اسید سیتریک

اسید سیتریک چیست؟

اسید سیتریک، که به آن جوهر لیمو نیز گفته می‌شود، یکی از اسیدهای آلی ضعیف و طبیعی است که به طور گسترده در طبیعت و صنایع مختلف یافت می‌شود و نقش کلیدی در فرآیندهای بیولوژیکی و صنعتی ایفا می‌کند. این ماده با فرمول شیمیایی C₆H₈O₇ شناخته می‌شود و نام آیوپاک آن ۲-هیدروکسی‌پروپان-۱،۲،۳-تری‌کربوکسیلیک اسید است، که نشان‌دهنده ساختار پیچیده آن با سه گروه کربوکسیل و یک گروه هیدروکسیل است. اسید سیتریک به طور طبیعی در میوه‌های مرکباتی مانند لیموترش، پرتقال، گریپ‌فروت و لیمو شیرین وجود دارد و مسئول طعم ترش و تازه این میوه‌ها است. در واقع، غلظت آن در لیموترش می‌تواند تا ۸ درصد وزن میوه برسد، که این ویژگی آن را به یک ماده طعم‌دهنده طبیعی تبدیل کرده است. از نظر تاریخی، اسید سیتریک برای اولین بار در قرن هشتم میلادی توسط شیمی‌دانان عرب از آب لیمو استخراج شد و در قرن نوزدهم، تولید صنعتی آن با استفاده از روش‌های شیمیایی آغاز گردید. امروزه، بیش از ۹۹ درصد اسید سیتریک مورد استفاده در جهان از طریق تخمیر میکروبی تولید می‌شود، که این روش اقتصادی و پایدار است. اسید سیتریک نه تنها در صنایع غذایی به عنوان افزودنی E۳۳۰ شناخته می‌شود، بلکه در داروسازی، آرایشی، شوینده‌ها و کشاورزی نیز کاربردهای متنوعی دارد. این ماده به دلیل خاصیت آنتی‌اکسیدانی، ضدمیکروبی و کیلیت‌کننده، به حفظ کیفیت محصولات کمک می‌کند و از اکسیداسیون و رشد باکتری‌ها جلوگیری می‌نماید. از دیدگاه بیوشیمیایی، اسید سیتریک نقش محوری در چرخه کربس (چرخه اسید سیتریک) دارد، که یکی از مراحل اصلی تنفس سلولی در موجودات زنده است و انرژی ATP را تولید می‌کند. در سطح مولکولی، این اسید یک تری‌کربوکسیلیک اسید است که با pKaهای ۳.۱۳، ۴.۷۶ و ۶.۴۰، اسیدیته متعادل ارائه می‌دهد و در محلول‌های آبی، تعادل یونی ایجاد می‌کند. اسید سیتریک به صورت پودر کریستالی سفید یا بی‌رنگ ظاهر می‌شود و طعم ترش مشخصی دارد، که این ویژگی آن را برای تعدیل pH و بهبود طعم محصولات ایده‌آل می‌سازد. در سال‌های اخیر، با افزایش آگاهی از مواد طبیعی، تقاضا برای اسید سیتریک ارگانیک افزایش یافته و تولیدکنندگان به سمت روش‌های تخمیر با سویه‌های قارچ Aspergillus niger روی آورده‌اند. این ماده زیست‌تخریب‌پذیر است و آلودگی محیطی کمی ایجاد می‌کند، که آن را به گزینه‌ای سبز در صنایع تبدیل کرده است. در مجموع، اسید سیتریک بیش از یک ماده شیمیایی ساده است؛ آن یک عنصر کلیدی در حفظ سلامت، طعم و پایداری محصولات روزمره ماست.

