Universi tatea Politehnica Timișoara [626642]

Universi tatea Politehnica Timișoara
Facultatea de Chimie Industrială și Ingineria Mediului

Proiect de diplomă
Acid Citric

Coordonator ș tiințific: Ș.l. Dr.Ing. Todea Anamaria
Student: [anonimizat]

1
PARTEA I STUDIU DE LITERATURĂ

I.1 Obiectivele proiectului. Prezentarea generală a produsului .
În Codex Alimentarius aditivul este definit ca orice substanță care nu este consumată ca
aliment și în mod normal nu este fo losită ca ingredient tipic al alimentului, in diferent dacă are
sau nu are valoare n utritivă, adăugarea aditivilor în alimente servește un ui scop tehnologic din
punct de vedere al procesării, preparării ,tratării, ambalării, transportării și păstrării produselor
alimentare, f iind așteptate rezultate p ozitive în ceea ce privește proprietățile acestora [1].
În domeniul alimentar, aditivii reprezintă o necesitate pentru fabricarea și procesarea
majorității alimentelor. Aceștia fac posibilă obținerea unor produse de calitate înaltă și care
asigură păstrare a acestora pe o durată mai lungă de timp.
Aditivii se împart în patru categorii:
 substanțe cu rol nutritiv,
 substanțe cu efect stabilizator,
 substanțe cu efect organoleptic
 substanțe cu rol de auxiliari tehnologici.
Acidul citric este unul dintre aditivi alimentari cei mai importanți și se încadrează în
categoria substanțelor cu efect organoleptic, acesta find un acidulant [2].
Acidul citric sau acidul 2 -hidroxi -1,2,3 -tricarboxilic este un acid tricarboxilic având
formula C 6H8O7.
Acidul c itric se regăsește în mod natural în sucul citricelor,în cantități mai mari, dar
apare și în cantități mai mici ca în mere, pere, coacăze, smochine, zmeură și în ananas. Acesta
se produce la aproximativ 400 000 t/an, f iind unul dintre acizii organici de biosinteză cu cel mai
mare tonaj. Se folosește drept acidulant în toate tipurile de băuturi răcoritoare [3].
Tabelul I.1 Cantitatea de acid citric în mg/100 ml a anumitor tipuri de fructe [4]
Fructe Cantitate [mg/100 ml]
Lime 7000
Lămâie 5630
Zmeură 2480
Ananas 605
Căpșună 580
Măr 14

În lista E -urilor aprobate în țara noastră, acidul citric ocupă poziția E330. De asemenea,
acidul citric mai este recunoscut și sub altă denumire, precum cea de sare de lămaie, având un
gust acru [5].

2

Figura I.1.1 Structura chimică a acidului citric

I.2 Procese de obținere
I.2.1.Obținerea prin extracție.
Prima metodă industrială de obținere a acidului citric s -a realizat prin extracție din
sucurile unor fructe. Inițial acesta s -a obținut din sucul de lămâie, atingând concentrații de până
la 10%, dar se regăsește în concentrații mai mici și în alte fructe. Separarea are loc prin
precipitare cu citrat de calciu și se tratează cu acid sulfuric. Se obține sulfat de calciu care este
filtrat rezultând c ristale mărun te de acid citric. Procedeul extra ctiv a fost înlocuit datorit ă
introducerii procedeului fermentativ [3].
I.2.2.Obținerea prin fermentație
O altă metodă industrială este prin fermentare . Mucegaiurile utilizate sunt din genul
Aspergillus, Cytromyces, Penicil lium și Mucor , dar tulpina cea mai utlizată este cea de
Aspergillus niger , deoarece oferă cele mai concrete rezul tate. O alternativă este reprezentată și
de drojdii , dar nu au o utilizare la fel de mare ca și mucegaiurile [3].
I.2.2.1. Fermentația la supra față
În fermentația la suprafață, Aspergillus niger este crescută pe un substrat lichid în tăvi
așezate vertical una peste cealaltă, acestea fiind sterilizate. Tăvile sunt umplute manual sau
automat. Camera este încălzită prin introducerea aerului umed,ste ril la temperatura stabilită.
Lichidul și suprafața microorganismelor sunt îndepărtate manual sau automat. Tăvile sunt
curățate înainte ca următoarul lot să fie introdus.
Substratul pentru fermentație este un carbohidrat, de obicei melasă sau un zahar , cum ar
fi sfecla nerafinată sau rafinată, trestie de zahăr sau un sirop. Anumite substanțe anorganice
nutritive cum ar fi: nitrat de amoniu, fosfat de potasiu, sulfat de zinc și ferocianura de potasiu.
Sterilizarea se realizează în mod continuu sau disco ntinuu. După sterilizare temperatura este
fixată la valoarea prescrisă.
Suprafața sterilă a substratului din tăvi este inoculată cu spori de Aspergillus niger , care
germinează și acoperă suprafața lichidului. După două până la trei zile, suprafața este complet
acoperită și începe producerea de acid citric, până la cunsumarea a 80 -90% din zahăr.
Fermentația apoi continuă lent încă șase până la zece zile.
Randamentul teoretic la 100 kg sucroză este de 112 kg acid citric anhidru, dar din punct
de vedere practic nu se obține decât 55 -57% din randamentul teoretic [4].

