TÍNH CHẤT, ỨNG DỤNG acid citric

Bộ công thương
Viện Công nghệ Sinh học và Thực phẩm
Môn: Hóa sinh 2
TIỂU LUẬN:

ACID CITRIC:
ĐẶC TÍNH, ỨNG DỤNG, TỔNG HỢP,
ĐIỀU CHẾ VÀ CHIẾT SUẤT

GVHD: Nguyễn Thị Mai Hương
SVTH :
Đào Trúc Linh

12018301

Nguyễn Trần Ngọc Mai

12018951

Phan Thị Thanh Trúc

12020371

Lớp DHTP8A

Khóa: 2012 -2016
TPHCM, ngày 31 tháng 5 năm 2014


Bảng phân công nhiệm vụ
Tên thành viên

Đào Trúc Linh

Nhiệm vụ
Phần ứng dụng và tổng hợp, điều chế

Nguyễn Trần Ngọc Mai

Phần đặc tính và ứng dụng

Phan Thị Thanh Trúc

Phần tổng hợp và chiết suất

1


Mục lục
I. Tổng quan về acid citric ............................................................................................... 4
1. Acid citric .............................................................................................................. 4
2. Lịch sử .................................................................................................................. 4
II. Đặc tính của acid citric ............................................................................................... 5
1. Cấu tạo, danh pháp ................................................................................................ 5
2. Tính chất ............................................................................................................... 5
2.1 Tính chất vật lý .............................................................................................. 5
2.2 Tính chất hóa học........................................................................................... 6
III. Ứng dụng của acid citric ............................................................................................ 6
1. Acid citric tác dụng sinh lý lên cơ thể .................................................................... 6
2. Ứng dụng trong công nghệ thực phẩm ................................................................... 7
2.1 Tạo vị chua .................................................................................................... 8
2.2 Cơ chế tác dụng chống vi sinh vật .................................................................. 8

2.3 Cơ chế tác động lên quá trình oxi hóa chất béo .............................................. 8
2.4 Cơ chế tác động lên quá trính oxi hóa rau quả .............................................. 12
2.5 Liều lượng sử dụng acid citric trong một số loại thực phẩm tiêu biểu ........... 12
3. Các ứng dụng khác................................................................................................ 13
IV. Chiết suất acid citric ................................................................................................ 14
V. Tổng hợp và điều chế acid citric ................................................................................ 15
1.Nguồn nguyên liệu ................................................................................................. 15
1.1 Yêu cầu đối với nguyên liệu lên men ........................................................... 15
1.2. Cơ sở lý thuyết và cơ 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 quá tình sản xuất acid citric ................................ 17
2


2.Công nghệ sản xuất acid citric bằng 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

3


I. Tổng quan về acid citric:
1. Acid citric:
- 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
(1,38-1,44 gam trên mỗi loại nước quả). Hàm lượng của acid citric trong quả cam, chanh nằm

trong khoảng từ 0,005 mol/L đối với các loài cam và bưởi chùm, và tới 0,03 mol/L 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.

Trong chanh chứa hàm lượng acid citric rất cao.
2. Lịch sử:
- Vào thế kỷ thứ 8, nhà giả kim thuật JabirIbn Hayyan, người Iran đã phát hiện ra acid citric.Các
học giả thời Trung cổ tại châu Âu cũng đã nhận thức về bản chất axít của các loại nước cam,
chanh; những kiến thức như thế được ghi lại trong Bách khoa Toàn thư thế kỷ 13 Speculum
Majus (Tấm gương Lớn), do Vincent of Beauvaisviết.
- Năm 1860, Sản xuất acid citric quy mô công nghiệp bắt đầu từ dựa trên ngành công nghiệp sản
xuất các loại quả cam chanh của Italia.
- Năm 1784, Acid citric lần đầu tiên được Carl Wilhelm Scheele, một nhà hóa học người Thụy
Điển, cô lập trong đó ông kết tinh nó từ nước chanh.
- Năm 1993, C.wehmer phát hiện ra nấm mốc có thể tạo nên acid citric từ đường.Tuy nhiên, sản
xuất sinh học của acid citric đã không trở thành quan trọng về mặt công nghiệp cho tới tận
khi Thế chiến I làm gián đoạn xuất khẩu cam chanh của Italia.
- Năm 1917, nhà hóa học thực phẩm người Mỹ là James Currie phát hiện ra rằng một số biến thể
của nấm Aspergillus niger có thể là các nhà sản xuất acid citric có hiệu quả và Pfizer bắt đầu sản
xuất ở quy mô công nghiệp bằng kỹ thuật này sau đó 2 năm.
4


- Trước 1920, acid citric được sản xuất chủ yếu ở Sicily và công ty Arenella( Palermo) và độc
quyềnsản xuất.
- Năm 1923, tại New York, acid citric được 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 được sử dụng để sản xuất acid citric.

- Hiện nay cả hai phương pháp lên men chìm và lên men bề mặt đều được sử dụng để sản xuất
acid ctric.
II. Đặc tính của acid citric
1. Cấu tạo, danh pháp:
- Công thức phân tử: C6H8O7 (dạng khan), C6H8O7.H2O (monohydrat).
- Công thức cấu tạo:

Hình: Công thức cấu tạo của acid citric
(Nguồn: />- Danh pháp IUPAC: Acid 2-hydroxypropan-1,2,3-tricacboxylic
- Tên khác: Acid 3-hydroxypentanedioic axit 3-cacboxylic, Citrat hiđrô, E330
2. Tính chất:
2.1 Tính chất vật lý
- Có dạng: axit citric là chất bột kết tinh màu trắng (ở nhiệt độ phòng). Nó có thể tồn tại dưới
dạng khan (không chứa nước) hay dưới dạng ngậm một phân tử nước (monohydrat). Dạng khan
kết tinh từ nước nóng, trong khi dạng monohydrat hình thành khi axit citric kết tinh từ nước lạnh.
Dạng monohydrat có thể chuyển hóa thành dạng khan khi nung nóng tới trên 740C. Acid citric
cũng hòa tan trong etanol khan tuyệt đối (76 phần acid citric trên mỗi 100 phần etanol) ở 150C.
- Có vị chua đặc trưng.
- Khối lượng phân tử: 192.13 g/mol.
5


- Nhiệt độ nóng chảy: 1530C.
- Nhiệt độ sôi: 1750C (phân hủy).
- Độ hòa tan trong nước: 133g/100ml (200C)
- Độ acid( pKa): pKa1= 3.15, pKa2= 4.77, pKa= 6.40.
2.2 Tính chất hóa học
- Về mặt hóa học thì acid citric cũng có tính chất tương tự như các axit carboxylic khác. Khi
nhiệt độ trên 1750C thì nó phân hủy tạo thành CO2 và nước.Nó cũng được coi là tác nhân làm
sạch tốt về mặt môi trường và đóng vai trò của chất chống oxy hóa.

