柠檬酸生产工艺

柠檬酸生产工艺 柠檬酸及生产工艺 摘要：柠檬酸广泛应用于食品工业、医药工业和化学工业等方面。它可利用糖质原料如土豆、地瓜中的淀粉等，在多种霉菌及黑曲菌的作用下，控制较低的温度和pH值、较高的通气量和糖浓度，用发酵法制得。 关键词：柠檬酸 化工产品 发酵法 1 产品说明 柠檬酸又名枸橼酸，学名3-羟基-3-羧基戊二酸，分子式C6H8O7为无色、无臭、半透明结晶或白色粉未，易溶于水及酒精。加热可以分解成多种产物，与酸、碱、甘油等发生反应。 柠檬酸主要应用于食品工业，因为柠檬酸有温和爽快的酸味，普遍用于各种饮料、汽水、葡萄酒、糖果、点心、饼干、罐头果汁、乳制品等食品的制造。柠檬酸在化学工业上可作化学分析用试剂，用作实验试剂、色谱分析试剂及生化试剂，用作络合剂，掩蔽剂，配制缓冲溶液。采用柠檬酸或柠檬酸盐类作助洗剂，可改善洗涤产品的性能，可以迅速和沉淀金属离子，防止污染物重新附着在织物上，保持洗涤必要的碱性，使污垢和灰分散和悬浮，提高表面活性剂的性能，是一种优良的鳌合剂。 2 生产原理 2.1 生产方法简介 中国现有柠檬酸生产厂近百家，总年产能力约80万吨，是全球最大的柠檬酸生产国和出口国。目前，柠檬酸生产方法有水果提取法，化学合成法和生物发酵法三种。水果提取法是指柠檬酸从柠檬、橘子、苹果等柠檬酸含量较高的水果中提取，此法提取的成本较高，不利于工业化生产。化学合成法的原料是丙酮，二氯丙酮或乙烯酮，此法工艺复杂，成本高，安全性低。而发酵法发酵周期短，产率高，节省劳动力，占地面积小，便于实现仪表控制和连续化，现已成为柠檬酸生产的主要方法。 2.2 反应方程式 C12H22011 +H20+302→ 2C6H8O7+4H2O (蔗糖) （柠檬酸） 3 工艺过程及流程图 3.1工艺过程 3.1.1菌种培养 在4～6波美度的麦芽汁内加入25％至30％的琼脂，然后接入黑曲霉菌种（无茵操作），在30～32℃条件下培养4天左右。这种培养方法称为“斜面培养”。将麸皮和水以1：1的比例掺拌，再加入10％的碳酸钙、0．5％的硫酸铵，拌匀后装入容量为250毫升的三角瓶中，用1．5公斤压力灭菌60分钟。接人斜面培养法培养出的菌种，培养96～120小时后即可使用。 3.1.2原料处理 湿粉渣必须经过压榨脱水，使含水量在60%左右；干粉渣含水量低，应按60％的比例补足水分；结块的粉渣需粉碎成二至四毫米颗粒。然后加入2%碳酸钙、10％至11％的米糠，掺匀后，堆放2小时，再进行蒸煮。蒸煮可采用加压蒸料和常压蒸料两种方式。加压蒸料最好用旋转式蒸锅，常压蒸料可用固定式蒸锅或固定式水泥蒸锅。先用扬麸机将蒸煮好的料破碎，再加入含抗污染药品的沸水。 3.1.3接种、发酵 当磷温冷却到37～40℃时，接入菌种悬浮液。接种后，送入曲室发酵(此时料温不得低于27℃)。生产过程一定要严格无菌操作。发酵室要注意消毒，定期用甲醛或硫磺熏蒸，其用最好甲醛为10毫升／立方米，硫磺为25克／立方米。 3.1.4发酵工艺条件的控制 (1)发酵过程中没有解决注意适当通风，因黑曲霉菌是喜空气细菌。 (2)发酵室内的相对湿度应保持在86％至90％之间。 (3)注意发酵过程中的温度控制。整个发酵过程分为三个阶段：第一阶段为前18小时，室温在27～30℃之间，料温在27～35℃左右；第二阶段为18～60小时，料温为40～43℃，不能超过44℃，室温要求33℃左右；第三阶段为60小时料温在35～37℃左右，室温为30～32 ℃。 