Axit citric

Tính chất

Ở nhiệt độ phòng, axit citric là chất bột kết tinh màu trắng. Nó có thể tồn tại dưới dạng khan (không chứa nước) hay dưới dạng ngậm một phân tử nước (monohydrat). Dạng khan kết tinh từ nước nóng, trong khi dạng monohydrat hình thành khi axit citric kết tinh từ nước lạnh. Dạng monohydrat có thể chuyển hóa thành dạng khan khi nung nóng tới trên 74 °C. Axit citric cũng hòa tan trong etanol khan tuyệt đối (76 phần axit citric trên mỗi 100 phần etanol) ở 15 °C.
Về cấu trúc hóa học, axit citric chia sẻ các tính chất của các axit cacboxylic khác. Khi bị nung nóng trên 175 °C, nó bị phân hủy để giải phóng đioxit cacbon và nước.

Đo đạc

Axit citric thường được thêm vào nước ngọt, bia, nước seltzer và xuất hiện tự nhiên trong nhiều loại nước quả. Điều này gây ra vấn đề trong đo lường do kỹ thuật đo đạc chuẩn cho đường là chiết suất. Chiết suất của đường và axit citric là gần như đồng nhất. Đối với các dạng nước ngọt và nước cam thì phép đo độ ngọt tốt nhất là tỷ lệ đường/axit. Gần đây, việc sử dụng các thiết bị nhạy hồng ngoại đã cho phép đo cả Brix (hàm lượng đường) và độ chua bằng phát hiện đường và axit citric thông qua các dao động phân tử đặc trưng của chúng và điều này cho phép đánh giá chính xác hơn độ ngọt của đồ uống.

Lịch sử

Sự phát hiện ra axit citric được cho là của nhà giả kim thuật người Iran trong thế kỷ VIII là Jabir Ibn Hayyan (Geber). Các học giả thời Trung cổ tại châu Âu cũng đã nhận thức về bản chất axit của các loại nước cam, chanh; những kiến thức như thế được ghi lại trong Bách khoa Toàn thư thế kỷ XIII Speculum Majus (Tấm gương Lớn), do Vincent of Beauvais viết. Axit citric lần đầu tiên được Carl Wilhelm Scheele, một nhà hóa học người Thụy Điển, cô lập năm 1784, trong đó ông kết tinh nó từ nước chanh. Sản xuất axit citric quy mô công nghiệp bắt đầu từ năm 1860, dựa trên ngành công nghiệp sản xuất các loại quả cam chanh của Italia.
Năm 1893, C. Wehmer phát hiện ra rằng nấm mốc Penicillium cũng có thể sản xuất ra axit citric từ đường. Tuy nhiên, sản xuất sinh học của axit citric đã không trở thành quan trọng về mặt công nghiệp cho tới tận khi Thế chiến I làm gián đoạn xuất khẩu cam chanh của Italia. Năm 1917, nhà hóa học thực phẩm người Mỹ là James Currie phát hiện ra rằng một số biến thể của nấm Aspergillus niger có thể là các nhà sản xuất axit citric có hiệu quả và Pfizer bắt đầu sản xuất ở quy mô công nghiệp bằng kỹ thuật này sau đó 2 năm, tiếp theo là Citrique Belge vào năm 1929.

Sản xuất

Trong kỹ thuật sản xuất này, hiện tại vẫn là công nghệ sản xuất công nghiệp chính cho axit citric, các mẻ cấy nấm Aspergillus niger được nuôi trong môi trường chứa sucroza hay glucoza để sinh ra axit citric. Nguồn đường là nước ngâm ngô cô đặc, nước rỉ đường, tinh bột ngô thủy phân hay các dung dịch đường rẻ tiền khác. Sau khi nấm được lọc ra khỏi dung dịch được tạo thành, axit citric được cô lập bằng kết tủa nó với vôi tôi (hydroxit canxi) để tạo ra muối citrat canxi, từ đó axit citric được sinh ra bằng xử lý muối này với axit sulfuric.

Sử dụng

Năm 2007, tổng sản lượng sản xuất axit citric trên khắp thế giới là khoảng 1.700.000 tấn. Trên 50% sản lượng này được sản xuất tại Trung Quốc. Trên 50% được sử dụng như là chất tạo độ chua trong các loại đồ uống và khoảng 20% trong các ứng dụng thực phẩm khác, 20% cho các ứng dụng chất tẩy rửa và 10% cho các ứng dụng phi thực phẩm khác như hóa mỹ phẩm và công nghiệp hóa chất.

Phụ gia thực phẩm

Trong vai trò của một phụ gia thực phẩm, axit citric được sử dụng như là chất tạo hương vị và chất bảo quản trong thực phẩm và đồ uống, đặc biệt là các loại đồ uống nhẹ. Nó được ký hiệu bằng một số E là E330. Các muối citrat của các kim loại khác nhau được sử dụng để chuyển giao các khoáng chất này ở dạng có thể sử dụng được về mặt sinh học trong nhiều chất bổ sung dinh dưỡng. Các tính chất đệm của các citrat được sử dụng để kiểm soát pH trong các chất tẩy rửa dùng trong gia đình và trong dược phẩm. Tại Hoa Kỳ, độ tinh khiết của axit citric cần thiết để làm phụ gia thực phẩm được định nghĩa bởi Food Chemical Codex (FCC), được công bố trong Dược điển Hoa Kỳ (USP).