3
I.2.2.2. Fermentația submersă
Fermentația submersă este asemănătoare fermentației la suprafață dar are loc în tancuri
de fermentație mari. Această metodă este utilizată mai frecvent deoarece este mai puțin
costisitoare.
Vasele de fermentație pot fi scurte și largi sau înalte și înguste prevăzute cu sisteme de
agitare de diferite tipuri. Agitarea poate fi realizată și prin recirculare de substrat. Aerul este
transportat în i nteriorul vasului unde poate fi îmbogățit cu oxigen, acesta din urmă fiind
recuperat din gazele evacuate.
Aerul este transportat de un compresor și trece printr -un filtru steril, fiind răcit dacă este
necesar. Vasele de fermentație trebuie prevăzut e cu răcite deoarece procesul este exoterm.
Substratul este preparat separat într -un tanc și are un pH adecvat. Substratul este
sterilizat cel mai adesea print -un procedeu continuu. Fermentatorul este sterilizat, încărcat cu
substrat și inoculat. Fermenta ția necesită 3 -14 zile. După fermentația completă, transportul de
aer este oprit pentru a împiedica microorganismele să consume acidul citric [4].
I.3 Proprietățile produsului și metode de caracterizare
I.3.1 Proprietăți fizice
Acidul citric este o substan ță incoloră, inodoră cu gust acru, deși putenic acid. Forma
anhidră cristalizează din soluție saturată la o temperatură de 40 șC sub formă de cristale
prismatice în sistemul monoclinic. Cristalele sunt translucide, incolore.
Acidul citric anhidru există în condiții de umiditate normală. Cristalele anhidre absorb
treptat apă în aer umed. Acesta este ușor solubil în apă, parțial solubil în alcooli alifatici și greu
solubil în eter etilic.
Deshidratarea monohidratului are loc în aer foarte uscat și este mai repede dacă se
realizează în vid [4].
Tabelul I.3.1.1 Proprietățile fizice ale acidului citric anhidru
Proprietăți fizice
Aspect Pulbere
Masă moleculară 192,123 g/mol
Punct de topire 156șC
Punct de fierbere 310șC
Solubilitate În apă 147.76g/100 ml (20 șC)
Densitate 1.665 g/cm3

4
I.3.2 Proprietăți chimice
Obținerea acidului citric din acetonă :

Figura I.3.2.1 Formarea acidului citric
Prin încălzirea acidului citric la 175șC se produce întâi eliminarea unei molecule de
apăși se formează acidul aconitic . Prin distilarea uscată a acidului citric se formează anhidrida
acidului itaconic și a acidului citraconic [4]:

Figura I.3.2.1 Formarea anhidradei acidului itaconic și acidului citraconic
Acidul citric poate chela mulți ioni metalici în soluție prin formarea de legături între
metal și grupările carboxil sau hidroxil ale moleculei de acid citric. Uneori două sau mai multe
moleculele citrice de acid sunt implicate în interacțiune cu ionul metalic. Această proprietate
este valoro asă pentru prevenirea precipitării , schimbarea potenția lului chimic și modificarea
altor proprietăți chimice.
Acidul citric este ușor esterificat cu mulți alcooli în condițiile obișnuite în prezența unui
catalizator, cum ar fi acidul sulfuric, acid ul p-toluensulfonic sau o rășină s chimbătoare de ioni
a acidului. E sterificarea cu alcooli cu punct de fierbe re peste 150 șC nu necesită un
catalizator [4].
I.3.3 Metode de caracterizare

Figura I.3.3.1 Spectru de masă [6]

5

Figura I.3.3.2 Spectru Raman [7]

Figura I.3.3.3 Spectru 1H NMR [8]

Figura I.3.3.3 Spectru 13C NMR [9]

6

Figura I.3.3.3 Spectru ATR -IR[10]

I.4 Utilizări
Acidul citric este utilizat în anumite domenii cum ar fi domeniul alimentar,farmaceutic,
chimic, biologic, având anumite caracteristici c hiar și în domeniul cosmeticii.
Cea mai mare utilizare o are în domeniul alimentar, unde este utilizat drept component
al băuturilor răcoritoare și drept acidulant, împreună cu dioxidul de carbon,al tuturor tipurilor
de băuturi [11].
Acidul citric are anumite utilizări cunoscute [11]:
 Ca adaos în sucurile de fructe ca atare sau diluate, precum și în racoritoare carbonatate,
în care acționează ca agent de conservare și ca agent de protejare a culorii și aromei,
având în acelși timp ș i capacitatea de a chela metalele care pot provoca modificări de
culoare și aromă. Se consideră că stabilitatea culorii se realizează datorită inhibării
atacului oxidativ asupra culorii existente, inhibării dezvoltării oxidării culorii, prevenirii
formării de complexe metalice colorate. Capacitatea de a forma chelați a acidului citric
și a citraților se datorează existenței grupării hidroxil și a grupărilor carboxilice.
 În scopul stabilizării aromei produselor prin inhibarea atacului oxidativ asupra
compone ntelor de aromă și în același timp, prin inhibarea formării preoduselor cu miros
neplăcut. În cazul adaosului la vinuri, acidul citric contribuie la ajustarea acidității,
previne formarea de precipitate și casarea ferică datorită faptului că se complexează
fierul sub formă de acid ferocitric solubil, formă sub care participă la formarea casei.
Acidul citric poate fi atacat de bacteriile lactice din vin, cu formare de acid lactic și
acetic, în cazul în care vinul nu este protejat biologic. Se recomandă ca a cidul citr ic să
se adauge în faza finală a condiționării vinului. Doza de acid citric autorizată este de
50g/hL, în special pentru vinurile puțin predispuse casării care au 10 -15mg fier/L și
care, gustativ, suportă acidifierea.
 La conservarea fructelor prin congelare, caz în care, acidul citric, prin chelarea
metalelor, face ca acidul ascorbic natural din fructe și legume să nu fie distrus. Fructele

