AXIT CITRIC: CẤU TRÚC, ĐẶC TÍNH, SẢN XUẤT VÀ SỬ DỤNG - HÓA HỌC - 2026

Các axit citric là một hợp chất hữu cơ bao gồm một axit yếu có công thức hóa học là C ₆ H ₈ O ₇ . Như tên gọi của nó, một trong những nguồn tự nhiên chính của nó là trái cây họ cam quýt, và nó cũng có nguồn gốc từ từ 'citrus' trong tiếng Latinh, có nghĩa là đắng.

Nó không chỉ là một axit yếu, mà nó còn là polyprotic; nghĩa là, nó có thể giải phóng nhiều hơn một ion hydro, H ⁺ . Nó chính xác là một axit tricarboxylic, vì vậy nó có ba nhóm –COOH tặng ion H ⁺ . Mỗi người trong số họ đều có xu hướng thả mình vào môi trường của họ.

Nguồn: Maxpixel

Do đó, công thức cấu tạo của nó được xác định tốt hơn là C ₃ H ₅ O (COOH) ₃ . Đây là lý do hóa học góp phần tạo nên hương vị đặc trưng của các phân đoạn cam. Mặc dù nó có nguồn gốc từ trái cây, các tinh thể của nó không được phân lập cho đến năm 1784 từ nước chanh ở Anh.

Nó chiếm khoảng 8% khối lượng của một số loại trái cây họ cam quýt, chẳng hạn như chanh và bưởi. Nó cũng có thể được tìm thấy trong ớt, cà chua, atisô và các loại thực phẩm khác.

Axit xitric được tìm thấy ở đâu?

Nó được tìm thấy với tỷ lệ thấp trong tất cả các loài thực vật và động vật, và là chất chuyển hóa của các sinh vật sống. Nó là một hợp chất trung gian của quá trình chuyển hóa hiếu khí có trong chu trình axit tricarboxylic hoặc chu trình axit xitric. Trong sinh học hay hóa sinh, chu trình này còn được gọi là chu trình Krebs, một con đường chuyển hóa lưỡng tính.

Ngoài việc được tìm thấy tự nhiên trong thực vật và động vật, axit này được tổng hợp trên quy mô lớn thông qua quá trình lên men.

Nó được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp thực phẩm, dược phẩm và hóa chất, và nó hoạt động như một chất bảo quản tự nhiên. Nó và các dẫn xuất của nó được sản xuất hàng loạt ở cấp độ công nghiệp để tạo hương vị cho thực phẩm rắn và lỏng.

Tìm thấy sử dụng như một chất phụ gia trong nhiều loại sản phẩm làm đẹp da; nó cũng được sử dụng như một chất chelating, axit hóa và chất chống oxy hóa. Tuy nhiên, việc sử dụng nó ở nồng độ cao hoặc tinh khiết không được khuyến khích; vì nó có thể gây kích ứng, dị ứng và thậm chí là ung thư.

Cấu trúc axit xitric

Nguồn: Benjah-bmm27, từ Wikimedia Commons

Trong hình trên, cấu trúc của axit xitric được biểu diễn bằng mô hình hình cầu và thanh. Nếu bạn quan sát kỹ, bạn có thể tìm thấy bộ xương chỉ gồm ba nguyên tử cacbon: propan.

Nguyên tử cacbon ở trung tâm được liên kết với nhóm –OH, trong đó có nhóm cacboxyl, –COOH, sử dụng thuật ngữ 'hydroxy'. Ba nhóm –COOH có thể dễ dàng nhận ra ở đầu bên trái và bên phải, và ở đầu cấu trúc; chính từ những nơi này mà H ⁺ được giải phóng .

Mặt khác, nhóm –OH cũng có khả năng làm mất một proton có tính axit, do đó tổng cộng sẽ không có ba H ⁺ , mà là bốn. Tuy nhiên, chất thứ hai đòi hỏi một bazơ mạnh đáng kể, và do đó, đóng góp của nó vào đặc tính axit của axit xitric thấp hơn nhiều so với các nhóm -COOH.

Từ tất cả những điều trên, axit xitric cũng có thể được gọi là: propan 2-hydroxy-1,2,3-tricarboxylic.

