Die Forschung an neuen Anwendungen und Anwendungen von Zitronensäure floriert derzeit, wie beispielsweise neue Bücher belegen, die nach dem immer noch sehr relevanten Buch veröffentlicht wurden, das 1975 von zwei führenden Praktikern der Branche geschrieben wurde . 13% des weltweiten Zitronensäuremarktes) als Co-Builder mit Zeolithen, hauptsächlich in konzentrierten Flüssigwaschmitteln. Zitronensäure wirkt als Builder und chelatisiert die Wasserhärte Ca2 + – und Mg2 + -Ionen, trägt jedoch im Gegensatz zu Phosphatbuildern nicht zur Eutrophierung von aquatischen Systemen bei. Seit 2017 werden Phosphate in Geschirrspülmitteln, die bereits in den USA (seit 2010) verboten sind, auch in der EU verboten, was zu einem zunehmenden Verbrauch von Zitronensäure führt, was zu einer zunehmenden Verwendung von Citrat in Haushaltsreinigern führen wird. Zahlreiche weitere Anwendungen werden folgen. Im Folgenden stellen wir drei Beispiele für die jüngsten innovativen Anwendungen von Zitronensäure vor, die zu einer weiteren signifikanten Marktexpansion führen dürften.

Vernetzer

Zitronensäure wird erfolgreich zur Vernetzung vieler anderer Materialien eingesetzt, darunter ultrafeine Proteinfasern für biomedizinische Anwendungen , Polyole zur Herstellung biologisch abbaubarer Folien, die beispielsweise für umweltfreundliche Verpackungen geeignet sind , und mit Hydroxylapatit zur Herstellung biokeramischer Verbundwerkstoffe für orthopädisches Tissue Engineering .

Goyanes und Mitarbeiter vernetzten Zitronensäure einfach mit Stärke unter Verwendung von Glycerin als Weichmacher, indem sie eine Mischung aus Stärke, Glycerin, Wasser und Zitronensäure auf 75-85 ° C erhitzten. Die resultierenden Folien mit Zitronensäure, die bei 75 ° C verarbeitet wurden, zeigten eine signifikante Abnahme sowohl der Feuchtigkeitsaufnahme als auch der Wasserdampfdurchlässigkeit, nämlich der beiden Hauptparameter, die die Barriereeigenschaften von Verpackungsfolien beeinflussen. Durch die Vernetzung der Stärke–Glycerin-Filme mit Zitronensäure werden ferner die schlechten thermischen Abbau- und mechanischen Eigenschaften der Stärkefilme deutlich verbessert.Eine bedeutende neue Anwendung von Zitronensäure als Vernetzungsmittel wurde 2011 von Rothenberg und Alberts an der Universität Amsterdam entdeckt, die herausfanden, dass Glycerin und Zitronensäure zu einem duroplastischen Harz polymerisieren, das in Wasser löslich ist und mehrere wichtige Eigenschaften aufweist, einschließlich eines schnellen Abbaus in der Umwelt. Bis zur Einführung dieses Duroplasts waren fast alle biologisch abbaubaren Kunststoffe thermoplastische Polymere. Kombiniert man in Glycerin gelöste Zitronensäure bei einer Temperatur oberhalb des Siedepunktes von Wasser bei Umgebungsdruck und unterhalb von 130 °C, erhält man ein hartes Polyesterharz durch ein einfaches Fisher-Veresterungsverfahren. Die Siedepunkte von Glycerin (290 °C) und die Zersetzungstemperatur von Zitronensäure (175 °C) stellen sicher, dass nur Wasser als Wasserdampf freigesetzt wird, da bei T < 150 °C keine Decarboxylierung stattfindet.

Das resultierende Polymer ist ein „Bio-Bakelit“, ein harter dreidimensionaler Polyester, der an anderen Materialien haftet und daher in Kombination mit Stahl, Glas, Metallen und anderen festen Materialien zur Herstellung von unflexiblen Kunststoffartikeln wie Computer- und Telefongehäusen, Isolierschaum, Tabletts, Tischen und Lampen verwendet werden kann. Das Ausmaß der Vernetzung wird durch die Reaktionsbedingungen, insbesondere Temperatur, Reaktionszeit und Glycerin:Zitronensäure-Verhältnis gesteuert. Je höher der Vernetzungsgrad ist, desto geringer ist die Abbaurate in Wasser. Hochvernetzte Proben (Fig. 4) kann für Monate im Wasser und unbegrenzt in der Luft überleben.

