Articles

sitruunahappo: keskeisen bioteknologian teollisen tuotteen uudet sovellukset

by admin

sitruunahapon uusia käyttötarkoituksia ja sovelluksia koskeva tutkimus kukoistaa tällä hetkellä, kuten esimerkiksi uudet kirjat ovat todistaneet kahden johtavan alan toimijan vuonna 1975 kirjoittaman edelleen hyvin merkityksellisen kirjan jälkeen . Ensimmäinen huomattava Uusi käyttökohde on kotitalouksien pesu-ja astianpesuaineissa (noin 13% maailman sitruunahappomarkkinoista) zeoliittien yhteisrakentajana, pääasiassa väkevissä nestemäisissä pesuaineissa. Sitruunahappo toimii rakentajana, kelatoiden veden kovuutta Ca2+ ja Mg2+ ioneja, mutta vastakohtana fosfaatin rakentajille se ei edistä akvatiosysteemien rehevöitymistä. Vuodesta 2017 lähtien myös Yhdysvalloissa jo kiellettyjen konetiskiaineiden fosfaatit (vuodesta 2010) kielletään EU: ssa, mikä lisää sitruunahapon kulutusta , mikä lisää sitraatin käyttöä kotitalouksissa. Lukuisia muita sovelluksia seuraa. Seuraavassa on kolme esimerkkiä sitruunahapon viimeaikaisista innovatiivisista käyttötavoista, jotka todennäköisesti johtavat merkittävään markkinoiden laajenemiseen.

Ristiinlinkeri

sitruunahappoa käytetään onnistuneesti ristiinlinkittämään monia muita materiaaleja, mukaan lukien ultrafine-proteiinikuituja biolääketieteellisiin sovelluksiin , polyoleja biohajoavien kalvojen valmistukseen esimerkiksi ympäristöystävällisiin pakkauksiin ja hydroksiapatiittia biokeraamisten komposiittien valmistukseen ortopediseen kudostekniikkaan .

Goyaanit ja työtoverit yksinkertaisesti ristisidottivat sitruunahappoa tärkkelyksen kanssa käyttäen glyserolia pehmittimenä kuumentamalla tärkkelyksen, glyserolin, veden ja sitruunahapon seosta 75-85 °C: ssa. Tuloksena saadut kalvot, joissa sitruunahappoa on käsitelty 75 °C: ssa, vähensivät merkittävästi sekä kosteuden imeytymistä että vesihöyryn läpäisevyyttä eli pakkauskalvojen sulkuominaisuuksiin vaikuttavia kahta tärkeintä muuttujaa. Tärkkelys-glyserolikalvojen ristisidonta sitruunahapolla parantaa lisäksi merkittävästi tärkkelyskalvojen heikkoa lämpöhajoamista ja mekaanisia ominaisuuksia .

Amsterdamin yliopistossa Rothenberg ja Alberts havaitsivat vuonna 2011, että glyseroli ja sitruunahappo polymeroituvat muodostaen lämpökovettuneen hartsin, joka liukenee veteen ja jolla on useita tärkeitä ominaisuuksia, kuten nopea hajoaminen ympäristössä. Tämän termosetin käyttöönottoon asti lähes kaikki biohajoavat muovit ovat olleet termoplastisia polymeerejä. Kun glyseroliin liuotettua sitruunahappoa yhdistetään veden kiehumispisteen yläpuolella ja alle 130 °C: n lämpötilassa, saadaan kovaa polyesterihartsia suoraviivaisella Fisher-esteröintiprosessilla . Glyserolin kiehumispisteet (290 °C) ja sitruunahapon Hajoamislämpötila (175 °C) varmistavat, että vesi on ainoa höyrynä vapautuva yhdiste, koska dekarboksylaatiota ei tapahdu lämpötilassa t < 150 °C.

tuloksena oleva polymeeri on ”bio-bakeliitti”, kova kolmiulotteinen polyesteri, joka kiinnittyy muihin materiaaleihin ja jota voidaan siten käyttää yhdessä teräksen, lasin, metallien ja muiden kiinteiden materiaalien kanssa, joita käytetään joustamattomien muoviesineiden, kuten tietokoneen ja puhelimen koteloiden, eristevaahdon, tarjottimien, pöytien ja lamppujen valmistukseen. Ristisidonnan laajuutta säätelevät reaktio-olosuhteet, erityisesti lämpötila, reaktioaika ja glyseroli-sitruunahappo-suhde. Mitä suurempi on risteytymisen laajuus, sitä pienempi on hajoamisnopeus vedessä. Erittäin Ristikkäiset näytteet (Kuva. 4) voi selviytyä kuukausia vedessä ja loputtomiin ilmassa.

