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阅读 35584 次 历史版本 1个 创建者:haiyan (2011/5/12 15:44:54)  最新编辑:haiyan (2011/6/9 16:15:18)
檸檬酸
拼音:Níngméng Suān (Ningmeng Suan)
英文:Citric Acid
同义词条:枸橼酸
檸檬酸
                檸檬酸
 
  檸檬酸是一種有機弱酸,又名枸櫞酸,無色晶體,常含一分子結晶水,無臭,有很強的酸味,易溶於水。常用作天然防腐劑,也用於向食物和軟飲料中加入酸味。在生物化學中,它是三羧酸循環的重要中間產物,因此在幾乎所有生物的代謝中起到重要作用。此外,它也是一種對環境無害的清潔劑。
 
 
 
 

基本信息

 
枸櫞酸
             枸櫞酸
  名稱:檸檬酸
  别名:枸櫞酸、2-羥基丙烷-1,2,3-三羧酸 
  分子式: C6H8O7
  分子量: 192.14
  外觀與性狀: 白色結晶粉末,無臭
  熔點(℃):153
  沸點:175 °C分解
  相對密度(水=1): 1.6650
  閃點(℃): 100
  引燃溫度(℃): 1010(粉末)
  爆炸上限%(V/V): 8.0(65℃)
  離解常數(25℃):Ka1=7.4×10^-4,Ka2=1.7×10^-5,Ka3=4.0×10^-7
  溶解性:溶於水、乙醇、丙酮,不溶於乙醚、苯,微溶於氯仿。水溶液顯酸性。

分子結構數據


  摩爾摺射率:36.04
  摩爾體積(m3/mol):109.0
  等張比容(90.2K):348.0
  表面張力(dyne/cm):103.9
  極化率(10-24cm3):14.28

檸檬酸性質


  物理性質:在室溫下,檸檬酸爲無色半透明晶體或白色顆粒或白色結晶性粉末,無臭、味極酸,在潮濕的空氣中微有潮解性。它可以以無水合物或者一水合物的形式存在:檸檬酸從熱水中結晶時,生成無水合物;在冷水中結晶則生成一水合物。加熱到78 °C時一水合物會分解得到無水合物。在15攝氏度時,檸檬酸也可在無水乙醇中溶解。檸檬酸結晶形態因結晶條件不同而不同,有無水檸檬酸C6H8O7也有含結晶水的檸檬酸2C6H8O7.H2O、C6H8O7.H2O或C6H8O7.2H2O。

  化學性質:從結構上講檸檬酸是一種三羧酸類化合物,並因此而與其他羧酸有相似的物理和化學性質。加熱至175 °C時它會分解產生二氧化碳和水,剩餘一些白色晶體。檸檬酸是一種較強的有機酸,有3個H可以電離; 加熱可以分解成多種產物,與酸、鹼、甘油等發生反應。

自然界分布


  檸檬酸在自然界中分布廣泛,存在於植物如檸檬、柑橘、菠蘿、醋栗、覆盆子葡萄汁等果實和動物的骨骼、肌肉、血液中。人工合成的檸檬酸是用砂糖、糖蜜、澱粉、葡萄等含糖物質發酵而制得的,可分爲無水和水合物兩種。純品檸檬酸爲無色透明結晶或白色粉末,無臭,有一種誘人的酸味。從熱的濃水溶液中得到的半透明無色晶體是無水物,熔點153℃。從冷水溶液中得到的半透明無色晶體是一水物,密度1.542。75℃軟化,約100℃熔化。一水物在幹燥空氣中可失水。是強有機酸。溶於水、乙醇乙醚。用於制造藥物、汽水、糖果等,也用作金屬清潔劑,媒染劑等。

  很多種水果蔬菜,尤其是柑橘屬的水果中都含有較多的檸檬酸,特别是檸檬和青檸——它們含有大量檸檬酸,在幹燥之後,含量可達8%(在果汁中的含量大約爲47 g/L)。在柑橘屬水果中,檸檬酸的含量介於橙和葡萄的0.005 mol/L和檸檬和青檸的0.30 mol/L之間。這個含量隨着不同的栽培種和植物的生長情況而有所變化。

