有机酸工艺学-柠檬酸发酵工艺学
柠檬酸发酵机制
柠檬酸发酵机制柠檬酸生产分发酵和提取两部分。
发酵有固态发酵、液态浅盘发酵和深层发酵3种方法。
固态发酵是以薯干粉、淀粉粕以及含淀粉的农副产品为原料，配好培养基后，在常压下蒸煮，冷却至接种温度，接入种曲，装入曲盘，在一定温度和湿度条件下发酵。
采用固态发酵生产柠檬酸，设备简单，操作容易。
液态浅盘发酵多以糖蜜为原料，其生产方法是将灭菌的培养液通过管道转入一个个发酵盘中，接入菌种，待菌体繁殖形成菌膜后添加糖液发酵。
发酵时要求在发酵室内通入无菌空气。
深层发酵生产柠檬酸的主体设备是发酵罐。
微生物在这个密闭容器内繁殖与发酵。
现多采用通用发酵罐。
它的主要部件包括罐体、搅拌器、冷却装置、空气分布装置、消泡器，轴封及其他附属装置。
发酵罐径高比例一般是1:2.5，应能承受一定的压力，并有良好的密封性。
除通用式发酵罐外，还可采用带升式发酵罐、塔式发酵罐和喷射自吸式发酵罐等。
为了得到产柠檬酸的优良菌种，通常是从不同地区采集的土壤或从腐烂的水果中分离筛选，然后通过物理和化学方法进行菌种选育。
例如薯干粉深层发酵柠檬酸的菌种就是通过不断变异和选育得到的。
菌种适合在高浓度下发酵，产酸水平较高。
柠檬酸的发酵因菌种、工艺、原料而异，但在发酵过程中还需要掌握一定的温度、通风量及pH值等条件。
一般认为，黑曲霉适合在28～30℃时产酸。
温度过高会导致菌体大量繁殖，糖被大量消耗以致产酸降低，同时还生成较多的草酸和葡萄糖酸；温度过低则发酵时间延长。
微生物生成柠檬酸要求低pH，最适pH为2～4，这不仅有利于生成柠檬酸，减少草酸等杂酸的形成，同时可避免杂菌的污染。
柠檬酸发酵要求较强的通风条件，有利于在发酵液中维持一定的溶解氧量。
通风和搅拌是增加培养基内溶解氧的主要方法。
随着菌体生成，发酵液中的溶解氧会逐渐降低，从而抑制了柠檬酸的合成。
采用增加空气流速及搅拌速度的方法，使培养液中溶解氧达到60%饱和度对产酸有利。
柠檬酸生成和菌体形态有密切关系，若发酵后期形成正常的菌球体，有利于降低发酵液粘度而增加溶解氧，因而产酸就高；若出现异状菌丝体，而且菌体大量繁殖，造成溶解氧降低，使产酸迅速下降。
柠檬酸发酵机理
通过调整发酵温度和pH值，找到最适 宜的发酵条件，以提高柠檬酸的产量 和降低能耗。
产物的分离与纯化技术改进
分离技术
采用新型的分离技术，如超滤、纳滤、反渗透等，实现柠檬酸的高效分离和纯 化，降低分离成本。
纯化技术
采用结晶、离子交换、吸附等纯化技术，进一步提高柠檬酸的纯度，满足不同 应用需求。
细菌
某些细菌如柠檬酸杆菌、 氧化杆菌等也可以进行柠 檬酸发酵。
微生物的代谢途径
葡萄糖代谢
微生物将葡萄糖通过糖酵解途径 转化为丙酮酸，这是柠檬酸发酵 的起始步骤。
丙酮酸代谢
丙酮酸在丙酮酸羧化酶的作用下 转化为草酰乙酸，再经过三羧酸 循环转化为柠檬酸。
乙酰CoA的合成
在柠檬酸发酵过程中，乙酰CoA 是重要的中间代谢产物，可以用 于合成脂肪酸等物质。
厌氧发酵
微生物在厌氧条件下，将葡萄糖或其他糖类转化 为丙酮酸，再经过一系列反应生成柠檬酸。
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好氧发酵
