柠檬酸又称枸橼酸,是一种有机化合物,外观为白色到无色晶体。无臭,有清凉咸辣味。常温及空气中稳定,在湿空气中微有溶解性,在热空气中产生风化现象。加热至150度失去结晶水。易溶于水、可溶于甘油、难溶于醇类及其他有机溶剂,过热分解,在潮湿的环境中微有潮解,在热空气中微有风化,其溶液ph值约为8。
由于制备柠檬酸钠的原料基本来源于粮食,因而安全可靠,对人类健康不会产生危害。联合国粮农与世界卫生组织对其每日摄人量不作任何限制,可认为该品属于品。不过,枸橼酸根与血中钙离子形成难解离的络合物,钙离子是凝血过程中所需的物质之一,血液中钙离子减少,而使血液凝固受阻。在临床上采取新鲜血液时,柠檬酸钠就作为抗凝血剂。
柠檬酸作为酸味剂广泛应用于各种饮料和以及果汁的生产,使产品的酸味清爽可口,并有果味的香甜。柠檬酸本身是果汁的天然成分之一,不仅赋予饮料水果风味,而且具有增溶和缓冲以及抗氧化等作用。柠檬酸作pH值的调整剂,可使其pH值降低,抑制腐败微生物的繁殖。一般当pH值小于5.5时,大部分腐败细菌可被抑制。如当葡萄或其他酿酒原料成熟过度而酸度不足时,可以用柠檬酸调节,以防止所酿造的酒口味单薄,同时还有抗氧化和保护色素的作用,以保护果汁的新鲜感和防止变色。
此外柠檬酸作抗氧化剂的增效剂,如在切去皮后的果蔬原料中加入浓度为0.1%的抗坏血酸溶液可防止原料氧化褐变。通常以柠檬酸作为增效剂,以控制酚酶的活力,防止酶褐变。如添加柠檬酸可以改善冰激凌的口味,增加乳化稳定性,防止氧化作用。在果酱和果冻中同样可以增进风味,并有抗氧化作用。如各种肉类和蔬菜在腌制加工时,加入或涂上柠檬酸可以改善风味,除腥去臭,抗氧化。柠檬酸还可作为香料稳定剂添加到许多食品包装材料中去,起到保鲜除异味作用,如将添加1%柠檬酸等聚乙烯制成的膜用于包装鱼及其腌制品,三天后能明显降低异味。
柠檬酸是食品加工业中很重要的食品添加剂,也广泛应用于医药和染料及其他工业。柠檬酸生产有两条途径,一条是以淀粉及糖类为原料,用微生物发酵方法来制取;另一条是从含酸分丰富的原料中提取,特别是在果品加工中进行综合利用如制梅胚后排出的咸酸汁液,其含酸量可达4至5%,制柑橘胚后排出的咸酸汁液都是提取柠檬酸很好原料。其主要提取工艺有以下几步:
原料澄清过滤:橘汁和梅汁中含有不少果胶及杂质,需进行澄清,促进杂质沉淀,然后用压滤机压滤。
中和:可用碳酸钙或石灰中和,要预先调成浆状进行,好加入15%碳酸钙中和。具体做法是:把橘汁、梅汁等咸酸水加热至75摄氏度时,逐渐加入碳酸钙乳浆,继续加热2小时,初温控制在5摄氏度左右,后可升高到100摄氏度,至溶液呈青绿色时,即表示已完成中和反应。然后静置沉淀,此沉淀即为果酸钙。
除盐:所得柠檬酸钙含有盐分,可用清水洗涤,加热至70—80摄氏度,反复多次,直至盐分除净为止,干燥备用。
酸解脱色:柠檬酸钙浆液加热至60至70摄氏度,加入浓度为35%的硫酸,沸腾3小时左右,待柠檬酸钙分解完成,即静置沉淀,上层清液为柠檬酸溶液。将暗红色的柠檬酸用1—2%活性炭脱色半小时,则得无色清液。
浓缩和晶析:将无色柠檬酸液进行浓缩,至固形物含量75%时,于结晶缸内静置结晶。4—5天可完成晶析。
离心和干燥:柠檬酸结晶还含有一定水分和杂质,需用离心机除去。然后在75摄氏度下干燥到含水量达1%以下,后通过过筛分级以及包装即为成品。
柠檬酸在自然界中分布很广,的柠檬酸存在于植物如柠檬、柑橘、菠萝等果实和动物的骨骼、肌肉、血液中。人工合成的柠檬酸是用砂糖、糖蜜、淀粉、葡萄等含糖物质发酵而制得的,可分为无水和水合物两种。纯品柠檬酸为无色透明结晶或白色粉末,无臭,有一种诱人的酸味。
柠檬酸是代谢过程中的中间产物。在发酵过程中,当微生物体内的酸水合酶和异柠檬酸脱氢酶活性很低、而柠檬酸合成酶活性很高时,才有利于柠檬酸的大量积累。
发酵工艺分表面发酵和固体发酵,按不同工艺制备不同原料的培养基,然后进行蒸料。蒸料的目的是将淀粉糊化,并进行灭菌。蒸料时要使物料受热均匀,蒸汽通畅,边蒸边加料,把料加在冒汽的地方,逐层加入。蒸好的物料要扬散摊凉,当温度降至37℃以下,即可补水接种,装盘发酵,发酵终点以酸度来决定,定期测定酸度,在酸度时出料,以免柠檬酸被分解。
柠檬酸钙用酸解,按溶液中柠檬酸含量确定的用量,一般过量不超过0.2%。酸解后,酸液进行过滤。柠檬酸溶液的净化通过吸附脱色和离子交换除去溶液中的色素、胶体和铁离子、钙离子、铜离子、镁离子等金属阳离子以及根离子等阴离子杂质。
很多种水果和蔬菜,尤其是柑橘属的水果中都含有较多的柠檬酸,特别是柠檬和青柠——它们含有大量柠檬酸,在干燥之后,含量可达8%(在果汁中的含量大约为47g/L)。在柑橘属水果中,柠檬酸的含量介于橙和葡萄的0.005mol/L和柠檬和青柠的0.30mol/L之间。这个含量随着不同的栽培种和植物的生长情况而有所变化。
处理柠檬酸生产废水比较常见的处理方法为生物法,生物法又分为厌氧生物法和好氧生物法在国外处理柠檬酸生产废水的主要方法为式厌氧污泥床,其处理废水的步骤如下。使废水在经过反应器底部之后进入到内筒,然后废水不断上升直至达到反应器的水分布器,再利用虹吸管将废水导入驯化好的污泥中,不断进行混合,将废水里的有机物分解成沼气,利用三相分离器将沼气、污泥与水分离并各自排出。
通常情况下,淀粉类物质为柠檬酸的主要来源。将淀粉质的原料粉碎,然后给粉碎的原料加入适量的水并搅拌,将拌合料进行发酵,发酵之后通过过滤得到滤液,在滤液中加入碳酸钙发生中和反应,过滤出柠檬酸钙,使用对柠檬酸钙进行酸解并过滤,对滤液进行离子交换脱色,之后浓缩、结晶,再干燥就得到了白色粉末状的柠檬酸。