La ricerca su nuovi usi e applicazioni dell’acido citrico è attualmente fiorente, come testimoniato ad esempio da nuovi libri pubblicati , dopo il libro ancora molto rilevante scritto nel 1975 da due professionisti leader del settore . Un primo nuovo uso evidente è nei detergenti per la casa e nei detersivi per piatti (circa il 13% del mercato globale dell’acido citrico) come co-costruttore con zeoliti, principalmente nei detergenti liquidi concentrati. L’acido citrico agisce come costruttore, chelando la durezza dell’acqua Ca2 + e gli ioni Mg2 + ma, contrariamente ai costruttori di fosfati, non contribuisce all’eutrofizzazione dei sistemi acquatici. Dal 2017, inoltre, i fosfati nei detersivi per lavastoviglie già vietati negli Stati Uniti (dal 2010) saranno vietati anche nell’UE , portando ad un aumento del consumo di acido citrico, che si aggiungerà al crescente uso di citrato nei detergenti domestici. Seguiranno numerose altre applicazioni. Di seguito, riportiamo tre esempi di recenti usi innovativi dell’acido citrico che potrebbero portare a un’ulteriore significativa espansione del mercato.

Cross-linker

L’acido citrico viene applicato con successo al crosslink di molti altri materiali, tra cui fibre proteiche ultrafine per applicazioni biomediche , polioli per la produzione di film biodegradabili adatti ad esempio per imballaggi eco-compatibili e con idrossiapatite per la produzione di compositi bioceramici per l’ingegneria tissutale ortopedica .

Goyanes e collaboratori semplicemente reticolato acido citrico con amido utilizzando glicerolo come plastificante riscaldando una miscela di amido, glicerolo, acqua e acido citrico a 75-85 °C. I film risultanti con acido citrico trattati a 75 °C hanno mostrato una significativa diminuzione sia dell’assorbimento dell’umidità che della permeabilità al vapore acqueo, vale a dire i due parametri principali che influenzano le proprietà barriera dei film di imballaggio. La reticolazione dei film amido–glicerolo con acido citrico, inoltre, migliora significativamente la scarsa degradazione termica e le proprietà meccaniche dei film amidacei .

Una nuova significativa applicazione dell’acido citrico come agente di reticolazione è stata scoperta nel 2011 da Rothenberg e Alberts all’Università di Amsterdam, che hanno scoperto che il glicerolo e l’acido citrico polimerizzano per formare una resina termoindurente, solubile in acqua, mostrando diverse proprietà importanti tra cui una rapida degradazione nell’ambiente. Fino all’introduzione di questo termoindurente, quasi tutte le plastiche biodegradabili erano polimeri termoplastici. Combinando acido citrico disciolto in glicerolo ad una temperatura superiore al punto di ebollizione dell’acqua a pressione ambiente e inferiore a 130 °C si ottiene una resina poliestere dura mediante un semplice processo di esterificazione Fisher . I punti di ebollizione del glicerolo (290 °C) e la temperatura di decomposizione dell’acido citrico (175 °C) assicurano che l’acqua sia l’unico composto liberato sotto forma di vapore, poiché non si ha decarbossilazione a T < 150 °C.

Il polimero risultante è una “bio-bachelite”, un poliestere tridimensionale duro che aderisce ad altri materiali e può quindi essere utilizzato in combinazione con acciaio, vetro, metalli e altri materiali solidi utilizzati per realizzare oggetti in plastica inflessibili come involucri di computer e telefoni, schiuma isolante, vassoi, tavoli e lampade. L’entità della reticolazione è controllata dalle condizioni di reazione, in particolare la temperatura, il tempo di reazione e il rapporto glicerolo:acido citrico. Maggiore è l’estensione della reticolazione, minore è il tasso di degradazione nell’acqua. Campioni altamente reticolati (Fig. 4) può sopravvivere per mesi in acqua e indefinitamente in aria.

(Immagine per gentile concessione del Professor Gadi Rothenberg)

Pedine di legno accanto ad altri campioni di Glycix-GX, la nuova resina termoindurente ottenuta dall’acido citrico e glicerolo

Soprannominato “Plantics-GX” da start-up società di produzione Plantics, la resina viene attualmente prodotto su tonnellata di scala di un impianto pilota in paesi Bassi. Il polimero è anche intrinsecamente sicuro in quanto non porta nessun atomo N e nessun atomo S, quindi non c’è possibilità di gas tossici durante la combustione. La completa biodegradabilità garantisce che il composito possa essere smaltito come rifiuto organico poiché il materiale si idrolizza in acqua rendendo il particolato a base biologica disponibile per la degradazione biologica.