微生物在好氧条件下，通过糖酵解途径将葡萄糖 转化为丙酮酸，再经过氧化脱羧等反应生成柠檬 酸。
柠檬酸发酵的分类
黑曲霉发酵
黑曲霉在好氧条件下进行发酵，通过糖酵解途径将葡萄糖转化为 丙酮酸，再经过氧化脱羧等反应生成柠檬酸。
产物提取与精制
过滤分离
将发酵液进行过滤，分 离出菌体和未消耗的原
料。
离子交换
利用离子交换剂吸附柠 檬酸离子，与其他离子 进行交换，实现柠檬酸
的分离。
浓缩结晶
将分离出的柠檬酸溶液 进行浓缩和冷却，促使
柠檬酸结晶析出。
干燥与包装
将结晶的柠檬酸进行干 燥和包装，得到符合标
准的柠檬酸产品。
05 柠檬酸发酵的优化与改进
有机酸发酵工艺学
有机酸发酵工艺学有机酸发酵工艺学是研究有机酸生产过程中的发酵工艺及其相关技术的学科。
本文旨在探讨有机酸发酵工艺学的基本原理、应用领域以及未来发展方向。
一、有机酸发酵工艺学的基本原理有机酸发酵工艺学是以微生物发酵为基础，通过控制发酵条件和优化发酵过程来生产有机酸的一门学科。
有机酸是一类重要的化学品，广泛应用于食品、医药、农业等领域。
有机酸的生产过程中，微生物起着至关重要的作用，通过利用微生物对底物的代谢，将底物转化为目标有机酸。
有机酸发酵工艺学在食品工业、制药工业、农业等领域有着广泛的应用。
在食品工业中，有机酸可用作食品的防腐剂、酸味剂等；在制药工业中，有机酸可用作药物的原料或中间体；在农业领域，有机酸可用于土壤改良、养分释放等。
三、有机酸发酵工艺学的发展方向随着生物技术的不断发展，有机酸发酵工艺学也在不断进步。
未来的发展方向主要包括以下几个方面：1. 提高产酸菌株的筛选和改造技术：通过对产酸菌株的筛选和改造，提高其产酸能力和抗逆性，从而提高有机酸的产量和质量。
2. 优化发酵条件：通过调控发酵条件，包括温度、pH值、底物浓度等，以提高发酵效率和产酸速率。
3. 开发新的底物资源：利用农业废弃物、工业副产物等作为底物资源，降低有机酸生产成本，减少环境污染。
4. 发展联合发酵技术：通过不同菌株的联合发酵，提高有机酸的产量和种类，实现多种有机酸的同时生产。
5. 提高发酵过程的自动化和智能化程度：利用自动化和智能化技术，实现发酵过程的实时监测和控制，提高生产效率和品质稳定性。
四、结语有机酸发酵工艺学是一门重要的学科，对于有机酸的生产和应用具有重要意义。
通过不断研究和创新，可以提高有机酸的产量和质量，满足不同领域的需求。
希望本文能够为读者对有机酸发酵工艺学的了解提供一些帮助。
柠檬酸制备
柠檬酸制备
柠檬酸是一种重要的有机弱酸，广泛应用于食品、医药和化工等领域。
其制备过程主要包括以下几个步骤：
1. 原料准备：以薯干粉为主要原料，这是我国80%以上柠檬酸生产的基础原料。
2. 调制浆料：将薯干粉调制成浓度为18%～22%的浆料，以适合发酵过程的需要。
3. 灭菌发酵：将调制好的浆料送入已经经过蒸汽灭菌（0.2MPa，40～60分钟）的发酵罐中，进行黑曲霉深层发酵。
4. 中和处理：发酵结束后，使用碳酸钙对发酵液进行中和处理，以得到柠檬酸钙。
5. 酸解精制：通过硫酸酸解将柠檬酸钙转化为柠檬酸，然后进行精制，以去除杂质。
6. 浓缩结晶：将精制后的柠檬酸溶液进行浓缩，随后通过结晶过程得到柠檬酸晶体。
7. 干燥包装：最后将结晶出的柠檬酸进行干燥处理，并包装储存。
总的来说，整个制备过程需要严格控制各个环节的条件，以确保产品质量和生产效率。