7
și legumele depielate se tratează, de aemenea, cu soluție de acid citric pentru p revenirea
îmbrunării enzimatice;
 Ca sinergetic alături de antioxidanții BHA, BHT, galatul de propil, pentru împiedicarea
râncezirii grăsimilor și uleiurilor. Se consideră că efectul sinergetic se datorează restului
citrat și nu acidului ca atare, ceea ce î nseamnă că se poate folosi ca sinergetic și citratul
de sodiu, acolo unde nu se cer condiții de acidulare. Pentru grăsimi și uleiuri este
recomandat monostearil citratul care are o solubilitate mare în grăsimi;
 Ca un component al sărurilor de topire, în ca zul brânzeturilor topite. Se utilizează
împreună cu fosfații, efectul de emulsionare fiind însă realizat de tartrați. Lactații au
însă efect invers, coagulând proteinele din brânză;
 La tratarea moluștelor supuse refrigerării si congelării. La aceste produse se formează o
culoare albastră, datorită complexului cupru -tiol. Concomitent se formează și mirosuri
străine. Prin tratarea moluștelor cu soluție de acid citric, defectele menționate nu mai
apar, datorită faptului că acidul citric complexează cupru l;
 Pentru împiedicarea zaharisirii mierii de albine, în clarificarea enzimatică a sucurilor,
ca agent de stabilizare pentru condimente, boia de ardei în sinteza grăsimilor rearanjate
necesare obținerii de shortening uri în dressingurile pentru salate;
 Ca un component al sărurilor efervescente împreună cu bicarbonatul de sodiu (acestea,
la adaos de apă degajă dioxid de carbon);

8
PARTEA II PROIECTARE TEHNOLOGICĂ

II.1 Caracterizarea materilor prime
Num ăr Denumire Caracteristici Bibliografie
1 Melasă Aspect : lichid vâscos
Culoare : brună -neagră
Proveniență melasă : trestia de zahăr
Apă: 15-20%
Substanță uscată : 80-85%
Zahăr total : 50-55%
Zahăr invertit : 20-23%
Substanțe minerale : 10-12%
Azot total : 0.3-0.6%
pH <7 [12]
2 Apă Masă moleculară: 18,015 g/mol
Aspect: lichid incolor
Densitate: 1 g/cm3
Punct de topire: 0°C
Punct de fierbere: 100°C [13]
3 Acid fosforic Masă moleculară: 97,994 g/mol
Aspect: lichid incolor
Densitate: 1,9 g/cm3
Punct de topire: 42°C
Punct de fierbere: 407°C
Solubilitate în apă: miscibil cu apă
Solubil în apă și alcolii
Presiune vaporilor: 0.03 mmHg (20 °C )
Aciditate: pk a= 2,15 [14]
4 Ferocianura
de potasiu Masă moleculară: 368,346 g/mol
Aspect: cristale galbene
Neinflamabil
Insolubil în etanol, eter
Număr E : E536 (regulator aciditate) [15]
5 Sulfat de
zinc Masă moleculară: 161,436 g/mol
Aspect: cristale incolore
Densitate: 3,8 g/cm3
Punct de topire: 680°C
Punct de fierbere: 740°C
Solubilitate în apă: miscibil cu apă
Solubil în apă și alcooli
Neinflamabil [16]
6 Aer steril Sterilizarea se realizeză prin filtrare
Presiune : 3-3,5 at
Temperatura : 150-160°C [17]
7 Clorură de
calciu
Masă moleculară: 110,98 g/mol
Aspect: pulbere alb ă
Densitate: 2,15 g/cm3 (anhidru) [18]

9
Punct de topire: 772 -775 °C
Punct de fierbere: 1935 °C
Solubilitate în apă: 74.5 g/100 mL (20 °C)
Solubil în apă, acid acetic și alcolii
Insolubil în NH 3, DMSO, CH 3COOC 2H5
Aciditate: p ka=8-9
Indice de refrac ție: nD=1,52
Număr E: E509 (regulator aciditate)
8 Hidroxid de
calciu Masă moleculară: 74,093 g/mol
Aspect: pulbere alb ă
Densitate: 2,211 g/cm3
Punct de topire: 580 °C
Solubilitate în apă: 1.89 g/L (0 °C) 1.73 g/L
(20 °C)
Solubil în apă, glicerol și acizi
Insolubil în alcolii
Bazicitate: p kb=1,37
Indice de refrac ție: nD=1,574
Număr E: E526 (regulator aciditate) [19]
9 Acid sulfuric Masă moleculară: 98,097 g/mol
Aspect: lichid incolor
Densitate: 1,84 g/cm3
Punct de topire: 10 °C
Punct de fierbere: 3 37 °C
Solubilitate în apă: miscibil cu apă
Presiune vaporilor: 0.001 mmHg (20 °C )
Aciditate: pk a= -3,199
Număr E: E513 (regulator aciditate) [20]
10 Kieselgur Masă moleculară: 60,093 g/mol
Aspect: pulbere transparentă -gri
Punct de topire: 1703 °C
Punct de fierbere: 2230 °C
Insolubil în apă [21]

11. Aspergillus niger
Specile Aspergillus sunt contaminanți obișnuiți de diverse substraturi. Una dintre cele
mai cunoscute specii este Aspergillus niger .
Aspergillus niger este o ciup ercă și recunoaște prin culoare caracteristică de maro
închis pâ nă spre negru.
Cultivarea speciei se face pe medii Czapek la 25 °C, coloniile formate ajungând la un
diametru de 4 -5 cm în 7 zile.
Aspergillus niger provoacă o boală numită "mucegai negru" pe anumite fructe și
legume, cum ar fi st rugurii, caisele, ceapa și arahidele, și este un contaminant obișnuit al
alimentelor. Aceasta are importante aplicații industriale , una dintre acestea fiind producerea
acidului citric ă[22].

