Acid citric hay axit xitric là một axit hữu cơ yếu. Được tìm thấy chủ yếu trong các loại trái cây thuộc họ citrus (cam, quýt). Các loài chanh có hàm lượng cao acid citric; có thể tới 8% khối lượng khô trong quả của chúng (1,381,44 gam trên mỗi loại nước quả). Hàm lượng của acid citric trong quả cam, chanh nằm trong khoảng từ 0,005 molL đối với các loài cam và bưởi chùm, và tới 0,03 molL trong các loài chanh. Các giá trị này cũng phụ thuộc vào các điều kiện môi trường gieo trồng. Nó là một chất bảo quản tự nhiên và cũng được sử dụng để bổ sung vị chua cho thực phẩm hay các loại nước ngọt.
Bộ công thương Viện Công nghệ Sinh học Thực phẩm Mơn: Hóa sinh TIỂ U LUẬN: ACID CITRIC: ĐẶC TÍNH, ỨNG DỤNG, TỔNG HỢP, ĐIỀU CHẾ VÀ CHIẾT SUẤT GVHD: SVTH : Khóa: 2012 -2016 TPHCM, ngày 31 tháng năm 2014 Mục lục I Tổng quan acid citric Acid citric Lịch sử II Đặc tính acid citric Cấu tạo, danh pháp Tính chất 2.1 Tính chất vật lý 2.2 Tính chất hóa học III Ứng dụng acid citric Acid citric tác dụng sinh lý lên thể Ứng dụng công nghệ thực phẩm 2.1 Tạo vị chua 2.2 Cơ chế tác dụng chống vi sinh vật 2.3 Cơ chế tác động lên trình oxi hóa chất béo 2.4 Cơ chế tác động lên trính oxi hóa rau 12 2.5 Liều lượng sử dụng acid citric số loại thực phẩm tiêu biểu 12 Các ứng dụng khác 13 IV Chiết suất acid citric 14 V Tổng hợp điều chế acid citric 15 1.Nguồn nguyên liệu 15 1.1 Yêu cầu nguyên liệu lên men 15 1.2 Cơ sở lý thuyết chế hình hành acid citric 15 1.3 Nguồn nguyên liệu glucid 16 1.4 Nguồn vi sinh vật sử dụng để lên men 16 1.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến tình sản xuất acid citric 17 2.Công nghệ sản xuất acid citric phương pháp lên men 17 2.1 Quy trình công nghệ 17 2.2 Các phương pháp lên men acid citric 19 VI Kết luận 25 Danh mục tài liệu tham khảo 26 I Tổng quan acid citric: Acid citric: - Acid citric hay axit xitric axit hữu yếu Được tìm thấy chủ yếu loại trái thuộc họ citrus (cam, qt) - Các lồi chanh có hàm lượng cao acid citric; tới 8% khối lượng khô chúng (1,38-1,44 gam loại nước quả) Hàm lượng acid citric cam, chanh nằm khoảng từ 0,005 mol/L loài cam bưởi chùm, tới 0,03 mol/L loài chanh Các giá trị phụ thuộc vào điều kiện mơi trường gieo trồng Nó chất bảo quản tự nhiên sử dụng để bổ sung vị chua cho thực phẩm hay loại nước Trong chanh chứa hàm lượng acid citric cao Lịch sử: - Vào kỷ thứ 8, nhà giả kim thuật JabirIbn Hayyan, người Iran phát acid citric.Các học giả thời Trung cổ châu Âu nhận thức chất axít loại nước cam, chanh; kiến thức ghi lại Bách khoa Toàn thư kỷ 13 Speculum Majus (Tấm gương Lớn), Vincent of Beauvaisviết - Năm 1860, Sản xuất acid citric quy mô công nghiệp dựa ngành công nghiệp sản xuất loại cam chanh Italia - Năm 1784, Acid citric lần Carl Wilhelm Scheele, nhà hóa học người T hụ y Điển, lập ơng kết tinh từ nước chanh - Năm 1993, C.wehmer phát nấm mốc tạo nên acid citric từ đường.Tuy nhiên, sản xuất sinh học acid citric không trở thành quan trọng mặt công nghiệp tận T hế chiến I làm gián đoạn xuất cam chanh Italia - Năm 1917, nhà hóa học thực phẩm người Mỹ James Currie phát số biến thể nấm Aspergillus niger nhà sản xuất acid citric có hiệu Pfizer bắt đầu sản xuất quy mơ cơng nghiệp kỹ thuật sau năm - Trước 1920, acid citric sản xuất chủ yếu Sicily công ty Arenella( Palermo) độc quyềnsản xuất - Năm 1923, New York, acid citric sản xuất từ vi sinh vật theo phương pháp lên men bề mặt - Năm 