3.1.5浸取柠檬酸 将曲料放人浸取缸，用温度90℃以上的水连续浸泡五次，每次浸泡约1小时。当浸液酸度低于0.5%时，停止浸泡进行出渣。将浸液倒入搪瓷祸，加温至95℃以上，保持10分种后，停止加热，让其静置沉淀6小时。 3.1.6清液中和 将经过沉淀的清液移入中和罐，加温至60℃后，加入碳酸钙中和，边加边搅拌。柠檬酸与碳酸钙形成难溶性的柠檬酸钙，从发酵液中分离沉淀出来，达到与其它可溶性杂质分离的目的。加完碳酸钙后，升温到90℃，保持半小时待碳酸钙反应完成后，倒入沉淀缸内，抽去残酸，再放入离心机脱水，用95℃以上的热水洗涤钙盐，以除去其表面附着的杂质和糖分。在这里要重点检查糖分是否洗净（洗净的柠檬酸钙盐最好能迅速进行酸解，不要过久贮放，否则会因发霉变质造成损失。如因故不能及时处理，要晾干后再存放），方法是将1～2%的高锰酸钾溶液滴一滴到20毫升洗水中，3分钟不变色即说明糖分已基本洗净。 在清液中和过程中，控制中和的终点很重要，过量的碳酸钙会造成胶体等杂质一起沉淀下来，不仅影响柠檬酸钙的质量，而且给后道工序造成困难。一般按计算量加入碳酸钙（碳酸钙总量=柠檬酸总量×0．714），当pH为6．5～7．0，滴定残酸为0．1～0．2％时即达到终点。一旦加过了碳酸钙量，需要补加发酵或母液。 3.1.7酸解与脱色 酸解是将已洗净的难溶性的柠檬酸钙与烈士作用，生成柠檬酸与硫酸钙。反应式如下: Ca(C6H5O7)2+3H2SO4=2C6H8O7+3CaSO4 具体操作是把柠檬酸钙用水稀释成糊状，慢慢加入硫酸（一般根据投入碳酸钙的量来计算硫酸量，以碳酸钙用量的92～95%为宜），在加入计算量的80%以后，即要开始测定终点。测定方法如下：取甲乙两支试管，甲管吸取20%硫酸1毫升，乙管吸取20%氯化钙1毫升，分别加入1毫升过滤后的酸解液，水浴内加热至沸，冷却后观察两管溶液，如果不产生混浊，再分别加入1毫升95%酒精，如甲乙两管仍不呈混浊，即认为达到终点。甲管有混浊，说明硫酸加量不足，应再补加一些柠檬酸钙。酸解达到终点后，煮沸30～45分钟，然后放入过滤槽过滤。 在所得清液中，加入活性炭（一般用量为柠檬酸量1～3%，视酸解液的颜色而定）脱色，在85℃左右保温30分钟，即可过滤。滤瓶用85℃以上热水洗涤，洗至残酸低于0．3～0．5％即可结束，洗水单独贮放，作为下次酸解时的底水使用。 3.1.8浓缩、结晶 将脱色后过滤所得清液，用减压法浓缩（要求真空度在600～740毫米汞柱，温度为50～60℃）。柠檬酸液浓缩后，腐蚀性较大，因此多采用搪瓷衬里的浓缩锅，浓缩液的浓度要适当，如浓度过高，会形成粉未状；但浓度过低，也会造成晶核少，成品颗粒大，数量少，母液中残留大量未析出的柠檬酸，影响产量。当浓缩达到36．7～37波美度时即可出罐。柠檬酸结晶后，用离心机将母液脱净，然后用冷水洗涤晶体，最后用干燥箱除去晶体表面的水。母液可以再直接进行一次结晶，剩下的母液往往因含大量杂质，不宜作第三次结晶，但可以在酸解液中套用，或用碳酸钙重新中和。干燥箱的温度要控制在35℃以下，如气温高于20℃时，可采用常温气流干燥。 3.2 工艺流程图 发酵法生产柠檬酸流程图 4 主要设备选择 本生产过程的主要设备有发酵罐、种母罐、抽滤桶、脱色柱、浓缩锅、结晶锅等。 4.1 发酵罐 发酵罐是用来进行微生物发酵的装置。其主体一般为用不锈钢板制成的主式圆筒，其容积在1m3至数百立方米。