Лимонената киселина е широко използван консервант в хранително-вкусовата промишленост, например карбонатната напитка, която представлява приблизително 50% от нейното производство.

sciencedirect

Свързани термини:

  • Антиоксидант
  • Протеаза
  • Ябълчена киселина
  • Глюкоза
  • Ензими
  • Ферментация
  • Протеини
  • Аминокиселини
  • Дрожди
  • Пептидази

Изтеглете като PDF

За тази страница

Индустриални биотехнологии и стокови продукти

3.13.1 Въведение и обхват

Лимонената киселина, 2-хидроксипропан-1,2,3-трикарбоксилна киселина, е ключов метаболитен междинен продукт и е начална точка на цикъла на трикарбоксилната киселина (TCA). От гледна точка на обема на производството и полезността, лимонената киселина е един от най-важните биопродукти. Годишното производство в световен мащаб достигна приблизително 1,6 милиона тона през 2009 г. Различни растения, особено цитрусови плодове като лимон и портокал, съдържат големи количества лимонена киселина, а лимонената киселина е повсеместна по своята същност, защото е междинно съединение в аеробния метаболизъм през TCA цикъла при което въглехидратите се окисляват до въглероден диоксид. Широкото присъствие на лимонена киселина в животинското и растителното царство е гаранция за нейната нетоксичност и в наши дни лимонената киселина се приема като общопризната като безопасна (GRAS) от Съвместния експертен комитет по хранителни добавки на ФАО/СЗО.

Лимонената киселина и нейната солева форма (цитрат) са стокови химикали и се използват в много индустриални области. Отдавна се използва като подкисляващо средство при производството на безалкохолни напитки, като помощно средство за втвърдяване на конфитюри и по други начини в сладкарската индустрия поради общото му признание за безопасно, приятен киселинен вкус и висока разтворимост във вода. Лимонената киселина се използва и като комплексообразуващо средство при обработката на метали, като мономер за функционални и/или биоразградими полимери и като омекотител за вода в детергентите, поради нейните органични киселинни, хелатиращи и буферни свойства.

Днес лимонената киселина се произвежда индустриално чрез ферментация, а нишковидната гъба Aspergillus niger се използва изключително поради високата си производителност на лимонена киселина при ниско рН без секрецията на токсични странични продукти. В тази статия предлагаме текущ преглед на приложенията на лимонената киселина в индустриалните полета и производството на лимонена киселина от A. niger. Някои съдържания на тази статия са отчасти свързани с член 3.20 .

Възникващи тенденции в индустриалното производство на химически продукти от микроорганизми

Пандеети Емануел Виджай Пол,. Routhu Gyana Deepika, в последните разработки в приложната микробиология и биохимия, 2019

9.6.2 Лимонена киселина

Лимонената киселина се произвежда традиционно от Aspergillus niger. Производството на лимонена киселина годишно е 1,6 тона. Aspergillus натрупват тази киселина при висока концентрация на субстрат, ниско и крайно съдържание на азот и малко микроелементи при поддържане на високо DO и ниско pH. Производството на лимонена киселина все още е в процес на импровизация, където традиционните техники за модификация като мутагенеза и оптимизиране на условията на култивиране вече не дават добър добив.

Освен Aspergillus, нишковидни гъбични видове като Yarrowia lipolytica са разработени за производство на лимонена киселина. Y. lipolytica може да използва n-парафини и мастни киселини като източници на въглерод и може да доведе до повишен добив на лимонена киселина. Добивът, постигнат от този микроорганизъм, е 140 g/L.

Изотопно-спектроскопска техника: Стабилна масова спектрометрия с изотопно съотношение (IRMS)

4.4.7 Откриване на добавена лимонена киселина в плодови сокове

Лимонената киселина е едновременно естествен компонент на плодовите сокове и широко използвана хранителна добавка. За да се направи разлика между естествената лимонена киселина от плодовете и лимонената киселина, получена от ферментация на въглехидрати С 3 или С4, лимонената киселина е била подложена на δ 2 H и δ 13 C измервания, използвайки IRMS (Jamin et al., 2005). Представен беше метод, който използва превръщането на лимонената киселина в калциев цитрат за измерване на неизменния водород чрез IRMS. Резултатите показаха, че δ 2 H данните са полезни за целите на удостоверяването. В действителност, калциевият цитрат от автентични плодови сокове е имал по-високи δ 2 H стойности (153,6 ‰ –159,0 ‰) от тези от цитрат, произведен от търговски източник на ферментация на въглехидрати (147,7 ‰ за изходен материал C3 и 148,6 ‰ за изходни материали C4 и C3 + C4).

Нови химически и биохимични препятствия

Якоб Солтофт-Йенсен, Флеминг Хансен, в Нововъзникващи технологии за преработка на храни, 2005 г.

