اسیدسیتریک نخستین بار در قرن 18 میلادی توسط یک محقق سوئدی به نام کارل ویلهلم شل، از آب لیمو استخراج شد و تا اوایل قرن 20، تنها از همین روش برای تولید آن استفاده میشد. این ماده رنگ و بو نداشت و به عنوان طعمدهنده و تخمیرکننده در تولید مواد غذایی مثل پنیر از آن استفاده میکردند. بعدها محققان توانستند به طور مصنوعی از کپک سیاه آسپرژیلوس نایجر که نوعی قارچ است، اسید سیتریک تولید کنند. امروزه درصد بسیار کمی از تولیدات اسید سیتریک به منابع طبیعی اختصاص دارد. و این ماده عمدتا از روشهای تخمیری تولید می‌گردد. رشد روزافزون تقاضا برای اسید سیتریک در صنایع گوناگون و عدم دسترسی آسان به منابع هیدروکربنی، محققان را بر آن داشته که به دنبال منابع طبیعی ارزان‌قیمت و تکنیک‌هایی برای بهینهسازی تولید با کنترل پارامترهای دخیل در این فرایند باشند. در این راستا، استفاده از ضایعات کشاورزی و زباله‌های زراعی که به آسانی و با کمترین هزینه قابل دسترسی هستند، پتاسیل عظیمی جهت کاهش استفاده از منابع، افزایش بازدهی تولید و هم‌سو ساختن فعالیت‌های تجاری با ارزش‌های محیط زیستی دارند. در این مطلب به بررسی روش تولید اسید سیتریک از ضایعات کشاورزی پرداخته شده است.
اسید سیتریک چیست و چه کاربردهایی دارد؟
اسید سیتریک با نام تجاری جوهرلیمو، نوعی ماده آلی با خاصیت اسیدی است. فرمول شیمیایی این ماده C6H8O7 است و به طور طبیعی در برخی مواد غذایی مثل لیمو، پرتقال و لیموترش وجود دارد و طعم ترش مرکبات به خاطر وجود همین ماده اسیدی است. سیتریک اسید نوعی هیدروکسی اسید است که از اضافه شدن گروه عاملی هیدروکسل به اسیدهای کربوکسیلیک ایجاد میشود. این ماده به دو شکل آبدار (مونوهیدرات) و خشک (آنهیدرات) وجود دارد.
سالانه مقادیر زیادی اسید سیتریک برای مصارف گوناگون در جهان تولید میشود. در صنایع غذایی از اسید سیتریک به عنوان تنظیم‌کننده اسیدیته، طعمدهنده و ترشکننده محصولات استفاده میشود. این ماده با کاهش PH، مانع از رشد باکتری در محیط و افزایش عمر غذاهای فراوریشده میشود. کارشناسان کشاورزی از اسید سیتریک جهت تنظیم اسیدیته برای کشت محصولاتی که به خاک اسیدی نیاز دارند، بهره میگیرند. کاربرد عمده دیگر اسید سیتریک در تولید مواد ضدعفونی‌کننده و شوینده است و علاوه بر آن در ساخت مواد آرایشی، دارو، مکمل و صنایع شیمیایی نیز کاربرد دارد. ساخت روانکننده‌ها و سیمان کندگیر از مصارف سیتریک اسید در صنایع ساختمانی است.
روشهای تولید اسید سیتریک
به طور عمده اسید سیتریک از طریق واکنش‌های شیمیایی، تخمیر میکروبی و روشهای طبیعی قابل استحصال است. در روش تخمیر میکروبی استفاده از قارچهای Aspergillus niger در جهان مرسوم است و پتاسیل بالایی در تولید اسیدهای آلی دارد؛ اما در مقابل آن، تولید اسید سیتریک از طریق واکنش‌های شیمیایی به لحاظ اقتصادی با استقبال چندانی مواجه نشده‌است.
از آنجا که زمینه‌های کاربردی سیتریک اسید بسیار متنوع و تقاضا برای آن مرتبا در حال افزایش است، شرکتها به دنبال یافتن راهکارهایی برای بهینهسازی تولید این ماده پراهمیت هستند. امروزه کارشناسان بر روی تکنیک‌های مقرون به صرفه و سازگار با محیط زیست تحقیق می‌کنند، تا مشکلات روشهای فعلی را برطرف ساخته و بازدهی تولید را بالا ببرند.
تولید اسید سیتریک از ضایعات کشاورزی
به دلیل گرانی و افزایش قیمت هیدروکربنهایی که به عنوان سوبسترا در تولید اسید سیتریک استفاده می‌شوند و همچنین کاهش دسترسی به این منابع بهتر است به منابع پایدار و طرح‌هایی بر پایه ضایعات کشاورزی بیشتر از قبل توجه شود. به منظور کاهش هزینه تولید و در راستای اهداف محیط زیستی و مدیریت صحیح پسماند، استفاده از ضایعات کشاورزی در تولید اسید سیتریک مطرح شده‌است. این ضایعات شامل کاه و ساقه گندم، تفاله سیب، تفاله خرما، تفاله قهوه، باگاس خام نیشکر، سبوس و کاه برنج، پوست بادامزمینی، ضایعات آناناس و … میشود.
در تحقیقی که توسط کارشناسان دانشگاه آزاد رشت صورت گرفت، فاکتورهای مهم در تولید اسید سیتریک شامل نوع سوبسترا، دما، زمان تیمار و PH مورد بررسی قرار گرفت. سوبسترا یا پیشماده، مولکول زیستی و آلی است که آنزیم بر آن اثر کرده و آن را تغییر میدهد تا به یک یا چند محصول دیگر تبدیل شود. در نتایج این پژوهش آمده که کاه گندم با توجه به قیمت ارزان، بستر مناسبی برای تولیدات تجاری اسید سیتریک محسوب میشود.
در پژوهش دیگری که توسط محققین دانشگاه ارومیه انجام شد، با بهینهسازی عوامل دخیل شامل رطوبت، مدت زمان تخمیر، آهنگ هوادهی و … حداکثر 159.14 گرم اسید سیتریک در 1 کیلوگرم تفاله خشک سیب بدست آمد. از این جهت میتوان تفاله سیب را به عنوان سوبسترای رایگان برای تولید میکروبی سیتریک اسید توسط آسپرژیلوس نایجر برشمرد.
در آزمایشاتی که در آن از باگاس نیشکر و کاه گندم به عنوان سوبسترای ارزان در تولید اسید سیتریک استفاده شد، راندمان تولیدی بر مبنای قند قابل تخمیر در این مواد معادل 97 و 93 درصد بدست آمد.
با توجه به کلیه تحقیقات صورت گرفته و کاربرد فراوان اسید سیتریک، میزان تقاضا و میزان واردات آن میتوان به اهمیت مطالعات بیشتر در این زمینه پی برد. این موضوع با نگاهی به حجم ضایعات کشاورزی تولیدی در کشور و مشکلات محیط زیستی در دفع و مدیریت پسماند، اهمیت بیشتری یافته و میتواند راهگشای بسیاری از مسائل اقتصادی، تولیدی و محیط زیستی باشد.