خواص فیزیکی و شیمیایی اسید سیتریک

خواص فیزیکی و شیمیایی اسید سیتریک آن را به یکی از پرکاربردترین اسیدهای آلی تبدیل کرده است، که این ویژگی‌ها بر اساس ساختار مولکولی و تعاملات آن با محیط تعیین می‌شوند. از نظر فیزیکی، اسید سیتریک به صورت پودر کریستالی سفید یا بی‌رنگ با طعم ترش و بوی ملایم ظاهر می‌شود و جرم مولی آن حدود ۱۹۲.۱۲۴ گرم بر مول است. نقطه ذوب آن برای فرم آنهیدرات (خشک) ۱۵۳ درجه سانتی‌گراد و برای فرم مونوهیدرات (آبدار) ۱۳۵ درجه سانتی‌گراد است، در حالی که نقطه جوش آن به دلیل تجزیه در دماهای بالا، مشخص نیست. تراکم آن ۱.۶۶۵ گرم بر سانتی‌متر مکعب است و حلالیت بالایی در آب (حدود ۱۴۷ گرم در ۱۰۰ میلی‌لیتر آب در ۲۰ درجه سانتی‌گراد) دارد، که این ویژگی آن را برای کاربردهای آبی مناسب می‌سازد. اسید سیتریک در اتانول، متانول و استون نیز محلول است، اما در حلال‌های غیرقطبی مانند بنزن یا کلروفرم، نامحلول می‌باشد. از نظر شیمیایی، این اسید یک اسید ضعیف آلی با سه گروه کربوکسیل است که pH محلول ۱ درصدی آن حدود ۲.۲ را ایجاد می‌کند. ثابت تفکیک آن (pKa) به ترتیب ۳.۱۳ برای گروه اول، ۴.۷۶ برای دوم و ۶.۴۰ برای سوم است، که اجازه می‌دهد در محدوده pH وسیعی عمل کند. اسید سیتریک خاصیت کیلیت‌کننده قوی دارد و با یون‌های فلزی مانند کلسیم، منیزیم و آهن کمپلکس‌های پایدار تشکیل می‌دهد، که این ویژگی در جلوگیری از رسوب و اکسیداسیون مفید است. به عنوان یک آنتی‌اکسیدان، از واکنش‌های اکسیداتیو در مواد غذایی جلوگیری می‌کند و خاصیت بافرینگ آن، تغییرات pH را کنترل می‌نماید. در حضور حرارت، اسید سیتریک تجزیه می‌شود و محصولات جانبی مانند آنهیدرید سیتریک یا دی‌کربونیل‌ها تولید می‌کند، اما در دماهای معمولی پایدار است. از نظر نوری، این ماده اپتیکال اکتیو است و چرخش خاص +۵.۳ درجه را نشان می‌دهد. اسید سیتریک غیرسمی، غیرقابل اشتعال و غیرانفجاری است و در pHهای اسیدی تا خنثی پایدار می‌ماند، اما در محیط‌های قلیایی قوی هیدرولیز می‌شود. محتوای آب در فرم آبدار آن حدود ۸.۲۸ درصد است و در فرم خشک، کمتر از ۰.۵ درصد. این خواص، اسید سیتریک را برای کاربردهای متنوع از تنظیم pH در نوشیدنی‌ها تا تثبیت امولسیون‌ها در لوازم آرایشی مناسب می‌سازد و ایمنی آن توسط سازمان‌هایی مانند FDA به عنوان GRAS تأیید شده است.