10
II.2 Schema tehnologică

Tratrare
Filtrare
Acidulare
Filtrare
Purificare
Sedimentare
Filtrare
Evaporare
Cristalizare
Uscare
Acid citric Centrifugare Fermentație Sterilizare Pregătire mediu de cultură Melasă Apă
Acid fosforic
Ferocianura de potasiu
Sulfat de zinc
Aspergillius niger
Aer steril
Mucegai miceliu
CaCl 2
Ca(OH) 2
H2SO 4

Kieselgur CaSO 4

Kieselgur
consumat

11
II.3 Descrierea procesului tehnologic
1.Pregătirea mediului de cultură

În tehnologia obținerii acidului citric, o importanță foarte mare o are procesul de
pregătire a melasei pentru fermentația citrică. În general, melasele rezultate din industria
zahărului conțin o cantitate mare de fier, care inhibă atât creștere a masei celulare, cât și
obținerea acidului citric. Pentru evitarea acest ei situații melasa se poate prelucra cu agenți
chimici, absorbanți, schimbători de ioni, dar rezultatele cele mai bune s -au obținut la prelucrarea
cu ferocianură de potasiu, care perm ite sedimentarea ionilor de fier și a altor metale grele.
Pentru aceasta, melasa concentrată se încălzește la 40°C , se corectează pH -ul la valoarea
7,0, iar apoi se adaugă ferocianura de potasiu și se fierbe 45 min. După aceasta melasa se răcește
și se di luează cu apă până ce concentrația în zahăr devine 15%.
Pentru realizarea unui proces normal de creștere a masei celulare și de producere a
acidului citric este necesar ca mediul de cultură să conțină și surse de azot, sulf și
microelemente. Sursele de azot se adaugă sub formă de extract de porumb, iar microelementele
se adaugă la prepararea mediului. Melasa conține inițial și microelemente, dar o parte din ele
se separă odată cu fierul. Dintre microelemente nu trebuie să lipsească zincul, cadmiul,
alum iniul, cuprul și magneziul [23].
2.Sterilizarea

Sterilizarea este procesul prin care are loc distrugerea sau îndepărtarea
microorganismelor prezente în mediul de cultură sau pe echipamentele de fermentație cu scopul
de a asigura condiții optime de dezvoltare.
Procesul de sterilizare este de indispensabil și se realizeză prin metode fizice și chimice,
unde cel mai mult este utilizată sterilizarea termică (60 -160°C)[17].
2.1 Sterilizarea mediului de cultură
Pentru sterilizarea mediului de cultu ră pregătit pentru obținerea acidului citric se
prezintă instalația de sterilizare la 120 – 125 șC, deoarece aceasta prezintă o serie de avantaje
cum ar fi: simplitatea, usurința în exploatare a utilajelor de sterilizare și realizarea gradului de
steriliza re dorit [23].
2
Fig. II.3.2.1. Instalația de sterilizare a mediului de cultură la 120 – 125 șC [24] .

12
Este alcatuită dintr -o coloană de sterilizare (1), menținător (2) și răcitor (3). Coloana de
sterilizare este concepută din două țevi concentrice, prin țeava interioară fiind introdus aburul,
mediul de cultură circulând prin spațiul dintre cele două țevi. Încalzirea mediului se face prin
barbotarea aburului de 5 ata prin intermediul fantelor practicate pe țeava interioară, acesta fiind
dirijat tangențial și uniform cu ajutorul unui șnec montat pe exteriorul țevii. Mediul staționează
în coloană 4 – 6 secunde, după care pătrunde în menținător, unde rămâne 15 – 20 minute pentru
perfectarea procesului de sterilizare.
În final, mediul este răcit într -un schimbător de caldură tip țeavă în țeavă, la 35 – 40șC,
temperatură cu care este introdus în fermentator [23].
2.2 Sterilizarea aerului
Sterilizarea aerului se poate realiza prin filtrare, dar și prin procedee termice , metoda
cea mai indicată fiind filtrarea. Filtrele utilizate au pori mai mici decât dimnesiunea
microorganismelor și sunt confecționate din vată de sticlă, vată minerală sau alte materiale.
Pentru sterilizarea aerului prin filtrare, există anumite tipuri de filtre care se pot utiliza, cum ar
fi filtrul cu fibră de sticlă , filtre disc cu membrane (filtre absolute) și filtre tip lumânare. [17]

Fig. II.3.2.2.1 Filtrul cu fibre de sticlă [25].
(1 – placă perforată; 2 – plasă de sârmă; 3 – garnitură de cauciuc; 4 – material filtrant; 5 –
rama).
Este alcătuit dintr -un strat de material filtrant fixat între două site, susținute de două
plăci perforate. Filtrul este prevăzut cu manta de încalzire, care permite uscarea materialului
filtrant sterilizat cu abur direct. Acest tip de filtru, ind icat pentru industria de biosinteză, oferă
posibilitatea sterilizării unor debite ridicate de aer, realizarea unui grad avansat de purificare și
durată îndelungată de funcționare. Dezavantajele filtrului cu fibre sunt: operații complicate la
schimbarea fib relor de sticlă (durata 2,5 – 3 ore), manipularea neplacută a fibrelor de sticlă și
anularea efectului de sterilizare după umezirea materialului fibros.
Schema de principiu a liniei de purificare și sterilizare a aerului prin filtrare pe material
fibro s este redată în figura următoare. Conform acestei scheme, aerul, separat de impurități în
filtrul (1), trece prin compresorul (2), unde este comprimat adiabatic la 3 -3,5 at, temperatura
crescând la 150 – 160șC. După racire în (3), aerul este introdus în s eparatorul de picături (4),
filtrul principal cu material fibros (5) (prima treaptă de sterilizare), filtrul individual cu material
fibros (a doua treaptă de sterilizare, după care pătrunde în fermentator [23].

