柠檬酸生产工艺简介
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。
柠檬酸的提取工艺
柠檬酸的提取工艺柠檬酸是一种广泛应用于食品、药物、化妆品和清洁产品等领域的有机酸。
它可以通过多种提取工艺进行获取。
以下是其中一种常见的柠檬酸提取工艺的步骤：1. 柠檬汁的制备：首先，从柠檬果实中提取出柠檬汁。
可以选择新鲜柠檬进行手工榨取，也可以使用工业化的柠檬汁提取设备进行提取。
2. 过滤：对提取出的柠檬汁进行过滤，去除其中的固体杂质，例如果肉和果皮碎片。
可以通过布料或滤纸进行过滤。
3. 中和：将过滤后的柠檬汁以较小的流量慢慢加入刚好过量的氢氧化钙溶液中。
中和反应的目的是将酸中和成柠檬酸盐，生成的盐为柠檬酸钙。
4. 植物酶去除：对反应后的混合物进行瞬时的高温处理，以去除植物酶活性。
5. 过滤：对混合物进行过滤，以去除沉淀物和未被中和的非柠檬酸盐。
6. 浓缩：将过滤后的溶液进行浓缩，除去其中大部分的水分。
可以通过使用真空蒸发器或其他浓缩设备进行。
7. 结晶：将浓缩后的柠檬酸溶液进行结晶处理，通过提高溶液的浓度使柠檬酸结晶出来。
8. 过滤和干燥：将结晶后的柠檬酸进行过滤和干燥，使其形成干燥的柠檬酸晶体。
9. 粉碎和包装：将干燥的柠檬酸晶体进行粉碎处理，并进行包装，以便后续运输和使用。
这是一种常见的柠檬酸提取工艺，可以根据实际需求进行适当的调整和改进。
提取工艺的优化不仅可以提高柠檬酸的提取效率和产量，同时也能减少生产成本和对环境的影响，使得柠檬酸在各个领域中的应用更加广泛和可持续。
柠檬酸的提取工艺是一项关键的工序，对柠檬酸的产量、质量和成本都有着重要的影响。
在柠檬酸的提取过程中，需考虑以下几个关键因素：原料的选择与处理、中和反应的条件控制、提取液的处理以及产品的后续加工等。
首先，原料的选择与处理对柠檬酸提取的效率起着关键作用。
新鲜柠檬是最常用的原料，其酸味较浓且富含柠檬酸。
柠檬果实应当选择新鲜、未受病虫害侵扰和重金属污染的果实，并洗净去除果皮及果肉中的固体杂质。
只有在原料质量得到保证的情况下，才能更好地提高柠檬酸的提取效率和产量。
柠檬酸的提取工艺
FRIENDS
3 离子交换法提取柠檬酸 4 传统钙盐法提取柠檬酸
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水果中柠檬酸的提取
在水果中提取柠檬酸尤其在未成熟的 杏、苹果或李子和柑橘等含柠檬酸较高的 水果中提取可用水或乙醇作提取剂经过加 热、浓缩和结晶后FR得IEN到DS 的柠檬酸可以直接 应用于食品添加剂等。
柠檬酸的提取工艺
概述 传统提取方法
新型提取方法 展望
概述
成熟的柠檬酸发酵液中，除含有主产物柠 檬酸之外，还含有纤维、菌体、有机杂酸、糖 、蛋白类胶体物质、色素、矿物质及其他代谢 产物等杂质，它们或来FRIE自NDS发酵原料、或在发酵 过程中生产，或溶存或悬浮于发酵液中。通过 各种理化方法，清除这些杂质，得到符合各级 质量标准的柠檬酸产品的全过程，即为柠檬酸 生产的下游工程。它是一个确保产物“丰收”，提 高企业效益的生产系统工程。
超滤法提取柠檬酸的工艺流程
柠檬酸发酵液预处理→超滤→结晶→离心分离的母 液→干燥→成品。
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采用该提取方法，不使用任何有害物质， 无废弃物产生，而且实施简便，容易实现自动 化，应该说实现了柠檬酸的清洁化生产。
但是，该方法要F求RIE柠ND檬S 酸发酵液残糖含量 ≤1 g／L，柠檬酸产率与残糖含量之比>1275， 方能得到较好的效果。