1929.Citrique Belge bắt đầu sản xuất - Năm 1930, phương pháp lên men chìm sử dụng để sản xuất acid citric - Hiện hai phương pháp lên men chìm lên men bề mặt sử dụng để sản xuất acid ctric II Đặc tính acid citric Cấu tạo, danh pháp: - Công thức phân tử: C6H8O7 (monohydrat) (dạng khan), C6H8O7.H2O - Công thức cấu tạo: Hình: Cơng thức cấu tạo acid citric (Nguồn: http://en.wikipedia.org/wiki/Citric_acid) - Danh pháp tricacboxylic IUPAC: Acid 2-hydroxypropan-1,2,3- - Tên khác: Acid 3-hydroxypentanedioic axit 3-cacboxylic, Citrat hiđrơ, E330 Tính chất: 2.1 Tính chất vật lý - Có dạng: axit citric chất bột kết tinh màu trắng (ở nhiệt độ phịng) Nó tồn dạng khan (khơng chứa nước) hay dạng ngậm phân tử nước (monohydrat) Dạng khan kết tinh từ nước nóng, dạng monohydrat hình thành axit citric kết tinh từ nước lạnh Dạng monohydrat chuyển hóa thành dạng khan nung nóng tới 74 C Acid citric hòa tan etanol khan tuyệt đối (76 phần acid citric 100 phần etanol) 15 C - Có vị chua đặc trưng - Khối lượng phân tử: 192.13 g/mol - Nhiệt độ nóng chảy: 153 C - Nhiệt độ sơi: 175 C (phân hủy) - Độ hòa tan nước: 133g/100ml (20 C) - Độ acid( pKa): pKa1= 3.15, pKa2= 4.77, pKa= 6.40 2.2 Tính chất hóa học - Về mặt hóa học acid citric có tính chất tương tự axit carboxylic khác Khi nhiệt độ 175 C phân hủy tạo thành CO2 nước.Nó coi tác nhân làm tốt mặt mơi trường đóng vai trị chất chống oxy hóa - Tính axit acid citric: ảnh hưởng nhóm carboxyl -COOH, nhóm carboxyl cho proton để tạo thành ion citrat - Tính đệm muối citrat: dùng làm dung dịch đệm tốt để hạn chế thay đổi pH dung dịch acid - Các ion citrat: kết hợp với ion kim loại để tạo thành muối, phổ biến muối canxi citrat dùng làm chất bảo quản giữ vị cho thực phẩm Bên cạnh ion citrat kết hợp với ion kim loại tạo thành phức dùng làm chất bảo quản làm mềm nước III Ứng dụng acid citric Acid citric tác dụng sinh lý lên thể - Trong sinh học, tác nhân trung gian quan trọng chu trình acid citric xuất trao đổi chất gần sinh vật - Nó coi tác nhân làm tốt mặt mơi trường đóng vai trị chất chống ôxi hóa - Acid citric hợp chất tham gia vào chuỗi phân giải chất béo, peotein cacbohirat thành dioxit cacbon nước - Chuỗi phản ứng hóa học trung tâm gần phản ứng trao đổi chất nguồn hai phần ba lượng có nguồn gốc từ thực phẩm sinh vật bậc cao Nó Hans Adolf Krebs phát Krebs nhận Giải Nobel Sinh lý Y khoa năm 1953 cho phát Chuỗi phản ứng biết đến nhiều tên gọi khác nhau, chu trình acid citric, chu trình Krebs hay chu trình acid tricacboxylic (hay chu trình TCA) * Một số tác dụng khơng mong muốn: Việc tiếp xúc với acid citric khô hay đậm đặc gây kích ứng da mắt, tiếp xúc gần với mắt gây bỏng làm thị giác Đôi hàm lượng cao acid citric gây tổn hại cho tóc, mở lớp cutin tóc Nó làm chất cần thiết cho tóc làm cho tóc bị bạc màu Việc sử dụng nhiều acid citric dễ làm tổn hại men Sơ đồ chu trình acid citric Ứng dụng thực phẩm - Sử dụng chất bảo quản tự nhiên - Kiểm soát mức độ pH - Chất chống oxi hóa - Acid citric acid hữu yếu, sử dụng chất bảo quản tự nhiên bổ sung vào thức ăn, đồ uống vị chua Trong vai trị phụ gia thực phẩm, ký hiệu E330 Acid citric sử dụng chất tạo hương vị thực phẩm đồ uống, đặc biệt loại đồ uống nhẹ Loại acid sử dụng thực phẩm đồ uống để kiểm sốt mức độ pH (nhờ tính chất đệm citrat) 2.1 Tạo vị chua + - Vị chua cảm nhận vị chua ion H , vị chua có quan hệ mật thiết với nồng độ acid Các acid khác có