13

Fig. II.3.2.2.2 Schema de purificare și ster ilizare a aerulu [26].
3.Fermentația

Fermentația este etapa cea mai importantă din întregul proces care se realizează în niște
utilaje numite fermentatoare și cuprinde totalitatea fenomenelor prin care microorganismele îșî
procură energia, elaboreaz ă metaboliți și se multiplică[17 ].
O importanță foarte mare o are procesul de pregătire a melasei pentru fermentația citrică.
Viteza și randamentul procesului de fermentație cresc cu creșterea cantității de
ferocianură, dar numai până la concentrația de 50-60 mg%, după care scade datorită faptului că
ferocianura la concentrații mari inhibă procesul de creștere a masei celulare și de producere a
acidului citric.
Un alt factor care influențează sensibil procesul de fermentație citrice este conți nutul de
fosfor, a cărui valoare optimă este 25 -30 mg%. Fosforul reglează atât procesul de creștere a
masei celulare cât și procesul de utilizare a zahărului. Melasa conține, de obicei, 3 -20mg%
fosfor , iar până la valoarea optimă se adaugă în mediu de cul tură fie fosfor monopotasic, fie
acid fosforic.
Procesul de fermentație citrică fiind aerob, consumul de aer steril este de 1 -1,5 L aer
pentru un litru mediu pe minut,iar pH -ul se menține tot timpul între 3 și 4,5. Temperatura
procesului de bio sinteză depinde de stadiul de dezvoltare a masei celulare. Astfel, însămânțarea
se realizează la 36 -42°C, după care temperatura se coboară la 34 -36°C și se menține la această
valoare timp de 24 -36 ore, cât durează dezvoltarea masei microbiene, apoi tempera tura se scade
la 30 -32°C și se menține la această valoare pe toată durata elabor ării acidului citric.
Procesul de fermentație se realizează prin fermentație în profunzime, în fermentatoare
cilindrice, verticale echipate cu agitator, serpentină, barbotor d e aer și dispozitive de
reglare [23].
4.Centrifugarea
Aceasta se realizează pentru îndepartarea impuritățil or, microorganismelor nedorite și
în special pentru î ndepărtarea mucegaiului miceliu [23].
5.Tratarea
Pentru obținerea citratului de calciu soluția se tratează cu CaCl 2, se încălzește la 100șC
și se neutralizează la pH 6,8 -7 cu Ca(OH) 2, când precipită sărurile de calciu ale acizilor organici
formați (acid citric, succinic, malic) prin biosinteză [23].

14
6.Filtrarea
Filtrarea reprezintă separarea biomasei rezultate în urma procesului de fermentație de
produsul util. În principiu filtrarea lichidelor de fermentație se utilizează aceleași tehnici ca în
industria chimică, însă în cazul biotehnologiilor apar unele partic ularități legate de:
– volume ridicate de mediu supus filtrarii;
– prezența microorganismelor care înfundă porii materialului filtrant.
După fermentație și filtrarea miceliului, soluția apoasă se supune prelucrării pentru
separarea acidului citri c cristalin. Separarea acidului citric sub formă de cristale se bazează pe
proprietatea unor săruri ale sale (sare de calciu) de a nu se dizolva în apă [23].
7. Acidularea și filtrarea
Precipitatul format se filtrează și se spală cu apă fierbinte 95 șC după care se tratează cu
acid sulfuric pentru eliberarea acidului citric din sarea sa de calciu [23].
8. Purificarea și sedimentarea
Soluția de acid citric este purificată cu pământ de kieselgur , care absoarbe parti culele în
suspensie ce sedimentează, iar prin filtrare se obține o soluție pur ificată[27 ].
9.Evaporarea
Se obține în acest fel o soluție de acid citric de concentrație 20 -25% care se supune unei
evaporări la vid, la temperatura de 70 șC. Evaporarea se continuă până ce concentrația soluției
ajunge la d ensitatea de 1,35 -1,36 g/cm3 după care se trimite la cristalizare [23].
10.Cristalizarea
Pentru aceasta soluția se răcește de la 37 șC la 27 șC cu o viteză de 10 șC pe oră . Acidul
citric cristalizat se supune procesului de uscare [23].
11.Uscare a
Uscarea acidului citric se poate face în mod discontinuu sau continuu la temperatura de
60-70 șC, iar durata uscării variază în funcție temperatur ă. Dacă însă umiditatea aerului crește
la 90% atunci acidul citric absoarbe umiditatea aerului, trecând în soluție. Ac idul citric anhidru
se poate obține numai prin uscare cu aer a cărui umiditate trebuie să fie sub 50% [23].