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提取工艺
FRIENDS
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1.发酵液预处理
预处理是指待发酵液加热至75-90℃， 可以及时杀死柠檬酸产生菌及其他杂菌，终 止发酵作用，同时使发酵液中部分蛋白质变 性、絮凝、降低酵液浓FRIE度ND利S 于过滤。此外也 可能使菌体内部分柠檬酸释放出来。预处理 加热时间不能太长，若破坏菌丝球则影响过 滤。
硫酸钠循环法生产柠檬酸的工艺
硫酸钠循环法生产柠檬酸的工艺概述柠檬酸是一种重要的有机酸，广泛应用于食品、药品、化妆品等领域。
硫酸钠循环法是一种常用的柠檬酸生产工艺，具有高效、环保、经济等优势，因此被广泛采用。
工艺流程1. 溶解：将柠檬酸和硫酸钠按照一定比例溶解在水中，形成柠檬酸和硫酸钠溶液。
2. 沉淀：将溶液通过过滤或离心等方法分离出杂质，得到纯净的柠檬酸和硫酸钠溶液。
3. 结晶：将纯净的柠檬酸和硫酸钠溶液经过真空蒸发浓缩，使其达到过饱和状态。
4. 结晶分离：将过饱和溶液放置冷却结晶，柠檬酸结晶出来，硫酸钠则保持在溶液中。
5. 洗涤：将柠檬酸晶体进行洗涤，去除附着在晶体表面的杂质。
6. 干燥：将洗涤后的柠檬酸晶体通过干燥设备进行脱水，使其获得确定的含水率。
7. 粉碎：将干燥后的柠檬酸晶体进行粉碎，获得细小的柠檬酸颗粒。
8. 包装：将粉碎后的柠檬酸进行分装、包装，符合相关标准要求。
工艺优势1. 高效：硫酸钠循环法生产柠檬酸的工艺简化，反应速度较快，生产效率高。
2. 环保：该工艺中使用的原料无毒无害，产生的废水、废气等污染物排放量少，符合环保要求。
3. 经济：硫酸钠作为原料价格低廉，能够大幅降低生产成本，提高经济效益。
4. 产品质量稳定：该工艺生产的柠檬酸无杂质，含量稳定，满足市场需求。
5. 工艺操作简单：生产工艺流程简单，操作技术要求不高，易于掌握和操作。
安全措施柠檬酸生产过程中需要注意以下安全措施：1. 操作人员应佩戴防护用品，如防酸手套、防护眼镜等，防止柠檬酸溶液对皮肤和眼部造成刺激和伤害。
2. 操作区域应通风良好，防止柠檬酸等挥发物对人体产生不良影响。
3. 遇到意外溅溶液时，应立即用大量清水冲洗，如有异常请及时就医。
4. 严格按照工艺流程操作，禁止随意改变操作步骤，以免引发意外事故。
总结硫酸钠循环法是一种高效、环保、经济的柠檬酸生产工艺。
它具有简单的工艺流程和操作要求，能够生产出质量稳定的柠檬酸产品。
在实际应用中，需要注意安全措施，确保操作人员的人身安全和产品的质量稳定。
柠檬酸的生产工艺
种子罐培养温度为34℃,培养时间16～24h，至略微产酸即转入发酵罐中。
.
发酵
红薯干粉碎过筛
拌料桶 12%～14%的淀粉浆液
种子罐
1千克/平方 厘米的蒸汽
蒸煮蒸煮糊化 15～20分钟
糊化醪
在32～34摄氏
冷至33摄氏度
度温度下搅拌
按接接入种合量格为的5孢%子～悬7%浮接液入种母罐中培养好的种母醪
•将中和后的料液加热煮沸，使其它有机酸的钙 盐溶解，而柠檬酸钙不溶。在过滤桶中抽滤， 滤液弄去。沉淀用90摄氏度以上的热水洗去糖 分。
检查的方法是用1%～2%的高锰酸钾溶液1滴加到加毫升洗涤水中，3分钟内不变
色，说明糖分已洗净。
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酸解
柠檬酸钙
水
酸度15%—20%的浆 搅拌
硫酸
酸解终点可用双管法 或测定SO42-含量检测。 当两管都清或SO42-含 量为3.5～4.5g/L时认为 已达终点，可停止加 酸
酸解
树脂净化
蒸发浓缩及结晶
干燥
包装
.