Fig. 4
figure4

(professori Gadi Rothenbergin Kuva)

puusta valmistetut Pantterit muiden Glycix-GX: stä valmistettujen näytteiden vieressä, sitruunahaposta ja glyserolista saatu Uusi lämpöhartsi

start-up manufacturing company planticsin ”plantics-GX” – nimellä kutsuma hartsi valmistetaan nykyisin tonnimääräisesti Pilottitehtaassa Alankomaissa. Polymeeri on myös luonnostaan turvallinen, koska siinä ei ole N-eikä S-atomeja, joten myrkyllisten kaasujen mahdollisuutta palamisen aikana ei ole. Täydellinen biohajoavuus varmistaa, että komposiitti voidaan hävittää orgaanisena jätteenä, koska materiaali hydrolysoituu vedessä, jolloin biopohjaiset hiukkaset ovat käytettävissä biologista hajoamista varten.

desinfiointiaine

sitruunahappo on erinomainen, vaaraton desinfiointiaine useita viruksia, myös ihmisen norovirusta vastaan. Esimerkiksi noroviruksen kaltaisiin hiukkasiin lisättynä sitraatti sitoutuu juuri histo-veriryhmän antigeeneihin, jotka osallistuvat isäntäligandeihin kiinnittymiseen, estäen näiden virusten tarttumisen sekä vähentäen oireita noroviruksilla jo tartunnan saaneilla . Yksityiskohtaisesti sitraatin havaittiin sitovan myös noroviruksen P-domeenia, mikä viittaa laajaan reaktiivisuuteen erilaisten norovirusten keskuudessa. Helposti saastuneiden käsien tai saastuneen ruoan välityksellä leviävät norovirukset aiheuttavat usein suolistotulehdusepidemioita yhteisöissä, kuten sairaaloissa, risteilyaluksissa ja kouluissa. Yritystodistuskudos, jonka keskimmäinen kerros on kyllästetty sitruunahapolla (7,51%) ja natriumlauryylisulfaatilla (2,02%), tappaa virukset, jotka lähtevät pieninä pisaroina pehmopaperiin aivastamisen, yskimisen tai nenän vuotamisen jälkeen kudokseen. Kosteuden osuessa keskimmäiseen kerrokseen natriumlauryylisulfaatti häiritsee monien virusten lipidikuorta, kun taas sitruunahappo häiritsee rinoviruksia, joilla ei ole lipidikuorta, mutta jotka ovat herkkiä hapoille estäen siten siirtymisen takaisin käsiin ja pinnoille, joiden kanssa kudos joutuu kosketuksiin . Biosidivalmistetta voidaan käyttää myös sellaisten pintojen desinfiointiin, joilla kylmä-ja influenssavirukset voivat säilyä yli 24 tuntia.

ympäristön kunnostaminen

erinomaisten metallikelatoivien ominaisuuksiensa vuoksi sitruunahappoa käytetään laajalti teollisuusalueiden puhdistamiseen, mukaan lukien radionuklidien saastuttamat ydinalueet , ja raskasmetallien saastuttaman maaperän puhdistamiseen. Esimerkiksi sitruunaosan lisäksi se helpottaa metallien poistumista maaperästä, mutta parantaa myös hydrofobisten orgaanisten yhdisteiden desorptiota maaperästä . Kiinassa tehdyt viimeaikaiset tutkimukset ovat osoittaneet, että ramnolipidibiosurfaktanttien kanssa yhdistettynä sitruunahappo tarjoaa ennennäkemättömän kapasiteetin maaperän ympäristön kunnostamisessa (parempi kuin useimmat lämpö-tai kemialliset käsittelyt) biopohjaisten kemiallisten aineiden avulla, jotka eivät ole ainoastaan ympäristöystävällisiä, vaan myös edistävät maaperän ekologista ennallistamista kunnostuksen jälkeen .