Làm mềm nước

Khả năng của axit citric trong chelat các kim loại làm cho nó trở thành hữu ích trong xà phòng và các loại bột giặt. Bằng sự chelat hóa các kim loại trong nước cứng, nó làm cho các chất tẩy rửa này tạo bọt và làm việc tốt hơn mà không cần phải làm mềm nước. Theo kiểu tương tự, axit citric được dùng để tái sinh các vật liệu trao đổi ion dùng trong các chất làm mềm nước bởi nó kết tủa các ion kim loại đã tích lũy như là các phức chất citrat.

Khác

Axit citric được sử dụng trong công nghệ sinh học và công nghiệp dược phẩm để thụ động hóa các hệ thống ống dẫn cần độ tinh khiết cao (thay cho việc sử dụng axit nitric). Axit nitric bị coi là nguy hiểm và khó xử lý khi sử dụng cho mục đích này, trong khi axit citric thì không.
Axit citric là thành phần hoạt hóa trong một số dung dịch tẩy rửa vệ sinh nhà bếp và phòng tắm. Dung dịch với hàm lượng 6% axit citric sẽ loại bỏ các vết bẩn do nước cứng từ thủy tinh mà không cần phải lau chùi. Trong công nghiệp nó được dùng để đánh tan lớp gỉ trên bề mặt thép
Axit citric được sử dụng phổ biến như là chất đệm để làm tăng độ hòa tan của heroin nâu. Các túi nhỏ chứa axit citric sử dụng một lần cũng được sử dụng như là tác nhân xui khiến để buộc những người dùng heroin phải đổi các kim bẩn của mình lấy các kim tiêm sạch nhằm làm giảm khả năng lan truyền AIDS và bệnh viêm gan. Các chất a xít hóa khác sử dụng cho heroin nâu là axit ascorbic, axit axetic và axit lactic; khi không có chúng, những người sử dụng ma túy thường thay thế chúng bằng nước chanh hay dấm.
Axit citric là một trong các hóa chất cần thiết để tổng hợp HMTD, một chất nổ nhạy nhiệt, nhạy ma sát và nhạy va chạm tương tự như axeton peroxit. Vì lý do này, việc mua một lượng lớn axit citric như tại Mỹ, có thể gây nghi vấn về các hoạt động khủng bố tiềm ẩn.
Axit citric cũng có thể thêm vào kem để giữ cho các giọt mỡ nhỏ tách biệt nhau cũng như thêm vào các công thức chế biến nước chanh tươi tại chỗ. Axit citric cũng được dùng cùng bicacbonat natri trong một loạt các công thức tạo bong bóng (bọt) khí, cho cả các dạng thực phẩm (chẳng hạn các loại bánh bột và thỏi) lẫn các dạng hóa chất vệ sinh cá nhân (ví dụ các dạng muối bồn tắm, bom bồn tắm và làm sạch dầu mỡ).
Axit citric cũng dùng nhiều trong sản xuất rượu vang như là chất thay thế hay bổ sung khi các loại quả chứa ít hay không có độ chua tự nhiên được sử dụng. Nó chủ yếu được sử dụng cho các loại rượu vang rẻ tiền do giá thành thấp của sản xuất.
Khi sử dụng với tóc, axit citric mở lớp ngoài cùng (còn gọi là lớp cutin) ra. Khi lớp cutin mở ra, nó cho phép có sự thâm nhập vào sâu hơn của các chất vào chân tóc. Nó có thể được sử dụng trong một số loại dầu gội đầu để rửa sạch các chất sáp và thuốc nhuộm từ tóc.
Axit citric cũng được sử dụng như là nước rửa lần hai (sau nước hiện hình) trong xử lý phim chụp ảnh trước khi dùng nước định hình. Nước rửa đầu tiên thường hơi kiềm nên nước rủa có tính axit nhẹ sẽ trung hòa nó, làm tăng hiệu quả của việc rửa ảnh so với dùng nước thường.
Axit citric cũng được dùng như là một trong các thành phần hoạt hóa trong sản xuất các mô kháng virus
Axit citric cũng được sử dụng như là tác nhân làm chín chính trong các công đoạn đầu tiên trong sản xuất phó mát mozzarella

An toàn

Axit citric được hầu hết các quốc gia và tổ chức quốc tế công nhận là an toàn để sử dụng trong thực phẩm. Nó hiện diện tự nhiên trong gần như mọi dạng sự sống, các lượng axit citric dư thừa dễ dàng trao đổi và bài tiết ra khỏi cơ thể. Tuy nhiên, việc tiếp xúc với axit citric khô hay đậm đặc có thể gây ra kích ứng da và mắt, vì thế bảo hộ lao động nên được sử dụng khi tiếp xúc với axit citric. Việc sử dụng quá nhiều axit citric cũng dễ làm tổn hại men răng. Tiếp xúc gần với mắt có thể gây bỏng và làm mất thị giác.
Đôi khi hàm lượng quá cao axit citric có thể gây tổn hại cho tóc, do nó mở lớp cutin của tóc. Nó có thể làm mất các chất cần thiết cho tóc và làm tóc bị bạc màu.