菌种培养
➢试管培养
用米曲汁或麦芽汁，再在其中加2%的琼脂配成培养基，分盛于试管 中，每管5～10毫升，经灭菌处理后，斜置使其成斜面。33—35℃培养 4—5d，至斜面长满孢子即可。
➢麸曲三角瓶培养
用1000ml角烧瓶装麸皮40g左右，麸皮选用较粗者为好，必要时应先用 水洗涤除去淀粉。麸曲的含水量要合适，一般控制在60％～65％左右，麸 曲种子的培养温度约34℃。培养1天后要“敲瓶”一次，使之上下翻动。 培养好的麸曲应仔细观察有无其他霉菌污染并抽样作摇瓶产酸测定，合格 者贮存于小于20℃的条件下保藏。
酸解液
80℃热抽滤
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”。
年产4万吨柠檬酸的工艺流程主要设备计算
柠檬酸是一种广泛应用于食品、饮料、药品等行业的有机酸，在工业中的生产过程中，主要需要以下设备：
1.柠檬酸生产的原料准备设备：
柠檬酸的原料主要是柠檬果实，需要对柠檬进行清洗、去皮、去籽等预处理。
这一步骤需要清洗设备、削皮机、去籽机等设备。
2.柠檬酸的浸泡设备：
将经过预处理的柠檬放入浸泡槽中，以便浸泡出柠檬汁。
这个过程需要浸泡槽、搅拌装置等设备。
3.柠檬酸的提取设备：
将浸泡槽中的柠檬汁进行分离和提取，这一步骤需要用到柠檬酸提取器、分离装置等设备。
4.柠檬酸的精制设备：
对提取出的柠檬酸进行精制和纯化，去除杂质。
这一步骤需要用到过滤设备、蒸馏设备、结晶设备等。
5.柠檬酸的干燥设备：
对精制出的柠檬酸进行干燥处理，将其转化为干燥的柠檬酸固体。
这一步骤需要用到干燥设备、过滤设备等。
6.柠檬酸的包装设备：
将干燥的柠檬酸进行包装，以便储存和运输。
这一步骤需要用到包装设备、称量设备等。
以上是柠檬酸生产过程中的主要设备，每个设备的选型和规格会根据具体的生产规模和工艺流程的要求而有所差异。
另外，还需要注意设备的可靠性、易操作性以及符合相应的卫生标准等因素。
柠檬酸简介演示
它是一种白色或微黄 色晶体，具有吸湿性 ，易溶于水和乙醇。
化学性质
柠檬酸是一种三元羧酸，具有 羧基、羟基和羰基官能团。
它能够参与多种化学反应，如 酯化、脱水、氧化和还原等。
柠檬酸在酸性或碱性条件下可 以发生电离，生成相应的酸根 离子和氢离子。
酸碱性质
柠檬酸是一种有机酸，在水中可 以离解成氢离子和柠檬酸根离子
04
柠檬酸的市场分析
全球柠檬酸市场分析
全球柠檬酸市场规模
近年来，全球柠檬酸市场规模持续增长，主要受食品、饮料、个 人护理产品等下游行业需求的拉动。
全球柠檬酸市场格局
全球柠檬酸市场呈现寡头垄断格局，少数几家大型生产商占据了大 部分市场份额。
全球柠檬酸市场进出口情况
中国是全球柠檬酸的主要生产国和出口国，而美国、欧洲等国家和 地区则是主要的进口市场。
柠檬酸简介演示
汇报人： 2024-01-08
目录
• 柠檬酸简介 • 柠檬酸的化学性质 • 柠檬酸的生产工艺 • 柠檬酸的市场分析 • 柠檬酸的安全与环保 • 柠檬酸的未来发展前景
01
柠檬酸简介
柠檬酸是什么
01
柠檬酸是一种有机酸，广泛存在 于自然界，具有白色晶体粉末的 物理形态。
02
它是一种天然的酸味剂，同时也 是一种重要的食品添加剂，被广 泛应用于食品、饮料、化妆品等 领域。
制药工业
用于制备药物，如抗生素、抗 癌药物等，同时也用作药物合 成的辅助原料。
其他领域
在化工、纺织、印染、皮革等 行业也有广泛应用，例如作为 媒染剂、催化剂、去垢剂等。
02
柠檬酸的化学性质
物理性质
柠檬酸是一种有机酸 ，具有较低的熔点和 较高的沸点。