Uuttoaine

vuonna 2005 brasilialaiset tutkijat osoittivat ensimmäisen kerran, että sitruunahappoa voidaan onnistuneesti käyttää myrkyllisten mineraalihappojen sijasta pektiinin talteenottoon omenan puristemassasta . Pektiinin uuttosaanto sitruunahapolla oli korkein keskimääräinen arvo (13,75%, Kuva. 5). Vaikka typpihapon tuotto oli joskus korkein, siihen liittyvä vaihtelu oli hyvin suurta, saati sitten syntyvät haitalliset jätevedet.

Fig. 5
figure5

(KS. , lajinluvalla)

hapon luonteen vaikutus pektiinin uuttotuottoon

pektiini uutetaan refluksitaipumuksessa kondensaatiojärjestelmässä 97 °C:ssa (liuotin / liuotin 1: 50) käyttäen sitruunahapolla pH: ksi happamoitua vettä ja raaka-aineena omenajauhoa. Optimaalinen sitruunahappopitoisuus on 62 g / L. 150 minuutin kuluttua eristettiin pektiiniä, jonka esteröitymisaste oli erinomainen (DE = 68,84%). Huomattavaa on, että pektiinin saanto oli huomattavasti suurempi käyttämällä jauhoa raaka-aineena pommean sijaan, sillä protopektiiniä on saatavilla enemmän pienissä hiukkasissa kuin suurissa. Pektiinin kemiallisten ominaisuuksien ja terveyttä edistävien vaikutusten vuoksi pektiinin käyttö kasvaa monilla teollisuudenaloilla, kun taas pektiinin niukkuus markkinoilla vanhentuneiden tuotantoprosessien vuoksi , jotka tuottavat suuria määriä jätettä, on viime aikoina johtanut ennennäkemättömän korkeisiin hintoihin.

tuottavat säilöntäainetta

sitruunahapon käyttö mikrobiologisen aktiivisuuden vähentämiseen ja siten tiivisteiden säilyvyyden parantamiseen on hyvin tunnettua esimerkiksi appelsiinimehun valmistajille, jotka lisäävät happoa juomateollisuuden asiakkaille toimitettaviin tiivisteisiin. Yhdessä muiden ainesosien kanssa sitruunahappo tarjoaa tehokkaan kaupallisen hapettumisenestoaineen (NatureSeal), joka säilyttää useiden hedelmien rakenteen ja värin sekä aistinvaraiset ominaisuudet ja saa ne näyttämään tuoreilta. Esimerkiksi tuoreilla omenoilla tehdyissä testeissä inhibiittori päihittää sekä askorbiinihapon (C-vitamiini) että sitruunahapon yksinään käytettynä .

toinen tärkeä viimeaikainen edistysaskel on sitruunahapon, maitohapon, vetyperoksidin ja patentoidun vetyperoksidin stabilointiaineen vesiliuos (vetyperoksidin hajoamisen hidastamiseksi vedeksi ja happikaasuksi, Eq. 1), joka koostuu tuote pestä (ensimmäinen vaihe + 10), jonka antimikrobinen vaikutus johtuu muodostumista perorgaanisten happojen (Eq. 2) .

$${\text{H}}_{ 2} {\text{O}}_{ 2} \to {\text{H}}_{ 2} {\text{O }} + {\text{ O}}_{ 2}$$
(1)

$${\text{H}}_{ 2} {\text{O}}_{ 2} + {\text{ COOH}} \to {\text{r}} – {\text{COOH}} + {\text{H}}_ {2} {\text{ o}}$
(2)

puskuroitu sitruunahappo altistaa bakteerien kalvot vuotamiselle, pitää pesuveden pH 4: ssä.0 estämällä bakteerien kasvua, kun taas voimakkaat hapettavat aineet perorgaaninen happo ja vetyperoksidi tunkeutuvat nopeasti lipidikaksikerroksiseen kalvoon, joka tarjoaa nopean inaktivaation elintarvikevälitteisten patogeenisten bakteerien, mukaan lukien ihmisen patogeenit, kuten Salmonella, Listeria monocytogenes ja Escherichia coli. Kun tuote pestään raaka-aineelle ja annetaan valua, ainesosat hajoavat vedeksi, hapeksi ja orgaanisiksi hapoiksi. Ympäristöön ei pääse myrkyllisiä yhdisteitä. Valmistava yritys saikin loppuvuodesta 2015 myönteisen elintarvikepakkausaineilmoituksen .