罐体当中有搅拌浆，用于发酵过程当中不停的搅拌，用来通入菌体生长所需要的空气或氧气。罐体盯盘上有控制传感器，用来监测发酵过程中发酵液的pH和DO的变化控制器，显示和控制发酵条件等。 4.2 抽滤桶 主要适用于化工、医药、石油等行业生产工艺中真空过滤。具有重量轻、安装维修方便、操作简单等优点。操作压力 -0.1MPa, 操作温度-10 ℃ ～ 100 ℃ 。 4.3 浓缩锅 用外加热自然循环与真空负压蒸发现结合的方式，蒸发速度快，浓缩比重可达1.3，液料在全密封状态无泡沫浓缩用制作外壳，浓缩出来的药液，具有无污染，药味浓的特点，而且清洗方便（打开加热器的上下盖即可进行清洗）。 5 主要用途及注意事项 5.1 主要用途 5.1.1 用于食品工艺 因为柠檬酸有温和爽快的酸味，普遍用于各种饮料、汽水、葡萄酒、糖果、点心、饼干、罐头果汁、乳制品等食品的制造。 5.1.2 用于化工、制药和纺织业 柠檬酸在化学技术上可作化学分析用试剂，用作实验试剂、色谱分析试剂及生化试剂，用以配制缓冲溶液。采用柠檬酸或柠檬酸盐类作助洗剂，可改善洗涤产品的性能，可以迅速和沉淀金属离子，防止污染物重新附着在织物上，保持洗涤必要的碱性，使污垢和灰分散和悬浮。 5.1.3 用于环保 柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液由于其蒸气压低、无毒、化学性质稳定、对SO2吸收率高等原因，是极具开发价值的脱硫吸收剂。 5.1.4 用于化妆品 柠檬酸属于果酸的一种，主要作用是加快角质更新，常用于乳液、乳霜、洗发精、美白用品、抗老化用品、青春痘用品等。 角质的更新有助于皮肤的中黑色素的剥落，毛孔的收细，黑头的溶解等。 5.1.5 用于杀菌 柠檬酸与80℃温度联合作用具有良好杀灭细菌芽孢的作用，并可有效杀灭血液透析机管路中污染的细菌芽孢。享有“西餐之王”美誉的柠檬具有很强的杀菌作用，对食品卫生很有好处，再加上柠檬的清香气味，人们历来喜欢用其制作凉菜，不仅美味爽口，也能增进食欲。 5.2 注意事项 5.2.1 食用危险 柠檬酸对人体无直接危害，但它可以促进体内钙的排泄和沉积，如长期食用含柠檬酸的食品，有可能导致低钙血症，并且会增加患十二指肠癌的几率。胃溃疡、胃酸过多、龋齿和糖尿病患者不宜经常食用柠檬酸。柠檬酸不能加在纯奶里， 否则会引起纯奶凝固。 5.2.2 工业危险 柠檬酸可燃。粉体与空气可形成爆炸性混合物，遇明火、高热或与氧化剂接触，有引起燃烧爆炸的危险。 柠檬酸在医药、化学等其它工业中也有一定的作用。柠檬酸铁胺可以用作补血剂；柠檬酸钠可用作输血剂；柠檬酸可制造食品包装用薄膜及无公害洗涤剂。 3.4.2    柠檬酸发酵微生物 1)  黑曲霉（Aspergillus niger）的形态特征     目前生产上常用产酸能力强的黑曲霉作为生产菌。在固体培养基上，菌落由白色逐渐变至棕色。孢子区域为黑色，菌落呈绒毛状，边缘不整齐。菌丝有隔膜和分枝，是多细胞的菌丝体，无色或有色，有足细胞，顶囊生成一层或两层小梗，小梗顶端产生一串串分生孢子。 2)  黑曲霉（Aspergillus niger）的生理特征     黑曲霉生产菌可在薯干粉、玉米粉、可溶性淀粉糖蜜、葡萄糖麦芽糖、糊精、乳糖等培养基上生长、产酸。黑曲霉生长最适pH值因菌种而异，一般为pH3~7；产酸最适pH为1.8~2.5。生长最适温度为33~37℃，产酸最适温度在28~37℃，温度过高易形成杂酸，斜面培养要求在麦芽汁40Be′左右的培养基上。