- Tính axit của acid citric: là do ảnh hưởng của nhóm carboxyl -COOH, mỗi nhóm carboxyl có
thể cho đi một proton để tạo thành ion citrat.
- Tính đệm của các muối citrat: dùng làm dung dịch đệm rất tốt để hạn chế sự thay đổi pH của
các dung dịch acid.
- Các ion citrat: kết hợp với các ion kim loại để tạo thành muối, phổ biến nhất là muối canxi
citrat dùng làm chất bảo quản và giữ vị cho thực phẩm. Bên cạnh đó ion citrat có thể kết hợp với
các ion kim loại tạo thành các phức dùng làm chất bảo quản và làm mềm nước.
III. Ứng dụng của acid citric
1. Acid citric tác dụng sinh lý lên cơ thể
- Trong sinh học, nó là tác nhân trung gian quan trọng trong chu trình acid citric và vì thế xuất
hiện trong trao đổi chất của gần như mọi sinh vật.
- Nó cũng được coi là tác nhân làm sạch tốt về mặt môi trường và đóng vai trò của chất chống
ôxi hóa.
- Acid citric là một trong những hợp chất tham gia vào chuỗi phân giải các chất béo, peotein và
cacbohirat thành dioxit cacbon và nước.
- Chuỗi các phản ứng hóa học này là trung tâm của gần như mọi phản ứng trao đổi chất và là
nguồn của hai phần ba năng lượng có nguồn gốc từ thực phẩm trong các sinh vật bậc cao. Nó
được Hans Adolf Krebs phát hiện. Krebs đã nhận Giải Nobel Sinh lý và Y khoa năm 1953 cho
phát hiện này. Chuỗi các phản ứng này được biết đến dưới nhiều tên gọi khác nhau, như chu
trình acid citric, chu trình Krebs hay chu trình acid tricacboxylic (hay chu trình TCA).
* Một số tác dụng không mong muốn:


Việc tiếp xúc với acid citric khô hay đậm đặc có thể gây ra kích ứng da và mắt, tiếp xúc
gần với mắt có thể gây bỏng và làm mất thị giác.



Đôi khi hàm lượng quá cao acid citric có thể gây tổn hại cho tóc, do nó mở lớp cutin của
tóc. Nó có thể làm mất các chất cần thiết cho tóc và làm cho tóc bị bạc màu.



Việc sử dụng quá nhiều acid citric cũng dễ làm tổn hại men răng.
6


Sơ đồ chu trình acid citric
2. Ứng dụng trong thực phẩm
- Sử dụng như một chất bảo quản tự nhiên.
- Kiểm soát mức độ pH.
- Chất chống oxi hóa.
- Acid citric là một acid hữu cơ yếu, được sử dụng như một chất bảo quản tự nhiên và được bổ
sung vào thức ăn, đồ uống vì vị chua của nó. Trong vai trò của một phụ gia thực phẩm, nó được
ký hiệu là E330. Acid citric được sử dụng như là chất tạo hương vị trong thực phẩm và đồ uống,
đặc biệt là các loại đồ uống nhẹ. Loại acid này cũng được sử dụng trong thực phẩm và đồ uống
để kiểm soát mức độ pH (nhờ tính chất đệm của các citrat).
2.1 Tạo vị chua
- Vị chua được cảm nhận như là vị chua của ion H+, vì vậy vị chua có quan hệ mật thiết với nồng
độ của các acid. Các acid khác nhau thì có độ chua khác nhau. Các acid vô cơ cho vị chua mạnh
hơn nhiều lần so với các acid hữu cơ.
- Acid citric là một acid hữu cơ yếu được cho phép sử dụng trong thực phẩm để tạo vị chua.
7




Tác dụng trực tiếp: ức chế hoặc khử các hoạt tính của các enzyme, làm ngừng các phản
ứng trong các quá trình trao đổi chất trong tế bào vi sinh vật.



Tác dụng gián tiếp: làm giảm hoạt tính của nước, tạo áp suất thẩm thấu, khiến cho tế bào
vi sinh vật bị mất nước và tiêu nguyên sinh. Hấp thu và cố định một số kim loại làm cho
một số quá trình trao đổi chất trong tế bào bị rối loạn

Acid citric không được sử dụng trực tiếp với vai trò là chất chống vi sinh vật. Nó thể hiện
một số hoạt tính chống một số nấm mốc và vi khuẩn. Acid citric ở nồng độ 0, 75% thể hiện khả
năng ức chế nhẹ sự phát triển nhưng ức chế mạnh sự sinh tổng hợp các toxin của loài Aspergillus
parasiticus. Với loài Aspegillus versicolor nồng độ trên có thể kìm hãm sự phát triển nhưng để ức
chế sự sinh tổng hợp các toxin thì chỉ cần nồng độ 0, 25%. Trái lại, acid citric 0, 75% không ảnh
hưởng đến sự phát triển và sự tạo ra toxin của loài Penicillium expansum.
Người ta nghiên cứu và thấy rằng acid citric có khả năng ức chế Samonella mạnh hơn acid
lactic và acid hydrochloric.
2.3 Cơ chế tác động lên quá trình oxi hóa chất béo
 Sự oxy hóa chất béo:
Quá trình xảy ra trong sản xuất, bảo quản và chế biến thực phẩm có sự hiện diện của chất
béo. Sự oxy hóa chất béo là nguyên nhân hạn chế thời gian bảo quản của các sản phẩm.
Sự oxy hóa chất béo không no được khởi tạo bằng việc tạo thành các gốc tự do dưới tác dụng
của ánh sáng, nhiệt độ, ion kim loại và oxy. Thông thường phản ứng xảy ra trên nhóm metyl cận
kề với nối đôi của C=C.
Cơ chế phản ứng oxy hóa chất béo xảy ra phức tạp, có thể chia thành 3 giai đoạn là: Khởi
tạo, lan truyền – tạo các sản phẩm trung gian và kết thúc phản ứng
- Khởi tạo.

- Lan truyền - tạo các sản phẩm trung gian.

8

- Kết thúc phản ứng.

Các biểu hiện thường thấy của sự oxy hóa chất béo là: phát sinh mùi-vị xấu, thay đổi màu
sắc, làm mất mùi tự nhiên của các loại tinh dầu, thay đổi độ nhớt của sản phẩm.
Sự oxy hóa chất béo chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như: độ no của chất béo, ionkim loại,
chất xúc tác sinh học, nhiệt độ, không khí, các chất chống oxy hóa chất béo, chất trợ chống oxy
hóa chất béo… Để nắm rỏ các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng oxy hóa chất béo cần tìm hiểu các
vấn đề sau:
- Thành phần acid béo:
Chất béo là hỗn hợp ester của các acide béo no và không no với glycerin. Sự hiện diện của
các nối đôi, các acide béo không no dễ bị oxy hóa hơn các chất béo no. Phản ứng sẽ gia tăng khi
tỉ lệ nối đôi càng cao.
Ví dụ: tốc độ oxy hóa (tương đối) của một số chất béo tỉ lệ như sau:
Arachidonic :
40

:

Linolenic :
20

:

Linoleic
10

:
:

