СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОНОГИДРАТА ТРИКАЛИЙЦИТРАТА Российский патент 2025 года по МПК C07C51/41 C07C51/43 C07C59/265 

В пищевой промышленности моногидрат трикалийцитрата С₆Н₅О₇К₃⋅Н₂О используется в качестве добавки Е322. При этом он в пищевых продуктах выполняет функции регулятора кислотности, стабилизатора, эмульгатора, синергиста антиоксидантов и фиксатора окраски [1]. В частности его используют в качестве соли-плавителя при производстве плавленых сыров, в качестве стабилизатора мясных продуктов, для термической устойчивости молока, а также в качестве регулятора кислотности джемов, желе, кондитерских изделий и др. [2].

Известен способ получения цитратов калия [3], при осуществлении которого водный раствор лимонной кислоты, полученный методом ферментации, контактирует с полимерным адсорбентом. Далее адсорбент промывают раствором гидроксида калия, в результате чего получают разбавленный раствор цитратов калия. Затем полученный раствор высушивают или же выделяют из него цитраты калия методом кристаллизации. Недостатками способа получения цитратов калия являются значительный расход сорбента и высокие энергетические затраты.

Известны способы получения цитратов калия, в том числе и трикалийцитрата, путем нейтрализации водных растворов лимонной кислоты растворами гидроксида, оксида и карбоната калия [4]. Недостатками таких способов является то, что при таком производстве образуются разбавленные растворы цитратов калия. При этом для получения продуктов в кристаллическом виде производят обезвоживание получаемых растворов методом сушки или же целевые продукты выделяют из растворов методом кристаллизации. В последнем случае необходимо проведение предварительного упаривания растворов до концентрации 70-80 мас.%. При осуществлении таких процессов затрачивается значительное количество тепловой энергии. В случае использования для выделения трикалийцитрата из растворов методом кристаллизации выход кристаллического продукта обычно составляет не более 50 мас.%, что связано с его высокой растворимостью в воде.

Целью настоящего изобретения является снижение энергетических затрат и повышение выхода продукта при производстве моногидрата трикалийцитрата.

Заявленный способ производства моногидрата трикалийцитрата состоит из трех стадий: приготовления исходного раствора путем нейтрализации лимонной кислоты гидроксидом калия, кристаллизации и разделения получаемой суспензии. На стадии приготовления исходного раствора моногидрата трикалийцитрата лимонная кислота и гидроксид калия при мольном соотношении 1:3 смешивают с маточным раствором, содержащим 60-66 массовых процентов трикалийцитрата. Указанный маточный раствор необязательно может представлять собой маточный раствор, полученный после кристаллизации моногидрата трикалийцитрата в предыдущем цикле осуществления способа, согласно настоящему изобретению. Так как при химическом взаимодействии лимонной кислоты с гидроксидом калия выделяется значительное количество тепла, то реакционная смесь вскипает. При этом происходит отгонка определенного количества паров воды, в результате чего получается раствор, содержащий 75-82 массовых процентов трикалийцитрата. При охлаждении данного раствора на стадии кристаллизации до температуры 10-30°С образуется кристаллическая суспензия, содержащая кристаллы моногидрата трикалийцитрата. После разделения полученной суспензии методом фильтрации кристаллическую фазу отбирают в качестве товарного моногидрата трикалийцитрата, а маточник, содержащий 60-66 мас.% трикалийцитрата, направляется на стадию приготовления исходного раствора, где маточник вновь смешивают с лимонной кислотой и гидроксидом калия. Способ производства моногидрата трикалийцитрата, согласно настоящему изобретению, может осуществляться в периодическом и непрерывном вариантах.

Таким образом, настоящее изобретение относится к способу получения моногидрата трикалийцитрата в результате химического взаимодействия лимонной кислоты с гидроксидом калия, отличающемуся тем, что указанный способ предусматривает следующие стадии:

а) смешивание лимонной кислоты и гидроксида калия при мольном соотношении 1:3 с маточным раствором, содержащим 60-66 массовых процентов трикалийцитрата, с получением раствора, содержащего 75-82 массовых процентов трикалийцитрата;

б) охлаждение полученного на стадии а) раствора до температуры 10-30°С с получением суспензии, содержащей кристаллы моногидрата трикалийцитрата;

в) разделение полученной на стадии б) суспензии с получением кристаллического моногидрата трикалийцитрата и маточного раствора, содержащего 60-66 массовых процентов трикалийцитрата; и

г) необязательно возвращение полученного на стадии в) маточного раствора на стадию а).

Достоинством заявленного способа производства моногидрата трикалийцитрата является то, что избыточная вода, образующаяся в результате химического взаимодействия лимонной кислоты с гидроксидом калия, удаляется с использованием теплоты реакции. При этом можно сразу получать концентрированный раствор моногидрата трикалийцитрата, а возврат маточника на первую стадию способа обеспечивает стопроцентный выход целевого продукта. Кроме этого, упрощается аппаратурное оформление процесса, так как исключается стадия концентрирования исходного раствора методом выпаривания перед его подачей на стадию кристаллизации. Существенно сокращаются также затраты тепловой энергии на производство продукта.