柠檬酸作为一种无色晶体，无臭，易溶于水，其溶液显酸性。
在生物化学中，它是柠檬酸循环（三羧酸循环）的中间体，这一循环发生在所有需氧生物的新陈代谢中。
因此，柠檬酸不仅是工业上的重要化学品，也是生命科学中的关键物质。
柠檬酸1
要充足氧的供应，保证更多的NADH2通过侧性呼吸链将H2交
给O2生成CO2和H2O，使呼吸产生的ATP减少，解除ATP对PFK酶 的反馈抑制，使EMP途径代谢流增大，丙酮酸和草酰乙酸生
成水平提高，柠檬酸产率提高。
G
G-6-P
(磷酸果糖激酶)
柠檬酸
I ,NH4 A
+
1.6－二磷酸果糖
丙酮酸
(丙酮酸羧化酶)
白、核酸和脂肪含量明显减少，而氨基酸和铵离子水
平升高（解除柠檬酸和ATP对PFK酶的抑制），丙酮酸 和草酰乙酸水平升高，柠檬酸大量积累。
4、氧对柠檬酸积累的调节
黑曲霉中除具有一条标准呼吸链以外，还有一条侧系呼吸链
。标准呼吸链氧化时产生ATP，反馈抑制PFK酶，侧系呼吸链 不产生ATP。缺氧时，侧系呼吸链失活，导致柠檬酸产量急 剧下降。因此，在柠檬酸发酵过程中，特别是产酸期，一定
4
2014-6-5
二、国人的节奏—后来居上
1968年：上海酵母厂以淀粉为原料深层发酵工业化产生柠檬酸；同时，适用于 多种不同培养基质（淀粉、木薯、糖蜜等）的菌株不断的被选育出来； 1995年：开发了利用玉米渣发酵柠檬酸的新工艺； 我国柠檬酸发酵技术处于世界领先水平。如安徽丰原生化公司，柠檬酸生产能 力达18万吨，居世界第一位，占世界柠檬酸生产额的17%。另外，山东柠檬酸生 化有限公司的生产规模也是相当的大。目前，中国有柠檬酸生产厂近百家，总年 产能力约100万吨，是全球最大的柠檬酸生产国和出口国，近两年，出口量更是 超过国内总产量的90%，出口依赖严重。出口量在全球柠檬酸贸易总量中的比重 超过60%。2006年柠檬产量达到66万吨，出口60万吨；2007年，国内柠檬酸及 柠檬酸产量76万吨，共出口70.83万吨，2006年和2007年两年国内柠檬酸出口超 过总产量的90%，出口依赖严重。全球柠檬酸的年需求量约为130万吨左右，且 以年5%-7%的速度递增。2007年，全球柠檬酸需求继续以3%的幅度增长。随着 中国人民生活水平的提高，也带动了柠檬酸国内需求的大幅度增加。
柠檬酸酒精等的发酵生产
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二、酒精发酵微生物
1. 糖化菌（将淀粉、纤维素转化为糖）
曲霉（Aspergillus spp.）
根霉（Rhizopus spp.）
2. 酒母（将糖转化为乙醇）
啤酒酵母（Saccharomyces cerevisiae ）
及其变种
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三、酒精发酵生化机制
第一型发酵：无氧、中性或偏酸性条件
20
1. 淀粉质和纤维质原料的水解
淀粉的糊化、液化
淀粉在水中经加热会吸收一部分水而 发生溶胀。如果继续加热至一定温度（ 一般60～80℃）,淀粉粒即发生破裂,造 成黏度迅速增大,体积也随之迅速变大, 这种现象称为淀粉的糊化
1. 淀粉质和纤维质原料的水解