發現歷史


檸檬酸結構式
          檸檬酸結構式
  檸檬酸的發現始於8世紀伊朗鍊金術士賈比爾。1784年舍勒首先從檸檬汁中結晶分離出檸檬酸。他是通過在水果榨汁中加入石灰乳以形成檸檬酸鈣沉澱的方法制取檸檬酸的。天然檸檬酸最初產於美國加利福尼亞州意大利和西印度群島。意大利的產量居首位。到1922年,世界檸檬酸的總銷售額的90%由美國英國法國等壟斷。發酵法制取檸檬酸始於19世紀末。1893年韋默爾發現青黴菌可以以糖類爲原料制造檸檬酸。然而,直到第一次世界大戰阻礙了意大利的檸檬出口之前,在工業上利用微生物制造檸檬酸都沒有被提上日程。1913年B.紮霍斯基報道黑曲黴能生成檸檬酸。1916年湯姆和柯里以曲黴屬菌進行試驗,證實大多數曲黴菌如泡盛曲黴、米曲黴、溫氏曲黴、綠色木黴和黑曲黴都具有產檸檬酸的能力,而黑曲黴的產酸能力更強。如柯里以黑曲黴爲供試菌株,在15%蔗糖培養液中發酵,對糖的吸收率達55%。1923年美國菲澤公司建造了世界上第一家以黑曲黴淺盤發酵法生產檸檬酸的工廠。隨後比利時、英國、 德國、蘇聯等相繼研究成功發酵法生產檸檬酸。這樣,依靠從柑橘中提取天然檸檬酸的方法逐漸爲發酵檸檬酸所取代。1950年前,檸檬酸采用淺盤發酵法生產。1952年美國邁爾斯試驗室采用深層發酵法大規模生產檸檬酸。此後,深層發酵法逐漸建立起來。深層發酵周期短,產率高,節省勞動力,占地面積小,便於實現儀表控制和連續化,這一制造技術仍是目前最主要的制造方法。在這個技術中,黑曲黴被放入含有蔗糖葡萄糖的培養基中進行培養,以生產檸檬酸。糖類的來源包括玉米漿、糖蜜發酵液、玉米粉的水解產物或其他廉價的糖類溶液。在去除黴菌之後,向剩餘的溶液中加入氫氧化鈣,使檸檬酸反應生成檸檬酸鈣沉澱,分離出沉澱之後再加入硫酸就可以得到檸檬酸。

克氏循環


  檸檬酸是生理學中將脂肪蛋白質和糖轉化爲二氧化碳的過程中的重要化合物。

  這些化學反應是幾乎所有代謝的核心反應,並且爲高等生物提供能量。漢斯·阿道夫·克雷布斯因爲發現這一系列反應穫得了1953年諾貝爾生理學或醫學獎。這一系列反應稱作“檸檬酸循環”、“三羧酸循環”或“克氏循環”。

生產方法


  檸檬酸是食品加工業中一類重要的食品添加劑,同時也廣泛應用於醫藥、染料及其他工業領域。檸檬酸的生產方法可分爲水果提取法、化學合成法和生物發酵法三種。

  一、水果提取法

  檸檬酸可以從檸檬、橙、橘子蘋果等檸檬酸含量較高的水果中提取。現在水果的生產已經實現產業化,水果產量也隨之增加,並且比較集中,在考慮生態果園和綜合利用時,可以利用這種方法來提取檸檬酸。但此法成本較高,不利於投入工業化生產。

  二、化學合成法

  化學合成法的原料有丙酮二氯丙酮乙烯酮。由於化學合成法工藝複雜, 成本高,安全性較低,很少使用。

  三、生物發酵法

  生物發酵法又包括淺層發酵法、固體表面發酵法、深層發酵法以及石油烴發酵法。淺層發酵法,又稱表面發酵法,多以甜菜糖蜜爲原料。固體表面發酵法,多以海藻酸鈣爲載體,也有采用聚丙烯醯胺。深層發酵法,采用定向培養,紫外線誘變以及NTG處理等的配合作用對出發株進行選育,使其適應以糖蜜爲原料的深層發酵,可提高菌種的產酸率和轉化率。石油烴( 正構烷烴) 發酵法是采用解脂覆膜孢酵母爲菌種,以石油爲原料發酵生產檸檬酸是基於分解長鏈烷烴的能力,先通過一端氧化產生長鏈脂肪酸,誘發子鏈打開,通過氧化作用成爲短鏈脂肪酸,然後進入三羧酸循環產生檸檬酸。

生產工藝


  一、發酵工藝

  檸檬酸發酵工藝在國際上被認爲是較難的工藝。我國的以薯幹等爲原料的深層發酵技術具有獨創性,發酵指數居世界前列。不同的發酵工藝需制備不同原料的培養基, 然後再進行蒸料。

  淺層發酵周期爲6~11天, 所需能耗小,但勞動力多;深層發酵周期爲4~7天,所需能耗大,但勞動力少。對於大規模生產多傾向於選擇深層發酵。在發酵過程中,有的菌種不需加入引發劑,有的則采用甲醇作爲引發劑,采用棕櫚油或其他植物油作爲發酵用消泡劑,通入的空氣中不允許含油。目前發酵過程多爲間歇生產,但每個發酵罐的容積增大了,采用電子計算機程序控制,連續進出料發酵,采用新型發酵法生產。

