اسید سیتریک خشک (Citric Acid Anhydrous) یکی از پرکاربردترین اسیدهای آلی در صنایع غذایی، دارویی، آرایشی و شیمیایی است. این مقاله به بررسی فرمول شیمیایی، خواص فیزیکی و شیمیایی، کاربردها و فرآیند تولید این ماده می‌پردازد.

 

فرمول شیمیایی اسید سیتریک خشک

فرمول شیمیایی اسید سیتریک خشک C₆H₈O₇ است. این ترکیب شیمیایی از شش اتم کربن (C)، هشت اتم هیدروژن (H)، و هفت اتم اکسیژن (O) تشکیل شده است. ساختار آن به شکل زیر است:

  1. ساختار مولکولی:
    اسید سیتریک یک اسید آلی سه‌کربوکسیلیک است، به این معنا که دارای سه گروه کربوکسیل (-COOH) در ساختار خود است. این گروه‌های کربوکسیل به همراه یک گروه هیدروکسیل (-OH) به یک اسکلت سه‌کربنه متصل هستند. ساختار آن به شکل زیر تقسیم می‌شود:
    • یک زنجیره اصلی شامل سه اتم کربن (C1، C2، C3).
    • کربن مرکزی (C2) به یک گروه هیدروکسیل (-OH) و دو گروه کربوکسیل متصل است.
    • دو کربن انتهایی (C1 و C3) هر یک به یک گروه کربوکسیل دیگر متصل هستند.
  2. ساختار شیمیایی به تفصیل:
    فرمول گسترده آن به صورت زیر است:
    HOOC-CH₂-C(OH)(COOH)-CH₂-COOH
    این ساختار نشان‌دهنده سه گروه کربوکسیل و یک گروه هیدروکسیل است که در کنار یکدیگر قرار دارند.
  3. خواص فرمول شیمیایی:
  • حضور گروه‌های کربوکسیل: وجود سه گروه کربوکسیل باعث می‌شود که اسید سیتریک یک اسید قوی‌تر از اسیدهای آلی تک‌کربوکسیلیک (مانند اسید استیک) باشد. این گروه‌ها در واکنش‌های شیمیایی متعددی شرکت می‌کنند و به این ترکیب خاصیت بافری و اسیدیته قوی می‌دهند.
  • گروه هیدروکسیل: گروه هیدروکسیل (OH) نیز به خاصیت قطبی و قابلیت انحلال بالای اسید سیتریک در آب کمک می‌کند.

فرمول شیمیایی اسید سیتریک خشک

 

ارتباط فرمول شیمیایی با خواص فیزیکی و شیمیایی

  1. حلالیت بالا در آب: ساختار قطبی اسید سیتریک، به‌ویژه گروه‌های کربوکسیل و هیدروکسیل، باعث می‌شود این ترکیب به راحتی در آب حل شود. این ویژگی مهم در کاربردهای غذایی و صنعتی آن بسیار مفید است.
  2. اسیدیته: سه گروه کربوکسیل در اسید سیتریک به آن خاصیت اسیدیته قوی می‌دهند که در تنظیم pH و عملکردهای بافری (Buffering) بسیار موثر است.
  3. بدون آب بودن (Anhydrous): در فرم خشک یا بدون آب، هیچ مولکول آبی در ساختار کریستالی اسید سیتریک وجود ندارد. این ویژگی باعث می‌شود اسید سیتریک خشک پایداری بیشتری داشته باشد و در محیط‌های حساس به رطوبت یا محصولات خشک بهتر عمل کند.

اهمیت فرمول شیمیایی در کاربردها

فرمول C₆H₈O₇، همراه با ساختار خاص آن، پایه بسیاری از خواص مفید این ماده است، از جمله:

  • توانایی تنظیم اسیدیته در محصولات غذایی و نوشیدنی‌ها.
  • ایجاد خاصیت ضدعفونی‌کنندگی و پاک‌کنندگی در کاربردهای بهداشتی و صنعتی.
  • کاربرد در واکنش‌های شیمیایی برای تولید ترکیبات دیگری مانند نمک‌های سیترات.

 

خواص فیزیکی و شیمیایی اسید سیتریک خشک

خواص فیزیکی

اسید سیتریک خشک به صورت جامد، بی‌رنگ یا سفید و به شکل کریستال یا پودر یافت می‌شود. این ماده بدون بو است و طعمی ترش و ملایم دارد. نقطه ذوب آن حدود 153 درجه سانتی‌گراد است و به راحتی در آب و اتانول حل می‌شود. همچنین در محلول‌های آبی pH پایینی (حدود 2 تا 3) ایجاد می‌کند.