Có một nhóm –OH trong C-2, mà liền kề với nhóm –COOH (nhìn vào tâm trên của cấu trúc). Do đó, axit xitric cũng thuộc phân loại axit alpha-hydroxy; trong đó alpha có nghĩa là 'liền kề', tức là chỉ có một nguyên tử cacbon phân tách –COOH và –OH.

Tương tác giữa các phân tử

Như có thể được đánh giá cao, cấu trúc axit xitric có khả năng hiến tặng và chấp nhận liên kết hydro cao. Điều này làm cho nó rất liên quan đến nước, và cũng là lý do tại sao nó hình thành một chất rắn đơn nước, tinh thể hình thoi, rất dễ dàng.

Các liên kết hydro này cũng chịu trách nhiệm hình thành các tinh thể đơn tà không màu của axit xitric. Tinh thể khan (không chứa nước) có thể thu được sau khi tạo thành trong nước nóng, sau đó bay hơi hoàn toàn.

Các tính chất vật lý và hóa học

Trọng lượng phân tử

210,14 g / mol.

Ngoại hình

Tinh thể axit không màu và không mùi.

Nếm thử

Axit và đắng.

Độ nóng chảy

153 ° C.

Điểm sôi

175 ° C.

Tỉ trọng

1,66 g / mL.

Độ hòa tan

Nó là một hợp chất hòa tan cao trong nước. Nó cũng rất dễ hòa tan trong các dung môi phân cực khác như etanol và etyl axetat. Trong dung môi apolar và thơm như benzen, toluen, cloroform và xylen, nó không hòa tan.

pKa

-3,1

-4,7

-6,4

Đây là các giá trị pKa cho từng nhóm –COOH. Lưu ý rằng pKa thứ ba (6,4) hầu như không có tính axit nhẹ, vì vậy nó phân ly ít.

Sự phân hủy

Ở nhiệt độ khắc nghiệt hoặc trên 175 ° C, nó phân hủy giải phóng CO ₂ và nước. Do đó, chất lỏng không đạt được độ sôi đáng kể vì nó bị phân hủy trước.

Các dẫn xuất

Khi nó mất H ⁺ , các cation khác sẽ thế chỗ nhưng theo cách ion; có nghĩa là, những chi phí tiêu cực của -COO ^- nhóm thu hút các loài khác của điện tích dương, chẳng hạn như Na ⁺ . Axit citric càng được deproto hóa thì càng có nhiều cation dẫn xuất của nó được gọi là xitrat.

Một ví dụ là natri citrat, có tác dụng tạo chelat rất hữu ích như một chất đông tụ. Do đó, các xitrat này có thể tạo phức với kim loại trong dung dịch.

Mặt khác, H ⁺ của các nhóm -COOH thậm chí có thể được thay thế bởi các loài liên kết cộng hóa trị khác, chẳng hạn như chuỗi bên R, tạo ra các este xitrat: C ₃ H ₅ O (COOR) ₃ .

Sự đa dạng là rất lớn, vì không phải tất cả H nhất thiết phải được thay thế bằng R, mà còn bằng các cation.

Sản xuất

Axit xitric có thể được sản xuất tự nhiên và thương mại bằng cách lên men carbohydrate. Việc sản xuất nó cũng đã được thực hiện tổng hợp bằng các quy trình hóa học mà ngày nay không phổ biến lắm.

Một số quy trình công nghệ sinh học đã được sử dụng để sản xuất nó, vì hợp chất này có nhu cầu cao trên toàn thế giới.

Tổng hợp hóa học hoặc tổng hợp

-Một trong những quá trình tổng hợp hóa học này được thực hiện trong điều kiện áp suất cao từ muối canxi của isocitrat. Nước ép chiết xuất từ ​​trái cây họ cam quýt được xử lý bằng canxi hydroxit và thu được canxi citrat.

Sau đó, muối này được chiết xuất và phản ứng với dung dịch axit sunfuric loãng, chức năng của nó là proton hóa xitrat về dạng axit ban đầu.