  二、鈣鹽法提取工藝

檸檬酸生產
             檸檬酸生產
  1、原料澄清過濾

  橘汁、梅汁等原料中含有不少果膠及雜質,需進行澄清,促進雜質沉澱,然後用壓濾機壓濾。

  2、中和

  可用碳酸鈣或石灰中和,要預先調成漿狀進行,最好加入15%碳酸鈣中和。具體做法是:把橘汁、梅汁等鹹酸水加熱至75攝氏度時,逐漸加入碳酸鈣乳漿,繼續加熱2小時,初溫控制在5攝氏度左右,最後可升高到100攝氏度,至溶液呈青綠色時,即表示已完成中和反應。然後靜置沉澱,此沉澱即爲果酸鈣(以檸檬酸鈣爲主)。

  3、除鹽

  所得檸檬酸鈣含有鹽分,可用清水洗滌,加熱至70~80攝氏度,反複多次,直至鹽分除淨爲止,幹燥備用。

  4、酸解脱色

  檸檬酸鈣漿液加熱至60~70攝氏度,加入濃度爲35 %的硫酸,沸騰3小時左右,待檸檬酸鈣分解完成,即靜置沉澱,上層清液爲檸檬酸溶液。將暗紅色的檸檬酸用1%~2%活性炭脱色半小時,則得無色清液。

  5、濃縮、晶析

  將無色檸檬酸液進行濃縮,至固形物含量75%時,於結晶缸内靜置結晶。4~5天可完成晶析。

  6、離心、幹燥

  檸檬酸結晶還含有一定水分和雜質,需用離心機除去。然後在75攝氏度下幹燥到含水量達1%以下,最後通過過篩、分級、包裝即爲成品。

  鈣鹽法因爲工藝成熟、設備簡單、原材料易得和產品質量穩定等特點而在國内外被廣泛使用。但也存在一些不足: 一是得到的提取液中檸檬酸質量分數較低;二是單元操作損失多,總收率低;三是在提取過程中化工原料消耗多,固液分離量大,能耗高;四是環境污染嚴重,產生大量的固體廢棄物CaSO4 和廢水。另外還有提取工藝長、工人勞動強度大、工作環境惡劣、提取設備腐蝕嚴重等缺點。

  三、工藝流程的改進

  檸檬酸工藝主要包括預處理、過濾、中和沉澱、酸解、脱色、離子交換、濃縮和結晶等步驟。有研究提出對此工藝進行兩種改進: 一種是將離子交換在濃縮步驟之後進行;另一種是在濃縮步驟之後,還有一個過濾步驟。這樣, 在濃縮過程中析出的CaSO4 微粒可以通過過濾而除去。此外,由於CaSO4的去除,可減輕後步的離子交換操作的負擔,相應地, 使離子交換樹脂的利用率也得到提高。

  此外,還有離子交換樹脂法、電滲析、色譜法、膜分離等新的工藝對檸檬酸的提取進行改進完善,使檸檬酸的提取進度、回收率和產品質量都有不同程度提高,而且還有降低成本、保護環境等優點。

檸檬酸的作用


  檸檬酸是一種重要的有機酸,檸檬酸市場調研顯示,又名枸櫞酸,無色晶體,常含一分子結晶水,無臭,有很強的酸味,易溶於水。檸檬酸的作用很多,是廣泛應用於食品、醫藥、日化等行業最重要的有機酸。下面詳細介紹檸檬酸的作用:

  一、用於食品工業
檸檬酸用於
檸檬酸有溫和爽快的酸味,是飲料和食品行業的酸味劑

  因爲檸檬酸有溫和爽快的酸味,普遍用於各種飲料、汽水、葡萄酒、糖果、點心、餅幹、罐頭果汁、乳制品等食品的制造。在所有有機酸的市場中,檸檬酸市場占有率 70%以上,到目前還沒有一種可以取代檸檬酸的酸味劑。 一分子結晶水檸檬酸主要用作清涼飲料、果汁、果醬、水果糖和罐頭等的酸性調味劑,也可用作食用油的抗氧化劑。同時改善食品的感官性狀,增強食欲和促進體内鈣、磷物質的消化吸收。無水檸檬酸大量用於固體飲料。檸檬酸的鹽類如檸檬酸鈣和檸檬酸鐵是某些食品中需要添加鈣離子和鐵離子的強化劑。檸檬酸的酯類如檸檬酸三乙酯可作無毒增塑劑,制造食品包裝用塑料薄膜,是飲料和食品行業的酸味劑。