خواص شیمیایی

اسید سیتریک خشک یک اسید ضعیف است، اما به دلیل حضور گروه‌های کربوکسیل، توانایی تنظیم pH و ایجاد خاصیت بافری دارد. این ماده در دماهای بالا می‌تواند به اسید آکریلیک و سایر ترکیبات ساده‌تر تجزیه شود. همچنین با قلیاها واکنش داده و نمک‌های سیترات تولید می‌کند.

جدول خواص فیزیکی و شیمیایی اسید سیتریک خشک

ویژگی

توضیحات

فرمول شیمیایی

C₆H₈O₇

وزن مولکولی

192.12 گرم بر مول

شکل ظاهری

جامد سفید، به صورت کریستال یا پودر

بو

بدون بو

طعم

ترش و ملایم

حلالیت در آب

به شدت محلول در آب (59 گرم در 100 میلی‌لیتر آب در دمای 20 درجه سانتی‌گراد)

حلالیت در حلال‌های دیگر

محلول در اتانول، کمی محلول در اتر و تقریبا نامحلول در بنزن و کلروفرم

pH محلول آبی

محلول 1 درصد در آب، pH حدود 2.2

نقطه ذوب

حدود 153 درجه سانتی‌گراد (تجزیه می‌شود)

نقطه جوش

اسید سیتریک در حالت جامد نمی‌جوشد و پیش از آن تجزیه می‌شود

چگالی

1.665 گرم بر سانتی‌متر مکعب (در دمای 20 درجه سانتی‌گراد)

خاصیت اسیدی

اسید ضعیف با سه گروه کربوکسیل، توانایی تنظیم pH و ایجاد بافر

پایداری

پایدار در شرایط خشک و در دمای اتاق؛ حساس به رطوبت و گرما

واکنش‌پذیری

واکنش با بازها برای تولید نمک‌های سیترات؛ در دماهای بالا به اسید آکریلیک تجزیه می‌شود

گروه‌های عاملی

سه گروه کربوکسیل (-COOH) و یک گروه هیدروکسیل (-OH)

 

 

 

فرمول شیمیایی اسید سیتریک

روش تولید اسید سیتریک خشک

  1. مرحله تولید اسید سیتریک اولیه (تخمیر میکروبی):

تولید اسید سیتریک صنعتی عمدتاً از تخمیر قندها یا نشاسته‌ها انجام می‌شود. فرآیند به شرح زیر است:

الف. مواد اولیه:

  • مواد اولیه معمولاً شامل منابع قندی مانند ملاس چغندر یا نیشکر، شربت گلوکز یا نشاسته‌های دیگر هستند.
  • این مواد کربوهیدراتی به عنوان منبع انرژی برای میکروارگانیسم‌های تولیدکننده اسید سیتریک استفاده می‌شوند.

ب. میکروارگانیسم‌ها:

  • معمولاً قارچ آسپرژیلوس نیجر (Aspergillus niger) برای تخمیر استفاده می‌شود. این قارچ توانایی تبدیل قند به اسید سیتریک را دارد.
  • گاهی از دیگر میکروارگانیسم‌ها مانند گونه‌های یست‌ها (Yeasts) نیز استفاده می‌شود، اما آسپرژیلوس نیجر رایج‌تر است.

ج. شرایط تخمیر:

  • مخازن تخمیر بزرگ که تحت شرایط خاص کنترل‌شده هستند، استفاده می‌شوند.
  • شرایط محیطی شامل دمای 25-30 درجه سانتی‌گراد، pH اولیه حدود 5-6، و تأمین اکسیژن مناسب است.
  • میکروارگانیسم‌ها در طی فرآیند تخمیر، قندها را مصرف کرده و اسید سیتریک تولید می‌کنند.

د. جمع‌آوری محلول اسید سیتریک:

پس از اتمام تخمیر، مایع تخمیر که حاوی اسید سیتریک است از سایر مواد جداسازی می‌شود. این کار معمولاً با استفاده از فیلتراسیون برای حذف قارچ‌ها و سایر ذرات جامد انجام می‌شود.

 

  1.  جداسازی و خالص‌سازی اسید سیتریک:

الف. ته‌نشینی با استفاده از آهک:

  • به مایع تخمیر آهک (Ca(OH)₂) اضافه می‌شود تا سیترات کلسیم (Calcium Citrate) ته‌نشین شود.
  • این ته‌نشینی به خالص‌سازی اولیه اسید سیتریک کمک می‌کند و ناخالصی‌ها را جدا می‌کند.

ب. احیای اسید سیتریک:

  • سیترات کلسیم به کمک اسید سولفوریک (H₂SO₄) به اسید سیتریک و سولفات کلسیم (گچ) تبدیل می‌شود.
  • گچ ته‌نشین شده و اسید سیتریک در محلول باقی می‌ماند.

