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15生工一班第5组柠檬酸的发酵生产柠檬酸概述•柠檬酸，是一种重要的有机酸，化学名称2-羟基丙烷-1,2,3-三羧酸。可做为食品的酸味剂,抗氧化剂,pH调节剂,用于饮料、果酱、水果等食品中。用于医药工业占10%左右,主要用作抗凝血剂、解酸药、矫味剂、化妆品等。用于化学工业等占15%左右,用作缓冲剂、络合剂、金属清洗剂、媒染剂、胶凝剂、调色剂等。在电子、纺织、石油、皮革、建筑、摄影、塑料、铸造和陶瓷等工业领域中都有十分广阔。柠檬酸发酵机理糖质原料生成柠檬酸的生化过程中，由糖变成丙酮酸的过程与酒精发酵的EMP途径相同，亦可通过EMP途径（磷酸戊糖途径）进行酵解。然后丙酮酸进一步氧化脱羧生成乙酰辅酶A，乙酰辅酶A和丙酮酸羧化所生成的草酰乙酸缩合成为柠檬酸并进入TCA途径。柠檬酸是代谢过程中的中间产物。在发酵过程中，当微生物体内的顺乌头酸酶和异柠檬酸脱氢酶活性很低、而柠檬酸合成酶活性很高时，才有利于柠檬酸的大量积累。我国柠檬酸生产的菌种——黑曲霉黑曲霉发酵淀粉产柠檬酸工艺技术原料深层液体发酵浅盘液体发酵固体发酵糖蜜川柠19-1,19-53，G23-4γ-144薯干粉木薯粉N-558，D353,5016,3008葡萄糖母液γ-130，玉米粉TD-01黑曲霉柠檬酸高产菌的生理特征•能耐受高浓度的柠檬酸，而不利用和分解•耐高浓度葡萄糖，能产生和分泌大量酸性α-淀粉酶和酸性糖化酶•能抗微量金属离子，尤其是能抗高浓度的铜离子、锰离子•在生长、繁殖期，细胞内具有高水平的氨基酸、铵离子，即铵离子库水平高•具有很强的侧系呼吸链活性，此侧系呼吸链不产生ATP发酵培养基(1)碳源在碳源的选择上,柠檬酸生产菌可以利用葡萄糖，蔗糖，果糖等，不能直接利用淀粉。在柠檬酸发酵过程中，碳源除用于合成代谢产物外，还用于合成细胞物质和提供能量，黑曲霉能够很好地利用多种碳源。(2)氮源在考虑氮源用量时，应考虑原料中的含氨量和培养基的碳氮比以控制霉菌的长势。氮源不足长苗弱，发酵期延长，且易染杂菌。而氮源过足则曲霉长势过旺。从生长角度看，黑曲霉可以利用很多无机和有机氮源，尤其偏好于无机氮源，并且在发酵柠檬酸中途添加铵盐也有优越性。(3)无机盐在柠檬酸发酵中，Cu、Fe、Fe等金属阳离子是柠檬酸代谢途径中关键酶的活性催化剂或别构调节物，因此在低浓度可促进柠檬睃的生成，然而高浓度的金属离了可能使代谢流中关键酶失活，因此在柠檬酸发酵过程中添加无机试剂一定要注意量的控制。(4)生长因子在微生物生长发育过程中所不可缺少而需要量又极少的一类特殊营养物质，包括维生素、氨基酸、核苷酸等，一般称为生长因子。它们以辅酶或辅基的形式参与菌体生长发育过程的酶促反应。发酵流程发酵过程的工艺控制1.温度黑曲霉以淀粉为原料进行柠檬酸发酵在25~34℃范围内，随着温度的升高，发酵液中柠檬酸的含量逐渐升高，当温度＞34时，发酵液中柠檬酸的含量明显降低，因此黑曲霉发酵产生柠檬酸的最适温度为34℃。2.pH值黑曲霉以淀粉为原料进行柠檬酸发酵，初始PH值在5.8~6.7时，随着PH值的升高，发酵液4柠檬酸的含量逐渐升高，当PH值大于6、7时，发酵液中柠檬酸的含量逐渐降低，因此黑曲霉利用玉米粉进行发酵产生柠檬酸的最适初始PH值为6、7。3.通风与搅拌柠檬酸是典型的好氧发酵。在好氧发酵过程中，发酵前期以低通风量为宜;发酵中、后期以高通风量为宜。同时因在发酵过程中由于强烈的通风和菌体代谢产生的CO2,使培养液产生大量的泡沫，不仅使氧在发酵液中的扩散受阻，影响菌体的呼及和代谢。给发酵带来危害，必须加以消泡。4.发酵时间利用黑曲霉对柠檬酸进行发酵，不司的时间对其产量有较大影响。柠檬酸的提取在柠檬酸发酵液中，除了主要产物外，还含有其他代谢产物和一些杂质，如草酸、葡萄糖酸、蛋白质、胶体物质等，成分十分复杂，必须通过物理和化学方法将柠檬酸提取出来。大多数工厂仍是采用碳酸钙中和及硫酸酸解的工艺提取柠檬酸。除此之外，还研究成功用萃取法、电渗析法和离子交换法提取柠檬酸。钙盐法钙盐法是一种传统的从发酵液中提取有机酸的方法，在中国普遍使用。他是利用柠檬酸钙不溶于水，但能溶于酸的特点，在含柠檬酸的上清液中加入碳酸钙或氢氧化钙中和，使柠檬酸生成柠檬酸钙沉淀，固液分离后，柠檬酸钙经过洗涤再用硫酸酸解，生成柠檬酸水溶液，再经过脱色、去除阴阳离子后得到提取液进入浓缩结晶工序以得到纯柠檬酸固体产品。离子交换吸附法发酵液经过滤除大颗粒未发酵原料和细菌后又精滤去除较大粒径的杂质及沉淀物，活性炭脱色后直接进入弱碱阴离子交换柱和交换柠檬酸，再用柠檬酸和柠檬酸铵缓冲液洗脱易碳化合物，并用氨水解析，得到的稀柠檬酸铵溶液再经过H型阳离子树脂转型，洗脱后的柠檬酸分别用732型阳离子交换树脂和315型阴离子交换树脂除正电荷和负电荷的杂质离子，最后得到高纯度的柠檬酸溶液经浓缩结晶，制成成品。发展前景•柠檬能防止心血管动脉硬化并减少血液粘稠度。热柠檬汁加蜂蜜对治疗支气管炎和鼻咽炎十分有效。•袪痰：袪痰功效比橙和柑还要强。将柠檬汁加暖水和盐，饮之可将喉咙积聚的浓痰顺利咳出，十分灵验。感冒初起时，不妨用柠檬加蜜糖冲水饮，可以纾缓喉痛、减少喉咙干涸不适。•柠檬酸能促进脂肪分解，保持身体酸碱平衡。肥胖的人容易觉得疲劳，是因为体脂肪及血液中的乳酸容易增多且囤积之故，因此乳酸一旦增多，脂肪也会跟着增加，令人感到慵懒、无精打采而形成恶性循环。柠檬酸能将乳酸当作能量再次利用，故摄取柠檬酸后，可加速乳酸的分解，让整个身体活化起来，不再感到四肢无力。摄取柠檬酸可以减少体内乳酸的含量，使氧气及营养素顺利输送到全身各处，进一步增强身体制造能量的能力，产生想要运动的体力与动力。许多知名的运动选手都是借由柠檬酸的摄取来保持身体的最佳状态。