Пример 1. Для производства моногидрата трикалийцитрата использовали моногидрат лимонной кислоты С₆Н₈О₇⋅Н₂О, содержащий 91,4 мас.% основного вещества, и 89,8% гидроксид калия. На стадии приготовления исходного раствора смешивали 161 кг лимонной кислоты, 144 кг гидроксида калия и 250 кг маточника, содержащего 63 мас.% трикалийцитрата. В результате химического взаимодействия лимонной кислоты с гидроксидом калия происходило образование трикалийцитрата. Реакция протекала при температуре 115°С. При этом образовывалось 55 кг паров воды и 500 кг раствора трикалийцитрата с концентрацией 78,5 мас.%. После охлаждения полученного раствора до температуры 20°С получали суспензию, содержащую кристаллы моногидрата трикалийцитрата. При разделении полученной суспензии путем фильтрования с использованием фильтрующей центрифуги получали 250 кг маточника и 250 кг кристаллической фазы. Маточник направляли на первую стадию способа в следующем цикле осуществления способа согласно настоящему изобретению, а кристаллическую фазу отбирали в качестве товарного моногидрата трикалийцитрата.

Пример 2. На стадии приготовления исходного раствора смешивали 161 кг лимонной кислоты, 144 кг гидроксида калия и 233 кг маточника с концентраций 65 мас.% трикалийцитрата. При этом образовывалось 55 кг паров воды и 483 кг раствора с концентрацией 80 мас.% трикалийцитрата. После охлаждения данного раствора до температуры 30°С получали суспензию, при разделении которой получали 233 кг маточника и 250 кг моногидрата трикалийцитрата.

Пример 3. В реактор приготовления исходного раствора загружали 161 кг лимонной кислоты, 144 кг гидроксида калия и 317 кг маточника с концентраций 60 мас.% трикалийцитрата. Из реактора отводили 55 кг паров воды и 567 кг раствора трикалийцитрата с концентрацией 75 мас.% трикалийцитрата. В кристаллизаторе раствор охлаждали до температуры 10°С. После разделения суспензии получали 317 кг маточника и 250 кг моногидрата трикалийцитрата.

Пример 4. В реактор приготовления исходного раствора непрерывно подавали 200 кг/ч лимонной кислоты, 179 кг/ч гидроксида калия и 233 кг/ч маточника с концентрацией 66 мас.% трикалийцитрата. Из реактора отводили 69 кг/ч паров воды и 543 кг/ч раствора трикалийцитрата с концентрацией 82 мас.% трикалийцитрата. В кристаллизаторе раствор охлаждали до температуры 30°С. После разделения полученной суспензии получали 233 кг/ч маточника и 310 кг/ч моногидрата трикалийцитрата.

Источники информации

1. Сарафанова Л.А. Пищевые добавки. СПб. ГИОРД, 2004.

2. Никифорова Т.А., Меледина Т.В., Иванченко О.Б. Пищевые добавки и ароматизаторы. Физико-химические и функционально-технологические свойства. Учебное пособие. СПб. ИХиБТ, 2009, 217 с.

3. Патент РФ. №2124496, опубл. 10.01.1999. Способ получения цитрата щелочного металла.

4. Apelblat A. Citric acid. Springer, 2014, 367 p.

Изобретение относится к способу получения моногидрата трикалийцитрата С₆Н₅О₇К₃⋅Н₂О, который используется в качестве добавки Е322. Способ осуществляют путем смешивания лимонной кислоты и гидроксида калия при мольном соотношении 1:3 с маточным раствором, содержащим 60-66 мас.% трикалийцитрата. Реакция сопровождается значительным выделением тепловой энергии, в результате чего происходит частичное выпаривание воды и получается раствор, содержащий 75-82 мас.% трикалийцитрата. При его охлаждении до температуры 10-30°С образуется суспензия, разделяя которую, получают моногидрат трикалийцитрата в кристаллическом виде и маточник, который необязательно возвращают на стадию синтеза трикалийцитрата. Способ позволяет увеличить выход целевого продукта. 4 пр.

Способ получения моногидрата трикалийцитрата в результате химического взаимодействия лимонной кислоты с гидроксидом калия, отличающийся тем, что указанный способ предусматривает следующие стадии:

а) смешивание лимонной кислоты и гидроксида калия при мольном соотношении 1:3 с маточным раствором, содержащим 60-66 массовых процентов трикалийцитрата, с получением раствора, содержащего 75-82 массовых процентов трикалийцитрата;

б) охлаждение полученного на стадии а) раствора до температуры 10-30°С с получением суспензии, содержащей кристаллы моногидрата трикалийцитрата;

в) разделение полученной на стадии б) суспензии с получением кристаллического моногидрата трикалийцитрата и маточного раствора, содержащего 60-66 массовых процентов трикалийцитрата; и

г) необязательно возвращение полученного на стадии в) маточного раствора на стадию а).