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柠檬酸生产工艺简介第一节概述一、柠檬酸的用途（一）在食品工业的应用1、饮料据统计75%～80%的柠檬酸用于饮料工业。
2、果酱与果冻3、糖果4、冷冻食品5、酿造酒6、冰淇淋和酸奶7、脂肪与油8、腌制品9、罐头食品和水果加工10、豆制品和调味品（二）柠檬酸在药物、美容品、化妆品上应用1、药物“999胃泰”2、发蜡与化妆品（三）柠檬酸在工业上应用1、金属净化2、去垢剂3、无土栽培农艺4、矿物5、……二、乳酸的用途L-乳酸聚合成聚乳酸（PLA）三、L-苹果酸的用途三、葡萄糖酸的用途四、琥珀酸的用途我国柠檬酸发展简史1968年我国第一家以淀粉为原料深层发酵柠檬酸成功投产的厂是上海酵母厂。
同期，天津工微所开展了以适合我国国情的薯干原料深层发酵柠檬酸的研究工作。
之后，上海工微所用该所的“东酒2号”黑曲霉为出发菌株，用薯干粉做培养基，很快选出了我国第一代深层发酵柠檬酸生产菌种AL558，由原轻工业部立项，组织上海、天津两个工微所、上海复旦大学生物系、上海新型发酵厂(筹)、上海酵母厂、天津柠檬酸厂(筹)、南通油洒厂(南通发酵厂前身)等单位，在南通油酒厂展开了善于深层发酵、全离交提取工艺的中、大型试验工作，并取得了成功，因而推动了我国柠檬酸工业于20世纪70年代初形成了工业体系。
70年代中期到80年代是我国柠檬酸菌种选育的高峰期，先后选育出5代薯干原料高产菌株和适应淀粉、木薯、葡萄糖母液、糖蜜等原料的优良菌株。
上海、天津两工微所和上海复旦大学生物系为此做出了很大贡献。
各生产厂的广大科技人员和生产工人通过不懈地努力，提高了柠檬酸行业的整体水平，特别在缩短发酵周期、提高单产方面成绩突出，使我国柠檬酸发酵技术处于世界领先地位。
无锡轻工业学院和天津轻工业学院为柠檬酸行业培养了一大批科技力量，已成为行业发展的骨干。
1995年金其荣与蚌埠柠檬酸厂共同开发了玉米去渣发酵新工艺。
同年黑龙江甘南柠檬酸厂于脱胚玉米去渣发酵工艺也成功投产。
玉米新工艺的成功，使我国的柠檬酸工业进入一个新时期。
柠檬酸的命名第二节柠檬酸发酵机制与代谢调控黑曲霉柠檬酸生物合成途径黑曲霉利用糖类发酵生成柠檬酸其生物合成途径是，葡萄糖经EMP、HMP途径降解生成丙酮酸，丙酮酸一方面氧化脱羧生成乙酰CoA，另一方面经CO2固定化反应生成草酰乙酸，草酰乙酸与乙酰CoA缩合生成柠檬酸。
（1）生长期与产酸期都存在EMP与HMP途径，前者EMP：HMP=2：1，后者EMP：HMP=4（2）黑曲霉柠檬酸产生菌中存在TCA循环与乙醛酸循环，在以糖质原料发酵时，当柠檬酸积累时，TCA和乙醛酸循环被阻断或减弱。
（3）由于TCA和乙醛酸循环被阻断或减弱，草酰乙酸是由丙酮酸（PYR）或磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）羧化生成的。
即由两个CO2固定化反应体系，其中以丙酮酸羧化酶作用下固定化CO2生成草酰乙酸为主。
柠檬酸生物合成的理想途径黑曲霉柠檬酸发酵的代谢调控（一）柠檬酸积累的调节1、糖酵解及丙酮酸代谢的调节已清楚，其活性不受代谢产物的调节。
2、三羧酸循环的调节（1）柠檬酸合成酶的调节柠檬酸合成酶是TCA环中的第一个酶，但黑曲霉中柠檬酸合成酶没有调节作用。
（2）顺乌头酸水合酶、异柠檬酸脱氢酶的调节顺乌头酸水合酶、NAD、NAD-异柠檬酸脱氢酶在柠檬酸产生与不产生时，这3种酶均存在，而当铜离子0.3mg/L，铁离子2mg/L和pH2.0情况下，这3种酶均不出现活力，发酵中柠檬酸正是在这个pH条件下积累的。
