Ābolskābe

Produkta pārskats

Ābolskābe, ķīmiski saukta par 2-hidroksibutāndiskābi, ir tipiska hidroksi-dikarbonskābe. Tas ir ieguvis savu nosaukumu, pateicoties tā plašajai sastopamībai dabīgos augļos un dārzeņos, piemēram, ābolos un vīnogās. Tā molekulā ir hirāls oglekļa atoms, un to galvenokārt iedala divās rūpnieciskās kategorijās: L-ābolskābē un DL-ābolskābē. L-ābolskābe ir dabiska bioloģiskā konfigurācija ar izcilu bioloģisko saderību; DL-ābolskābe ir mākslīgi sintezēts racēmisks maisījums. Tīrs produkts izskatās kā balti kristāli vai kristālisks pulveris, bez smaržas, ar mīkstu un ilgstoši skābenu garšu un atsvaidzinošu pēcgaršu un nelielu higroskopiskumu.

Ābolskābe labi šķīst ūdenī un etanolā, nedaudz šķīst acetonā un nešķīst nepolāros organiskos šķīdinātājos, piemēram, ēterī un benzolā. Tā molekulārajā struktūrā ir gan karboksil, gan hidroksilgrupas, kas nodrošina izcilu veiktspēju skābuma regulēšanā, garšas modifikācijā, metālu helātu veidošanā, antioksidantu sinerģismā, buferizācijā un mitrināšanā. Tas var sadalīties, karsējot augstā temperatūrā. Salīdzinot ar citronskābi, ābolskābe nodrošina maigāku skābumu ar ilgāku noturību. Tas kalpo kā galvenā organisko skābju izejviela pārtikas aromatizētāju, ikdienas ķimikāliju un personīgās higiēnas līdzekļu, farmaceitisko preparātu un smalkās ķīmijas rūpniecībā.

Pamatparametri

Ražošanas procesi

1. Ķīmiskās sintēzes process (galvenais rūpnieciskais process DL-ābolskābei)

Ķīmiskās reakcijas vienādojumi

Maleīnskābes (cis-butēndioskābes) hidratācija augstā spiedienā:

Fumārskābes (trans-butēndioskābes) hidratācija augstā spiedienā:

Procesa nosacījumi

Reakcijas temperatūra: 180-220 grādi

Reakcijas spiediens: 1,0–1,8 MPa

Reakcijas laiks: 3-8 h

Izejvielas: maleīnskābe, fumārskābe (maleīnskābi var iegūt arī maleīnskābes anhidrīda hidrolīzē)

Galvenais aprīkojums

Pretkoroziju izturīgs augstspiediena reaktors, koncentrēšanas tējkanna, kristalizators, centrifūga un žāvēšanas aprīkojums.

Pilnīgs rafinēšanas process

Kad reakcija ir pabeigta, materiāli tiek atdzesēti, un zemas šķīdības blakusprodukts fumārskābe tiek noņemta filtrējot. Mātes šķidrumu atkrāso ar aktīvo ogli, koncentrē pazeminātā spiedienā un atdzesē kristalizācijai. Sekojoša centrbēdzes atdalīšana, mazgāšana un žāvēšana dod gatavu DL-ābolskābi.

2. Bioloģiskā fermentācija/biokonversijas process (galvenais L-ābolskābes sagatavošanas ceļš)

Bioloģiskā metode stereospecifiski ražo L-ābolskābi, ieskaitot vienpakāpes fermentāciju, divpakāpju fermentāciju un imobilizētu šūnu enzīmu transformāciju.

2.1. Vienpakāpes fermentācija (tiešā fermentācija, galvenokārt laboratorijas mērogā, nav paredzēta liela mēroga industrializācijai)

Celmi:Aspergillus flavus, Aspergillus oryzae, Aspergillus parasiticusun citas veidnes

Oglekļa avota substrāti: glikoze, maltoze, saharoze, ciete un citas saharīdu izejvielas

Princips: Mikrobu cukura vielmaiņas ceļi tieši uzkrāj L-ābolskābi.

Vienkāršota vispārējā reakcija:

2.2. Divpakāpju fermentācija (L-ābolskābes galvenais rūpnieciskais ceļš)

Tas sastāv no divām secīgām fermentācijas fāzēm, kurās izmanto divu veidu funkcionālos mikroorganismus:

1. solis: Rhizopus fermentācija fumārskābes ražošanai
Celmi, piemēram,Rhizopus chinensisvaiRhizopus arrhizusizmantot glikozi kā oglekļa avotu, lai ražotu fumārskābi.