Oleic

1

Vị trí nối đôi cũng như vị trí hình học của nối đôi cũng có tác dụng đến tốc độ phản ứng. Các
acid ở dạng cis bị oxy hóa nhanh hơn dạng trans. Mạch acide béo có các nối đôi cộng hưởng
cũng làm tăng tốc độ phản ứng. Sự oxy hóa các chất béo no xảy ra rất chậm tại nhiệt độ thường,
tại nhiệt độ cao (chiên, xào…) sự oxy hóa chất béo no mới có thể xảy ra.
* Acide béo tự do
Acide béo tự do (FFA) bị oxy hóa rất nhanh so với các ester - glycerin. Khi nghiên cứu chất
béo hiện diện trong thực phẩm ở giai đoạn đầu ti ên, hầu hết đều có sự hiện diện của các chất
chống oxy hóa thiên nhiên.
Trong thí nghiệm nếu thêm vào 0,1% FFA thì hiệu quả chống oxy hóa của tocopherol giảm rõ
rệt vì acid béo tự do có tác dụng xúc tác quá trình oxy hóa.
* Nồng độ oxy:
Tại áp suất cao (cung cấp oxy không hạn chế) tốc độ oxy hóa của chất béo tùy thuộc vào áp
suất O2. Tại áp suất thấp tốc độ oxy hóa tỉ lệ với áp suất O2.
* Diện tích bề mặt:
Tốc độ oxy hóa chất béo tỉ lệ với diện tích bề mặt tiếp xúc của thực phẩm với không khí.
Trong trường hợp các sản phẩm nhủ tương D/N thì tốc độ oxy hóa chất béo được tính toán trên
cơ sở sự khuếch tán oxygen qua pha chất béo.
* Nhiệt độ
9


Thông thường thì sự oxy hóa chất béo gia tăng theo nhiệt độ. Do sự hòa tan của oxy phụ
thuộc vào nhiệt độ vì vậy tác động của yếu tố oxy trong quá tr ình oxy hóa tại nhiệt độ cao là rất
ít.
Sự phụ thuộc của nhiệt độ trên quá trình oxy hóa chất béo được biểu thị bằng công thức:

Trong đó:
K: hằng số tốc độ phản ứng.

A: hằng số Entropy (không phụ thuộc vào nhiệt độ).
Ea: năng lượng hoạt hóa.
R: hằng số khí lý tưởng.
T: nhiệt độ Kelvin.
Ở nhiệt độ thấp từ - 27 đến 500C tốc độ oxy hóa ít thay đổi. Nhưng ở nhiệt độ cao hơn tốc độ
phản ứng gia tăng đáng kể.
Độ ẩm: Tốc độ phản ứng oxy hóa chất béo phụ thuộc rất nhiều vào độ ẩm (Aw) của sản
phẩm. Oxy hóa chất béo có thể xảy ra tại Aw rất nhỏ (Aw< 0.1 trong sữa bột), Aw càng cao thì tốc
độ oxy hóa chất béo càng cao.
 Cơ chế chống oxy hóa chất béo:
Gọi AH là chất chống oxy hóa chất béo. Phản ứng chống oxy hóa chất béo xảy ra theo sơ đồ sau:

Chất trợ chống oxy hóa chất béo được thêm vào để tăng hiệu quả chống oxy hóa. Các chất
quan trọng thường được sử dụng là: acide citric và các ester monoglycerid citrat, acid ascorbic và
ascorbyl palmitat.
Các ester lipophilic của acide citricm acid ascorbic có khả năng hòa tan trong dầu.
Thông thường:
10


Citric

+ chất chống oxy hóa tổng hợp

Ascorbic

+ tocopherol

Chất trợ chống oxy hóa chất béo có các chức năng:
- Tạo môi trường acide ổn định để chống oxy hóa chất béo.

- Loại bỏ hoạt tính các ion kim loại (tạo phức vô hại)
- Loại bỏ oxy (oxy hóa ascorbic)
- Phục hồi chống oxy hóa
Cơ chế phục hồi chất chống oxy hóa
SH

+

A → AH

+ S

Xét cho cùng chất chống oxy hóa chất béo bằng phụ gia thực chất là:
-Ngăn chặn nguyên nhân gây ra phản ứng oxy hóa.
-Ngăn chặn các phản ứng lan truyền
 Cơ chế của acid citric:
Acid citric được dùng trong quá trình sản xuất salami nhằm hỗ trợ trong quá trình acid hóa.
Thông thường khi bổ sung 1g acid citric vào 1kg salami thì có thể giảm giá trị pH khoảng 0.2-0.3
đơn vị. Acid citric thể hiện khả năng acid hóa salami tốt gấp 2 đến 3 lần so với GDL (gluconodelta-lactone), một hợp chất được dùng nhằm làm giảm pH của sản phẩm.
Ngoài ra, acid này cũng đóng vai trò tác nhân tạo phức khi nó kết hợp với những ion kim loại
nặng như Cu, Fe. Những ion kim loại nặng này có khả năng tăng tốc độ phản ứng oxi hóa. Khi
acid citric tạo phức với những ion trên, chúng sẽ không oxi hóa chất béo được nữa. Trong bản
thân chất béo của động vật, hàm lượng ion kim loại nặng không cao, nhưng trong những sản
phẩm như xúc xích, hàm lượng này khá cao do những ion này xâm nhập từ thịt trong quá trình
chế biến.
Tuy nhiên, chỉ bổ sung acid citric với lượng vừa đủ để tránh làm giảm pH của sản phẩm.
2.4 Cơ chế tác động lên quá trính oxi hóa rau quả
 Quá trình oxy hóa của rau quả:
Polyphenol là một nhóm hợp chất mà trong công thức cấu tạo có chứa vòng benzen và ít nhất
2 nhóm OH trở lên. Lượng polyphenol có trong hầu hết các loại rau, củ, quả…, tùy theo loại

nguyên liệu mà hàm lượng polyphenol sẽ khác nhau. Cùng tồn tại trong nguyên liệu rau quả là
enzym polyphenoloxidase. Khi tiếp xúc với oxi không khí, hoạt động của enzym
polyphenoloxidase sẽ được kích hoạt và trở thành xúc tác cho phản ứng oxy hóa các hợp chất
polyphenol thành những hợp chất mới gây sẫm màu và tạo vị đắng cho rau quả.

11


Hợp chất phenol rất dễ bị oxy hóa trong các điều kiện khác nhau. Chúng có thể bị oxy hóa
trong môi trường bình thường có không khí ẩm, phản ứng trở nên mạnh hơn trong môi trường
kiềm. Enzym polyphenoloxidase ở thực vật có thể tồn tại ở 2 dạng: tự do và liên kết.
Polyphenoloxidase là nhóm enzym oxydoreductase có nhiều trong mô động vật, thực vật, nấm
mốc…
Phản ứng oxy hóa này còn gọi là phản ứng sẫm màu do enzym. Trong một số sản phẩm nó
cần được hạn chế như chế biến rau, củ, quả nhưng trong chế biến chè đen thì lại cần phải gia
tăng để oxy hóa tanin thành hợp chất quinol tạo màu, hương vị đặc trưng cho trà đen.
 Cơ chế của acid citric
Acid citric tạo ra môi trường pH thấp làm chậm vận tốc phản ứng oxy hóa gây sẫm màu. Môi
trường pH thấp cũng ức chế hoạt động của enzym oxy hóa khử.
Enzyme oxy hóa khử là một nhóm enzym, mỗi enzyme sẽ có pH tối ưu, nhiệt độ tối ưu,…
cho hoạt động tốt nhất vì vậy muốn điều chỉnh pH để ức chế hoạt động của enzym chúng ta cần
biết pH tối ưu của enzyme đó. Cụ thể: với enzyme polyphenoloxidase có pH tối ưu trong khoảng
6,0-7,0 _ chúng ta cần hạ thấp pH xuống dưới khoảng này sẽ ức chế được hoạt động của enzym
này. Tuy nhiên, nếu hạ thấp quá cũng không tốt, pH quá thấp cũng ảnh hưởng không tốt cho sản
phẩm thực phẩm, làm biến đổi vị (làm chua), biến tính protein,… ảnh hưởng không tốt đến quá
trình tiêu hóa.
2.5 Liều lượng sử dụng acid citric trong một số loại thực phẩm tiêu biểu
Theo Quyết định số 3742/2001/QĐ-BYT ngày 31 tháng 8 năm 2001 của Bộ trưởng Bộ Y tế,
liều lượng sử dụng acid citric trong một số loại thực phẩm tiêu biểu với hàm lượng sau:


Sữa lên mem (nguyên kem): 1500ML



Sữa lên mem (nguyên kem), có xử lý nhiệt sau khi lên men: GMP



Dầu và mỡ không chứa nước: 100ML



Bơ và bơ cô đặc: GMP



Rau, củ đông lạnh: GMP



Thịt, thịt gia cầm và thịt thú tươi nguyên miếng hoặc cắt nhỏ: 2000ML



Thịt, thịt gia cầm và thịt thú tươi dạng xay nhỏ: 100ML



Thủy sản tươi, kể cả nhuyễn thể, giáp xác, da gai tươi: GMP



Dầu trộn, gia vị (bao gồm các chất tương tự muối): GMP



Thức ăn cho trẻ dưới 1 tuổi: GMP
12




Thức ăn bổ sung cho trẻ đang tăng trưởng: GMP



Nước uống không cồn: GMP

2.6. Các ứng dụng khác


Acid citric có khả năng tạo phức với nhiều kim loại có tác dụng tích cực trong xà phòng
và chất tẩy rửa. Bằng cách phức hóa các kim loại trong nước cứng, các phức này cho
phép các chất tẩy rửa cho nhiều bọt hơn và sạch hơn mà không cần làm mềm nước trước.
Bên cạnh đó acid citric còn dùng để sản xuất các chất trao đổi ion dùng để làm mềm nước
bằng cách tách ion kim loại ra khỏi phức citrat.



Acid citric được sử dụng trong công nghệ sinh học và công nghệ dược phẩm để thụ động
hóa các hệ thống ống dẫn cần độ tinh khiết cao (thay cho việc sử dụng axit nitric). Axit
nitric bị coi là nguy hiểm và khó xử lý khi sử dụng cho mục đích này, trong khi acid citric
thì không.



Acid citric là thành phần hoạt hóa trong một số dung dịch tẩy rửa vệ sinh nhà bếp và
phòng tắm. Dung dịch với hàm lượng 6% acid citric sẽ loại bỏ các vết bẩn do nước cứng
từ thủy tinh mà không cần phải lau chùi. Trong công nghiệp nó được dùng để đánh tan
lớp gỉ trên bề mặt thép.



Acid citric được sử dụng phổ biến như là chất đệm để làm tăng độ hòa tan của heroin
nâu. Các túi nhỏ chứa axít citric sử dụng một lần cũng được sử dụng như là tác nhân xui
khiến để buộc những người dùng heroin phải đổi các kim bẩn của mình lấy các kim tiêm
sạch nhằm làm giảm khả năng lan truyền AIDS và bệnh viêm gan. Các chất acid hóa khác
sử dụng cho heroin nâu là acid ascobic, acid xeatic và acid lastic; khi không có chúng,
những người sử dụng ma túy thường thay thế chúng bằng nước chanh hay dấm.



Acid citric là một trong các hóa chất cần thiết để tổng hợp HMTD, một chất nổ nhạy
nhiệt, nhạy ma sát và nhạy va chạm tương tự như axeton peroxit. Vì lý do này, việc mua
một lượng lớn axít citric như tại Mỹ, có thể gây nghi vấn về các hoạt động khủng bố tiềm
ẩn.



Acid citric cũng có thể thêm vào kem để giữ cho các giọt mỡ nhỏ tách biệt nhau cũng
như thêm vào các công thức chế biến nước chanh tươi tại chỗ. Acid citric cũng được
dùng cùng bicacbonat natri trong một loạt các công thức tạo bong bóng (bọt) khí, cho cả
các dạng thực phẩm (chẳng hạn các loại bánh bột và thỏi) lẫn các dạng hóa chất vệ sinh
cá nhân



Acid citric cũng dùng nhiều trong sản xuất rượu vang như là chất thay thế hay bổ sung
khi các loại quả chứa ít hay không có độ chua tự nhiên được sử dụng. Nó chủ yếu được
sử dụng cho các loại rượu vang rẻ tiền do giá thành thấp của sản xuất.



Khi sử dụng với tóc, acid citric mở lớp ngoài cùng (còn gọi là lớp cutin ) ra. Khi lớp cutin
mở ra, nó cho phép có sự thâm nhập vào sâu hơn của các chất vào chân tóc. Nó có thể
13


được sử dụng trong một số loại dầu gội đầu để rửa sạch các chất sáp và thuốc nhuộm từ
tóc.


Acid citric cũng được sử dụng như là nước rửa lần hai (sau nước hiện hình ) trong xử lý
phim chụp ảnh trước khi dùng nước định hình. Nước rửa đầu tiên thường hơi kiềm nên
nước rủa có tính acid nhẹ sẽ trung hòa nó, làm tăng hiệu quả của việc rửa ảnh so với dùng
nước thường



Acid citric cũng được dùng như là một trong các thành phần hoạt hóa trong sản xuất các
mô kháng virus.

Acid citric cũng được sử dụng như là tác nhân làm chín chính trong các công đoạn đầu tiên
trong sản xuất phó mát mozzarella.

IV. Chiết suất acid citric
Chanh là nguồn acid citric tự nhiên và dễ tìm thấy nhất. Do giá thành cao và hiệu suất thu hồi
thấp, hiện nay người ta dùng những phương pháp khác như lên men để sản xuất được acid citric
trong công nghiệp. Tuy nhiên vẫn có những cách thủ công đơn giản để chiết suất được acid
citric.
Sau đây là các bước thực hiện:
Bước 1: Đổ 1 lít nước chanh vào một bình thủy tinh lớn và cho vào 1 muỗng canh canxi hidroxit.
Bước 2: Đun nóng bình trong lò vi sóng khoảng 1 phút. Khuấy trộn dung dịch bằng cách xoay
bình trong một chuyển động tròn. Lúc này acid citric sẽ chuyển hóa thành canxi citrat.
Bước 3: Đặt bình vào nơi lạnh trong 5 phút để làm nguội dung dịch.
Bước 4: Lọc dung dịch qua giấy lọc. Canxi citrat là phần thu được trên giấy lọc.
Bước 5: Dùng một con dao cắt bơ cạo caxi citrat.
Bước 6: Lặp lại các bước 1-5 cho đến khi thu được 100g canxi citrat.
Bước 7: Đặt canxi citrat vào một nồi nấu, đổ vào 70g acid sulfuric. Nấu dung dịch đến 150F,
kiểm tra nhiệt độ bằng cách dùng nhiệt kế nấu ăn.
Bước 8: Đun nóng dung dịch trong 10 phút. Khuấy đều dung dịch. Cacbon bốc hơi và rời khỏi
acid citric.
Bước 9: Để dung dịch nguội. Phần còn lại của dung dịch chính là acid citric rắn.