-Ngoài ra, axit xitric đã được tổng hợp từ glycerin bằng cách thay thế các thành phần của nó bằng một nhóm cacboxyl. Như vừa đề cập, các quy trình này không tối ưu cho sản xuất axit xitric quy mô lớn.

tự nhiên

Trong cơ thể, axit xitric được sản xuất tự nhiên trong quá trình chuyển hóa hiếu khí: chu trình axit tricarboxylic. Khi Acetyl coenzyme A (acetyl-CoA) đi vào chu trình, nó liên kết với axit oxaloacetic, tạo thành axit xitric.

Và acetyl-CoA đến từ đâu?

Trong các phản ứng dị hóa của axit béo, carbohydrate, trong số các cơ chất khác, acetyl-CoA được tạo ra với sự có mặt của O ₂ . Đây là sản phẩm của quá trình oxy hóa beta của các axit béo, của quá trình chuyển hóa pyruvate được tạo ra trong quá trình đường phân.

Axit xitric hình thành trong chu trình Krebs hoặc chu trình axit xitric sẽ bị oxy hóa thành axit alpha-ketoglutaric. Quá trình này đại diện cho một con đường oxy hóa-khử lưỡng tính, từ đó các chất tương đương được tạo ra, sau đó sẽ tạo ra năng lượng hoặc ATP.

Tuy nhiên, việc sản xuất thương mại axit xitric như một chất trung gian cho quá trình trao đổi chất hiếu khí cũng không mang lại lợi nhuận hoặc khả quan. Chỉ trong những điều kiện mất cân bằng hữu cơ mới có thể nâng cao nồng độ của chất chuyển hóa này, không thể tồn tại đối với vi sinh vật.

Bằng cách lên men

Các vi sinh vật, chẳng hạn như nấm và vi khuẩn, tạo ra axit xitric bằng cách lên men đường.

Việc sản xuất axit xitric từ quá trình lên men vi sinh vật đã mang lại kết quả tốt hơn so với việc thu nhận nó bằng tổng hợp hóa học. Các dây chuyền nghiên cứu đã được phát triển liên quan đến phương thức sản xuất thương mại khổng lồ này, mang lại lợi thế kinh tế lớn.

Kỹ thuật canh tác ở cấp độ công nghiệp đã thay đổi theo thời gian. Các phương pháp nuôi cấy để lên men bề mặt và lên men chìm đã được sử dụng. Nuôi cấy chìm là những vi sinh vật tạo ra quá trình lên men từ chất nền chứa trong môi trường lỏng.

Quá trình sản xuất axit xitric bằng cách lên men chìm, xảy ra trong điều kiện yếm khí, là tối ưu.

Một số loại nấm như Aspergillus niger, Saccahromicopsis sp, và vi khuẩn như Bacillus licheniformis, đã cho phép thu được năng suất cao với kiểu lên men này.

Các loại nấm như Aspergillus niger hoặc candida sp, tạo ra axit xitric do quá trình lên men của mật đường và tinh bột. Đường mía, ngô và củ cải đường, trong số những loại khác, cũng được sử dụng làm chất nền lên men.

Các ứng dụng

Axit xitric được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm, sản xuất dược phẩm. Nó cũng được sử dụng trong vô số quá trình hóa học và công nghệ sinh học.

Trong ngành công nghiệp thực phẩm

-Citric được sử dụng chủ yếu trong công nghiệp thực phẩm vì nó tạo cho chúng có vị axit dễ chịu. Nó rất dễ hòa tan trong nước, vì vậy nó được thêm vào đồ uống, đồ ngọt, kẹo, thạch và trái cây đông lạnh. Tương tự như vậy, nó được sử dụng trong việc chuẩn bị rượu vang, bia, và các loại đồ uống khác.

-Ngoài việc bổ sung hương vị axit, nó làm bất hoạt các nguyên tố vi lượng giúp bảo vệ axit ascorbic hoặc vitamin C. Nó cũng hoạt động như một chất nhũ hóa trong kem và pho mát. Nó góp phần làm bất hoạt các enzym oxy hóa bằng cách hạ thấp độ pH của thực phẩm.

-Tăng hiệu quả của chất bảo quản được thêm vào thực phẩm. Bằng cách cung cấp độ pH tương đối thấp, nó làm giảm khả năng tồn tại của vi sinh vật trong thực phẩm chế biến, do đó tăng thời hạn sử dụng của chúng.