15
2.4 Bilanț de materiale
Pregătite mediu de cultură
Materiale intrate
Nr. Crt. Denumire Concen
trație % Masa
tehnică
kg Masă
pură
kg Vol
um
l Densitat
e kg/m3 Nr.
Moli
kmoli Masă
molară
g/mol
1 Melasă 28 2000,00 1,41
2 Apă 40,00 36,00 40,0
0 1,00 2,00 18,00
3 Acid Fosforic 98 5,00 4,90 2,73 1,83 0,05 98,00
4 Ferocianura de
potasiu 93 1,10 1,03 0,59 1,85 0,00 368,34
5 Sulfat de zinc 94 6,00 5,65 1,69 3,54 0,0350 161,43
Total 2052,10

Materiale ieșite
Nr. Crt. Denumire Concen
trație % Masa
tehnică
kg Masă
pură
kg Vol
um
l Densitat
e kg/m3 Nr.
Moli
kmoli Masă
molară
g/mol
1 Melasă
amestec 2052,10
Total 2052,10

Sterilizare
Materiale intrate randam
ent 0,99
Nr. Crt. Denumire Concen
trație % Masa
tehnică
kg Masă
pură
kg Vol
um
l Densitat
e kg/m3 Nr.
Moli
kmoli Masă
molară
g/mol
1 Melasă
amestec 2031,58
Total 2031,58

Materiale ieșite
Nr. Crt. Denumire Concen
trație % Masa
tehnică
kg Masă
pură
kg Vol
um
l Densitat
e kg/m3 Nr.
Moli
kmoli Masă
molară
g/mol
1 Amestec
sterilizat 2031,58
Total 2031,58

16

Fermentație
Materiale intrate randam
ent 0,95
Nr. Crt. Denumire Concen
trație % Masa
tehnică
kg Masă
pură
kg Vol
um
l Densitat
e kg/m3 Nr.
Moli
kmoli Masă
molară
g/mol
1 Amestec
sterilizat 2031,58
2 Aspergillius
niger 0,1 2,03
Total 2033,61

Materiale ieșite
Nr. Crt. Denumire Concen
trație % Masa
tehnică
kg Masă
pură
kg Vol
um
l Densitat
e kg/m3 Nr.
Moli
kmoli Masă
molară
g/mol
1 Amestec
sterilizat 1237,30
2 Acid
citric(biomasă) 796,31
Total 2033,61

Centrifugare
Materiale intrate
Nr. Crt. Denumire Concen
trație % Masa
tehnică
kg Masă
pură
kg Vol
um
l Densitat
e kg/m3 Nr.
Moli
kmoli Masă
molară
g/mol
1 Amestec
fermentat 2033,61
Total 2033,61

Materiale iesite
Nr. Crt. Denumire Concen
trație % Masa
tehnică
kg Masă
pură
kg Vol
um
l Densitat
e kg/m3 Nr.
Moli
kmoli Masă
molară
g/mol
1 Soluție acid
citric 1992,94
2 Mucegai
miceliu 0,02 40,67
Total 2033,61

17
Tratare
Materiale intrate
Nr. Crt. Denumire Concen
trație % Masa
tehnică
kg Masă
pură
kg Vol
um
l Densitat
e kg/m3 Nr.
Moli
kmoli Masă
molară
g/mol
1 Soluție acid
citric 1992,94
2 Clorură de
calciu 98,00 326,28 332,94 151,
76 2,15 3,00 110,98
3 Hidroxid de
calciu 98,00 72,61 74,09 32,8
5 2,21 1,00 74,09
Total 2391,83

Materiale ieșite
Nr. Crt. Denumire Concen
trație % Masa
tehnică
kg Masă
pură
kg Vol
um
l Densitat
e kg/m3 Nr.
Moli
kmoli Masă
molară
g/mol
1 Citrat de calciu 2391,83 2492,3
0 146
7,38 1,63 5,00 498,46
Total 2391,83

Filtrare
Materiale intrate
Nr. Crt. Denumire Concen
trație % Masa
tehnică
kg Masă
pură
kg Vol
um
l Densitat
e kg/m3 Nr.
Moli
kmoli Masă
molară
g/mol
1 Citrat de calciu 2391,83 2492,3
0 146
7,38 1,63 5 498,46
2 Apă fierbinte 88,31
Total 2480,14

Materiale ieșite
Nr. Crt. Denumire Concen
trație % Masa
tehnică
kg Masă
pură
kg Vol
um
l Densitat
e kg/m3 Nr.
Moli
kmoli Masă
molară
g/mol
1 Precipitat
umed(acid
citric) 942,06
2 Soluție săruri
precipitate 1538,08
Total 2480,14

18
Acidulare
Materiale intrate
Nr. Crt. Denumire Concen
trație % Masa
tehnică
kg Masă
pură
kg Vol
um
l Densitat
e kg/m3 Nr.
Moli
kmoli Masă
molară
g/mol
1 Precipitat
umed(acid
citric) 942,06
2 Acid sulfuric 98 202,22 196,18 109,
90 1,84 2 98,09
Total 1144,28

Materiale ieșite
Nr. Crt. Denumire Concen
trație % Masa
tehnică
kg Masă
pură
kg Vol
um
l Densitat
e kg/m3 Nr.
Moli
kmoli Masă
molară
g/mol
1 Acid
citric(soluție) 1144,28
Total 1144,28

Filtrare
Materiale intrate
Nr. Crt. Denumire Concen
trație % Masa
tehnică
kg Masă
pură
kg Vol
um
l Densitat
e kg/m3 Nr.
Moli
kmoli Masă
molară
g/mol
1 Acid
citiric(soluție) 1144,28
2 Impurități 0,2 2,29
Total 1146,57

Materiale ieșite
Nr. Crt. Denumire Concen
trație % Masa
tehnică
kg Masă
pură
kg Vol
um
l Densitat
e kg/m3 Nr.
Moli
kmoli Masă
molară
g/mol
1 Acid citric
filtrat(soluție) 1146,57
Total 1146,57

19
Purificare
Materiale intrate
Nr. Crt. Denumire Concen
trație % Masa
tehnică
kg Masă
pură
kg Vol
um
l Densitat
e kg/m3 Nr.
Moli
kmoli Masă
molară
g/mol
1 Acid citric
filtrat(soluție) 1146,57
2 Kieselgur 1 11,47
Total 1158,03

