กรดซิตริก

กรดซิตริก

สูตร: C₆H₈O₇
ปริมาตรเชิงโมล: 192.124 ก./โมล
ความหนาแน่น: 1.66 ก./ลบ.ซม.
จุดเดือด: 310 °C
จุดหลอมเหลว: 153 °C
ละลายใน: น้ำ, แอลกอฮอล์, แอซีโทน, ไดเมธิลซัลฟอกไซด์, เอตทิลอะซิเตต

กรดซิตริกคืออะไร 
กรดซิตริกเป็นกรดอ่อนใช้ประโยชน์เพื่อการถนอมอาหารโดยมีบทบาทสําคัญ ในการเพิ่มรสชาดให้กับอาหารให้มีรสเปรี้ยว และมีกลิ่นหอมชวนรับประทาน ได้รับการยอมรับ โดยทั่วไปว่ามีความปลอดภัยในการบริโภค สามารถเติมลงไปในอาหารโดยไม่เกิดอันตราย และ สามารถย่อยสลายได้ง่ายและไม่เป็นพิษต่อส่งแวดล้อม กรดซิตริกพบได้ตามธรรมชาติโดยทั่วไป ในผักและผลไม้ที่มีรสเปรี้ยว โดยเฉพาะพืชตระกูลมะนาว สัปปะรด และส้ม ซึ่งมีสัดส่วนกรด ซิตริกเป็นองค์ประกอบสูง ในระยะแรก ๆ การผลิตกรดซิตริกทําโดยคั้นมะนาวโดยตรงเพื่อ ให้ได้น้ํามะนาวซึ่งจะส่วนประกอบมีกรดซิตริกประมาณร้อยละ 7-9 แต่ในปัจจุบันมีโรงงานผลิต กรดซิตริกจํานวนน้อยกว่า 100 โรงงาน ทั่วโลก ซึ่งนิยมผลิตด้วยวิธีการสังเคราะห์กรดซิตริกจาก น้ําตาลกลูโคสผ่านวิถีไกลโคไลซีส (Glycolysis Pathway) ได้เป็นสารออกซาโลอะซิเตท (Oxaloacetate) แล้วสะสมเป็นกรดซิตริก โดยจุลินทรีย์ที่นิยมใช้ในการผลิตแบ่งเป็น 2 ประเภท คือ เชื้อรา Aspergillus Niger และยีสต์ Cadida Lypolitica

ชื่อเรียกอื่นของกรดซิตริก

• กรดมะนาว เนื่องจากสมัยก่อนผลิตจากมะนาว
• กรดซิตริก
• ซิตริกแอซิด โมโนไฮเดรต
• Citric acid

ลักษณะของกรดซิตริก

• เป็นของแข็ง ใส คล้ายน้ำตาลเกล็ด
• มีรสชาติเปรี้ยวแหลม 

กรดซิตริกแบบดั้งเดิมผลิตจากมะนาว จึงถูกเรียกว่ากรดมะนาว

การผลิตกรดซิตริก

แผนภาพที่ 1 แสดงการผลิตกรดซิตริกผ่านวิถีไกลโคไลซีสของจุลินทรีย์

 

การผลิตกรดซิตริกเดิมเริ่มผลิตจากมะนาว โดยอิตาลีเป็นประเทศผู้เริ่มต้นผลิต ตั้งแต่ปี 1920 และในปัจจุบันการผลิตกรดซิตริกจากมะนาวยังคงมีอยู่บ้างในบางพื้นที่ เช่นใน Sicily, California, Hawaii และ West Indies การผลิตกรดซิตริกจากมะนาวในปัจจุบันกําลังลดลง เนื่องจากต้นทุนสูง และภาคธุรกิจนิยมผลิตกรดซิตริกโดยใช้กระบวนการหมักน้ําตาลด้วยจุลิทรีย์ ประเภทเชื้อราซึ่งมีต้นทุนต่ำกว่าเป็นหลัก

โดยมีประเทศผู้ผลิตที่สําคัญ คือ สาธารณรัฐประชาชนจีน สหรัฐอเมริกา อิตาลี เบลเยี่ยม และฝรั่งเศส เป็นต้น ซึ่งในปี 2008 ปริมาณผลผลิตกรดซิตริกทั่วโลก อยู่ที่ระดับ 1.7 ล้านตัน/ปี คาดว่ามีอัตราการเติบโตของตลาดประมาณร้อยละ 3 ต่อปี โดยสาธารณะประชาชนจีนมีผลผลิตกรดซิตริกมากกว่า 0.85 ล้านตัน/ปี ผลผลิตกรดซิตริก ส่วนที่เหลือจะผลิตในภูมิภาคยุโรป และอเมริกา เป็นหลัก สําหรับการบริโภคกรดซิตริกของ โลกนั้น ส่วนใหญ่กรดซิติกถูกนําไปใช้ในอุตสาหกรรมเครื่องดื่มอยู่ที่ร้อยละ 50 ใช้ในอุตสาหกรรม อาหารแปรรูปร้อยละ 20 ใช้ในอุตสาหกรรมซักฟอกและทําความสะอาดร้อยละ 20 และใช้ใน อุตสาหกรรมเครื่องสําอางร้อยละ 10