2. darbība: fumārskābes mikrobu biopārvēršana L-ābolskābē
Mikroorganismi, tostarpPichia membranifaciens, Proteus vulgaris, Bacillusspp. vaiSporobolomicestiek ieviesti. Intracelulārā fumarāze katalizē fumārskābes stereospecifisku hidratāciju, veidojot tikai L-ābolskābi.

3. Dabiskais ekstrakcijas process (tradicionāls process, lielā mērā pakāpeniski pārtraukts)

Princips: ekstrahējiet L-ābolskābi no augļu sulām, kas dabiski bagātas ar ābolskābi, piemēram, ābolu un vīnogu sulu.

Procesa plūsma: augļu sulu uzvāra, pēc tam pievieno kaļķa pienu, veidojot kalcija malāta nogulsnes. Kalcija sāls nogulsnes savāc filtrējot un paskābina ar sērskābi dubultās sadalīšanās reakcijai, lai atbrīvotu brīvo L-ābolskābi. Sekojoša koncentrācija un kristalizācija pabeidz rafinēšanu.

Reakciju vienādojumi:

4. Visprogresīvākais pētniecības un attīstības progress (nav liela mēroga industrializēts, par literatūru ziņots)

4.1. Metaboliski izstrādāts, izturīgs pret skābēmSaccharomyces cerevisiae(Pētniecības grupa, kuru vada Liu Longs, Dzjanjanas universitāte)

Pateicoties adaptīvai laboratorijas evolūcijai, vielmaiņas ceļa rekonstrukcijai un transportiera inženierijai, izturīgs pret skābēmSaccharomyces cerevisiaeir uzbūvēts. 3 l fermentatorā L-ābolskābes titrs sasniedz 232,9 g/l. Fermentācijas laikā nav nepieciešams papildu neitralizators, kas ievērojami vienkāršo pakārtoto apstrādi.

4.2. Vienpakāpes fermentācija no biomasas (pētniecības grupa, kuru vada Tjans Čaoguangs, Tjaņdzjiņas Rūpnieciskās biotehnoloģijas institūts, Ķīnas Zinātņu akadēmija)

Myceliophthora thermophilakalpo kā šasijas celms. Konkurētspējīgi vielmaiņas ceļi tiek izsisti, un tiek uzlabota enerģijas piegādes samazināšana. Neapstrādātas kukurūzas vālītes darbojas kā vienīgais oglekļa avots. 5 l bioreaktorā ar vienpakāpes fermentāciju tiek sasniegts L-ābolskābes titrs 157,6 g/l ar iznākumu 0,55 g/g kukurūzas vālīšu un produkta tīrību 99%. Tonnu mēroga fermentatoros titrs pārsniedz 100 g/l. Šī tehnoloģija var tieši izmantot lauksaimniecības un mežsaimniecības atkritumus, lai samazinātu izejvielu izmaksas.

4.3 D-ābolskābes biokonversijas tehnoloģija

Par substrātu tiek izmantota zemu izmaksu maleīnskābe (~20 RMB/kg). Inženierijas celmi realizē vienpakāpes biokonversiju D-ābolskābes ražošanai. Kolbas kratīšanas testos 100% konversija tiek sasniegta ar 25 g/l substrāta; 90% konversija ar 50 g/l substrātu. Tam ir viegli reakcijas apstākļi un īss cikls, kas parāda labu ekonomisko potenciālu.

Produktu pakāpes

1. Pārtikas kvalitātes ābolskābe

Pārtikas ābolskābe ietver L-ābolskābi un DL-ābolskābi, kas atbilst diviem atsevišķiem valsts standartiem. Abi atšķiras pēc konfigurācijas, un tos nedrīkst lietot savstarpēji aizstājot.

Piemērojamie standarti: L-ābolskābe atbilst GB 1886.40-2025Nacionālais pārtikas nekaitīguma standarts - Pārtikas piedeva L-ābolskābe; DL-ābolskābe atbilst GB 25544-2010Nacionālais pārtikas nekaitīguma standarts - Pārtikas piedeva DL-ābolskābe.