-Trong chất béo và dầu, axit xitric được sử dụng để củng cố tác dụng chống oxy hóa hiệp đồng (của tất cả các thành phần chất béo) mà loại chất dinh dưỡng này có thể có.

Trong ngành dược phẩm

-Ngoài ra axit xitric còn được sử dụng rộng rãi như một tá dược trong công nghiệp dược phẩm để cải thiện mùi vị và hòa tan thuốc.

- Kết hợp với bicarbonat, axit xitric được thêm vào các sản phẩm bột và viên nén để nó có tác dụng sủi bọt.

-Các muối của axit xitric cho phép nó được sử dụng như một chất chống đông máu, vì nó có khả năng chelate canxi. Axit xitric được sử dụng trong các chất bổ sung khoáng chất như muối xitrat.

-Citric axit bằng cách axit hóa môi trường của quá trình hấp thụ ở cấp độ ruột tối ưu hóa việc hấp thu vitamin và một số loại thuốc. Dạng khan của nó được sử dụng như một chất hỗ trợ cho các loại thuốc khác trong việc làm tan sỏi.

-Nó cũng được sử dụng như một chất axit hóa, chất làm se, như một tác nhân tạo điều kiện hòa tan các thành phần hoạt tính của các sản phẩm dược phẩm khác nhau.

Trong ngành mỹ phẩm nói chung

-Trong đồ dùng vệ sinh và mỹ phẩm, axit xitric được sử dụng như một chất chelat hóa các ion kim loại.

-Nó được sử dụng để làm sạch và đánh bóng kim loại nói chung, loại bỏ oxit bao phủ chúng.

- Ở nồng độ thấp, nó được dùng như một chất phụ gia trong các sản phẩm làm sạch sinh thái, rất lành tính cho môi trường và thiên nhiên.

-Nó có nhiều ứng dụng khác nhau: nó được sử dụng trong thuốc thử nhiếp ảnh, dệt may, thuộc da.

-Thêm vào các loại mực in.

Độc tính

Các báo cáo về độc tính của nó liên quan đến nồng độ axit xitric cao, thời gian tiếp xúc, tạp chất, trong số các yếu tố khác.

Dung dịch axit xitric được pha loãng không gây rủi ro hay nguy hiểm cho sức khỏe. Tuy nhiên, axit xitric tinh khiết hoặc đậm đặc không gây nguy hiểm về an toàn, do đó không nên tiêu thụ.

Tinh khiết hoặc đậm đặc, nó có tính ăn mòn và kích ứng khi tiếp xúc với da và niêm mạc của mắt, mũi và họng. Có thể gây dị ứng da và độc tính cấp tính nếu ăn phải.

Hít phải bụi axit citric nguyên chất cũng có thể ảnh hưởng đến niêm mạc của đường hô hấp. Hít phải có thể gây khó thở, dị ứng, mẫn cảm niêm mạc đường hô hấp, thậm chí có thể gây hen suyễn.

Tác dụng độc hại sinh sản được báo cáo. Axit citric có thể gây ra các khuyết tật di truyền, gây đột biến tế bào mầm.

Và cuối cùng, nó được coi là nguy hiểm hoặc độc hại đối với môi trường sống dưới nước, và nói chung axit xitric đậm đặc có tính ăn mòn kim loại.

Người giới thiệu

1. BellChem (ngày 21 tháng 4 năm 2015). Công dụng của Axit Citric trong Công nghiệp Thực phẩm. Phục hồi từ: bellchem.com
2. Vandenberghe, Luciana P. S, Soccol, Carlos R, Pandey, Ashok và Lebeault, Jean-Michel. (1999). Vi sinh vật sản xuất axit xitric. Lưu trữ Sinh học và Công nghệ Brazil, 42 (3), 263-276. dx.doi.org/10.1590/S1516-89131999000300001
3. PubChem. (2018). Axit citric. Được khôi phục từ: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. Wikipedia. (2018). Axit citric. Khôi phục từ: en.wikipedia.org
5. Whitten, K., Davis, R., Peck M. và Stanley, G. (2008). Hóa học. (8 ^ava. Ed). CENGAGE Học tập: Mexico.
6. Berovic, M. và Legisa, M. (2007). Sản xuất axit xitric. Đánh giá hàng năm Biotechology. Phục hồi từ: researchgate.net