黑曲霉以无性生殖的形式繁殖，具有多种活力较强的酶系，能力用淀粉类物质，并且对蛋白质、单宁、纤维素、果胶等具有一定的分解能力。黑曲霉可以边长菌、边糖化、边发酵产酸的方式生产柠檬酸。 3.4.3    柠檬酸发酵机理 关于柠檬酸发酵的机制虽有多种理论，但目前大多数学者认为它与三羧酸循环有密切的关系。糖经糖酵解途径(EMP途径)，形成丙酮酸，丙酮酸羧化形成C4化合物，丙酮酸脱羧形成C2化合物，两者缩合形成柠檬酸（见发酵代谢）。 3.4.4    柠檬酸发酵用原料     柠檬酸发酵的原料有糖质原料(甘煎废糖蜜、甜菜废糖蜜)、淀粉质原料(主要是番薯、马铃薯、木薯等)和正烷烃类原料三大类。 3.4.5     柠檬酸发酵工艺 1) 试管斜面菌种培养     察氏琼脂培养基：NaNO3 3g， 蔗糖20g， K2HPO4 1g， KCl 0.5g， MgSO4.7 H2O 0.5g， FeSO4 0.01g， 琼脂20g， 用水定溶至1000ml， pH自然。     察氏-多氏琼脂培养基：蔗糖30g，NaNO3 2g， MgSO4.7H2O 0.5g， KH2PO4 1g， KCl 0.5g， FeSO4.7H2O 0.01g， 溴甲分绿0.4g，琼脂20g， 蒸馏水1000ml， pH自然。     蔗糖合成琼脂培养基：蔗糖140g， NH4NO3 2g， KH2PO4 2g， MgO4.7H2O 0.25g， FeCl3.6H2O 0.02g， MnSO4.4H2O 0.02g， 麦芽汁20ml， 琼脂20g， 用水定溶至1000ml。     米曲汁琼脂培养基：一份米曲加四倍质量的水，于55℃保温糖化3~4小时后煮沸，滤液用水调整浓度至10‘Bx，并用碱液将pH调制到6.0，接着添加琼脂2%。确认所制成的斜面无杂菌污染后，接入黑曲霉孢子悬液0.1ml，于32℃培养4~5d。 2)  种子扩大培养 ①  二级扩大培养 a 培养基     有琼脂固体培养和液体表面培养两种方法，前者的培养基组成与斜面培养基相同，后者的组成如下：    麦芽汁70BX，     氯化铵2%，      尿素0.1%，    b  培养     固体培养时，500ml茄子瓶装80ml琼脂培养基，250茄子瓶装50ml琼脂培养基。灭菌后摆成斜面，凝固后的斜面至37℃下培养24h。确认无杂菌污染即可使用。     液体培养时，将液体培养基装入三角瓶中，使液层深度达45cm，于0.1MPa下湿热灭菌15min。按无菌操作接种。培养温度32℃。液体表面需7~10d，琼脂固体培养需6~7d。 ② 三级扩大培养     可采用麸曲固定培养、液体表面培养或琼脂固定培养。     所用培养基如下：    a 麸曲培养基：     新鲜小麦麸皮1kg，加水1.1~1.3L。液体培养基与第二级扩大培养基所用液体培养基相同。    b琼脂固体培养基：     与斜面培养基相同。 