Aspergillus niger como organismo de fermentación.

El proceso de obtención tiene varias fases como la preparación del sustrato de melaza, la fermentación aeróbica de la sacarosa por el aspergillus, la separación del ácido cítrico del sustrato por precipitación al añadir hidróxido de calcio o cal apagada para formar citrato de calcio. Después se añade ácido sulfúrico para descomponer el citrato de calcio. La eliminación de impurezas se realiza con carbón activado o resinas de intercambio iónico, se continúa con la cristalización del ácido cítrico, el secado o deshidratación y el empaquetado del producto.

CONDICIONES AMBIENTALES DE LA FERMENTACIÓN

PH: el empleo de pH bajo favorece la producción de ácido cítrico, suprime la de oxálico, reduce al mínimo el peligro de contaminaciones y facilita la esterilización. El intervalo de pH más satisfactorio es de 1 a 2%. TEMPERATURA: la temperatura óptima para las cepas productoras de ácido cítrico se encuentra entre 25°C y 35°C. AIREACIÓN: la formación de ácido cítrico es un fenómeno de oxidación y por lo tanto, el oxígeno no debe faltar nunca. Para cultivos de superficie, la circulación de aire saturado de humedad debe ser de 200 ml de aire por hora y por gramo de micelio. Para procesos a micelio sumergido, la cuba se airea con oxígeno o aire a presión (presión en la cuba, 2 a 3 atm), regulando la velocidad del agitador de manera de disolver más de 100 mg de O2 por litro y por minuto.

PRODUCCIÓN FÚNGICA DEL ACIDO CÍTRICO

La producción de acido cítrico se consigue preferiblemente por Aspergillus Níger desarrollado en medio con azucares a pH bajo. A pH alto, el A. Níger produce acido oxálico.

LAS RAZONES DEL DOMINIO DEL A. NÍGER SOBRE OTRO MICROORGANISMO SON:

•Facilidad de manejo.•Uso de materia prima barata como sustrato.•Rendimientos altos y consistentes.•Económicamente conveniente.

OBTENCIÓN DEL ÁCIDO CÍTRICO POR MEDIO DE ASPERGILLUS NÍGER

La preparación del ácido cítrico consiste, en términos generales, en una fermentación aeróbica del azúcar, utilizando un cultivo de Aspergillus Níger que es un hongo que produce como metabolito primario ácido cítrico, por eso en este proceso se usa como agente fermentador. Luego la posterior purificación, mediante el proceso cal-sulfúrico y la recuperación final del producto.

Materias Primas

•Melaza o jarabe de Caña de Azúcar. •Ácido sulfúrico •cal apagada •Resinas de Intercambio Iónico. •Amoniaco •Carbón activado.

Materias Primas (Proceso a partir de Aspergillus Níger)

Melaza o jarabe de Caña de AzúcarLíquido viscoso de color castaño oscuro que se obtiene como producto secundario en la fabricación del azúcar de caña. Las melazas son la parte no cristalizable del azúcar. Formada por un 67% de sacarosa, junto con algo de glucosa y fructosa; las melazas se utilizan también para fabricar alcohol industrial, ácido acético, ácido cítrico, levaduras y en general para cualquier proceso donde se requiera de un medio de cultivo que sirva como fuente de nutrientes para facilitar la germinación, crecimiento y reproducción de los microorganismos productores de determinado metabolito en este caso del ácido cítrico.

Ácido sulfúricoEl ácido sulfúrico es un ácido fuerte, muy corrosivo cuya fórmula es H2SO4, el ácido sulfúrico concentrado se comporta como un agente oxidante capaz, por ejemplo, de disolver metales tan poco reactivos como el cobre, el mercurio y el plomo, produciendo el sulfato del metal.En el proceso es muy importante porque reacciona con el citrato de calcio y lo hace precipitar en forma de yeso o sulfato cálcico, permitiendo liberar el ácido cítrico presente.

Cal apagada (Ca (OH)2)El agua de cal, que es una disolución alcalina de cal apagada en agua, se utiliza principalmente en medicina como antiácido, como neutralizador de un ácido venenoso o para el tratamiento de las quemaduras. En la elaboración de ácido cítrico es usada para formar citrato de calcio y así poder separar el ácido cítrico.

Amoniaco, NH3Gas de olor picante, incoloro, de fórmula NH3, muy soluble en agua. Una disolución acuosa saturada contiene un 45% en peso de amoníaco a 0 °C, y un 30% a temperatura ambiente. Disuelto en agua, el amoníaco se convierte en hidróxido de amonio, NH4OH, de marcado carácter básico y similar en su comportamiento químico a los hidróxidos de los metales alcalinos. En la fermentación de la glucosa con Aspergillus Níger, el amoniaco representa una importante fuente de nitrógeno, útil para que se lleve a cabo la germinación y crecimiento del hongo.

Carbón activoEs un mineral usado como secuestrante de partículas iónicas de metales, dichas partículas se producen por medio de las materias primas o reacciones producidas entre ellas y los aditivos; estas se van adhiriendo a la corriente del proceso, causando daños en las propiedades del producto final: color, apariencia, consistencia, sabor, olor, etc.