V. Tổng hợp và điều chế acid citric
Trước kia acid citric chỉ được chiết xuất từ chanh, nhưng giá thành cao, hiệu suất thu hồi
thấp. Hiện nay người ta dùng phương pháp oxy hoá glucid để tạo thành acid citric nhờ nấm mốc,
hơn 90% acid citric được sản xuất theo phương pháp lên men.
14

1.Nguồn nguyên liệu
1.1 Yêu cầu đối với nguyên liệu lên men
Nguyên liệu phải đảm bảo đủ lượng đường cho vi sinh vật phát triển. Giống vi sinh vật dùng
trong sản xuất acid citric phải đảm bảo các yêu cầu sau:




Có khả năng tạo acid citric mạnh.
Có khả năng chịu được môi trường acid khi lượng acid citric tăng cao.
Ít tạo ra những acid hữu cơ khác như: acid oxalic, acid gluconic, acid fumaric.

1.2. Cơ sở lý thuyết và cơ chế hình hành acid citric:
Trong quá trình này glucose được chuyển hoá thành acid pyruvic theo con đường EMP
(Embden-Mayerhof-Parnas), sau đó acid pyruvic tiếp tục chuyển hoá thành acid citric.
Phương trình tổng quát của quá trình này như sau:
2C6H12O6 + 3O2

→ 6C6H8O7 + 4H2O

Glucose

Acid citric

Cơ chế của sự chuyển hoá này có thể được biểu diễn như 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 là một phụ phẩm của ngành sản xuất đường, là sản phẩm cuối cùng của quá trình sản
xuất đường mà từ đó đường không còn có thể kết tinh một cách kinh tế nữa bởi các công nghệ
thông thường. Thành phần chính của mật rỉ là đường, chủ yếu là sucroza với một ít glucoza và
fructoza. Nói chung, sản lượng mật rỉ bằng khoảng 1/3 sản lượng đường sản xuất. Cứ khoảng
100 tấn cây mía đem ép thì có 3 - 4 tấn rỉ mật được sản xuất.
- Tinh bột sắn:
Độc tố trong sắn có tên chung là Phazeolunatin chứa nhiều trong sắn đắng, chủ yếu ở vỏ và
cùi, hàm lượng của Phazeolunatin vào khoảng 0,001 - 0,04%. Phazeolunatin không độc nhưng

15


khi bị thủy phân thì các glucozit này sẽ giải phóng HCN, là một chất gây độc cho cơ thể. Tuy
nhiên dễ bay hơi và dễ hòa tan trong nước lạnh hay nước vôi nên dễ loại bỏ.
Sắn thái lát, phơi khô giảm đáng kể số lượng HCN.
- Ngô:
Hạt ngô gồm hai phần chính: Phôi và nội nhũ. Phôi chiếm 10 - 13% trọng lượng hạt, nội nhũ
chiếm 83 - 85%, vỏ chiếm 2 - 5%.
Ta thấy hàm lượng glucid có trong ngô là cao nhất (67,9%), tiếp đến là mật rỉ, khoai lang,
sắn, và cuối cùng là khoai tây. Tuy nhiên bản chất của lên men citric là quá trình oxy hóa đường
thành acid citric dưới tác dụng của vi sinh vật mà trong các nguyên liệu tinh bột (ngô, sắn,
khoai,…) muốn sản xuất ra acid citric cần phải trải qua giai đoạn thủy phân tinh bột thành
đường, từ đường dưới tác dụng của vi sinh vật tạo thành acid citric rất mất nhiều thời gian và chi
phí, trong khi đó mật rỉ thành phần hóa học chủ yếu là đường vi sinh vật sẽ trực tiếp sử dụng
đường để tạo thành acid citric.
Mặt khác mật rỉ là nguyên liệu rẻ tiền dễ kiếm do đó mật rỉ là nguyên liệu được sử dụng

nhiều hơn trong việc sản xuất acid citric, tuy nhiên cần xử lí mật rỉ trước khi sử dụng vì trong
mật rỉ chứa chất màu, hệ keo, đặc biệt là kim loại nặng ảnh hưởng đến quá trình lên men, ức chế
vi sinh vật phát triển.
1.4. Nguồn vi sinh vật sử dụng để lên men
Acid citric chủ yếu được tổng hợp nhờ loài nấm sợi, các loài nấm men và các loài vi khuẩn
không có khả năng này. Các loài nấm sợi có khả năng tổng hợp acid citric bao gồm:
Citromycesglader, citromyees fferianus, chitromyees Conidiophone, Penicillium lutcum,
Penicillium glaucum, Aspergillus niger, Aspergillus Oryzae, Aspergillus batatac, Aspergillus
awamari Aspergillus welchii.
Trong các giống vi nấm kể trên. Aspergillusniger là nấm sợi được ứng dụng nhiều vào sản
xuất acid citric, để đáp ứng được 3 yêu cầu cơ bản về giống dùng trong sản xuất acid citric.
Aspergillus niger là một loại nấm sợi và là một trong những loài phổ biến nhất của các chi
Aspergillus có nhiều ứng dụng trong công nghệ sinh học, nhiệt độ tối ưu ở 35 - 370C, pH từ 1,4 9,8 . Nó gây ra một căn bệnh được gọi là nấm mốc đen trên một số loại trái cây và rau quả như
nho, hành tây, đậu phộng và là một chất gây ô nhiễm phổ biến của thực phẩm.
Aspergillus niger là vi sinh vật hiếu khí phát triển trên các chất hữu cơ, do đó nó có thể được
tìm thấy gần như ở khắp mọi nơi trong môi trường có chứa đất. Ngoài ra, nó được tìm thấy trong
chất thải, nguyên liệu thực vật phân hủy và phân hữu cơ trong môi trường ngoài trời. Môi trường
ẩm trong nhà tạo ra một môi trường sống tốt cho sự phát triển của nấm mốc. Chẳng hạn như
trong các lĩnh vực hộ gia đình thông thường, trên các bức tường trong phòng tắm hoặc các khu
vực khu vực khác có mositure.
1.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá tình sản xuất acid citric
16




Vi sinh vật:

Vi sinh vật đóng vai trò quan trọng trong quá trình lên men. Do đó cần lựa chọn vi sinh vật
phù hợp cho quá trình lên men citric, thông thường để quá trình tổng hợp acid citric xảy ra mạnh