  二、用於化工、制藥和紡織業

  檸檬酸在化學技術上可作化學分析用試劑,用作實驗試劑、色譜分析試劑及生化試劑;用作絡合劑,掩蔽劑;用以配制緩沖溶液。采用檸檬酸或檸檬酸鹽類作助洗劑,可改善洗滌產品的性能,可以迅速和沉澱金屬離子,防止污染物重新附着在織物上,保持洗滌必要的鹼性;使污垢和灰分散和懸浮;提高表面活性劑的性能,是一種優良的鼇合劑。

  服裝的甲醛污染已是很敏感的問題,檸檬酸和改性檸檬酸可制成一種無甲醛防皺整頓劑,用於純棉織物的防皺整理。不僅防皺效果好,而且成本低。

  三、用於環保

  檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液用於煙氣脱硫。我國煤炭資源豐富,是構成能源的主要部分,然而一直缺乏有效的煙氣脱硫工藝,導致大氣so2污染嚴重。目前,我國so2年排放量已近4000萬噸,研究有效的脱硫工藝,實爲當務之急。檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖溶液由於其蒸氣壓低、無毒、化學性質穩定、對so2吸收率高等原因,是極具開發價值的脱硫吸收劑。

  四、用於禽畜生產

  在仔豬飼料中添加檸檬酸,可以提早斷奶,提高飼料利用率5%~10%,增加母豬產仔量。在生長育肥豬日糧中添加1%~2%檸檬酸,可提高日增重,降低料肉比,提高蛋白質消化率,降低背脂厚度,改善肉質和胴體特性。檸檬酸稀土是一種新型高效飼料添加劑,適用於豬、雞、魚、蝦、牛、羊、兔、蠶等各種動物,具有促進動物生長,改善產品品質,提高抗病能力及成活率,提高飼料轉化率,縮短飼喂周期等特點。

  五、用於化妝品

  檸檬酸屬於果酸的一種,主要作用是加快角質更新,常用於乳液、乳霜、洗發精、美白用品、抗老化用品、青春痘用品等。 角質的更新有助於皮膚的中黑色素的剝落,毛孔的收細,黑頭的溶解等。例如碧歐泉活泉舒敏潔面摩絲,令皮膚柔軟、舒適,膚色清新、純淨。

  六、用於殺菌

  檸檬酸與80℃溫度聯合作用具有良好殺滅細菌芽孢的作用,並可有效殺滅血液透析機管路中污染的細菌芽孢。享有“西餐之王”美譽的檸檬具有很強的殺菌作用,對食品衛生很有好處,再加上檸檬的清香氣味,人們曆來喜歡用其制作涼菜,不僅美味爽口,也能增進食欲。

  七、用於醫藥

  檸檬酸具有收縮、增固毛細血管並降低其通透性的作用,還能提高凝血功能及血小板數量,縮短凝血時間和出血時間,具有一定的止血作用制藥工業用作醫藥清涼劑,測血鉀。

使用注意事項


用於化妝品
檸檬酸用於化妝品,可加快角質更新
  一、食用危險

  檸檬酸爲食用酸類,可增強體内正常代謝,適當的劑量對人體無害。在某些食品中加入檸檬酸後口感好,並可促進食欲,在我國允許果醬、飲料、罐頭和糖果中使用檸檬酸。雖然檸檬酸對人體無直接危害,但它可以促進體内鈣的排泄和沉積,如長期食用含檸檬酸的食品,有可能導致低鈣血症,並且會增加患十二指腸癌的幾率。兒童表現有神經系統不穩定、易興奮、植物神經紊亂;大人則爲手足抽搐、肌肉痙攣,感覺異常,瘙癢及消化道症狀等。

  基於檸檬酸對鈣的代謝可產生的影響,經常食用罐頭、飲料、果醬、酸味糖果的人們,特别是孩子,要注意補鈣,多喝生奶、魚頭、魚骨湯、吃些小蝦皮等,以免導致血鈣不足而影響健康,胃潰瘍、胃酸過多、齲齒和糖尿病患者不宜經常食用檸檬酸。檸檬酸不能加在純奶里, 否則會引起純奶凝固。乳制品行業常把檸檬酸配成10%左右的溶液加入低濃度的牛奶溶液中,加入時應快速的攪拌。

  二、工業危險

  檸檬酸具刺激作用。在工業使用中,接觸者可能引起濕疹。

  燃爆危險: 檸檬酸可燃。粉體與空氣可形成爆炸性混合物,遇明火、高熱或與氧化劑接觸,有引起燃燒爆炸的危險。

    7
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