Extracción de ácido cítrico mediante tecnologías limpias

Abstract

El ácido cítrico es uno de los ácidos orgánicos más utilizados en la industria alimentaria, ya que se considera un aditivo seguro. Generalmente se produce mediante procesos de fermentación, siendo necesarias varias etapas de postratamiento muy costosas para su recuperación y purificación. En los últimos años se está investigando el uso de tecnologías limpias como alternativas para la recuperación de ácido cítrico de una forma más económica y ambientalmente sostenible. Este trabajo tiene como objetivo principal evaluar la viabilidad técnica de un proceso combinado de extracción de ácido cítrico de disoluciones acuosas diluidas utilizando niosomas y la concentración de los mismos de forma simultánea mediante microfiltración, estando ambas consideradas como tecnologías limpias. Se formularon niosomas formados por los tensioactivos Span 80 (20 mM) y SDS (4 mM) mediante ultrasonicación y se utilizó una membrana cerámica tubular de TiO2 de 0,2 µm de tamaño de poro para separar y concentrar mediante microfiltración los niosomas con el ácido cítrico extraído. En primer lugar, se realizaron 3 experimentos de extracción en 1 etapa utilizando diferentes concentraciones de ácido cítrico (5, 10 y 20 mM) en la alimentación (400 mL) y el mismo volumen de fase dispersa de niosomas (30 mL), bajo las mismas condiciones de temperatura (20 ºC) y presión transmembrana (0,3 bar). En todos los casos se alcanzó el equilibrio de extracción para tiempos comprendidos entre 22 y 30 minutos, con un buen ajuste de los datos experimentales al modelo teórico propuesto y buenas densidades de flujo de permeado (J = 50–70 L/m2 h). Los mejores resultados, con un 20,03% de extracción de ácido cítrico, se obtuvieron para la alimentación con la mayor concentración inicial de ácido (20 mM). Finalmente se llevó a cabo un experimento de extracción de ácido cítrico en 2 etapas en serie, utilizando 400 mL de la disolución de ácido cítrico 20 mM como alimentación para la etapa 1, y el permeado de la etapa 1 como alimentación de la etapa 2, obteniendo un grado de extracción del 38,17% de ácido cítrico para el proceso global. El desarrollo y uso de tecnologías limpias como las utilizadas en este trabajo contribuiría a lograr alguna de las metas de los objetivos de desarrollo sostenible (ODS), concretamente del ODS 9: Industria, innovación e infraestructuras, e indirectamente también del ODS 6: Agua limpia y saneamiento.

Citric acid is one of the most widely used organic acids in the food industry, as it is considered a generally recognized as safe (GRAS) additive. It is generally produced by fermentation processes, requiring several and very expensive post-treatment stages for its recovery and purification. In recent years, the use of clean technologies has been investigated as alternatives for the recovery of citric acid in a more economical and environmentally sustainable way. The main objective of this work is to evaluate the technical feasibility of a combined process for the extraction of citric acid from dilute aqueous solutions using niosomes and their concentration simultaneously by microfiltration, both being considered as clean technologies. Niosomes of Span 80 (20 mM) and SDS (4 mM) surfactants were formulated by ultrasonication, and a 0.2 µm pore size TiO2 tubular ceramic membrane was used to separate and concentrate the niosomes with the extracted citric acid by microfiltration. Three 1-stage extraction experiments were first performed using different concentrations of citric acid (5, 10 and 20 mM) in the feed (400 mL) and the same volume of dispersed phase of niosomes (30 mL), under the same temperature (20 ºC) and transmembrane pressure (0.3 bar) operating conditions. Extraction equilibrium was reached for times between 22 and 30 minutes in all cases, with good adjustment of the experimental data to the proposed theoretical model and good permeate flux values (J = 50–70 L/m2 h). Best results, with 20.03% citric acid extraction, were obtained for the feed with the highest initial acid concentration (20 mM). Finally, a 2-stage citric acid extraction experiment was performed, using 400 mL of the 20 mM citric acid solution as feed for stage 1, and the permeate from stage 1 as feed for stage 2, obtaining a citric acid extraction degree of 38.17% for the global process. The development and use of clean technologies such as those tested in this work would contribute to achieving some of the objectives of the sustainable development goals (SDG), specifically SDG 9: Industry, innovation and infrastructure, and indirectly also SDG 6: Clean water and sanitation.