thì vi sinh vật phải có khả năng tạo ra acid cao, nếu khả năng tạo ra acid của vi sinh thấp thì
không thể sản xuất ra một lượng lớn acid citric được.
Mặt khác vi sinh vật phải có khả năng chịu được acid khi lượng acid tăng cao nếu không
trong quá trình lên men acid hình thành lớn vi sinh vật sẽ chết và sẽ cơ chế khả năng tạo acid
citric, ngoài ra chủng vi sinh vật sử dụng cần phải ít tạo ra những acid hữu cơ khác như: acid
oxalic, acid gluconic, acid fumaric vì nếu các acid này hình thành nhiều sẽ gây ảnh hưởng đến
chất lượng của acid citric.
 Nguyên liệu:
Nguyên liệu thích hợp cho sản xuất acid citric là nguyên liệu chứa nhiều đường ví dụ: mật rỉ,
tinh bột sắn, ngô... vi sinh vật sẽ oxi hóa đường để tạo thành acid citric.
Nồng độ axit citric cao nhất đạt được nếu phát triển ở môi trường có nồng độ đường ban đầu
cao (15 - 20% w/v), nếu không đủ lượng đường cho vi sinh vật sử dụng thì khả năng tổng hợp
acid citric kém, ngoài ra nguyên liệu phải không lẫn nhiều tạp chất kim loại nặng đặc biệt là sắt
nếu hàm lượng sắt quá giới hạn thì cần phải loại bỏ.
 Môi trường dinh dưỡng:
Nấm mốc cần đường, tinh bột và các muối vô cơ. Trong điều kiện thường nấm mốc chỉ phát
triển sinh khối tạo ra rất ít acid citric. Trong trường hợp môi trường nhiều cabon và ít nitơ, lượng
đường 4 - 20%, nitơ, ngoài ra cần bổ sung thêm nguyên tố khoáng như P, Fe, Zn… thì quá trình
tổng hợp axit citric xảy ra mạnh.
 pH môi trường:
pH thích hợp để tạo thành acid citric là từ 3 - 4, tùy thuộc vào chủng nấm mốc sử dụng. Ta có
thể acid hoá môi trường bằng HCl, pH môi trường phụ thuộc vào nguồn nitơ. Nếu sử dụng
NH4NO3 thì pH thích hợp là 3, nếu sử dụng NH4Cl thì pH thích hợp là 4. Trong quá trình lên
men do sự tạo thành acid citric nên pH giảm mạnh, vì vậy cần phải điều chỉnh pH của môi
trường cho thích hợp.
 Sự thoáng khí:
Quá trình oxy hoá cần một lượng lớn oxy, vì vậy cần phải cung cấp không khí cho quá trình
lên men bằng cách thông thoáng khí môi trường. Ngoài ra sự thông thoáng khí cần giảm lượng
khí cacbonic trong môi trường.
 Ảnh hưởng của nhiệt độ:

17


Nhiệt độ thích hợp khoảng 31 - 370C. sinh khối nấm mốc phát triển mạnh ở 34 - 370C. Để tạo
ra nhiều acid cần duy trì nhiệt độ 31 - 320C. Nhiệt độ thấp hơn thì tích lũy nhiều acid gluconic.
Nhiệt độ cao hơn thì việc tạo acid citric bị kìm hãm.
Thời gian nuôi cấy từ đến 10 ngày. Trong thực tế sản xuất người ta thường thổi không khí vô
trùng vào dịch lên men. Nhiệt độ thích hợp cho quá trình lên men tạo acid citric là 31 – 370C.
Thấp hơn thì tạo acid gluconic, cao hơn thì việc tạo acid citric bị kìm hãm. Thời gian lên men
khoảng 7 – 10 ngày.
 Thời gian lên men:
Thời gian tối ưu để quá trình sản xuất acid citric đạt tối đa phụ thuộc vào chủng được sử
dụng, thành phần hóa học của môi trường, hệ thống lên men, và nói chung, các điều kiện theo đó
quá trình lên men diễn ra. Trong quá trình lên men bề mặt, thời gian lên men thường được hoàn
thành trong 10-20 ngày, trong khi ở quá trình lên men chìm thời gian ủ ngắn hơn nhiều khoảng
từ (5-10 ngày . Trong quá trình lên men trạng thái rắn thời gian lên men phụ thuộc mạnh mẽ vào
chất tiêm chủng được sử dụng, độ bề mặt, độ pH ban đầu, nhiệt độ và lượng mẫu trong môi
trường ví dụ, vỏ hạt carob hoặc sung).
Trong trường hợp này, nồng độ tối đa acid citric đạt được từ trong khoảng 10 đến 15 ngày.

2.Công nghệ sản xuất acid citric bằng phương pháp lên men:
2.1 Quy trình công nghệ
Quá trình sản xuất acid citric bằng phương pháp lên men có thể chia ra ba giai đoạn sau:
a) Chuẩn bị dịch lên men :
Nguyên liệu chủ yếu để lên men citric là đường. Ngoài ra N2, P, S, Zn, Fe và Mg cũng là
những thành phần rất quan trọng của môi trường lên men. Người ta đã chứng tỏ rằng hiệu suất
của acid citric sẽ cao khi màng nấm mỏng và khi có hình thành bào tử nhưng rất yếu. Và điều đó
thường xảy ra khi hàm lượng muối trong môi trường là cực tiểu.
- Nitơ là thành phần quan trọng nhất thường được đưa vào môi trường lên men dưới dạng

NH4Cl, NH4NO3. Hiệu suất của quá trình lên men là cực đại nếu hàm lượng nitơ có trong dịch
lên men là 0,07%.
- Phospho cũng là nguyên tố rất quan trọng. Thiếu P, hệ sợi nấm tạo thành yếu và sẽ thiên về
tổng hợp ra acid gluconic. Còn khi không có P thì hệ sợi nấm lại không phát triển. Thường hàm
lượng P2O5 khoảng 0,016 – 0,021% là thích hợp để cho hiệu suất cao.

18


- Lưu huỳnh thường được đưa vào môi trường lên men dưới dạng muối magie sulfat, kẽm
sulfat và sắt sulfat. Lượng S thích hợp là 71,1ml/l. Tăng lượng S cao hơn sẽ giảm khả năng tổng
hợp acid citric của hệ sợi.
- Các nguyên tố khác như Mg, Zn, và Fe cũng không kém quan trọng. Loại trừ Zn ra khỏi môi
trường thì hầu như không tổng hợp ra được acid citric. Hiệu suất của acid citric sẽ rất cao nếu
như Zn, Fe, Mg có mặt với hàm lượng giới hạn.
 Như vậy các nguyên tố vô cơ là nhân tố điều chỉnh sự tân tạo acid citric rất quan trọng.
Trong các đường làm nguyên liệu thì saccharose (chứa trong rỉ đường) và glucoza kỹ thuật là
tốt hơn cả. Đường củ cải tạo điều kiện cho hệ sợi nấm sinh trưởng tốt và hiệu suất acid cao. Hiệu
suất acid cực đại khi nồng độ đường trong dịch lên men tương đối lớn (25%). Nồng độ đường
cao hơn, quá trình lên men bị ức chế. Khi hết glucid thì hệ sợi nấm bắt đầu sử dụng đến acid
citric. Khi đó phần lớn (85%) acid được hệ sợi dùng cho hô hấp:
C6H8O7 + 4,5O2→ 6CO2 + 4H2O
b) Lên men
Trong giai đoạn lên men acid citric thì độ pH, nhiệt độ và độ thoáng khí có ý nghĩa rất quan
trọng.
- Để cho hệ sợi nấm tạo acid sinh trưởng và hình thành dung dịch phải được acid hóa bằng
HCl đến pH 3 – 4, pH tối ưu còn phụ thuộc vào dạng nitơ có trong dung dịch. Nếu nitơ ở dạng
NH4NO3 thì pH tối ưu xấp xỉ 3, còn nếu ở dạng NH4Cl thì pH tối ưu gần 4. Trong quá lên men
do sự tạo thành liên tục acid citric nên pH của dung dịch lên men giảm xuống 2,4. Như vậy dung
dịch có pH tối ưu chỉ trong thời kì sinh trưởng của nấm.