Galvenie pielietojumi: Pārtikas apstrāde, piemēram, dzērieni, konditorejas izstrādājumi, ievārījumi, želejas, saldējums, konservi un garšvielas, kas darbojas kā skābuma regulētājs un garšas uzlabotājs ar noteiktu krāsu aizsardzības efektu. L-ābolskābe tiek iegūta mikrobu fermentācijas / fermentatīvās transformācijas ceļā; DL-ābolskābe tiek ķīmiski sintezēta. To atļautais izmantošanas apjoms pārtikā atšķiras atkarībā no valsts standartiem.

Galvenie kvalitātes rādītāji

Ābolskābes saturs (aprēķināts kā): lielāks vai vienāds ar 99,0% L-ābolskābei; 99,0–100,5% DL-ābolskābei.

Konfigurācijas raksturlielumi: L-ābolskābes īpatnējā optiskā rotācija: -1,6 grādi ~ -2,6 grādi; DL-ābolskābes īpatnējā optiskā rotācija: –0,10 grādi ~+0.10 grādi.

Smagie metāli un piesārņotāji: svins (Pb) mazāks vai vienāds ar 2,0 mg/kg, kopējais arsēns (As) mazāks vai vienāds ar 1,0–2,0 mg/kg. Stingra kontrole pār toksiskām saistītām vielām, tostarp fumārskābi un maleīnskābi (cis-butēndiskābi); testa priekšmeti ietver arī aizdedzes atlikumus, hlorīdus, sulfātus un šķīduma dzidrumu.

2. Farmaceitiskās kvalitātes (Farmakopejas kvalitātes) ābolskābe

Piemērojamie standarti: vietējie standarti farmaceitiskajām palīgvielām atbilst Ķīnas Tautas Republikas farmakopejai. Ārzemju standarti ietver USP (Amerikas Savienoto Valstu farmakopeja), BP (Lielbritānijas farmakopeja) un EP (Eiropas Farmakopeja). Ir pieejamas gan L-ābolskābes, gan DL-ābolskābes specifikācijas farmaceitiskajām palīgvielām.

Galvenie pielietojumi: Farmaceitiskā palīgviela, kas kalpo kā paskābinātājs, pH buferis, antioksidantu sinerģists un šķīdinātājs iekšķīgi lietojamos preparātos, lokāli lietojamos preparātos, mutes skalošanas šķīdumos utt. To lieto tikai kā palīgvielu aktīvās farmaceitiskās sastāvdaļas vietā.

Galvenie kvalitātes rādītāji

Pārbaude: Ābolskābes saturs (bezūdens vielā) lielāks vai vienāds ar 99,0%.

Saistītās vielas: stingri ierobežojumi fumārskābei, maleīnskābei, atsevišķiem nezināmiem piemaisījumiem un kopējiem piemaisījumiem. Maleīnskābe ir stingri kontrolēts galvenais elements.

Citi kontrolējamie priekšmeti: ūdens saturs, šķīduma dzidrums un krāsa, aizdegšanās atliekas, smagie metāli, arsēna sāļi, viegli oksidējamas vielas un ūdenī nešķīstošas ​​vielas. Dažos farmakopejas izdevumos ir pievienots mikrobu limita tests.

3. Rūpnieciskās kvalitātes ābolskābe

Piemērojamie standarti: Ķīnā nav obligāta vienota valsts standarta; tiek pieņemti rūpnieciskie standarti vai uzņēmuma tehniskās specifikācijas. Ir pieejamas gan L-ābolskābes, gan DL-ābolskābes konfigurācijas.

Galvenie pielietojumi: rūpnieciskie tīrīšanas līdzekļi, metāla virsmu apstrāde, sveķu cietinātāji, sintētisko materiālu plastifikatori, organiskās sintēzes starpprodukti, tekstila palīglīdzekļi un citas ķīmiskās rūpniecības nozares.Aizliegts lietošanai pārtikā, farmācijā un lopbarībā.

Galvenie kvalitātes rādītāji

Ābolskābes saturs: Galvenā specifikācija Lielāka vai vienāda ar 99,0%; pielāgotas specifikācijas, kas pieejamas atbilstoši klienta prasībām.