2.7 Лимонена киселина

Лимонената киселина е най-широко използваната киселина в хранителната промишленост. Това е трикарбонова киселина с рК стойности 3,14, 4,77 и 6,39 (за всяка карбоксилна група). Лимонената киселина е водоразтворима и подобрява вкуса на храни на цитрусова основа. Лимонената киселина има антимикробни свойства поради нейното подкисляване, но също така се използва като антиоксидант индиректно чрез хелатиране на метални йони, който катализира окисляването. Храните, консервирани с лимонена киселина, включват доматен сок, сладолед, шербети, напитки, сосове за салати, конфитюри и желета. Лимонената киселина също е изследвана широко като средство за спестяване на нитрити в месните продукти (Jay, 1986).

В допълнение към антимикробния ефект на лимонената киселина чрез понижаване на рН, проучванията показват, че хелатиращият ефект на лимонената киселина също инхибира бактериите (Doores, 1993). Чрез хелатиране или свързване на метални йони, субстратът за бактериален растеж се намалява в храната, като по този начин влияе върху растежа.

Qvist и сътр. (1995) установяват, че лимонената киселина, добавена към свинските колбаси в концентрация от 0,125%, инхибира Listeria monocytogenes за 35 дни, когато се съхранява при 5 ° C, но не и когато се съхранява при 10 ° C. За съжаление киселината сякаш намалява сетивното качество на продукта. Лимонената киселина се сравнява с ябълчената, оцетната, млечната и солната киселини за ефекта им върху термичното инактивиране на Bacillus stearothermophilus и B. coagulans в емулсионни суспензии от кренвирш (Lynch and Potter, 1988). При рН 5,2 киселините нямат ефект, но при рН 4,6 се получава по-голяма скорост на инактивиране с лимонена, млечна и оцетна киселини, отколкото с ябълчна и солна киселини. Колкото по-ниско е рН, толкова по-голямо е количеството недисоциирана киселина. В преструктурираното печено говеждо, Sabah et al. (2003) откриват антибактериален ефект от 2% или 4,4% лимонена киселина срещу Clostridium perfringens. Прилагането на 0,21% лимонена киселина намалява Salmonella с 0,7–1,1 log cfu в резени гала ябълки преди дехидратация и съхранение (Dipersio et al., 2003).

Производство на лимонена киселина

Резюме на издателя

Лимонената киселина е три въглеродна трикарбоксилна киселина, която за първи път е изолирана от лимонов сок. Използва се в хранително-вкусовата промишленост за различни цели като фармацевтични продукти и за други промишлени цели. Това е органична карбоксилна киселина и може да бъде извлечена от сока от цитрусови плодове чрез добавяне на калциев оксид за образуване на калциев цитрат, който е неразтворима утайка, която може да се събере чрез филтриране; лимонената киселина може да бъде възстановена от нейната калциева сол чрез добавяне на сярна киселина. Лимонената киселина се произвежда главно чрез гъбична ферментация. Възможен е химичен синтез на лимонена киселина, но е по-скъп от гъбичната ферментация. Въпреки това, малко количество лимонена киселина все още се произвежда от цитрусови плодове в Мексико и Южна Америка, където те са икономически достъпни. Използват се два много често срещани и практични процеса на ферментация: течната повърхностна култура и потопеният процес на ферментация. Вторият процес - ферментация с потопена култура - е по-популярен.

КОНСЕРВАНТИ | Традиционни консерванти - органични киселини

Лимонена киселина

Лимонената киселина е една от най-гъвкавите, евтини и широко използвани органични подкислители и обикновено се прилага за производството на напитки с плодов аромат. Той се съдържа във всички плодове, изброени в таблица 1 и представлява една от двете основни киселинни съставки, съдържащи се в повечето от тези плодове. Освен това лимонената киселина се използва и в конфитюри, сладкарници, бонбони, сирена, сокове, вино, консервирани зеленчуци и сосове. Благодарение на широкото си приложение лимонената киселина се превърна в златния стандарт, спрямо който се измерват други подкислители, включително такива параметри като вкус, титруема киселинност и подкисляване. По-специално, лимонената киселина е силно предпочитана от хранителната промишленост поради нейния лек плодов вкус, разтворимост, ниска цена и изобилие от предлагане.

Подкисляване и контрол на pH в червените вина

Piergiorgio Comuzzo, Franco Battistutta, в Red Wine Technology, 2019

2.2.3 Лимонена киселина

Лимонената киселина е трипротонова киселина (фиг. 2.1). PKa, отчетени при 25 ° С, за първата, втората и третата карбоксилна група на тази киселина са съответно 3,13, 4,76 и 6,40 (Lide, 2005). Това означава, че при рН, близко до рН на червените вина (3.50), също и за лимонена киселина най-разпространената форма е монодисоциираната (H2C -). Според Usseglio-Tomasset (1985), тази форма представлява 67% от общото количество, докато недисоциираната лимонена киселина (H3C) представлява 29% от общата концентрация. Поради високата стойност на неговата рКа, дисоциацията на третата карбоксилна функция на лимонената киселина на практика не настъпва при рН на виното.

Въз основа на тези съображения лимонената киселина е по-силна от ябълчената, но обикновено представлява доста ниска концентрация във виното: при младите вина, преди малолактичната ферментация, количеството на лимонената киселина варира от 0,5 до 1 g/L (Ribéreau-Gayon et al ., 2006а). Поради тази причина тази киселина като цяло дава само незначителен принос за рН на виното.