Materiale ieșite
Nr. Crt. Denumire Concen
trație % Masa
tehnică
kg Masă
pură
kg Vol
um
l Densitat
e kg/m3 Nr.
Moli
kmoli Masă
molară
g/mol
1 Soluție acid
citric purificată 1158,03
Total 1158,03

Sedimentare
Materiale intrate
Nr. Crt. Denumire Concen
trație % Masa
tehnică
kg Masă
pură
kg Vol
um
l Densitat
e kg/m3 Nr.
Moli
kmoli Masă
molară
g/mol
1 Soluție acid
citric purificată 1158,03
Total 1158,03

Materiale ieșite
Nr. Crt. Denumire Concen
trație % Masa
tehnică
kg Masă
pură
kg Vol
um
l Densitat
e kg/m3 Nr.
Moli
kmoli Masă
molară
g/mol
1 Soluție acid
citric fără
sedim 1158,03
Total 1158,03

20
Filtrare
Material
e intrate
Nr. Crt. Denumire Concen
trație % Masa
tehnică
kg Masă
pură
kg Vol
um
l Densitat
e kg/m3 Nr.
Moli
kmoli Masă
molară
g/mol
1 Soluție acid
citric fără
sedim 1158,03
Total 1158,03

Materiale ieșite
Nr. Crt. Denumire Concen
trație % Masa
tehnică
kg Masă
pură
kg Vol
um
l Densitat
e kg/m3 Nr.
Moli
kmoli Masă
molară
g/mol
1 Soluție acid
citric purificată 1158,03
2 Kieselgur
consumat 22,93
Total 1180,97

Evaporare
Material
intrate
Nr. Crt. Denumire Concen
trație % Masa
tehnică
kg Masă
pură
kg Vol
um
l Densitat
e kg/m3 Nr.
Moli
kmoli Masă
molară
g/mol
1 Soluție acid
citric purificată 1180,97
Total 1180,97

Materiale ieșite
Nr. Crt. Denumire Concen
trație % Masa
tehnică
kg Masă
pură
kg Vol
um
l Densitat
e kg/m3 Nr.
Moli
kmoli Masă
molară
g/mol
1 Soluție de acid
citric 50 590,48 1,35
Total 590,48

21
Cristalizare
Material
eintrate
Nr. Crt. Denumire Concen
trație % Masa
tehnică
kg Masă
pură
kg Vol
um
l Densitat
e kg/m3 Nr.
Moli
kmoli Masă
molară
g/mol
1 Soluție de acid
citric 590,48
Total 590,48

Materiale ieșite
Nr. Crt. Denumire Concen
trație % Masa
tehnică
kg Masă
pură
kg Densitat
e kg/m3 Nr.
Moli
kmoli Masă
molară
g/mol
1 Acid citric
cristalizat 590,48
2 Pierideri 0,2 1,18
Total 591,66

Uscare
Materiale intrare
Nr. Crt. Denumire Concen
trație % Masa
tehnică
kg Masă
pură
kg Vol
um
l Densitat
e kg/m3 Nr.
Moli
kmoli Masă
molară
g/mol
1 Acid citric
cristalizat 591,66
Total 591,66

Materiale ieșite
Nr. Crt. Denumire Concen
trație % Masa
tehnică
kg Masă
pură
kg Vol
um
l Densitat
e kg/m3 Nr.
Moli
kmoli Masă
molară
g/mol
1 Acid citric 591,66
2 Pierderi 0,1 0,59
Total 592,26

22
II.8 Controlul pocesului tehnologic
Nr.
Crt. Etapa
tehnologică Parametrul
utilizat Valoare
prescrisă Metoda de
control Cine
efectuează
urmărirea
1 Pregătirea
mediului de
cultură Temperatura
melasei 40 șC Termometric
Operator
2 Sterilizare Sterilizarea
mediului de
cultură 120-125șC Termometric Operator
Sterilizarea
aerului 150-160șC Termometric Operator
Presiunea
aerului 3-3,5 at Barometric Operator
3 Fermentația Aer steril 1-1,5 L Microbiologic Operator
pH 3-4,5 Potențiometric Operator
Însămânțarea 36-42°C Termometric Operator
24-36 h Cronometric Operator
4 Tratare Temperatura 100°C Termometric Operator
pH 6,8-7 Potențiometric Operator
5 Acidulare Spălarea
precipitatului 95°C Termometric Operator
6 Evaporare Evaporare la
vid 70°C Termometric Operator
Densitate
soluție 1,35-1,36
g/cm3 Densitometric Laborant
7 Cristalizarea Temperatura De la 37 °C
la 27 °C Termometric Operator
8 Uscarea Temperatura 60-70°C Termometric Operator