واکنش اسید سیتریک با آب

واکنش اسید سیتریک با آب یکی از جنبه‌های کلیدی شیمی آن است که بر پایه خاصیت اسیدی ضعیف و قابلیت هیدراتاسیون آن بنا شده و در کاربردهای صنعتی و غذایی نقش مهمی ایفا می‌کند. وقتی اسید سیتریک خالص (آنهیدرات) با آب تماس پیدا می‌کند، به سرعت هیدراته شده و فرم مونوهیدرات (C₆H₈O₇·H₂O) را تشکیل می‌دهد، که این فرآیند تبلور است و کریستال‌های پایدارتری تولید می‌کند. این واکنش برگشت‌پذیر است و در دماهای بالاتر، آب از دست می‌رود. در محلول آبی، اسید سیتریک به عنوان یک اسید چندپروتونی عمل می‌کند و با آب تعادل یونی برقرار می‌سازد: C₆H₈O₇ + H₂O ⇌ C₆H₇O₇⁻ + H₃O⁺، که این مرحله اول تفکیک است و pH را کاهش می‌دهد. مراحل دوم و سوم تفکیک نیز رخ می‌دهد، اما با ثابت‌های کمتر، که نتیجه آن یک بافر طبیعی است. در حضور بی‌کربنات سدیم (جوش شیرین)، واکنش اسید سیتریک با آب کاتالیز شده و گاز دی‌اکسید کربن تولید می‌کند: ۳NaHCO₃ + C₆H₈O₇ → Na₃C₆H₅O₇ + ۳CO₂ + ۳H₂O، که این واکنش در تهیه نوشابه‌های گازدار یا تمیزکننده‌ها استفاده می‌شود. اسید سیتریک در آب هیدرولیز جزئی رخ می‌دهد، به ویژه در شرایط اسیدی یا حرارتی، و ممکن است به گلوکونیک اسید یا محصولات جانبی تجزیه شود، اما در دماهای اتاقی پایدار است. حلالیت بالای آن در آب (۵۹ گرم در ۱۰۰ میلی‌لیتر در ۲۰ درجه) اجازه می‌دهد محلول‌های غلیظ تهیه شود، و ویسکوزیته محلول با افزایش غلظت افزایش می‌یابد. در کاربردهای دارویی، این واکنش برای تنظیم اسمولاریته محلول‌های تزریقی استفاده می‌شود. به طور کلی، واکنش با آب اسید سیتریک را به ماده‌ای چندمنظوره تبدیل کرده و ایمنی آن را تضمین می‌کند، زیرا محصولات جانبی غیرسمی هستند.

انواع اسید سیتریک

انواع اسید سیتریک بر اساس فرم فیزیکی، خلوص و کاربرد طبقه‌بندی می‌شوند و هر کدام ویژگی‌های خاصی برای صنایع مختلف ارائه می‌دهند. اصلی‌ترین انواع، اسید سیتریک خشک (آنهیدرات) و اسید سیتریک آبدار (مونوهیدرات) هستند. فرم خشک، بدون آب کریستالی است و فرمول C₆H₈O₇ دارد، با نقطه ذوب ۱۵۳ درجه و حلالیت کمتر در آب سرد، که برای کاربردهای پودری مانند پخت و پز مناسب است. فرم آبدار، حاوی یک مولکول آب (C₆H₈O₇·H₂O) است و کریستال‌های درشت‌تری تشکیل می‌دهد، با حلالیت بالاتر و پایداری بیشتر در محیط‌های مرطوب، که در نوشیدنی‌ها و داروسازی ترجیح داده می‌شود. از نظر خلوص، اسید سیتریک خوراکی (غذایی) با خلوص بیش از ۹۹.۵ درصد و استانداردهای USP یا FCC تولید می‌شود، در حالی که گرید صنعتی خلوص ۹۹ درصد دارد و برای شوینده‌ها و کشاورزی استفاده می‌گردد. نوع مایع اسید سیتریک، محلول غلیظ ۵۰ درصدی است که برای تزریق آسان در فرآیندها مناسب است. اسید سیتریک ارگانیک، از تخمیر طبیعی بدون GMO تولید می‌شود و برای محصولات سبز کاربرد دارد. هر نوع بر اساس مش (اندازه ذرات) مانند مش ۳۰-۱۰۰ طبقه‌بندی می‌شود، که بر جریان‌پذیری و حلالیت تأثیر می‌گذارد. انتخاب نوع به عوامل مانند هزینه، پایداری و کاربرد بستگی دارد و فرم آبدار به دلیل حمل آسان‌تر، محبوب‌تر است.