กรดซิตริกที่ผลิตในปัจจุบันอยู่ในรูปผลึก Monohydrate (CHLO,H,O) ซึ่งมีน้ํา ประกอบอยู่ 1 โมเลกุล มีสีใส ไม่มีกลิ่น มีรสเปรี้ยว มีความสามารถละลายในน้ําเย็น (133 g/ml) มากกว่าการละลายในน้ําร้อน ราคากรดซิตริกในตลาดปัจจุบัน มีราคาอยู่ที่ระดับ 150-200 บาท/ กิโลกรัม ไม่รวมค่าขนส่ง 

โดยกรดซิตริกมีคุณสมบัติทางเคมีดังนี้

ตารางที่ 1 คุณสมบัติทางเคมีของกรดซิตริก

---

กรดซิตริกมีคุณสมบัติที่สามารถใช้ประโยชน์ได้ในหลายทาง นิยมใช้ใน อุตสาหกรรมอาหารและเครื่องดื่ม เพื่อเป็นสารให้กลิ่น รส ในผลิตภัณฑ์อาหารแปรรูป นอกจากนั้น ยังใช้เป็นสารลดความฝาด ลดการตกผลึกของน้ําผลไม้ และสามารถควบคุมระดับค่า pH ในผลิตภัณฑ์อาหารทําให้จุลินทรีย์ที่เป็นโทษไม่สามารถเติบโตได้ จึงเป็นที่นิยมใช้เพื่อการถนอม อาหารและเครื่องดื่ม กรดซิตริกยังมีคุณสมบัติแก้น้ํากระด้าง โดยกรดซิตริกจะจับกับ โลหะหนัก ในน้ําโดยกระบวนการแลกเปลี่ยนอิออนกลายเป็นตะกอน Citric Complex ด้วยคุณสมบัติดังกล่าว จึงนิยมนํามาใช้ในการทําสบู่และน้ํายาล้างจาน และกรดซิตริกยังมีคุณสมบัติในการขัดคราบสนิม และคราบสกปรกที่พื้นและผนัง จึงนิยมนํามาใช้ขัดสนิมในอุปกรณ์วัสดุเหล็กในภาคอุตสาหกรรม ต่าง ๆ ด้วย

การผลิตกรดซิตริกจากมะนาว
การผลิตกรดซิตริกตั้งเดิมผลิตจากการคั้นมะนาวซึ่งจะมีส่วนประกอบกอบของ กรดซิตริกประมาณประมาณร้อยละ 7-9 และนําน้ํามะนาวที่คั้นมาผสมแคลเซียมออกไซด์ ก่อให้เกิดเกลือแคลเซียมซิเตรท เติมกรดซัลฟูริก จะทําให้กรดซิตริกแยกตัวออก นํามาตกผลึก อบแห้งและจําหน่ายเพื่อใช้ในการบริโภคตรง

 

การผลิตกรดซิตริกจากกากน้ําตาล
การผลิตกรดซิตริกจากกากน้ําตาลด้วยการหมักด้วยเชื้อรา Aspergillus Niger แบบแช่จม (Submerged Fermentation) เริ่มต้น โดยปรับกากน้ําตาลไปที่ความเข้มข้นน้ําตาล ประมาณร้อยละ 15 หรือที่ 20 Brix และเติมสารอาหาร Ammonium Nitrate 2-2.5 gl, Monopotassium Phosphate 0.3-1.0 g1, Magnesium Sulphate 0.2-0.25 gl เติมโลหะหนัก Fe, Zn, Mn เล็กน้อยที่ระดับ 0.01 gl ผ่านกระบวนการฆ่าเชื้อ (Sterilization) ปรับสภาวะกรดด่างที่
pH1 ประมาณ 6 เติมเชื้อ Aspergillus Niger ML 516 ที่ผ่านการเลี้ยงเชื้อประมาณร้อยละ 2 ต่อน้ําหนัก และ ใช้อุณหภูมิการหมักประมาณ 28-30 C เติมอากาศ และกวนด้วยใบกวนประมาณ 8 วัน จะได้น้ําหมักที่มีกรดซิตริกความเข้มข้นร้อยละ 60 นําน้ําหมักมาตกตะกอนด้วยปูนขาว ในรูปเกลือ ใช้กรดกํามะถันละลายกรดซิตริกออกจากผลึกเกลือ นําไปกรองแยกยิปซั่ม (Calcium Sulphate) ออกไป นําของเหลวที่ได้ผ่านการลดสีด้วยถ่าน (Active Carbon) จากนั้นนํามาต้ม และ เดี๋ยวตกผลึก อบแห้ง แล้วนําไปบรรจุเพื่อจําหน่ายต่อไปในรูปผลึก Monohydrate