Piemaisījumu kontroles līdzekļi: galvenie testa elementi attiecas uz izskatu, tīrību, mitrumu un ūdenī nešķīstošām vielām. Toksisku piemaisījumu, piemēram, smago metālu, arsēna, maleīnskābes un fumārskābes pielaides robežas ir ievērojami atvieglotas salīdzinājumā ar pārtikas un farmaceitiskajiem produktiem; netiek īstenota uz pārtikas nekaitīgumu orientēta kontrole.

4. Barības klases ābolskābe

Piemērojamie standarti: Ķīnā nav vienota valsts standarta; tiek piemēroti nozares standarti barības piedevām vai uzņēmuma iesniegtās specifikācijas. Tirdzniecībā pieejamie produkti galvenokārt ir L-ābolskābe.

Galvenie pielietojumi: barības piedeva atgremotājiem. Tas modulē atgremotāju fermentācijas ceļus, lai samazinātu metāna emisiju no atgremotājiem, palielinātu propionskābes proporciju un uzlabotu barības konversijas koeficientu. Tas arī pielāgo barības skābumu un optimizē dzīvnieku zarnu mikrovidi.

Galvenie kvalitātes rādītāji

Ābolskābes saturs: parasti lielāks vai vienāds ar 99,0%.

Piemaisījumu kontrole: smago metālu un arsēna ierobežojumi ir mēreni mīkstināti, salīdzinot ar pārtikas produktiem; ir jākontrolē kaitīgie piemaisījumi, tostarp fumārskābe un maleīnskābe.

Rūpnieciskā ķēde

Ābolskābe ir galvenā izejviela smalkai bioķīmiskajai rūpniecībai ar labi attīstītām, slēgta cikla atbalsta rūpnieciskajām ķēdēm. Iepriekšējās galvenās izejvielas ir maleīnskābes anhidrīds, fumārskābe, glikoze, specializēti mikrobu celmi, rūpnieciski attīrīts ūdens un palīgreaģenti atkrāsošanai, atsāļošanai un nogulsnēšanai. Pakārtotās nozares aptver pārtikas pārstrādi, biomedicīnu, ikdienas ķimikālijas un kosmētiku, smalkās ķīmiskās vielas, vides aizsardzības palīgierīces un barības pārstrādi.

Drošība, uzglabāšana un transportēšana

Ābolskābe ir vāja organiska skābe, kas ir viegli kairinoša. Tas nav uzliesmojošs, nav sprādzienbīstams un nekodīgs, un tas nav klasificēts kā bīstama ķīmiska viela. To uzglabā un pārvadā kā parastās vispārējas nozīmes ķīmiskās preces. Tam ir spēcīga higroskopiskums. Pulvera putekļi rada vieglu konjunktīvas un elpceļu gļotādas kairinājumu, neradot nopietnus drošības riskus.

Uzglabāšanas prasības: Uzglabāt īpašās sausās, vēsās, vēdināmās un tīrās ķīmisko vielu noliktavās. Glabājiet iepakojumus pilnībā noslēgtus, lai izolētu gaisu un mitrumu un novērstu mitruma izraisītu salipšanu. Sakraut atsevišķi; izvairieties no vienlaicīgas uzglabāšanas ar spēcīgiem sārmiem un spēcīgiem oksidētājiem, lai novērstu neitralizāciju un oksidatīvo noārdīšanos. Pārtikas un farmaceitiskās kvalitātes produktus uzglabā atsevišķās zonās, lai izvairītos no savstarpējas inficēšanās.

Transporta prasības: Ievērot vispārējas nozīmes ķīmisko kravu pārvadāšanas noteikumus. Veikt aizsardzības pasākumus pret lietus, mitruma, saules gaismas iedarbības un iepakojuma lūzumu un noplūdi; saglabāt neskartus aizzīmogotos iepakojumus. Nepārvadāt kopā ar toksiskām, smaržīgām, kodīgām vai stipri sārmainām precēm. Pārtikas produktiem uzturiet tīru transportēšanas vidi, lai novērstu piesārņojuma risku.

Drošības raksturojums: Fizikāli ķīmiski stabils slēgtos vides temperatūras uzglabāšanas apstākļos, ar augstu netoksicitāti un bioloģisko drošību. Tikai pulvera putekļi var viegli kairināt gļotādu; nav korozijas vai ugunsgrēka eksplozijas riska. Operatoriem ir jāvalkā putekļu necaurlaidīgi respiratori un aizsargcimdi un jānodrošina atbilstoša ventilācija darba vietās. Ja nokļūst acīs, rūpīgi izskalojiet acis ar lielu daudzumu tekoša ūdens. Pareizi uzglabājot, transportējot un ekspluatējot, nav nopietnu apdraudējumu drošībai.