طرز تهیه سیتریک اسید

طرز تهیه اسید سیتریک عمدتاً از طریق تخمیر میکروبی انجام می‌شود، که روشی صنعتی و اقتصادی است و بیش از ۹۹ درصد تولید جهانی را پوشش می‌دهد. در این فرآیند، قارچ Aspergillus niger بر روی بستر کربوهیدراتی مانند ملاس، گلوکز یا ذرت تخمیر می‌شود؛ ابتدا محیط کشت با pH ۲-۳ و دمای ۳۰ درجه سانتی‌گراد آماده می‌گردد، سپس تلقیح باکتری انجام شده و پس از ۵-۱۰ روز، اسید سیتریک در محیط ترشح می‌شود. سپس، فیلتراسیون برای جداسازی سلول‌ها، خنثی‌سازی با کلسیم هیدروکسید برای تشکیل کلسیم سیترات، و واکنش با اسید سولفوریک برای رسوب سولفات کلسیم و استخراج اسید خام صورت می‌گیرد. مرحله نهایی شامل تصفیه با کربن فعال، تبلور و خشک کردن است تا خلوص ۹۹.۵ درصد به دست آید. روش سطحی تخمیر نیز استفاده می‌شود، که در آن قارچ روی سطح جامد مانند برنج رشد می‌کند، اما کمتر رایج است. برای تهیه خانگی، آب لیموترش را با کلرید کلسیم مخلوط کرده، فیلتر می‌کنند و با هیدروکسید سدیم خنثی می‌سازند تا کلسیم سیترات رسوب کند؛ سپس با اسید سولفوریک واکنش داده و کریستال‌ها را جدا می‌کنند. منابع مانند سیب‌زمینی یا مرکبات نیز برای استخراج طبیعی استفاده می‌شود، اما بازده پایین است. تولید جهانی سالانه بیش از ۲ میلیون تن است و چین بزرگ‌ترین تولیدکننده است. این روش‌ها پایدار و کم‌هزینه هستند و کیفیت محصول را تضمین می‌کنند.

مزایای اسید سیتریک

مزایای اسید سیتریک بسیار گسترده است و از خواص ضدمیکروبی تا نقش در سلامت بدن را شامل می‌شود. به عنوان طعم‌دهنده، طعم ترش طبیعی به غذاها می‌دهد و جذب مواد معدنی مانند آهن و کلسیم را افزایش می‌دهد. خاصیت آنتی‌اکسیدانی آن از اکسیداسیون جلوگیری کرده و عمر مفید محصولات را طولانی می‌کند. در سلامت، از تشکیل سنگ کلیه پیشگیری می‌کند، التهاب را کاهش می‌دهد و در چرخه کربس انرژی تولید می‌نماید. در پوست، لایه‌برداری ملایم انجام داده و کلاژن را تحریک می‌کند. در صنایع، به عنوان کیلیت‌کننده یون‌های فلزی عمل کرده و رسوب را مهار می‌کند، که در شوینده‌ها کارایی را افزایش می‌دهد. اسید سیتریک قلیایی‌سازی بدن را تسهیل کرده و سم‌زدایی را بهبود می‌بخشد. همچنین، غیرسمی و زیست‌تخریب‌پذیر است و هزینه تولید پایینی دارد، که آن را اقتصادی می‌سازد. در کشاورزی، رشد گیاهان را تقویت کرده و آفات را کنترل می‌کند.

کاربردهای سیتریک اسید

کاربردهای اسید سیتریک در صنایع مختلف به دلیل خواص چندمنظوره آن، از غذا تا کشاورزی، را شامل می‌شود و سالانه میلیون‌ها تن مصرف می‌گردد.