3） 发酵生产 ①  工艺流程     以薯干粉为原料的液体深层发酵工艺流程：                         斜面菌种→麸曲瓶→种子                                           ↓   薯干粉→调浆→灭菌(间歇或连续式)→冷却→发酵→发酵液→提取→成品                                           ↑                                        无菌空气 以薯渣为原料的固体发酵工艺流程：            试管斜面→三角瓶菌种→种曲                                    ↓ 薯渣→粉碎→蒸煮→摊凉接种→装盘→发酵→出曲→提取→成品             ↑            米糠 ②  液体发酵 a不置换法     培养液一次加入，发酵结束后弃去菌盖，发酵液用来提取柠檬酸。具体操作是：接种后，培养温度维持在35℃，这是黑曲霉的适宜生长温度，需维持72h左右，以促进孢子发芽及菌体发育。当温度逐渐下降时，必须通人约50℃的空气以维持35℃的培养温度，通风量为3~5m3/m2.h。接种后20h左右可出现灰白色、很薄的菌膜，72h时菌膜已完全形成，菌膜相当厚且有皱褶。48h起由于菌体耗氧增加，可开动另一组风管向盘层之间通汽，进汽温度为40℃左右，风量为7m3/m2.h，进汽湿度为75%以上，以防培养液水分蒸发过快。自接种后72h起进入产酸期，这时菌体代谢速率高，耗糖快，发酵液酸度急剧升高，并释放出大量热，最高时可达1000kJ/(m2.h)，此时应加强通风措施，严格将发酵温度控制在26~28℃，以利柠檬酸的形成。因此，一般在进入产酸期前8h左右需增大风量至15~18m3/m2.h，且降低进汽温度在25℃以下，湿度仍在75%以上。160h以后发酵结束。 b  置换法     置换法一般是采用糖浓度低而营养较丰富的培养液先培养菌盖，待菌盖形成之后再更换发酵培养基。可更换1次也可数次，发酵液用来提取柠檬酸。培养菌盖，一般使用5%的糖液，视糖蜜质量再补充少量NH4NO3、K2HPO4等盐类。接种孢子后，室温保持在34~36℃，培养液品温为32~34℃，使孢子发芽，正常情况下40h即可形成紧密有皱的菌盖。菌盖形成后，放掉培养基，更换发酵培养基(即第1次置换)，并将室温降至30~32℃，待发酵48~60h后再放掉发酵液，加入新培养液即进行第2次置换。如此重复，一般可置换培养基8~10次，总发酵周期为14~20d，收集起来的发酵液，用来提取柠檬酸。置换法的优点是节省了大量培菌时间，发酵速度’快，而且原本不适宜长菌的原料却可用作发酵培养基。但为了保持菌盖的高活性，因此不能将发酵液残糖控制得很低，这样一来就造成替换出来的发酵液其残糖量较高，给后道提取柠檬酸带来困难。 c  不置换法影响表面发酵的因素 a)  培养液层厚度     培养基液层厚度大，发酵产物总的生成量就大。如果原料质量好，预处理方法得当，曲霉菌丝体活力强，那末可适当增加液层厚度;相反，就应减少液层厚度。 b)  糖浓度     用于表面发酵的糖蜜浓度，质优的糖蜜浓度(以蔗糖浓度计)为18%~22%较适宜，而质劣的糖蜜一般采用14%。在表面发酵中，大约80%的糖被用于合成柠檬酸，菌体生长增殖耗糖8%左右，菌体进行呼吸消耗的糖在10%左右，另有1%~2%的糖用于合成副产物。 c)  温度     黑曲霉适宜产酸温度是26~28℃。温度高，容易形成杂酸等副产物且菌体易衰老；温度低，发酵周期被延长。 d)  pH值     黑曲霉长菌的最适pH为中性，而产酸的最适pH在2.5~2.0。因此，应该注意的是：菌盖形成之后，只是在菌盖下面有一个低PH区域，菌体合成柠檬酸的活动都是在这低pH区域内进行的，所以不应该搅动发液，避免低值区域的pH值上升而长菌不产酸。 