PROCESO DE PRODUCCIÓN

1. Preparación del sustrato (melaza)El objetivo de esta primera etapa del proceso es la purificación del jarabe. Se inicia mezclando el jarabe con agua para diluirlo; una vez diluido se pasa por un filtro de vacío para eliminar los sólidos suspendidos y las impurezas de la melaza. Luego el jarabe es pasado por una celda de intercambio iónico para retirar los iones del flujo. Después el jarabe es sometido a un proceso de pasteurización que consiste en elevar la temperatura a 105°C durante tres minutos y bajarla nuevamente hasta 37°C. La pasteurización se lleva a cabo primero en un calentador de evaporación instantánea, después se utiliza un circuito de acumulación y un enfriador de jarabe.

3. Purificación del ácido cítricoEl ácido cítrico debe ser separado del micelio, el microorganismo muerto, el azúcar residual, las proteínas producidas por la fermentación y otras impurezas solubles. Para lo cual se lleva a cabo el proceso denominado cal-sulfúrico: se basa en tratar el licor madre con una lechada de la cal (Ca(OH)2 cal apagada)de lo cual se forma citrato de calcio. Este citrato resultante es lavado y el micelio es filtrado. Posteriormente se añade ácido sulfúrico para descomponer el citrato de calcio. Por lo tanto en esta etapa se forma sulfato de calcio el cual es retirado de la solución por medio de un filtro rotatorio al vacío y se constituye como un desperdicio o como un subproducto del proceso.

2. FermentaciónUna vez pasteurizado, es bombeado al fermentador el cual es un recipiente rígido de 150 m3 en donde se lleva a cabo la transformación de la sacarosa en ácido cítrico por medio del Aspergillus Níger. El Aspergillus Níger es inoculado en este fermentador. Se hace el ajuste del pH y se añaden nutrientes (amoniaco NH3, sales de fermentación). El aire estéril se burbujea dentro del fermentador. Luego de la fermentación, el flujo es pasado por un filtro rotatorio al vacío para separar el micelio. La masa conformada por el micelio y el microorganismo muerto se denomina biomasa o torta y constituye un subproducto o un efluente del proceso.

3.1 Celdas primarias de carbón activadoEn estas celdas son removidas las impurezas solubles que producen color a la solución de Ácido Cítrico y en general sustancias orgánicas contenidas en el licor. Debido que a lo largo del proceso se añaden sustancias que aumentan la cantidad de iones contenidos en la solución de acido Cítrico, antes de cristalizarlo hay que retirar estos iones (Ca++ y SO4=) para estos se usan celdas de resinas de intercambio iónico. La corriente alimenta los evaporadores de doble o de triple efecto donde se busca retirar la mayor cantidad de agua para pasar al cristalizador.

3.2 CristalizaciónEn este proceso se separan los cristales formados del liquido saturado que se denomina licor madre. Este licor se recircula a la etapa de intercambio iónico (celdas de carbón) o al tanque de tratamiento por cal. Los cristales de ácido cítrico húmedos se redisuelven y se recristalizan al vacío. Luego pasan a la centrifuga en donde es eliminado el licor madre de los cristales formados.

3.3 SecadoSe realiza en un equipo de lecho fluidizado, que permite retirar humedad hasta cumplir con las especificaciones.

3.4 ClasificaciónEstos cristales son alimentados a un clasificador con 4 mallas en el interior. Aquí se separan en tres presentaciones (cristal, granular y granular fino). Es rechazado cualquier material fuera de los tamaños estándares, es decir, los terrones y el polvillo.

3.4 EmpaqueLos tamaños anteriormente clasificados son empacados en bolsa interior de polietileno y exterior de polipropileno.

OBTENCIÓN DE ÁCIDO CÍTRICO POR ASPERGILLUS NÍGERDIAGRAMA DE BLOQUES

SECTOR USO Y APLICACIÓN

BebidasSaborizante y regulador del pH; incrementa la efectividad de los conservantes antimicrobianos.

Dulces y Conservas Acidulante y regulador del pH para lograr una óptima gelificación.

CaramelosAcidulante y regulador del pH con el objetivo de alcanzar la máxima dureza de los geles.

Verduras procesadas En combinación con ácido ascórbico, previene la oxidación.

Alimentos congeladosAyuda a la acción de los antioxidantes; inactiva enzimas previniendo efectos indeseables; inhibe el deterioro del sabor y color.

Frutas y hortalizas enlatadas

Disminuye el pH; al actuar como quelante: previene la oxidación enzimática y la degradación del color, resalta el sabor.

Aceites y grasas Previene la oxidación.

Confitería y reposteríaSe utiliza como acidulante, resaltador de sabores y para optimizar las características de los geles.

Quesos pasteurizados y procesados

En forma de sal, como emulsificante y texturizante.

Lácteos Estimulante en cremas batidas.

Carnes Se utiliza como auxiliar del procesado y modificador de textura.

USOS DEL ÁCIDO CÍTRICO POR SECTOR