(Bild mit freundlicher Genehmigung von Professor Gadi Rothenberg)

Bauern aus Holz neben anderen Proben aus Glycix-GX, dem neuen duroplastischen Harz aus Zitronensäure und Glycerin

Vom Start-up-Hersteller Plantics „Plantics-GX“ genannt, wird das Harz derzeit in einer Pilotanlage in den Niederlanden im Tonnenmaßstab hergestellt. Das Polymer ist auch inhärent sicher, da es kein N-Atom und keine S-Atome trägt, so dass es keine Möglichkeit von giftigen Gasen während der Verbrennung gibt. Die vollständige biologische Abbaubarkeit stellt sicher, dass der Verbundstoff als organischer Abfall entsorgt werden kann, da das Material in Wasser hydrolysiert, wodurch die biobasierten Partikel für den biologischen Abbau verfügbar werden.

Desinfektionsmittel

Zitronensäure ist ein ausgezeichnetes, harmloses Desinfektionsmittel gegen mehrere Viren, einschließlich des menschlichen Norovirus. Beispielsweise bindet Citrat, das Norovirus-ähnlichen Partikeln zugesetzt wird, präzise an der Bindungstasche der Histo-Blutgruppen-Antigene, die an der Bindung an Wirtsliganden beteiligt sind, wodurch die Übertragung dieser Viren verhindert und die Symptome bei bereits mit Noroviren infizierten Personen verringert werden . Im Detail wurde auch festgestellt, dass Citrat die Norovirus-P-Domäne bindet, was auf eine breite Reaktivität zwischen verschiedenen Noroviren hinweist. Noroviren können leicht durch kontaminierte Hände oder kontaminierte Lebensmittel übertragen werden und verursachen häufige Gastroenteritis-Ausbrüche in kommunalen Einrichtungen wie Krankenhäusern, Kreuzfahrtschiffen und Schulen. Ein handelsübliches Papiertaschentuch, das eine mit Zitronensäure (7,51%) und Natriumlaurylsulfat (2,02%) imprägnierte Mittelschicht enthält, tötet die Viren ab, die in Form winziger Tröpfchen im Tissuepapier nach Niesen, Husten oder Nasenblasen in das Gewebe abgegeben werden. Wenn Feuchtigkeit auf die mittlere Schicht trifft, unterbricht Natriumlaurylsulfat die Lipidumhüllung vieler Viren, während Zitronensäure Rhinoviren stört, die keine Lipidumhüllung haben, aber gegenüber Säuren empfindlich sind, wodurch die Übertragung auf die Hände und auf Oberflächen, mit denen das Gewebe in Kontakt kommt, verhindert wird . Das Biozidprodukt kann auch zur Desinfektion von Oberflächen verwendet werden, auf denen Erkältungs- und Grippeviren länger als 24 h überleben können.

Umweltsanierung

Zitronensäure wird aufgrund ihrer hervorragenden metallchelatierenden Eigenschaften häufig zur Reinigung von Industriestandorten, einschließlich mit Radionukliden kontaminierten Kernkraftwerken, und mit Schwermetallen verschmutzten Böden verwendet. Zum Beispiel erleichtert nicht nur der Zitronensäureanteil die Entfernung von Metallen in Böden , sondern verbessert auch die Bodendesorption hydrophober organischer Verbindungen aus Böden . Neuere Forschungen in China haben gezeigt, dass Zitronensäure in Kombination mit Rhamnolipid-Biotensiden eine beispiellose Kapazität bei der Bodensanierung bietet (besser als die meisten thermischen oder chemischen Behandlungen) durch biobasierte chemische Mittel, die nicht nur umweltverträglich sind, sondern auch die ökologische Wiederherstellung des Bodens nach der Sanierung fördern .