- Sự thoáng khí của môi trường lên men có ý nghĩa quan trọng trong sản xuất, vì tất cả nấm
mốc có hệ sợi đều là cơ thể hiếu khí điển hình. Sự tổng hợp nên các sản phẩm oxy hóa khác nhau
là nhờ các sản phẩm của sự phân ly mạch carbon của glucid. Các phản ứng phân giải đầu tiên
không phụ thuộc vào sự có mặt của oxy không khí. Còn các phản ứng phân giải thứ đến là những
ohản ứng oxy hóa có oxy phân tử tham gia. Nấm mốc cần một lượng oxy lớn trong thời gian
phát triển của mình. Sự thoáng khí được thực hiện bằng cách thông gió cho buồng lên men.
- Oxy khi có nồng độ vượt quá hàm lượng bình thường của nó trong không khí (21%) sẽ làm
chậm sự sinh trưởng của nấm mốc nhưng lại kích thích sự sinh tổng hợp acid citric. Còn khi
không khí có oxy kéo dài, hệ sợi nấm sẽ bị chết. Như vậy, lượng không khí nhiều hay ít đều
không thuận lợi cho sự lên men citric. Oxy cần cho sự hô hấp và cho sự tổng hợp acid citric.
- Nhiệt độ có ảnh hưởng đến cường độ sinh trưởng và tạo acid của nấm mốc. Nhiệt độ tối ưu
do tính chất của vi sinh vật cũng như nấm mốc. Nhiệt độ tối ưu do tính chất của vi sinh vật cũng
như do yêu cầu trong các giai đoạn của chu trình sản xuất quyết định. Nhiệt độ thấp hơn sẽ tạo ra
acid gluconic, nhiệt độ cao hơn sẽ ngừng quá trình tạo acid citric.

19


- Có thể lên men bằng phương pháp nuôi cấy bề mặt hoặc bằng phương pháp nuôi cấy chiều
sâu.
c) Xử lý dịch đã lên men để thu acid citric
Dung dịch đã lên men là một hỗn hợp các acid limonic, acid gluconic, acid oxalic, đường
chưa bị lên men và các tạp chất vô cơ (trong đó acid citric 40 – 50g/l, acid gluconic 3g/l, acid
oxalic 1g/l, đường chưa lên men 70g/l).
Trung hòa dung dịch bằng phấn. Dựa vào độ hòa tan khác nhau của các muối tạo thành để
tách muối canxi citrat. Citrat hòa tan ít trong nước sôi, nhưng hòa tan trong nước lạnh, canxi
oxalat không hòa tan, còn canxi gluconat thì hòa tan ở bất kì nhiệt độ nào. Lọc để tách kết tủa
canxi citrat ra.
Phân ly canxi citrat bằng acid sulfuric để tạo ra acid citric. Cô đặc và kết tinh acid citric .
2.2 Các phương pháp lên men acid citric

Hiện nay tồn tại hai phương pháp sản xuất acid citric từ nấm sợi Aspergillus niger: phương
pháp lên men bề mặt và phương pháp lên men chìm.
2.2.1 Phương pháp lên men bề mặt
- Phương pháp lên men bề mặt ứng dụng nhiều vào những năm đầu của thế kỷ XX, theo đó
các vi sinh vật phát triển hẳn trên bề mặt môi trường nằm giữa pha rắn và pha khí hoặc nằm giữa
pha lỏng và pha khí.
- Như vậy, phương pháp lên men bề mặt có thể sử dụng hai loại môi trường: môi trường bán
rắn (còn gọi là môi trường xốp) và môi trường lỏng.
 Lên men bề mặt với môi trường bán rắn:
- Phương pháp này ít được áp dụng vì hiệu suất thu không cao và khá phức tạp ở khâu chiết,
tách acid citric.
- Trước kia người ta dùng môi trường cám mì, cám gạo có trộn khoảng 15 - 25% trấu để tăng
độ xốp của môi trường. Ngoài ra, trong một số cơ sở người ta còn dùng môi trường khác từ sắn,
khoai tây, bắp…
- Môi trường làm nguyên liệu phải được nghiền nhỏ đến kích thước vừa phải. Sau khi nghiền
xong môi trường phải được làm ấm đến độ ẩm khoảng 60 - 65% và đem hấp thanh trùng bằng
hơi nóng. Môi trường làm xong phải được làm nguội và chuẩn bị cho quá trình nuôi cấy.
- Trước đó ta phải chuẩn bị giống. Quá trình này còn gọi là giai đoạn thu nhận bào tử giống.
- Phương pháp thu nhận bào tử giống: Có 2 phương pháp thu nhận:
• Phương pháp thứ nhất:
20


+ Chuẩn bị 3 - 4 bình tam giác dung tích 150 ml, cho vào đó khoảng 50g cám để có độ ẩm
60%. Hấp thanh trùng và để nguội.
+ Từ ống giống Aspergillus niger gốc, ta chuyển toàn bộ khuẩn lạc bằng cách cho vào mỗi
ống nghiệm 10ml nước vô trùng, khuấy đều cho bào tử giống trong ống nghiệm hòa trộn trong
nước. Bằng phương pháp vô trùng chuyển toàn bộ sang các bình tam giác đã chuẩn bị môi
trường sẵn. Lắc đều cho môi trường trộn đều bào tử. Nuôi chúng trong tủ ấm có nhiệt độ 30 – 37
o

C, trong thời gian 3 ngày. Khi thấy trong bình tam giác toàn là bào tử màu đen là kết thúc giai
đoạn nuôi cấy.
+ Tiếp đó, cũng môi trường như trên nhưng được chuẩn bị vào khay nhôm hoặc inox. Tải đều
khi cho 10% môi trường giống từ bình tam giác đã nuôi ở trên vào. Chiều dày khối trộn khoảng
tử 3 - 5cm. Để trong phòng có nhiệt độ ổn định là 32 oC. Nuôi trong khoảng 3 - 4 ngày khi bào tử
màu đen xuất hiện kín bề mặt môi trường, đem sấy ở nhiệt độ< 40 oC ta thu được giống bào tử
sẵn sàng cho quá trình sản xuất đại trà.
• Phương pháp thứ 2:
+ Người ta nuôi trong môi trường lỏng giống Aspergillus niger. Môi trường để thu nhận bào
tử có thành phần như sau:
+ Dung dịch nước malt có nồng độ chất khô 3 - 5%.
NH4Cl: 0,25g
KH2PO4 : 1,25g
MgSO4: 0,25g
FeSO4: 0,0125g
+ Môi trường đã chuẩn bị xong được đưa vào bình có dung tích 2 - 3lít với chiều cao của
dung dịch trong các bình là 1cm, đem hấp thanh trùng ở 1 at trong 30phút. Sau đó chuyển giống
từ ống nghiệm giống vào. Tiến hành nuôi ở nhiệt độ 32 oC trong thời gian 4 ngày hoặc lâu hơn
cho đến khi trên bề mặt xuất hiện váng nấm sợi, lúc đầu là màu trắng sau đó là đen chứa toàn bào
tử. Người ta thu bào tử này đem sấy ở nhiệt độ< 40 oC và dùng nó như bào tử giống cấp 1.
+ Để sản xuất bào tử giống cấp 2,3, người ta thực hiện như quá trình nuôi nấm sợi trên khay
đã trình bày ở trên.
- Cách thức thực hiện quá trình lên men bề mặt:
+ Trộn cám với nước theo tỷ lệ 1:1. Hấp thanh trùng ở 1at trong 30 phút và tãi đều ra khay,
sau khi làm nguội sẽ được trộn giống với tỷ lệ 0,3 - 0,5%. Chiều dày của khối cám + bào tử
giống khoảng 3 - 5cm. Tiến hành nuôi ở nhiệt độ ổn định là 30 – 32 oC trong 4 - 5 ngày. Thời
gian lên men kết thúc khi bào tử nấm sợi mới bắt đầu xuất hiện nhiều nhưng chưa hoàn toàn
chuyển qua màu đen.
21

