L'acide citrique (C6H8O7) confère l'acidité caractéristique des agrumes comme les citrons et les limes. Au-delà de son rôle culinaire, c'est un intermédiaire clé dans le cycle de l'acide citrique, une voie métabolique essentielle dans presque tous les organismes vivants.
Dans l’industrie moderne, l’acide citrique est principalement fabriqué par fermentation du champignon filamenteux Aspergillus niger. Le processus est hautement technique et nécessite des conditions contrôlées ; il ne convient pas à un laboratoire domestique typique.
Des souches à haut rendement d'Aspergillus niger disponibles dans le commerce sont inoculées dans une cuve de fermentation stérile. Ces souches ont été sélectionnées pour leur forte production d'acide citrique et sont vendues par l'intermédiaire de fournisseurs scientifiques et agricoles.
La culture fongique est fournie avec une source de carbone facilement métabolisable, généralement du saccharose ou un milieu riche en glucose tel que l'amidon de maïs hydrolysé, le sirop de maïs ou la mélasse. Le flux de sucre peu coûteux alimente le métabolisme fongique, produisant de l'acide citrique et libérant du dioxyde de carbone comme sous-produit.
Une fois que la concentration intracellulaire en acide citrique atteint son maximum, la biomasse mycélienne est séparée du bouillon par filtration ou centrifugation. Le liquide clarifié contient une forte concentration d'acide citrique.
De l'hydroxyde de calcium (Ca(OH)₂) est ajouté au filtrat, réagissant avec l'acide citrique pour former du citrate de calcium insoluble (Ca₃(C₆H₅O₇)₂). La réaction se déroule comme suit :
3Ca(OH)₂+2C₆H₈O₇→Ca₃(C₆H₅O₇)₂+3H₂O
Le précipité de citrate de calcium est ensuite récupéré par filtration.
Pour récupérer l'acide citrique pur, le citrate de calcium est traité avec de l'acide sulfurique (H₂SO₄). La réaction stœchiométrique est :
3H₂SO₄+Ca₃(C₆H₅O₇)₂→2C₆H₈O₇+3CaSO₄
Il en résulte la libération d'acide citrique et la formation de sulfate de calcium, qui peut être séparé et éliminé conformément aux réglementations environnementales.
Après la récupération de l'acide, la solution est généralement purifiée davantage, souvent par chromatographie échangeuse d'ions ou recristallisation, pour répondre aux spécifications de qualité alimentaire ou pharmaceutique.