Extraktionsmittel

Im Jahr 2005 zeigten brasilianische Forscher erstmals, dass Zitronensäure anstelle von toxischen Mineralsäuren erfolgreich zur Gewinnung von Pektin aus Apfeltrester verwendet werden kann . Die Pektinextraktionsausbeute mit Zitronensäure zeigte den höchsten Durchschnittswert (13,75%, Abb. 5). Obwohl Salpetersäure manchmal die höchste Ausbeute zeigte, war die damit verbundene Variabilität sehr groß, ganz zu schweigen von den erzeugten schädlichen Abwässern.

(Reproduziert von Ref. , mit freundlicher Genehmigung)

Einfluss der Natur der Säure auf die Pektinextraktionsausbeute

Pektin wird unter Rückfluss in einem Kondensationssystem bei 97 ° C (gelöster Stoff /Lösungsmittel 1:50) unter Verwendung von mit Zitronensäure auf pH 2,5 angesäuertem Wasser und Apfelmehl als Rohstoff extrahiert. Die optimale Zitronensäurekonzentration beträgt 62 g/l. Nach 150 min wurde Pektin mit ausgezeichnetem Veresterungsgrad (DE = 68,84%) isoliert. Bemerkenswerterweise war die Pektinausbeute bei Verwendung von Mehl als Rohstoff anstelle des Tresters signifikant höher, da Protopektin in kleinen Partikeln mehr verfügbar ist als in großen. Aufgrund seiner chemischen Eigenschaften und gesundheitsfördernden Wirkungen nimmt die Verwendung von Pektin in vielen Industriezweigen zu , während seine Knappheit auf dem Markt aufgrund veralteter Produktionsprozesse, die große Abfallmengen erzeugen, in letzter Zeit zu beispiellos hohen Preisen geführt hat.

Konservierungsmittel herstellen

Die Verwendung von Zitronensäure zur Verringerung der mikrobiologischen Aktivität und damit zur Verbesserung der Stabilität von Konzentraten ist beispielsweise Orangensaftherstellern bekannt, die die Säure Konzentraten zusetzen, die an Kunden in der Getränkeindustrie geliefert werden. Zusammen mit anderen Inhaltsstoffen formuliert, bietet Zitronensäure ein wirksames kommerzielles Antioxidans (NatureSeal), das das Aussehen (Textur und Farbe) und die organoleptischen Eigenschaften mehrerer Früchte bewahrt und sie frisch erscheinen lässt. In Tests mit frisch geschnittenen Äpfeln zum Beispiel übertrifft der Inhibitor sowohl Ascorbinsäure (Vitamin C) als auch Zitronensäure, wenn er allein verwendet wird .Ein weiterer wichtiger Fortschritt in jüngster Zeit ist die wässrige Lösung von Zitronensäure, Milchsäure, Wasserstoffperoxid und einem proprietären Wasserstoffperoxidstabilisator (um die Zersetzung von Wasserstoffperoxid zu Wasser und Sauerstoffgas zu verlangsamen, Gl. 1), umfassend eine Produktwäsche (erster Schritt + 10), deren antimikrobielle Wirkung auf die Bildung von perorganischen Säuren (Gl. 2) .

säure macht Bakterienmembranen anfälliger für Leckagen, hält das Waschwasser innerhalb von pH 4.0 Hemmung des Bakterienwachstums, während die starken Oxidationsmittel perorganische Säure und Wasserstoffperoxid schnell in die Lipiddoppelschichtmembran eindringen und eine schnelle Inaktivierung von pathogenen Bakterien in Lebensmitteln, einschließlich menschlicher Krankheitserreger wie Salmonellen, Listeria monocytogenes und Escherichia coli, ermöglichen. Nachdem die Produktwäsche auf das Rohprodukt aufgetragen und abtropfen gelassen wurde, zerfallen die Inhaltsstoffe in Wasser, Sauerstoff und organische Säuren. Es werden keine toxischen Verbindungen in die Umwelt freigesetzt. Tatsächlich erhielt das produzierende Unternehmen Ende 2015 eine positive Meldung über Stoffe mit Lebensmittelkontakt .