اسیدسیتریک کاربردهای نوظهور محصول کلیدی بیوتکنولوژی

• 0 Comments

با توجه به واحدهای تولید بیوتکنولوژیکی جدید که عمدتاً در چین واقع شده‌اند، عرضه جهانی اسید سیتریک 4 برابر شده است/

- نویسنده : به نقل از وبسایت تخصصی biomedcentral

با توجه به واحدهای تولید بیوتکنولوژیکی جدید که عمدتاً در چین واقع شده‌اند، عرضه جهانی اسید سیتریک در طول دو دهه گذشته از کمتر از 0.5 به بیش از 2 میلیون تن افزایش یافته و به بزرگترین ماده شیمیایی بدست آمده از طریق تخمیر زیست توده و پرکاربردترین ماده آلی تبدیل شده است. اسید. با بررسی انتقادی دستاوردهای پژوهشی انتخاب شده و روندهای تولید، دلایلی را شناسایی می کنیم که این اسید پلی کربوکسیلیک به یک ماده شیمیایی کلیدی در اقتصاد زیستی در حال ظهور تبدیل می شود.

زمینه
اسید سیتریک (2-هیدروکسی-1،2،3-پروپانتری کربوکسیلیک اسید، C6H8O7) یک اسید کننده، نگهدارنده، امولسیفایر، طعم دهنده، جدا کننده و عامل بافر است که به طور گسترده در بسیاری از صنایع به ویژه در صنایع غذایی، نوشیدنی، دارویی، مواد غذایی و محصولات آرایشی استفاده می شود. اسید سیتریک برای اولین بار از آب لیمو متبلور شد و در سال 1784 توسط Scheele در سوئد نامگذاری شد، اسید سیتریک یک اسید تری کربوکسیلیک است که نقش اصلی آن در متابولیسم همه موجودات هوازی توسط کربس در اواخر دهه 1930 فاش نشد.

به دلیل خواص فیزیکی و شیمیایی قابل توجه و طبیعت بی خطر زیست محیطی، استفاده از اسید سیتریک در چندین بخش صنعتی به سرعت در طول قرن نوزدهم افزایش یافت، زمانی که اسید به طور مستقیم از آب لیمو غلیظ، عمدتاً در سیسیل استخراج شد (پالرمو در سال 1930 میزبان بزرگترین سیتریک بود. کارخانه اسید در اروپا، Palermo's Fabbrica Chimica Italiana Goldenberg)، با افزودن آهک برای رسوب سیترات کلسیم، و سپس بازیابی اسید با استفاده از اسید سولفوریک رقیق شده.

همراه با شیمی ظریف آن در محلول های آبی و آلی، تاریخچه استفاده از اسید سیتریک به طور کامل توسط Apelblat در سال 2014 بازگو شده است. به طور خلاصه، تولید اسید سیتریک از آب لیمو در سال های 1915-1916 با 17500 تن به اوج خود رسید، پس از آن به دلیل معرفی تولید تجاری از طریق تخمیر قند شروع به کاهش کرد: اولین بار در سال 1919 توسط قالب Cytromices (که اکنون به عنوان Penicillium شناخته می شود) در بلژیک به دنبال تحقیقات Cappuins; و سپس، در سال 1923، در نیویورک به دنبال کشف کوری که سویه‌های آسپرژیلوس نایجر (کپک سیاه، آلاینده رایج غذاهای متعلق به همان خانواده با پنی‌سیلین‌ها) در محلول اسیدی شده حاوی مقادیر کمی نمک معدنی، بازدهی بی‌سابقه‌ای را به همراه داشت. اسید (امروزه 60 درصد بر اساس ماده خشک) . فرآیند تخمیر که به سرعت توسط بسیاری از تولیدکنندگان دیگر پذیرفته شد، امروزه در سراسر جهان و به ویژه در چین برای پاسخگویی به تقاضای جهانی برای اسید، عمدتاً از ملاس کم هزینه به عنوان مواد خام استفاده می‌شود. جالب توجه است، همانطور که کانر گفته است، یک کارتل جهانی اسید سیتریک قیمت ها را برای چندین دهه ثابت کرده است. در این مطالعه، با اشاره به تولید، بازار و دستاوردهای تحقیقاتی اخیر، ما استدلال هایی را ارائه می دهیم که از دیدگاه خود مبنی بر اینکه اسید سیتریک به یک ماده شیمیایی کلیدی در اقتصاد زیستی در حال ظهور تبدیل می شود، با کاربردهایی فراتر از استفاده متعارف در صنایع غذایی، دارویی و آرایشی، ارائه می دهیم.