Възстановяване на стоки от хранителни отпадъци, използващи ферментация в твърдо състояние

Мария Р. Косева, в Отпадъци от хранителната промишленост, 2013

4.1.1.2 Производство на лимонена киселина

Лимонената киселина е търговски ценен продукт, широко използван в хранително-вкусовата, фармацевтичната и питейната промишленост като подкисляващ и подобряващ вкуса агент. Произвежда се в търговската мрежа главно от SmF от среда на основата на захароза или меласа (Kubicek and Rhor, 1986).

Shojaosadati и Babaeipour (2002) използват ябълкови кюспе като субстрат за производството на лимонена киселина с Aspergillus niger чрез SSF в колонни реактори. Те оцениха няколко параметри на култивиране, като скорост на аерация (0,8, 1,4 и 2,0 L/min), височина на леглото (4, 7 и 10 cm), размер на частиците (0,6–1,18, 1,18–1,70 и 1,70–2,36 mm) ) и съдържание на влага (70%, 74% и 78%). За добива на лимонена киселина, степента на аерация и големината на частиците са най-важните параметри. Нито височината на леглото, нито съдържанието на влага значително повлияват производството на лимонена киселина. Експлоатационните условия, които максимизират производството на лимонена киселина, се състоят от ниска степен на аерация (0,8 L/min), висока височина на слоя (0,10 m), голям размер на частиците (1,70–2,36 mm) и повишено съдържание на влага (78%).

Kumar et al. (2003a) изследва производството на лимонена киселина от A. niger при SSF условия, като като субстрат използва отпадъци от ананас, смесени плодове и маосми. Получават максимален добив на лимонена киселина съответно 51,4%, 46,5% и 50% (в зависимост от консумираната захар). В друго проучване (Kumar et al., 2003b) те тестваха пшеничните трици и захарната тръстика като субстрати. Те установиха, че последната дава най-висока продукция (9,4 g/100 g изсушен субстрат (ds) след 9 дни ферментация).

Imandi и сътр. (2007) изследва производството на лимонена киселина от Yarrowia lipolytica при SSF условия, използвайки отпадъци от ананас като единствен субстрат. След оптимизиране на състава на хранителната среда се получава производство на лимонена киселина от 202,35 g/kg ds (g лимонена киселина, произведена на kg изсушен отпадък от ананас като субстрат).

Том 1

Лимонена киселина

Лимонената киселина (E330 или INS330) е слаба органична трикарбоксилна киселина (фиг. 1, таблица 2), която се среща естествено в цитрусовите плодове. В допълнение към ролята си на ароматизиращ агент, лимонената киселина се използва широко като регулатор на киселинността, антиоксидант, средство за задържане на цвета и секвестрант (Организация по храните и земеделието на ООН и Световната здравна организация, 2017). Секвестрантите се свързват с метални йони, поради което забавят реакциите на окисление и удължават срока на годност на хранителните продукти. В същото време може да се разглежда и като подобрител на хранителните вещества. Широката му приложимост и „чист и естествен“ образ го превръщат в може би най-широко използваната и популярна киселина в хранителната индустрия.

Първоначално лимонената киселина се извлича от цитрусовите плодове. В наши дни обаче се произвежда чрез ферментация на меласа и други източници на захар. Повече от половината от цялата лимонена киселина се използва в напитките. През годините бяха повдигнати някои въпроси относно невинността на лимонената киселина като хранителна добавка, особено по отношение на образуването на реактивни радикали (Gautier-Luneau et al., 2007).

Съставки, използвани при приготвянето на консервирани храни

8.12.8 Лимонена киселина

Лимонената киселина се среща обилно като естествена киселина в цитрусовите плодове, доматите и в много други плодове и зеленчуци; широко се използва в преработените храни. Основните му предимства като подкислител са високата му разтворимост във вода, привлекателното въздействие върху вкуса на храната и мощното му хелатиращо действие. Както лимонената киселина, така и нейните соли са разрешени в различни напитки с плодови сокове и разредени сокови напитки. Киселината може да се използва при приготвянето на майонеза и салатни превръзки. Лимонената киселина и натриевият цитрат могат да се използват в плодови масла, желе от плодове и в консерви. Киселината се използва както за контролиране на рН за оптимално образуване на гел, така и като овкусител.

Консервираните зеленчуци, с изключение на тези, които са специално регламентирани, могат да съдържат лимонена киселина като подкислител; примери са артишок сърца и домати. Киселината също е незадължителна съставка в консервирането на сок от сини сливи и смокини.

Лимонената киселина се използва широко при приготвянето на газирани напитки, за да придаде вкус и да придаде „привкус“ на много от напитките; той хелатира следи от метали, които могат да причинят мъгла или влошаване на цвета или вкуса. Също така се използва за регулиране на киселинността на вкус, сосове и други хранителни продукти, изискващи подобряване на вкуса. В консервирано месо от раци, месо от омари, миди и стриди лимонената киселина се използва за инхибиране на обезцветяването и развитието на неприятни вкусове и миризми.