e)  通风     表面发酵是气相传氧，因此传氧效率较高，所以只要保持发酵室内有适当空气流通就可以满足霉菌对氧的需要。较高度的CO2会影响菌体的生长和降低产酸能力。一般将CO2控制在3%以下即可。 ②  固体发酵 a  浅盘发酵     将曲置于曲室内培养，室温可按需要调节。在孢子发芽和菌丝生长期，由于产生的热量少，品温会逐渐下降，在入室后自18h内，应维持品温在27~31℃。培养18~48h期间，由于发酵热的大量释放，品温上升很快，应采取措施，不得让品温超过43℃，因为菌体活力下降，所以品温会下降，此时应维持在35℃左右，直至发酵结束。为了克服上、下曲盘的温差，在发酵40h左右时应将曲盘上下对调。整个发酵期间不必翻曲。曲室相对湿度在85%~90%。发酵终点根据酸度来判定，从48h开始测量酸度，以后每隔12h测定1次，自72h以后则每隔4h测定1次，在酸度达到最高时即出料，否则时间延长，柠檬酸反而被菌体消化。 b 厚层通风发酵     与浅盘发酵明显不同的是，在物料铺摊厚度上，厚层发酵的曲醅厚度在50cm左右，比浅盘发酵的15~20cm要大出许多。为了给曲霉菌提供氧，在培养过程中需要进行机械通风。培养过程中的温度控制与浅盘发酵的温度管理相似，但最高品温不能超过40℃。温度和湿度主要靠通风来调节，因为物料厚度大，所以培养过程中需要翻料。厚层发酵比浅盘发酵优越之处在于：占地面积少，污染杂菌可能性小，机械化程度高。 柠檬酸是重要的有机酸之一，在轻化工及医药食品制造上有广泛用途，在食品加工中广泛用作清凉饮料、果汁、果酱、果冻、果酒、糖果糕点等的酸味剂。 1784年Scheele从柠檬中提取到柠檬酸，后发现柑橘中含量更高，1893年前主要用柑橘、菠萝和柠檬等果实提取。1893年Wehmer发现淡黄青霉等可以分泌柠檬酸，以后逐步过渡到通过微生物发酵制取，1917年Currie以黑曲霉为菌种用固体浅盘发酵生产柠檬酸，为以黑曲霉为主要生产菌种的发酵法生产柠檬酸奠定基础；Perguin(1938)、Karrow(1942)进行了柠檬酸深层发酵试验。1952年美国的Mile公司开创了液体深层发酵法生产柠檬酸。此后柠檬酸的生产大都以液体深层发酵法进行。 鉴于国内外市场的需求，我国柠檬酸生产发展很快，1988年已成为世界第二生产大国，产品除满足国内需要外，已大量出口。     一.柠檬酸的理化性质 柠檬酸又称枸橼酸，化学名称为2—羟基丙烷—1，2，3—三羧酸，或3—羟基，3—羧基，酸。其结构式为： 分子式为AA255()，分子量210．14。无水柠檬酸为白色粉末，分子量为192．13。在水中极易溶解，易溶于乙醇，略溶于乙醚。在干燥空气中稳定，空气湿度高时易吸潮。 柠檬酸加热后，在不同情况下可生成乌头酸、甲叉丁二酸、丙酮二羧酸、草酸。 在正常情况下，柠檬酸不会在细胞内积累，因为柠檬酸是代谢途径中的一个中间产物，而且它还可以成为黑曲霉本身的碳源。因此，柠檬酸的积累是由于正常的生理代谢调节失控，或者说是人为调节的结果，是由于代谢途径中的一些关键酶如顺乌头酸合成酶的活性减弱。因此，在柠檬酸工业生产中，在以糖质原料发酵时，选用的菌种不利用柠檬酸为主要碳源，能耐受高浓度柠檬酸；对氟乙酸极敏感，以保证乌头酸合成酶和异柠檬酸脱氢酶活力微弱；代谢中二氧化碳固定反应强，乙醛酸循环弱。在发酵条件下使pH尽快降至3.0以下，以抑制草酸形成；供氧水平偏低，但不缺氧。 (三)柠檬酸的发酵生产 1．