độ chua khác Các acid vô cho vị chua mạnh nhiều lần so với acid hữu - Acid citric acid hữu yếu cho phép sử dụng thực phẩm để tạo vị chua Tác dụng trực tiếp: ức chế khử hoạt tính enzyme, làm ngừng phản ứng trình trao đổi chất tế bào vi sinh vật Tác dụng gián tiếp: làm giảm hoạt tính nước, tạo áp suất thẩm thấu, khiến cho tế bào vi sinh vật bị nước tiêu nguyên sinh Hấp thu cố định số kim loại làm cho số trình trao đổi chất tế bào bị rối loạn Acid citric không sử dụng trực tiếp với vai trò chất chống vi sinh vật Nó thể số hoạt tính chống số nấm mốc vi khuẩn Acid citric nồng độ 0, 75% thể khả ức chế nhẹ phát triển ức chế mạnh sinh tổng hợp toxin loài Aspergillus parasiticus Với loài Aspegillus versicolor nồng độ kìm hãm phát triển để ức chế sinh tổng hợp toxin cần nồng độ 0, 25% Trái lại, acid citric 0, 75% không ảnh hưởng đến phát triển tạo toxin loài Penicillium expansum Người ta nghiên cứu thấy acid citric có khả ức chế Samonella mạnh acid lactic acid hydrochloric 2.3 Cơ chế tác động lên trình oxi hóa chất béo Sự oxy hóa chất béo: Quá trình xảy sản xuất, bảo quản chế biến thực phẩm có diện chất béo Sự oxy hóa chất béo nguyên nhân hạn chế thời gian bảo quản sản phẩm Sự oxy hóa chất béo khơng no khởi tạo việc tạo thành gốc tự tác dụng ánh sáng, nhiệt độ, ion kim loại oxy Thơng thường phản ứng xảy nhóm metyl cận kề với nối đôi C=C Cơ chế phản ứng oxy hóa chất béo xảy phức tạp, chia thành giai đoạn là: Khởi tạo, lan truyền – tạo sản phẩm trung gian kết thúc phản ứng - Khởi tạo - Lan truyền - tạo sản phẩm trung gian 10 1.Nguồn nguyên liệu 1.1 Yêu cầu nguyên liệu lên men Nguyên liệu phải đảm bảo đủ lượng đường cho vi sinh vật phát triển Giống vi sinh vật dùng sản xuất acid citric phải đảm bảo yêu cầu sau: Có khả tạo acid citric mạnh Có khả chịu mơi trường acid lượng acid citric tăng cao Ít tạo acid hữu khác như: acid oxalic, acid gluconic, acid fumaric 1.2 Cơ sở lý thuyết chế hình hành acid citric: Trong q trình glucose chuyển hố thành acid pyruvic theo đường EMP (Embden-Mayerhof-Parnas), sau acid pyruvic tiếp tục chuyển hố thành acid citric Phương trình tổng quát trình sau: 2C6H12O6 + 3O2 → 6C6H8O7 + 4H2O Glucose Acid citric Cơ chế chuyển hố biểu diễn sau: Đường C6H12O6 thuỷ phần thành acid pyruvic CH3 COCOOH CH3COCOOH + CO2 → HOOCCH2COCOOH Acid oxaloacetic HOOCCH2COCOOH + CH3COOH → CH2COOHCOHCOOHCH2COOH Acid citric 1.3 Nguồn nguyên liệu glucid: - Mật rỉ: Mật rỉ phụ phẩm ngành sản xuất đường, sản phẩm cuối q trình sản xuất đường mà từ đường khơng cịn kết tinh cách kinh tế cơng nghệ thơng thường Thành phần mật rỉ đường, chủ yếu sucroza với glucoza fructoza Nói chung, sản lượng mật rỉ khoảng 1/3 sản lượng đường sản xuất Cứ khoảng 100 mía đem ép có - rỉ mật sản xuất - Tinh bột sắn: Độc tố sắn có tên chung Phazeolunatin chứa nhiều sắn đắng, chủ yếu vỏ cùi, hàm lượng Phazeolunatin vào khoảng 0,001 - 0,04% Phazeolunatin không độc 19 20 ... 2. 2 Tính chất hóa học III Ứng dụng acid citric Acid citric tác dụng sinh lý lên thể Ứng dụng công nghệ thực phẩm 2. 1 Tạo vị chua 2. 2 Cơ chế. .. citric 17 2 .Công nghệ sản xuất acid citric phương pháp lên men 17 2. 1 Quy trình cơng nghệ 17 2. 2 Các phương pháp lên men acid citric 19 VI Kết luận 25 ... Danh mục tài liệu tham khảo 26 I Tổng quan acid citric: Acid citric: - Acid citric hay axit xitric axit hữu yếu Được tìm thấy chủ yếu loại trái thuộc họ citrus (cam, qt) - Các lồi