ساختار، خواص و عملکرد بیوشیمیایی
ساختار کریستالی اسید سیتریک بی آب، که با خنک کردن محلول غلیظ داغ شکل مونوهیدرات به دست می‌آید، برای اولین بار توسط Yuill و Bennett در سال 1934 توسط پراش اشعه ایکس روشن شد. در سال 1960 نوردمن و همکارانش پیشنهاد کردند که در شکل بی آب، دو مولکول اسید از طریق پیوندهای هیدروژنی بین دو گروه COOH از هر مونومر به هم متصل می شوند.

در سال 1994، Tarakeshwar و Manogaran نتایج محاسبات شیمیایی کوانتومی اولیه اسید سیتریک غنی از الکترون (و تریانیون سیترات) را که در سطح Hartree-Fock تقریبی شده بود، منتشر کردند. این تیم دریافتند که اسید سیتریک و تریانیون سیترات دارای ویژگی های منحصر به فردی هستند که آنها را از سایر اسیدهای آلفا کربوکسیلیک متمایز می کند. تفاوت اصلی بین گروه کربوکسیل مرکزی و گروه های کربوکسیل انتهایی، که با فرکانس های ν(C=O) مشخص می شود، به پیوند هیدروژنی درون مولکولی بین هیدروژن هیدروکسیل مرکزی و یکی از گروه های کربوکسیل انتهایی، با ν(C) نسبت داده می شود. =O) فرکانس کشش با فرکانس کمتری نسبت به کشش ν(C=O) کربوکسیل انتهایی دیگر ظاهر می شود.

در سال 2011، Bichara و همکارانش نتایج مطالعه نظری ساختاری و ارتعاشی را برای دایمر اسید سیتریک منتشر کردند (شکل 1). مقادیر به‌دست‌آمده از طریق اوربیتال‌های پیوند طبیعی و اتم‌ها در محاسبات مولکول‌ها، به وضوح تشکیل دایمر را از طریق پیوند هیدروژنی بین دو گروه COOH از هر مونومر نشان می‌دهد. باندهای متعددی با شدت‌های مختلف مشاهده‌شده در طیف‌های ارتعاشی که قبلاً تعیین نشده بودند، اکنون می‌توانند به دایمر اسید سیتریک اختصاص داده شوند.

قابل توجه، تجزیه و تحلیل اشعه ایکس نوردمن، گلوسکر و همکاران در زمینه مطالعات بیوشیمی انجام شد. اسید سیتریک، در واقع، نقش اصلی را در چرخه بیوشیمیایی ایفا می کند که توسط کربس در سال 1937 کشف شد.

چرخه اسید سیتریک، همانطور که اخیرا توسط استرادا پیشنهاد شده است، "نوعی غلظت" را در یک چرخه خودتقویت کننده انجام می دهد که در آن سیترات "کربن را به داخل می کشد و سپس شکافته می شود، و هر دو قسمت به چرخه برمی گردند، بنابراین جایی که شما یکی داشتید. شما اکنون دو نفر دارید. در واقع، شکل 2 که از مقاله ای در سال 1972 بازتولید شده است، به خوبی توضیح می دهد که توالی واکنش ها در چرخه کربس، بار "حامل" (اسکلت چهار کربنی اگزالاستات) را با تبدیل آن به دو مولکول CO2 مصرف می کند. حامل تخلیه نشده به شکل اگزالاستات، آماده بارگیری مجدد با گروه استیل دو کربنی.