原料 工业上生产柠檬酸所用原料主要有废糖蜜、蔗糖及淀粉质原料如甘薯干。用含淀粉原料生产时，最好在发酵前先用淀粉酶及糖化酶进行适当的糖化。 氮源对柠檬酸的发酵生产特别重要，氨、氢氧化铵或磷酸铵可以大大提高产量，在代谢中首先形成氨基酸如谷氨酸、甘氨酸及丙氨酸，这些氨基酸促进了柠檬酸的形成。 一些金属离子如钼、铜、锌或钙等对柠檬酸合成有一定抑制作用。低铁氰化钾{K4[Fe(CN)6]}则可以提高柠檬酸的产量，这是由于它可以沉淀对柠檬酸合成有抑制作用的某些金属盐，如以糖蜜为原料时，糖蜜中存在大量的锰和铁盐，在80～100？温度下可以在15min内被低铁氰化钾沉淀。此外在培养基中含有1—2mol／L的1，2--*氨基环己烷一氮、氮一四乙酸、二亚乙基三胺五乙酸及EDTA等时，能促进黑曲霉合成柠檬酸。2％的甲醇对柠檬酸合成也有利。 一些非离解性的表面活化剂，可以在发酵时使菌丝均匀分散于培养液中，从而提高柠檬酸的产量。 2．柠檬酸的静置浅盘发酵 静置浅盘发酵即表面发酵法，是在1923年实现规模生产的，其主要原料是糖蜜。发酵容器为不锈钢等耐酸蚀的金属盘，盘上有进料口和出料口、无菌空气进出口等，大小根据条件。培养液组成为：12％～20％的糖蜜，添加黄血盐、EDTA或六氰基高铁酸钾、磷酸二氢钾、硫酸锌以及抗菌剂等。培养基经灭菌，调节pH至6．0—6．5，冷却至45～50C左右时输入盘内，继续冷却至3512，以干孢子喷雾接种(100～150mg孢子粉／m2培养基表面)。培养盘固定在培养室内，培养室具有可以灭菌、保温和无菌空气供给系统等。 发酵温度为3013，发酵过程中通人无菌空气，孢子1～2d发芽，然后长成菌盖，发酵周期一般为6—8d，pH降至2．0，柠檬酸产量为200～250g／L，每百克葡萄糖约生成75g左右的柠檬酸。发酵中柠檬酸合成高峰时为0．9～1．1k8／m3·h，平均合成速率为0．2～0．4k8／m3．h。 3．柠檬酸液体通风发酵(深层通气发酵) 发酵基质可以是糖质原料，也可以是淀粉质原料，在我国一般以甘薯干为原料，这是由于甘薯干价格低，原料来源丰富，便于贮藏和运输等。 柠檬酸深层发酵生产工艺流程： (1)原料处理 薯干粉碎，要求粉碎度要细。 (2)种子制备 斜面和茄瓶菌种，用10～12~Bx麦芽汁加0.1％磷酸二氢钾作培养基，30℃下培养5d，孢子形成丰富。 种子罐培养：是种子的进一步扩大，其培养基接近于发酵培养基，其组成为薯干粉8％一14％，麸皮1％(或加0.15％硫酸铵)。灭菌后用茄瓶孢子接种，在32℃下通气培养22—24h，pH降至3以下，镜检无杂菌，菌丝生长良好。 (3)发酵生产 培养基为18％的薯干粉，为浓醪发酵，灭菌前加入0．05％的o—淀粉酶。发酵温度为32℃，通风量在12h前为l:0.1(y:y)，12h后为1：0.2，一般发酵周期为112～120h。 柠檬酸生产方式除上述表面培养和深层通气培养外，还有固体培养和连续发酵等方法。固体发酵主要用于加工中的副产物如甘薯淀粉生产中的淀粉渣，果汁生产中的苹果、甘蔗渣等。固体发酵工艺流程4。 连续发酵法有许多优点：发酵过程中通过离子交换法不断将柠檬酸分离出来，发酵液中柠檬酸始终处于较低浓度，加之不断补人糖等营养物，使菌处于一个适宜的环境中。离子膜分离出的柠檬酸纯度较高，但此法尚未用于生产。此外，固定化技术应用于柠檬酸生产也是一个诱人的课。现在工业生产中仍以深层通气发酵为主，有少数国家用浅盘培养和固体发酵。