23
II.10 Aspecte ecologice și de protecția mediului
Din tehnologia obținerii acidului citric prin fermentație discontinuă, pe lângă produsul
principal apar în diferite etape produse secundare și deseuri de fabricați e.
În procesul de biosinteză al acidului citric principalul deșeu rezultat este miceliul
separat prin filtrarea lichidului de fermentaț ie. Acesta se usucă, se tratează cu un mediu alcalin,
se amestecă cu lizina sau extract vitaminic și se utilizează în zootehnie.
Apele cu urme de solvent, sunt supuse îndepărtării solventului, apoi se epurează .
Apele acide de la extracție se neutrali zează și se trimit la stațiile de epurare. Pentru
neutralizarea apelor alcaline se pot folosi acizii reziduali formați în diferite procese industriale.
Prin epurare se combate poluarea apelor, care prezintă practic cel mai utilizat procedeu
de curățare al apelor poluate. Se poate îndepărta până la 85% din totalul nocivitățiial apelor
uzate prin metodele de epurare moderne .
Epurarea apelor reziduale se realizează în stații de epurare, acestea făcând parte
integrantă din canalizarea orașului sau a indu striei. Apele uzate industriale sunt admise în
rețeaua de canalizare a orașului numai dacă îndeplinesc anumite condiții prin care se interzice
evacuarea în rețelele de canalizare orășenești a apelor reziduale industrial[28 ].
Ambalarea acidului sulfuric se face în cisterne de oțel, butoaie de oțel sau în baloare de
sticlă. Butoaiele de oțel vor fi prevăzute cu dopuri din oțel, filetate, cu garnituri de azbest și
vor fi plumbuite, iar baloanele de sticlă vor fi prevăzute cu dopuri etanșe de Ipsos.
Acidu l citric se ține în containere sigilate ermetic pentru a pervenii evapoarea și
contaminarea și nu se depozitează alături de baze puternice, oxidanți, metale alcaline și
carbonați. Aspectele ecologice legate obținerea acidului citic trebuie respectate cu ri goare
deoarece se produce aproxmativ 400 000 tone acid citric anual ă[29] .
II.11 Norme de siguranță și securitate a muncii
În industria chimică problema protecției muncii este deosebit de importantă deoarece
sunt factori de risc comuni cu alte ramuri industriale: elemente mobile ale utilajelor, acțiunea
curentului electric, degajări importante de căldură, zgomote și trepidații, intervin și numeroși
factori specifici industriei chimice, cum ar fi:
 degajări de substanțe toxice;
 prezența frecventă a unor substanțe inflamabile;
 operații cu lichide agresive care pot provoca arsuri chimice;
 temperaturi ridicate.
În etape de sterilizare, instalația trebuie să fie în perfectă stare de funcționare, iar
conductele prin care circulă lichdul fierbinte trebuie însemnate prin culorile corespunzătoare.
Instalația este dotată cu dispozitive de siguranță si control.
În etapa de fermentație, dispozitivele de reglare trebuie setate automat la temperatura
dorită pentru a nu conduce la depășiri de temp eratură care nu mai pot fi controlate din punct de
vedere tehnologic.
În etapa de evaporare, operatorul care verifică trebuie să poarte ochelari de protecție ,
halat și în special mască, deoarece inhalarea acidului citric poate cauza iritări ale nasului și
gâtului.

24

În etapa de uscare, operatorul care verifică trebuie să poarte halat, ochelari de protecție și
mănuși pentru pentru a evita arsurile datorită temperaturilor ridicate.
Pentru toate aparatele sau instalațile care se verifică termometric este necesar montarea
unui sistem de alarmă pentru depășirea temperaturii de regim, având în vedere prevenirea
avarilor și accidentelor umane.
În cazul instalaților și aparatelor, repararea trebuie să se facă ținând cont de anumite măsuri
de securitate cum ar f i scoaterea siguranțelor electrice și blindarea ventileor și flanșelor pentru
a nu ajunge în contact cu lichide fierbinți, corozive sau abur. Repararea acestora se face doar
după ce sunt golite de substanțe sau lichide, spălate cu apă și suflate cu abur pe ntru a îndepărta
substanțele dăunătoare.
Operatorii care verifică aceste etape trebuie să poarte ochelari de protecție, mănuși si halat
pentru a prevenii anumite accidente ce se pot desfășura în timpul procesului tehnologic [30].

25
Bibliografie
1. Codex Stan 192 -1995, General Standard For Food Additives, Codex Alimentarius, 2018
2. Hădărugă D., Aditivi în industria alimentară, Note de curs, Timișoara, 2018
3. Dăescu C., Produse de bio și semisinteză , Ed. Politehnica, Timișoara, 2015
4. Frank H.V., Ulmanns Encyclopedia of Industrial Chemistry, 2007
5. Banu C., Manualul inginerului de industrie alimentară, Ed. Tehnica, București, 1999
6. Pubchem , https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/311#section=General -MS, 2018
7. SpectraBase, https://spectrabase.com/spectrum/70jbXG5P37h
8. SpectraBase, https://spectrabase.com/compound/lgXutBXIrF#4UwvzR0JhHB
9. SpectraBase, https://spectrabase.com/compound/lgXutBXIrF#Lcngd9DlJaq
10. SpectraBase, https://spectrabase.com/spectrum/FWm6ThaCSBz
11. Banu C., Aditivi și ingrediente pentru industria alimentară, Ed. Tehnica, București, 2000
12. Pubchem, https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/substance/318020677
13. Pubchem, https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/962
14. Pubchem, https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/1004
15. Pubchem, https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/129689883
16. Pubchem, https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/24424
17. Pubchem, Peter F., Biotehnologii în industria alimentară, Note de curs, Timișo ara, 2018
18. Pubchem, https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/24854
19. Pubchem, https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/6093208
20. Pubchem, https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/1118
21. Pubchem, https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/24261
22. Robert A.S., Introduction to food -borne fungi, Third Edition, Baarn, 1988
23. Word
24. http://www.scrigroup.com/files/biologie/696_poze/image270.jpg
25. http://www.scrigroup.com/files/biologie/696_poze/image181.jpg
26. http://www.scrigroup.com/files/bi ologie/696_poze/image260.jpg
27. Băisan I.,Operații și tehnologii în industria alimentară, Note de curs, Iași, 2015
28. Negulescu M., Epurarea apelor uzate industriale, Ed. Tehnică, București 1987

26
29. Dalea V., Cocheci D., Brânzei E.,Gheju M., Manea F., Du da Laura, Tratarea și depozitarea
deșeurilor toxice, Ed, Politehnica, Timișoara, 2002
30. Norme de prevenire a incendilor la exploatarea instalaților din industria chimică, Minsterul
industriei chimce, 1978