Disinfettante

L’acido citrico è un eccellente disinfettante innocuo contro diversi virus, incluso il norovirus umano. Per esempio, aggiunto alle particelle del tipo di norovirus, il citrato lega precisamente alla tasca legante sugli antigeni del gruppo di histo-sangue in questione nell’attaccarsi ai leganti ospiti, impedendo la trasmissione di questi virus come pure riducendo i sintomi in quelli già infettati con norovirus . In dettaglio, il citrato è stato anche trovato per legare il dominio norovirus P, indicando un’ampia reattività tra diversi norovirus. Facilmente trasmesso attraverso mani contaminate o cibo contaminato, norovirus causano frequenti epidemie di gastroenterite in contesti comunitari come ospedali, navi da crociera e scuole. Un tessuto di carta commerciale, contenente uno strato intermedio impregnato di acido citrico (7,51%) e sodio lauril solfato (2,02%), uccide i virus emessi sotto forma di minuscole goccioline nella carta velina dopo aver starnutito, tossito o soffiato il naso nel tessuto. Quando l’umidità colpisce lo strato intermedio, il sodio lauril solfato interrompe l’involucro lipidico di molti virus, mentre l’acido citrico interrompe i rinovirus, che non hanno un involucro lipidico, ma sono sensibili agli acidi, impedendo così il trasferimento alle mani e alle superfici con cui il tessuto viene a contatto . Il biocida può anche essere utilizzato per la disinfezione di superfici in cui i virus del raffreddore e dell’influenza possono sopravvivere per più di 24 h.

Bonifica ambientale

Grazie alle sue eccellenti proprietà chelanti dei metalli, l’acido citrico è ampiamente utilizzato per pulire siti industriali, compresi siti nucleari contaminati da radionuclidi e terreni inquinati da metalli pesanti. Ad esempio , non solo la frazione citrico facilita la rimozione dei metalli nei terreni, ma migliora anche il desorbimento del suolo di composti organici idrofobi dai terreni . Migliorando ulteriormente il potenziale per rimuovere contaminanti misti dai suoli, recenti ricerche in Cina hanno dimostrato che quando combinato con biosurfactants ramnolipid, l’acido citrico offre una capacità senza precedenti nella bonifica ambientale del suolo (migliore della maggior parte dei trattamenti termici o chimici) attraverso agenti chimici biobased che non sono solo compatibili con l’ambiente, ma promuovono anche il ripristino ecologico del suolo dopo

Agente estrattivo

Nel 2005, i ricercatori brasiliani hanno dimostrato per la prima volta che l’acido citrico può essere utilizzato con successo al posto degli acidi minerali tossici per recuperare la pectina dalla sansa di mela . La resa di estrazione della pectina con acido citrico ha mostrato il valore medio più alto(13,75%, Fig. 5). Sebbene l’acido nitrico a volte mostrasse la resa più alta, la variabilità associata era molto grande, per non parlare degli effluenti nocivi generati.

(Riprodotto da Ref. , per gentile concessione)

l’Effetto della natura di acido su pectina di estrazione di resa

la Pectina viene estratto sotto riflusso, in un sistema di condensazione a 97 °C (soluto/solvente 1:50), utilizzando acqua acidificata con acido citrico a pH 2.5, e apple farina di materie prime. La concentrazione ottimale di acido citrico è di 62 g/L. Dopo 150 min, è stata isolata la pectina con un eccellente grado di esterificazione (DE = 68,84%). Sorprendentemente, la resa di pectina era significativamente più alta usando la farina come materia prima al posto della sansa, poiché la protopectina è più disponibile in piccole particelle che in quelle grandi. A causa delle sue proprietà chimiche e degli effetti benefici sulla salute, l’uso della pectina sta crescendo in molti settori industriali , mentre la sua scarsità sul mercato a causa di processi produttivi obsoleti che generano grandi quantità di rifiuti ha recentemente portato a prezzi elevati senza precedenti.

Produrre conservante

L’uso dell’acido citrico per ridurre l’attività microbiologica, migliorando così la stabilità dei concentrati, è ben noto ad esempio ai produttori di succo d’arancia, che aggiungono l’acido ai concentrati consegnati ai clienti dell’industria delle bevande. Formulato insieme ad altri ingredienti, l’acido citrico offre un efficace antiossidante commerciale (NatureSeal), che preserva l’aspetto (consistenza e colore) e le qualità organolettiche di diversi frutti, facendoli apparire freschi. Nei test con mele fresche tagliate, ad esempio, l’inibitore supera sia l’acido ascorbico (vitamina C) che l’acido citrico se usato da solo .

Un altro importante avanzamento recente è la soluzione acquosa di acido citrico, acido lattico, perossido di idrogeno e uno stabilizzatore di perossido di idrogeno proprietario (per rallentare la decomposizione del perossido di idrogeno in acqua e gas ossigeno, Eq. 1), comprendente un lavaggio prodotto (Primo passo + 10), il cui effetto antimicrobico è dovuto alla formazione di acidi perorganici (Eq. 2) .

Tamponata di acido citrico rende i batteri membrane più vulnerabili alle perdite, mantiene l’acqua di lavaggio interno di pH 4.0 inibendo la crescita batterica, mentre i potenti agenti ossidanti perorganico acido e perossido di idrogeno penetrano rapidamente la membrana a doppio strato lipidico fornendo rapida inattivazione di batteri patogeni di origine alimentare, compresi gli agenti patogeni umani come Salmonella, Listeria monocytogenes ed Escherichia coli. Dopo che il lavaggio dei prodotti viene applicato ai prodotti grezzi e lasciato scolare, gli ingredienti costituenti si suddividono in acqua, ossigeno e acidi organici. Nessun composto tossico viene rilasciato nell’ambiente. In effetti, alla fine del 2015, l’azienda manifatturiera ha ricevuto una notifica positiva sulle sostanze a contatto con gli alimenti .