不同种类淀粉糊化温度有所不同, 苷薯、马铃薯、玉米和小麦淀粉的 糊 化 温 度 分 别 为 70 ～ 76℃ 、 59 ～ 67℃ 、 64 ～ 72℃ 和 65 ～ 68℃ 。 发 生 糊化现象称为淀粉的溶解，或称为 液化。马铃薯、小麦和玉米支链淀 粉 完 全 液 化 的 温 度 为 132℃ 、 70 ～ 80℃、136～141℃和146～151℃。
除去铁为主的金属离子
以糖蜜为原料时，用阳离子交换树脂、 金属螯合剂（EDTA）除去铁为主的金属 离子，或加黄血盐控制糖蜜中的铁离子
以淀粉（玉米、薯干）为原料，先用α淀粉酶和糖化酶将淀粉水解成糖液，再 除铁离子
（二）柠檬酸发酵生产工艺
1、菌种： 黑曲霉。
2、种子培养： 麦芽汁琼脂斜面，35±1℃，培育5天；
CH3COCOOH 脱羧酶 CH3CHO + CO2
乙醇脱氢酶
CH3CHO + NADH2
CH3CH2OH + NAD
第三篇第一章柠檬酸
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2000年的产量达到36.9万吨，柠檬酸及柠檬
酸盐出口量为25.8万吨，分别比1999年增长 了36.4%和23.3%，为历史最高水平。
2001年世界柠檬酸消费量(不含中国)已经升
至近200万吨，年递增率约5%，我国柠檬酸 产量约为35万吨，柠檬酸及柠檬酸盐出口量 为27.8万吨。
2002年我国柠檬酸产量突破了40万吨，达到
CH2-COOH HO-C-COOH CH2-COOH
柠檬酸
HO- CH-COOH CH-COOH CH2-COOH
异柠檬酸
2-羟基丙烷三羧酸（3-羟基-3-羧基戊二酸）
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柠檬酸
分子式 C6H8O7
相对分子质量 192.13 商品柠檬酸：1H20物和无H2O物 异柠檬酸是柠檬酸的同分异构体。 生产菌
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我国柠檬酸行业从产量上位居世界第一，从技
术上，在国际上也是处于世界领先水平，并远 远领先于其他国家，其优势在于：
1.我国的柠檬酸发酵采用的菌种（黑曲霉）具
有双重功能，当淀粉原料被液化后，即可进行 发酵，不需要将淀粉水解成葡萄糖，简化了生 产工艺，降低了生产成本。
2.尽管采用边糖化边发酵的工艺，但发酵周期
分子式C6H7NaO7，相对分子量214.11 ①白色颗粒状晶体或结晶性粉末 ②味咸、微酸、无臭 ③在潮湿空气中轻微潮解 ④易溶解于水，几乎不溶解于乙醇。
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柠檬酸钠的作用
在食品、饮料工业中用作风味剂、稳定剂； 在洗涤剂工业中，可替代三聚磷酸钠作为无毒洗涤剂 的助剂；还用于酿造、注射液、摄影药品和电镀等。 柠檬汁中含有大量柠檬酸，柠檬酸与钙离子结合则成 可溶性络合物，能缓解钙离子促使血液凝固的作用， 可预防和治疗高血压和心肌梗死。所以可以起抗凝血 作用。 在临床上采取新鲜血液时,需要加入一些消毒过的柠 檬酸钠或草酸钠,就能起到防止血液凝固的作用,所以 35 柠檬酸钠和草酸钠被称为抗凝血剂。