ต้นทุนการผลิตกรดซิตริกจากกากน้ําตาล
การผลิตกรดซิตริก 1 ต้น ด้วยการหมักด้วยเชื้อรา Aspergillus Niger แบบแช่จม (Submerged Fermentation) จะมีต้นทุนประมาณการประกอบด้วย

• กากน้ําตาล 3 ตัน
• สารอาหารต่างๆ 5-15 กิโลกรัม
• กรดกํามะถัน 0.8 ตัน
• ปูนขาว 450 กิโลกรัม
• Active Carbon 25 กิโลกรัม
• น้ํา25  ลูกบาศก์เมตร
• พลังงานไฟฟ้า 3,800 KWh
• ไอน้ํา 19 ต้น

การวิจัยการผลิตกรดซิตริกจากกากน้ําตาลที่เกี่ยวข้อง
การศึกษาการผลิตกรดซิตริกด้วยกากน้ําตาล (Sikandar Ali และคณะ, ปากีสถาน, 2008) ได้ศึกษาและหาสภาวะที่เหมาะสมในการผลิต โดยการหมักกากน้ําตาลที่ความเข้มข้นร้อยละ 15 ด้วยเชื้อรา Aspergillus nigger พันธุ์ GCBT7 เพื่อเปลี่ยนน้ําตาลในกากน้ําตาลเป็นกรดซิตริกใน ถังหมัก พบว่าสภาวะที่เหมาะสมคือการควบคุมสภาวะความเป็นกรดต่างที่ pH ระดับ 6 ควบคุม อุณหภูมิที่ 30 c เติมออกซิเจนที่ระดับ 1 L/min และเติม Airmoniurn nitrate ปริมาณร้อยละ 0.2 เพื่อเป็นแหล่งไนโตรเจนให้เชื้อรา Aspergilhas niger ใช้เวลาหมัก 144 ชั่วโมง จะได้กรดซิตริกที่ ประสิทธิภาพสูงสุดที่ระดับระหว่าง 96.06-103.06 กรัม/1 ลิตรกากน้ําตาล โดยจะได้เซลแห้งและ อัตราการใช้น้ําตาลจากกากน้ําตาลของเชื้อรา Aspergillus nige ที่ 18.5 กรัม/1 ลิตรกากน้ําตาล และ 96.55 กรัม/1 ลิตรกากน้ําตาล ตามลําดับ โดยใช้กระบวนการเก็บเกี่ยวและการตกผลึกกรดซิตริก เช่นเดียวกับที่กล่าวข้างต้น

 

การผลิตกรดซิตริกจากมันสําปะหลัง
ขั้นตอนการผลิตกรดซิตริกจากมันสําปะหลัง เริ่มจากการนํามันสําปะหลังมาบด ย่อยให้เป็นผง และนําไปหมักในถังหมักด้วยเชื้อจุลิทรีย์ Aspergillus Niger ที่มีประสิทธิภาพสูงใน การเปลี่ยนแป้งให้เป็นกรดซิตริก โดยจะควบคุมอุณหภูมิ ค่าความเป็นกรดต่าง และการเติมออกซิเจน พร้อมทั้งมีการกวนผสมภายในถังเพื่อให้จุลิทรีย์ทํางานให้มีประสิทธิภาพสูงสุด จากนั้น นําไปผ่านการกรองเพื่อนํากากมันออก ตกผลึกด้วยปูนขาว ใช้ถ่านกับกรดกํามะถันละลายกรด ซิตริกออกจากผลึกเกลือ ก่อนนําไปกรองแยกยิปซั่มออกไป นําของเหลวที่ได้มาตกผลึก อบแห้ง แล้วนําไปบรรจุเพื่อจําหน่ายต่อไป

ข้อจํากัดในการผลิตกรดซิตริกเชิงอุตสาหกรรม
การผลิตกรดซิตริกเชิงอุตสาหกรรมมีข้อจํากัดเนื่องจากตลาดที่มีอยู่ในปัจจุบันมี ผู้ผลิตผูกขาดน้อยรายที่มีประสิทธิภาพการผลิตสูง และยังมีการเก็บรักษาเทคโนโลยีของตนเองไว้ เพื่อกันไม่ให้มีผู้ประกอบการใหม่เข้ามาร่วมตลาด แต่อย่างไรก็ตามประเทศที่กําลังพัฒนาที่มีแหล่ง กากน้ําตาลราคาต่ํา การผลิตกรดซิตริกจะเป็นทางเลือกเพื่อสนับสนุนให้ตลาดและการผลิตใน ภาคอุตสาหกรรมเครื่องดื่ม ขนม และยา ของประเทศมีการพัฒนาได้ ซึ่งการผลิตกรดซิตริกด้วย กําลังการผลิตที่มากกว่าจุดคุ้มทุน จะก่อให้เกิดความประหยัดทางขนาด ซึ่งอาจทําได้ในเชิง อุตสาหกรรม

ขอบคุณข้อมูลจาก http://www.ocsb.go.th/upload/journal/fileupload/146-6034.pdf

ขอบคุณข้อมูลจาก กรดซิตริก , กรดมะนาว