顺乌头酸水合酶是催化柠檬酸<>顺乌头酸<>异柠檬酸正逆反应的酶，研究表明，黑曲霉中有一种单纯的位于线粒体上的顺乌头酸水合酶，它在催化时能建立下面的平衡：柠檬酸：顺乌头酸：异柠檬酸＝90：3：7。
并发现在柠檬酸发酵中，无论培养基中是否存在铁离子，顺乌头酸水合酶催化的反应总是趋向柠檬酸一侧，保证柠檬酸得到充分积累。
一旦柠檬酸积累到一定水平．细胞内的PH下降，就能抑制顺乌头酸水合酶和异柠檬酸脱氢酶的活性，就抑制了柠檬酸自身的进一步分解。
黑曲霉中的异柠檬酸脱氢酶有三种：一种NAD异柠檬酸脱氢酶．活力很低。
两种NAD异柠檬酸脱氢酶，其一在细胞质中，不受柠檬酸抑制，其二在线粒体中．与TCA循环有关，它受生理浓度的柠檬酸抑制，所以当柠檬酸积累到一定水平时，就抑制此酶的活力，从而更加促进柠檬酸的积累。
NAD异柠檬酸脱氢酶的抑制作用在碱性pH和30mmol／L锰离子时被解除，这就是国外菌种柠檬酸积累受锰离子毒害的缘故之一。
(3)α-酮戊二酸脱氢酶酌调节在黑曲霉柠檬酸产生菌中，TCA循环的一个显著特点是。
α-酮戊二酸脱氢酶的合成受高葡萄糖和铵离子的阻遏。
因此当以葡萄糖为碳源时，在柠檬酸生长期，菌体内不存在α-酮戊二酸脱氢酶或活力很低。
α-酮戊二酸脱氢酶催化的反应是了TCA循环中唯一不可逆反应，一旦α-酮戊二酸脱氢酶丧失，就会引起：⑦TCA循环中的苹果酸、富马酸、琥珀酸是由草酰乙酸逆TCA循环生成，使TCA循环成“马蹄形”。
②α-酮戊二酸又抑制NM—异柠檬酸脱氢酶的活性。
（二）Mn2+调节比较Mn2+丰富和Mn2+缺乏的分批培养时发现，当黑曲霉在缺Mn2+的产柠橡酸培养基中，菌体的组成代谢(戊糖磷酸途径，生糖途径)的酶和三羧酸循环的脱氢酶活力显著降低。
不论锰丰富或缺乏，都未检出α-酮戊二酸脱氢酶。
乙醛酸循环的脱氢酶也几乎无活力。
当缺锰时，HMP和TCA循环水平低，生长期菌丝的蛋白质、核酸和脂肪含量明显减少，而氨基酸和铵离子水平升高，丙酮酸和草酰乙酸水平升高，柠檬酸大量积累。
当黑曲霉生长在缺锰的高浓度糖培养基中，细胞内铵离子异常高，达25mmol／L，随之出现谷氨酸、谷氨酰胺、鸟氨酸、精氨政和γ—氨基丁酸的积累和分泌，使铵离子对细胞毒性被解除。
这些氨基酸的积累是由于测报蛋白质合成受到干扰，导致蛋白质分解增加，细胞内蛋白质和核酸的减少所致。
当锰离子充足时，添加环己酰亚胺，可促进铵离子和氨基酸积累，由此可知，铵离子积累是由于蛋白质和RNA转换过程中细胞蛋白质的再合成受损伤引起的。
锰离子是催化核糖核酸形成聚合阶段第一步反应酶所需的，若猛离于缺乏，核酸、蛋白质合成受阻，而使细胞内的铵离子水平升高。
铵离子水平升高解除了柠檬酸和A TP对PFK酶的抑制．从而增加EMP代谢流量，丙酮酸和草酰乙酸水平升高，而使柠檬酸大量积累，这就是锰离子的调节效应。
（三）氧对柠檬酸积累的调节乙酰CoA和草酰乙酸结合生成柠檬酸过程中要引进一个氧原子，因此氧也可以看作为柠檬酸生物合成底物。
它对柠檬酸发酵的作用为：(1)从图2—3—7可知氧是发酵过程(EMP途径和丙酮酸脱氢)生成的NADH2重新氧化的氢受体。
〔2〕近来的研究发现，黑曲霉中除了具有一条标准呼吸链以外，还有一条侧系呼吸链，如图2—3—7所示。
此侧系呼吸链对水杨酸酰异肟酸(SHAM)敏感，在黑曲霉生长期，此侧链不受水杨酸酰异肟酸的抑制。
在柠檬酸发酵产酸期受SHAM的强烈抑制。
通过标准呼吸链氧化时产生ATP，会反馈抑制PFK酶，而通过侧系呼吸链不产生ATP，而当缺氧时．只要很短时间中断供氧，就会导致此侧系呼吸链的不可逆失活，从而导致柠檬酸产酸急剧下降。