柠檬酸发酵的原理及工艺流程
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柠檬酸 工艺流程图
柠檬酸工艺流程图柠檬酸是一种常见的酸味食品添加剂，也常用于制备柠檬饮料、调味料以及药物。
下面是柠檬酸的工艺流程图。
柠檬酸的制备主要有两种方法，一种是通过微生物发酵，另一种是通过化学合成。
在这里，我们将介绍微生物发酵方法。
1. 选材和预处理首先，我们需要选择适当的原料，通常是柠檬或其他柑橘类水果。
将柑橘类水果洗净、去皮、挤汁，得到柠檬汁。
2. 发酵液的配制将得到的柠檬汁加入培养基中，培养基中含有适当的碳源和氮源，以及其他必需的营养物质。
将培养基搅拌均匀。
3. 发酵罐的准备将培养基倒入发酵罐中，注意不要超过一定的液位。
发酵罐内通入适量的空气或氧气，保证微生物的正常生长和酸化反应。
4. 发酵过程添加发酵菌种，通常是柠檬酸菌或酵母菌，使其在一定的温度、pH和氧气条件下进行发酵。
发酵过程中，微生物会将柠檬汁中的糖分解为柠檬酸和二氧化碳。
5. 酸化反应发酵完成后，将发酵液倒入反应罐中，调整pH值为适当的范围。
然后，通过加热和搅拌，将反应温度提高到一定的范围，促使柠檬酸的析出。
6. 结晶和分离将发酵产生的柠檬酸溶液冷却，并持续搅拌，使得柠檬酸结晶出来。
通过离心或过滤，将结晶的柠檬酸与溶液分离。
7. 干燥和粉碎将分离得到的柠檬酸晶体放入干燥箱中，进行干燥，去除多余的水分。
然后，将干燥后的柠檬酸晶体粉碎，使其成为细小的颗粒。
8. 包装和质检最后，将粉碎好的柠檬酸颗粒装入包装袋中，并进行质量检查。
确保产品符合食品安全标准，并符合相关的质量指标。
这就是柠檬酸的工艺流程图。
通过适当的选材和预处理，发酵液的配制，发酵过程和酸化反应，接着进行结晶和分离，最后进行干燥和粉碎，得到最终的柠檬酸产品。
这一系列的工艺步骤确保了柠檬酸的高纯度和质量，可以广泛应用于食品和药物制备中。
2-1柠檬酸发酵工艺-zy
A、置于γ射线下照射处理，照射后孢子悬浮液稀释， 取0.1mL涂平板。
B、DES诱变处理，孢子悬浮液4.5mL，加入 2%DES0.5mL，于30℃振荡5min，再加入 75%Na2S2O310mL，解毒10min或稀释10倍后涂平 板。
C、复合诱变，Co60 γ射线---高温处理---亚硝基胍处 理等，低剂量多次复合处理。
柠檬酸在制药方面的应用
❖ 1、作为泡腾片：柠檬酸与NaCO3或NaHCO3水溶液反应， 生成大量CO2（泡腾）和柠檬酸钠，可使药物中活性配料迅 速溶解并增强味觉能力。
❖ 2、柠檬酸糖浆是发热病人的清凉饮料，具有清凉、解毒功 效。
❖ 柠檬酸普遍用于营养口服液中，维持活性配料的稳定性，加 强防腐剂效果。
❖ 柠檬酸钙盐在水中的溶解度较小；并且随温度 升高进一步降低。
❖ 柠檬酸钙的溶解度也与酸度有关，pH 值降低 时溶解度增大
❖ 如果温度升高至95～100℃， Ca3(C6H5O7)·4H2O的溶解度可进一步降低为 0.578g/L水。
❖ 将溶液加热至沸，使柠檬酸钙盐比较完全沉淀 析出，而其它有机酸钙（葡萄糖酸钙、草酸钙） 等物质溶解。
采用不同原料所用菌种不同
淀粉原料:
TD-01,初糖浓度20.8%，96h,产酸率20.24%，转化 率97.28%.