کاربرد در صنایع غذایی

در صنایع غذایی، اسید سیتریک به عنوان اسیدکننده، نگهدارنده و طعم‌دهنده در نوشابه‌ها، کنسروها و ژله‌ها استفاده می‌شود و pH را تنظیم کرده، از فساد جلوگیری می‌کند. در بستنی، کریستال یخ را کنترل می‌نماید و در نان، تخمیر را تسریع می‌بخشد.

کاربرد در صنایع دارویی

در داروسازی، اسید سیتریک بافر pH در شربت‌ها و تزریقی‌ها است و جذب دارو را بهبود می‌بخشد. در قرص‌ها، اتصال‌دهنده عمل کرده و در محلول‌های چشمی، روان‌کننده است.

مواد شوینده و تمیزکننده

در شوینده‌ها، اسید سیتریک آهک و زنگ را حل کرده و آب را نرم می‌کند، که کارایی تمیزکنندگی را افزایش می‌دهد.

کاربرد در کشاورزی

در کشاورزی، اسید سیتریک کودها را حل کرده و جذب مواد مغذی را تسهیل می‌نماید، همچنین به عنوان تنظیم‌کننده pH خاک و ضدقارچ عمل می‌کند.

کاربرد در مواد معدنی و رنگدانه ها

در مواد معدنی، اسید سیتریک رسوب را جلوگیری کرده و در رنگدانه‌ها، پایداری را افزایش می‌دهد و پراکندگی را بهبود می‌بخشد.

نحوه استفاده از اسید سیتریک:

نحوه استفاده از اسید سیتریک بسته به کاربرد متفاوت است؛ در غذا، ۰.۱-۰.۵ درصد اضافه می‌شود و در تمیزکاری، محلول ۵ درصدی تهیه می‌گردد. همیشه با دستکش استفاده شود و در آب حل گردد.

معایب اسید سیتریک

معایب اسید سیتریک شامل آسیب به مینای دندان در مصرف زیاد، تحریک گوارشی و حساسیت پوستی است. در کشاورزی، ممکن است pH خاک را بیش از حد کاهش دهد.

نحوه و مقدار مجاز مصرف اسید سیتریک:

مقدار مجاز مصرف اسید سیتریک توسط FDA نامحدود اعلام شده، اما حداکثر ۵۰۰ میلی‌گرم در روز توصیه می‌شود. در غذا، ۰.۶۲ درصد مجاز است و برای کودکان، کمتر.

خرید اسید سیتریک از شرکت پرشیا کماندار پایتخت

خرید اسید سیتریک از شرکت پرشیا کماندار پایتخت گامی کلیدی در تضمین تامین مواد خام با خلوص، پایداری و قابلیت ردیابی بالا برای صنایع غذایی، دارویی و صنعتی است. با توجه به تنوع دامنه خلوص و بسته‌بندی‌های مختلف، از جمله شرایط استانداردها و گواهی‌های کیفی، این شرکت تامین کننده مواد اولیه شیمیایی و غذایی امکان ارائه راه‌حل‌های متناسب با نیازهای مشتریان را فراهم می‌کند. همکاری با پرشیا کماندار پایتخت(تامین کننده مواد اولیه غذایی) ارزش افزوده‌ای مانند دسترسی به داده‌های فنی دقیق، نمونه‌های آزمایشی، و خدمات پس از فروش را به همراه دارد که ریسک‌های کیفیتی را کاهش داده و فرآیند تأمین را شفاف و کارآمد می‌کند. همچنین توجه به مشخصات حمل‌ونقل، تاریخ مصرف و الزامات گمرکی از جمله عوامل کلیدی در بهینه‌سازی زمان تحویل و هزینه‌ها هستند. در نهایت، طراحی یک فرایند سفارش منظم، از درخواست رسمی تا تأیید نهایی قیمت و شرایط پرداخت، منجر به تجربه‌ای مطمئن و موثر در خرید اسید سیتریک از پرشیا کماندار پایتخت می‌شود.