一旦恢复供氧，标准呼吸链复活，而不影响菌的生长；但侧系呼吸链却不能恢复，故对产酸速率有很大影响。
所以柠檬酸发酵过程中，特别是产酸期，一定要充足氧的供给，以保证更多的NHDH2通过侧系呼吸链将H2交给O2生成CO2和H20，使呼吸产生的ATP减少，解除ATP对PFK酶的反馈抑制。
使EMP代谢流增大，丙酮酸和草配乙酸生成水平提高，柠檬酸产率提高。
三、黑曲霉柠檬酸发酵机制(1)由于严格限制供给话离子等金属离子，或筛选耐高浓度锰离于、锌离子、铁离子等金属离子的菌株，降低菌体中糖代谢转向合成蛋白质、脂肪酸、核酸的能力，使细胞中形成高水平的铵离子，从而解除柠檬酸和A TP对PFK酶的反馈抑制，使EMP 途径的代谢流增大；(2)存在一条呼吸活动性强的侧系呼吸链，对氧敏感，但不产生ATP，这样使细胞内的ATP浓度下降。
因而减轻了A TP对PFK酶、CS酶的反馈抑制，促进了EMP 途径的畅通，增加柠檬酸的生物合成；(3)丙酮酸羧化酶是组成性酶，不受代谢调节控制，可源源不断地提供草酰乙酸，丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA和CO2固定反应取平衡，保证前体物乙酰CoA和草酰乙酸的提供，柠檬酸合成酶又基本上不受调节或极微弱，增强了柠檬酸的合成能力；(4)α-酮戊二酸脱氢酶是受葡萄糖和铵离子的阻遏．使黑曲霉中的TcA循环变成“马蹄形”的代谢方式，减弱TcA循环，降低细跑内ATP浓度，另外使，α-酮戊二酸浓度升高。
反过来．又反馈抑制异柠檬政脱氢酶，降低柠檬酸的自身分解；(5)顺乌头酸水合酶催化时建立柠檬酸：顺乌头酸：异柠檬酸＝90：3：7的平衡，顺乌头酸水合酶的作用总是趋向于合成柠檬酸，即柠檬政分解活力低。
一旦柠檬酸浓度升高到某一水平，就抑制异柠檬酸脱氢酶活力，从而进一步促进柠檬酸自身积累，pH降至2．o以下。
顺乌头酸水合酶和异柠檬酸脱氢酶失活，更有利于柠檬酸积累并排出体外。
第三节柠檬酸发酵生产菌种黑曲霉（Asp.niger）一、黑曲霉柠檬酸的形态特征(1)在米曲汁或麦芽汁培养基上菌丝白色，不是绒球状，凸起．边缘整齐，菌落较小，带皱折。
在麦芽汁培养基上生长4d成熟的孢子呈黑褐色。
(2)在察氏培养基上生长较慢，菌落边缘整齐，分生孢子梗短，分生孢子着生较密。
(3)菌丝顶端着生稀疏的大型的黑褐色孢子德，成熟后呈开花状而崩裂。
(4)孢子柄(14—15)μ(1．5—2)μ。
(5)顶囊球形d直径为50一72μm。
(6)小梗分二层，初生小梗和次生小梗区别明显，初生小梗(30～31 )×7μm，次生小便大多是3根，也有2根的，大小为(9～13)µm ×3．8µm。
(7)分生孢子串珠状着生，黑褐色，表面组糙且有明显的刺状突起，4．7—5．2µm，成熟后遇振动易散落。
二、生活周期黑曲霉属半知菌纲，一般只进行无性繁殖，由孢子发芽开始到新孢子形成、成熟，为一个生活周期。
图2—3-1所示是黑曲霉发芽和抱子形成过程。
孢子在液体培养基中培养6—8h开始萌发出芽，长出多根芽，逐渐形成菌丝，菌丝不久即出现分枝。
黑曲霉菌丝是多细胞结构，有横隔，其中可育细胞称为足细胞。
由足细胞长出分生孢子梗，分生孢子梗顶端泡囊的聚集并与原生质膜的融合，使顶端膨大形成顶囊，上面退生二层小梗，小梗上长出成链的孢子。
这样一个生活周期约50h，但黑曲霉菌丝是不断地生长延长的，孢子也逐渐不断地产生，直至营养枯竭为止。
三、培养基四、黑曲霉柠檬酸高产菌的生理特征(1)能耐高浓度的柠檬酸(15％以上)，而不利用和分解柠檬酸。