薯干原料: 糖蜜原料:
上海工微所 东酒2号 N-558 Co827 T419
初糖浓度18-19%，60-90h,产酸率20.24%，转化 率97%.
川柠-17-66（四川食品研究所），8668（黑龙江轻工 所），产酸14%，性能粗放，抗金属离子能力强，以甘 蔗糖蜜不需要黄血盐预处理。
烷基磺酸盐和烷基硫酸盐：EMS甲基磺酸乙酯、DES硫酸二乙酯 亚硝基烷基化合物：亚硝基乙基脲（NEH）、N-亚硝基-N-乙基脲烷 （NEU） 亚硝酸（改变核酸结构和性质） 叠氮化钠（可获得较高的突变频率）、环氧乙烷、吖啶橙等
《发酵工艺》柠檬酸
AMP
高葡萄糖 （2）-酮戊二酸脱氢酶受
NH4+
的阻遏。
（3）低pH下，乌头酸酶、异柠檬酸脱氢酶受抑制。
三高三低:
高底物浓度： 激活磷酸果糖激酶
高铵离子浓度: 阻遏-酮戊二酸脱氢酶
高通氧强度：存在一条侧系呼吸链,
正常情况下，不产生ATP。 缺氧导致不可逆失活,NADPH2改走标准呼吸链，产生 ATP。
二、柠檬酸生产菌
青霉（Penicillium）、毛霉（Mucor）、曲霉 （Aspergillus）等。
国内外学者一致认为：
黑曲霉（Aspergillus niger）是生产柠檬酸的最
佳菌种。因为： 黑曲霉具有多种较强的酶系，边长菌、边糖化、边
发酵产酸。
三、柠檬酸发酵机制及代谢调控
1. 柠檬酸生物合成途径
二、历史
•20世纪20年代，发现某些霉菌和酵母可积累L-苹果酸。 •60年代，英美用化学合成法生产L-苹果酸，成本高。
•1959年，日本利用短乳杆菌（lactabacillus brevis）
产生的富马酸酶催化富马酸转化为L-苹果酸成功。 •60年代以来，各国争相研制一步法从淀粉等糖质原料 生产苹果酸。 •目前，世界上苹果酸的主要产地是日本。
三、生产方法
1. 从果汁中直接抽提法：经济上不合理
2. 化学合成法：产物是DL-苹果酸
3. 发酵法：
（1）一步法 糖类
苹曲霉果酸
（2）二步法
根霉
酵母菌、细菌
糖类 富马酸
苹果酸
4.酶转化法:
固定化细胞
富马酸盐（化学合成） 富马苹酸果酶 酸盐
四、苹果酸合成途径
EMP
淀粉 葡萄糖
丙酮固酸定CO2的方法：钙盐法 1.发酵醪预处理：直接加热
柠檬酸发酵的实习报告
实习报告一、实习背景及目的近年来，随着食品、饮料、制药等行业的快速发展，柠檬酸及其衍生物的需求量逐年增加。
作为一种重要的有机酸，柠檬酸在食品添加剂、饮料工业、制药工业等领域具有广泛的应用。
为了了解柠檬酸的生产工艺及其发酵过程，提高自身的实践能力，我选择了柠檬酸发酵实习项目。
本次实习的主要目的是：1. 学习并掌握柠檬酸的生产工艺流程；2. 了解柠檬酸发酵过程中的微生物及其代谢机制；3. 探讨发酵条件对柠檬酸产量的影响；4. 提高自己在实验室分析和解决问题的能力。
二、实习内容及过程1. 柠檬酸生产工艺流程学习在实习过程中，我首先了解了柠檬酸的生产工艺流程，包括原料准备、菌种选育、发酵、提取、精制等环节。
通过对生产工艺的学习，我对柠檬酸的生产过程有了更深入的认识。
2. 微生物代谢机制研究在发酵过程中，微生物是关键因素。
我学习了柠檬酸发酵过程中所用到的微生物种类，如黑曲霉、青霉等，并了解了它们的代谢机制。