Bieži uzdotie jautājumi (FAQ)

J: Kādas ir galvenās atšķirības starp L-ābolskābi un DL-ābolskābi, un kādi ir atlases kritēriji?

A: Viņiem ir gandrīz identiska molekulārā formula un pamata fizikāli ķīmiskās īpašības. Galvenās atšķirības ir hirālajā konfigurācijā un bioloģiskajā saderībā. L-ābolskābe ir dabiska bioloģiskā konfigurācija, ko cilvēka ķermeņi var normāli metabolizēt bez nelabvēlīgas ietekmes. Tā izcilā bioloģiskā saderība ir piemērota scenārijiem, kuros nepieciešama augsta drošība, piemēram, pārtikas pārstrādei, farmaceitiskajiem preparātiem un augstākās klases personīgās higiēnas līdzekļiem. DL-ābolskābe ir mākslīgi sintezēts racēmisks maisījums bez bioloģiskas vielmaiņas aktivitātes. Tas ir rentabls un piemērojams tikai rūpnieciskiem palīgierīcēm un vispārējiem sintētiskajiem apstākļiem; tā pielietojums noteiktos pārtikas scenārijos ir ierobežots. Viņi nevar patvaļīgi aizstāt viens otru.

J: Kā novērst mitruma uzsūkšanos un salipšanu ābolskābes uzglabāšanas laikā?

A: Ābolskābe ir ļoti higroskopiska. Tas ātri absorbē ūdens tvaikus no gaisa augsta mitruma apstākļos, izraisot salipšanu un nelielu tīrības samazināšanos. Tās ir fiziskas izmaiņas, nevis ķīmiskas bojāšanās. Preventīvie pasākumi ietver iepakojumu turēšanu pilnībā noslēgtu bez noplūdes; zema mitruma, nemainīgas temperatūras un labi vēdināmu noliktavu uzturēšana; līdz minimumam samazinot biežo noliktavas durvju atvēršanu, lai samazinātu mitrā gaisa konvekciju; bez kraušanas brīvā dabā vai lietus iedarbības. Pēc žāvēšanas, sijāšanas un atkārtotas pārbaudes var atkārtoti izmantot nedaudz salipušo materiālu. Stipri samitrinātu materiālu var izmantot tikai pēc pilna indeksa pārbaudes.

J: Kādas ir atšķirības starp rūpnieciskās, pārtikas un farmaceitiskās kvalitātes ābolskābi Ķīnā?

A: Viņiem ir identiskas galvenās ķīmiskās sastāvdaļas. Atšķirības slēpjas piemaisījumu kontroles stingrībā, optiskās rotācijas tīrībā un atbilstības kvalifikācijās. Rūpnieciskās kvalitātes izstrādājumiem ir atvieglotas piemaisījumu specifikācijas, un tie ir piemēroti tikai rūpnieciskai ražošanai; kontakts ar pārtiku un cilvēka ādu ir aizliegts. Pārtikas produktiem tiek veikta dziļa atkrāsošanās un piemaisījumu noņemšana, ievērojot stingrus smago metālu ierobežojumus un pārtikas atbilstības kvalifikāciju legālai pārtikas pārstrādei. Farmaceitiskās kvalitātes produkti izmanto augstas optiskās tīrības L konfigurāciju ar visstingrākajiem piemaisījumu ierobežojumiem un augstāko bioloģisko drošību augstākās klases farmaceitiskajiem produktiem un precīziem preparātiem.

Ķīna lepojas ar vadošo ābolskābes rūpniecisko tehnoloģiju un ražošanas jaudu visā pasaulē. Nobrieduši procesi gan DL tipa ķīmiskajai sintēzei, gan L tipa biokonversijai tiek apgūti, izmantojot pilnīgu iepriekšēju izejvielu atbalstu un liela mēroga masveida ražošanu. Produkti atbilst vairāku konfigurāciju un daudzpakāpju prasībām un atbilst augstākās klases starptautiskajiem standartiem. Ķīna darbojas kā galvenā vietējās pārtikas, ķīmiskās un farmācijas rūpniecības piegādes bāze, kā arī viena no pasaules galvenajām ābolskābes ražotājām un eksportētājām.