ج. تغلیظ و کریستال‌سازی:

  • محلول اسید سیتریک از طریق تبخیر تغلیظ شده و با کاهش دما کریستال‌های اسید سیتریک شکل می‌گیرند.
  • در این مرحله معمولاً اسید سیتریک به صورت مونوهیدرات (C₆H₈O₇·H₂O) تولید می‌شود.
    1.  تبدیل به اسید سیتریک خشک (Anhydrous):

الف. حذف آب کریستالی:

  • اسید سیتریک مونوهیدرات تولیدشده در مرحله قبل حاوی یک مولکول آب کریستالی است.
  • برای تولید فرم خشک، کریستال‌ها تحت فرآیند گرمایشی در دمای حدود 40-50 درجه سانتی‌گراد یا با استفاده از خشک‌کن‌های خاص (Dryers) قرار می‌گیرند تا آب کریستالی از ساختار خارج شود.

ب. کنترل کیفیت:

  • محصول نهایی (اسید سیتریک خشک) آزمایش می‌شود تا اطمینان حاصل شود که هیچ‌گونه آب باقی‌مانده یا ناخالصی در آن وجود ندارد.

ج. بسته‌بندی:

  • اسید سیتریک خشک به صورت پودر یا کریستال بسته‌بندی شده و برای مصارف مختلف به بازار عرضه می‌شود.

فرمول شیمیایی اسید سیتریک خشک

 

کاربردهای اسید سیتریک خشک

1. صنایع غذایی

در صنایع غذایی، اسید سیتریک خشک به عنوان یک ماده تنظیم‌کننده اسیدیته، نگهدارنده و طعم‌دهنده استفاده می‌شود. این ماده در تولید نوشیدنی‌ها، آبنبات‌ها، مرباها و بسیاری از محصولات دیگر به کار می‌رود.

2. صنایع دارویی

در داروسازی، اسید سیتریک خشک به عنوان ماده تنظیم‌کننده pH، تثبیت‌کننده و بهبوددهنده طعم در داروهای مایع و جوشان استفاده می‌شود. همچنین در ترکیب با نمک‌ها برای تهیه سیترات‌ها استفاده می‌شود.

3. صنایع آرایشی و بهداشتی

در محصولات آرایشی و بهداشتی، این ماده به عنوان عامل بافری و تنظیم‌کننده pH در کرم‌ها، شامپوها و محصولات مراقبتی پوست به کار می‌رود.

4. کاربردهای صنعتی

اسید سیتریک خشک در تمیزکننده‌های خانگی و صنعتی به دلیل توانایی حل کردن رسوبات کلسیم و آهک کاربرد دارد. همچنین در صنعت تصفیه آب برای حذف سختی آب استفاده می‌شود.

 

تفاوت اسید سیتریک خشک و مونوهیدرات

 

ویژگی

اسید سیتریک خشک

اسید سیتریک مونوهیدرات

فرمول شیمیایی

C₆H₈O₇

C₆H₈O₇·H₂O

مولکول آب کریستالی

ندارد

دارای یک مولکول آب

ظاهر

پودر یا کریستال خشک و سفید

کریستال سفید با حالت مرطوب

وزن مولکولی

192.12 گرم بر مول

210.14 گرم بر مول

حلالیت در آب

سریع و مستقیم

مشابه، اما کمی کندتر

کاربردها

پودرها و محصولات خشک

محلول‌های آبی و محصولات مرطوب

پایداری

پایدارتر در شرایط خشک

حساس‌تر به رطوبت

فرآیند تولید

حذف آب از مونوهیدرات

مستقیماً از تخمیر تولید می‌شود

 

ایمنی و ملاحظات استفاده

اسید سیتریک خشک به طور کلی ایمن در نظر گرفته می‌شود و توسط سازمان غذا و دارو (FDA) به عنوان یک ماده GRAS (به طور کلی بی‌خطر) طبقه‌بندی شده است. با این حال، تماس مستقیم با پوست یا چشم ممکن است باعث تحریک شود. در استفاده صنعتی، استفاده از تجهیزات محافظ شخصی مانند دستکش و ماسک توصیه می‌شود.

فرمول شیمیایی اسید سیتریک خشک

نتیجه‌گیری

اسید سیتریک خشک یک ماده شیمیایی پرکاربرد با فرمول شیمیایی C₆H₈O₇ است که به دلیل خواص اسیدی و تنظیم‌کننده pH، در صنایع مختلفی مانند غذایی، دارویی و بهداشتی استفاده می‌شود. انتخاب بین فرم خشک و مونوهیدرات این اسید بسته به نیازهای خاص صنعتی متفاوت است. این ماده با مزایای فراوان خود، یکی از اجزای ضروری در تولید و فرآوری محصولات مختلف به شمار می‌رود.