+ Phương pháp nuôi cấy bề mặt để thu nhận acid citric trên môi trường bán rắn hiện nay
không còn áp dụng ở các nước châu Âu nữa. Tuy nhiên, ở nhiều nước vẫn phương pháp này vẫn
còn được áp dụng và thay cám bằng bột khoai mì. Cứ 3 – 4kg bột khoai mì người ta thu được
1kg acid citric.
 Lên men bề mặt với môi trường lỏng:
- Trong phương pháp nuôi cấy này, người ta thường sử dụng một trong các công thức môi trường
sau đây:
+ Môi trường 1:
Saccharose: 150g (15%)
MgSO4: 0,25g (0,025%)
KH2PO4: 0,5g (0,05%)
Nước: 1000ml (thêm vào cho đủ 100%)
+ Môi trường 2 (môi trường Curie):
Saccharose: 12 - 15%
MgSO4: 0,15%
KH2PO4: 0,1%
NH4NO3: 0,2%
pH: 3 – 3,6
+ Môi trường 3 (môi trường Deolger)
Saccharose: 14%
MgSO4: 0,023%
KH2PO4: 0,1%
NH4NO3: 0,223%
pH: 2,2
+ Môi trường 4:
Saccharose: 10%
NH4NO3: 0,25%
KH2PO4: 0,01%
22

MgSO4.7H2O: 0,03%
ZnSO4.7H2O: 0,0008%
pH: 5,5 – 6
- Thông thường người ta thay đường saccharose bằng mật rỉ. Mật rỉ được xử lý trước khi làm
môi trường. Xử lý mật rỉ gồm 3 vấn đề cần giải quyết:
+ Xử lý màu.
+ Xử lý hệ keo có trong mật rỉ
+ Xử lý sắt nếu mật rỉ chứa sắt
- Mật rỉ đường cần phải được xử lý màu và hệ keo bằng cách cho dịch qua than họat tính để hấp
phụ và pha loãng để điều chỉnh hệ keo của dịch mật rỉ. Nếu trong mật rỉ có Fe3+ người ta cho vào
mật rỉ sau pha loãng K4{Fe(CN)6}.
- Tiếp theo ta hiệu chỉnh hàm lượng đường và pH để thuận lợi cho quá trình lên men. Hàm lượng
đường được hiệu chỉnh ở hàm lượng từ 14 - 15% về khối lượng.
- Ngoài ra để quá trình lên men thuận lợi cho vi sinh vật người ta bổ sung MgSO4, NH4NO3,
KH2PO4 và điều chỉnh pH từ 2,2 - 6 tùy thuộc vào thành phần các chất bổ sung mà điều chỉnh
pH cho hợp lý. Quá trình chuẩn bị giống đã được trình bày ở mục trên.
- Môi trường lên men phải được lọc ky và thanh trùng, làm nguội, phân phối vào các khay, nuôi
ở nhiệt độ 28 – 32OC trong thời gian từ 48 - 72 giờ. Quá trình lên men trên bề mặt của dịch lỏng
nhờ lớp váng dày ở trên đó là khuẩn lạc của nấm Aspergillus niger.
- Acid citric sẽ được thẩm thấu qua màng tế bào vào môi trường. Kết thúc quá trình lên men,
người ta lấy phần dịch lên men đem đi lọc để thu acid citric và tiếp tục lên men mẻ mới.
b. Phương pháp lên men chìm
Trong công nghệ sản xuất acid citric theo phương pháp chìm, người ta sử dụng môi trường
giống như môi trường lỏng dùng trong phương pháp lên men bề mặt.
Quá trình được thực hiện trong các thiết bị lên men có cánh khuấy và có hệ thống thổi khí
liên tục. Người ta tiến hành lên men ở 28 – 32 oC trong thời gian 6 – 7 ngày.
Trong quá trình lên men, người ta thường phải sử dụng CaCO3 để điều chỉnh pH vì acid citric
được tạo thành sẽ làm giảm pH xuống 1 – 1,5. Việc điều chỉnh này còn có ý nghĩa là người ta

chuyển acid citric thành citrat canxi lắng xuống. Kết thúc quá trình lên men, người ta sử dụng
H2SO4 để tách acid citric ra. Tiến hành cô đặc và kết tinh acid citric.
c.Thu hồi và tinh chế acid acetic
Phương pháp phổ biến để thu hồi và kết tinh acid citric là kết tủa citrat:
23


- Đầu tiên sinh khối nấm và các chất không tan được lọc bằng hệ thống lọc băng liên tục.
- Citrat canxi được kết tủa từ dịch lọc bằng cách bổ sung hydroxit canxi vôi.
+ Ở 700C sản phẩm là tricanxium tetrahydrat vô định hình.
+ Ở 900C sản phẩm chủ yếu là dicalcium hydro citrat tinh thể.
- Trường hợp lên men chìm, việc loại bỏ acid oxalic là không cần thiết bởi trong quá trình này
pH có thể dễ dàng khống chế.
- Lượng acid citric trong dịch lọc có thể được kết tủa lần nữa nhờ việc bổ sung vôi cho tới khi
pH = 5.8.
- Phần kết tủa được lọc tiếp bằng một băng lọc khác và phần dịch được loại bỏ.
- Việc rửa kết tủa nhằm loại bỏ các tạp chất bám theo như đường, protein thủy phân từ sinh khối
nấm.
- Các tinh thể sau khi rửa và acid sunfuric 98% được chuyển đồng thời vào hỗn hợp chứa 40%
acid citric pH = 0,5 – 0,6.
- Phản ứng tiếp theo tạo acid citric và tủa dihydrat sulphat canxi (thạch cao)
- Sau đó dịch lọc được xử lý màu bằng than hoạt tính.
- Các ion kim loại, sunphat canxi được loại bỏ bởi cột trao đổi cation mạnh và anion yếu (bước
loại khoáng).
- Dung dịch sau đó được cô tới nồng độ 700kgm-3 và chuyển vào hệ thống kết tinh chân không ở
nhiệt độ 35 oC.
- Tinh thể acid citric được tách bằng ly tâm và làm khô trong hệ thống sấy tầng sôi 2 giai đoạn:
+ Giai đoạn đầu sử dụng khí nóng 90 oC.
+Giai đoạn 2: khí ở 20 oC, độ ẩm 30-40% bởi các tinh thể tạo ra rất háo nước.
- 20% dịch gốc được pha loãng với nước rửa thiết bị, loại màu và chuyển ngược về bước xử lý

bằng canxi hydroxit.
- Phần còn lại dịch gốc được loại màu, loại khoáng và quay về bộ phận kết tinh.
- Quy trình tách chiết pha lỏng, acid citric được tách từ dịch lên men sử dụng hỗn hợp
trilaurylamine, n-octanol và C10- hoặc C11- isoparafin.
- Dịch chiết được gia nhiệt và rửa bằng nước theo chiều ngược tạo ra sản phẩm là dịch acid
citric.

24