发酵过程中，微生物通过代谢产生柠檬酸，同时还会产生其他代谢产物。
这些代谢产物对柠檬酸产量和品质有一定影响。
3. 发酵条件优化为了提高柠檬酸的产量，我参与了发酵条件的优化研究。
通过调整发酵温度、pH 值、湿度、转速等参数，探讨了不同发酵条件对柠檬酸产量的影响。
实验结果表明，适宜的发酵条件可以显著提高柠檬酸产量。
4. 实验室分析与问题解决在实习过程中，我学会了使用酸度计、折光仪等仪器设备，对柠檬酸溶液进行分析和检测。
同时，针对实验过程中出现的问题，如发酵液污染、柠檬酸提取效率低等，我与导师和同学进行了讨论，并提出了相应的解决措施。
三、实习收获通过本次实习，我全面了解了柠檬酸的生产工艺流程，掌握了柠檬酸发酵过程中的微生物代谢机制，探讨了发酵条件对柠檬酸产量的影响，并提高了自己在实验室分析和解决问题的能力。
本次实习使我认识到，理论知识与实践操作相结合的重要性，为我今后从事相关领域的研究和工作打下了坚实基础。
四、实习总结本次柠檬酸发酵实习使我受益匪浅。
《柠檬酸发酵机制》课件
厌氧条件
微好氧条件
在微好氧条件下，微生物通过好氧糖 酵解途径将葡萄糖转化为丙酮酸，再 经过一系列生物化学反应生成柠檬酸 。
在厌氧条件下，微生物通过糖酵解途 径将葡萄糖转化为丙酮酸，再经过一 系列生物化学反应生成柠檬酸。
柠檬酸发酵的原理
01
糖酵解途径
在厌氧条件下，微生物通过糖酵解途径将葡萄糖转化为丙酮酸的过程。
医药行业
用于生产抗生素、解热镇痛药等。
其他领域
如环保、化妆品等。
柠檬酸发酵的发展趋势
高效发酵技术
环保生产
通过优化发酵工艺和提高菌种性能，提高 柠檬酸产率。
减少柠檬酸生产过程中的环境污染，实现 绿色生产。
生物工程技术的应用
市场需求变化
利用基因工程和代谢工程手段，改良菌种 性能，提高发酵效率。
随着人们对健康和环保意识的提高，对天 然、健康的食品添加剂需求增加，柠檬酸 作为天然食品添加剂的市场前景广阔。
实验操作步骤与注意事项
菌种接种与培养
按照规定的操作步骤，将菌种接种到培 养基中，控制好温度、湿度、pH等培 养条件。
取样与检测
在发酵过程中按规定时间间隔取样， 检测柠檬酸含量等指标，记录数据。
发酵罐操作
启动发酵罐，控制好罐内压力、温度 、溶氧等参数，确保发酵过程顺利进 行。
异常情况处理
如发现异常情况，如菌种退化、发酵 异常等，应及时采取措施处理，并记 录实验过程。
营养物质的消耗
随着菌体生长和产物生成，发 酵液中的营养物质如葡萄糖逐 渐被消耗。
代谢产物的积累
在适宜的条件下，柠檬酸等代 谢产物在发酵液中积累。
发酵过程控制的方法和策略
温度控制
保持适宜的发酵温度，有利于菌体生 长和产物生成。
柠檬酸发酵实验
糊化
灭菌
接种
摇瓶培养
五、实验结果与讨论 （一）实验结果 要求记录发酵开始0h、20h、42h和发酵结 束时对照组和实验组的变化. (二)思考题 1、实验中为什么不需要糖化完全？ 2、加入CaCO3在培养基中会怎样？为什么 会出现这种情况 3、经EMP途径合成柠檬酸的特点？ 4、经HMP途径合成柠檬酸的特点？
本实验以玉米淀粉为原料,采用黑曲霉经摇 瓶发酵产生柠檬酸,柠檬酸需进一步分离纯化 得到产品.
三、实验仪器及试剂
试剂：玉米淀粉、黑曲霉孢子悬液、α-淀粉 酶、水 仪器：三角瓶 300ml、玻璃棒、电子秤、摇 床、水浴锅、高压灭菌锅、移液管
四、实验步骤
1、试验流程
保藏菌株 活化菌株 α-淀粉酶 玉米淀粉 72h） 糊化液化 灭菌 孢子悬液 接种 300ml三角瓶摇瓶培养（150r.p.m
发酵工艺学实验——
柠檬酸发酵试验
中国海洋大学 食品科学与工程学院
一、实验目的 1、了解柠檬酸发酵的原理及过程； 2、掌握柠檬酸好气发酵操作；
三、实验原理 柠檬酸有称枸枸橼酸，学名2-羟基丙烷三 羧酸或2-羟基丙烷-1，2，3-三羧酸，是水果 中含量极为丰富的一种有机酸。柠檬酸因无毒 水溶性好、酸味适度、易被吸收和价格低廉的 优点，被广泛的应用于食品、医药、化工、洗 涤等工业部门。 能够产生柠檬酸的微生物有很多，青霉、 毛霉、木霉、曲霉、葡萄孢菌及酵母中的一些 菌株都能利用淀粉质原料或烃类大量积累柠檬 酸。目前国内外普遍采用黑曲霉的糖质原料发 酵生产柠檬酸
பைடு நூலகம்
2、按下表的顺序进行实验操作
培养基制备
取两个300ml三角瓶标号，各加入30g淀粉和75ml水 ，搅拌均匀，对照组中加入CaCO3 2g. 两三角瓶内各加入0.6g α-淀粉酶 ，混合均匀后置 于75摄氏度的水浴锅内糊化1h. 将糊化后的三角瓶用八层纱布包扎置于灭菌锅内， 121℃下灭菌20min. 在超净工作台上按无菌操作用已灭菌的10ml移液管 移去10ml孢子悬液加入两三角瓶中. 将接完种的三角瓶，在150r.p.m 72h，在培养过程 中注意定期观察菌丝体生长情况并记录实验现象， 当ph达到2时发酵结束.
柠檬酸工艺流程
柠檬酸工艺流程
柠檬酸是一种常见的食品添加剂和工业原料，它广泛应用于食品、饮料、制药、化妆品等行业。
柠檬酸的工艺流程主要包括柠檬汁提取、发酵、提纯等步骤。
首先，柠檬酸的生产需要从柠檬中提取柠檬汁。
选取新鲜的柠檬，经过清洗和去除皮层，然后将柠檬榨汁，得到柠檬汁。
接下来，柠檬汁需要进行发酵的过程。
将柠檬汁加热至40-
45 ℃，然后加入发酵剂。
常用的发酵剂有酵母菌等微生物菌种，他们可以利用柠檬汁中的糖分进行发酵作用。
在发酵过程中，酵母菌会将柠檬汁中的糖分转化为柠檬酸和二氧化碳。
发酵完成后，柠檬汁中的发酵产物与汁液分离。
通常采用过滤法将发酵汁液中的固态废弃物进行分离，得到粗柠檬酸溶液。
接下来，需要对粗柠檬酸溶液进行提纯。
提纯的目的是去除杂质以获得纯度更高的柠檬酸产品。
常用的提纯方法包括浓缩、结晶等。
首先是浓缩，将粗柠檬酸溶液加热浓缩，使溶液中的水分蒸发，浓缩至一定浓度。
然后通过结晶法进行进一步提纯。
将浓缩的柠檬酸溶液冷却，并搅拌以促使结晶过程。
随着温度降低，柠檬酸会逐渐结晶于液体中，形成柠檬酸晶体。
最后，将晶体与母液分离，得到纯柠檬酸。
最后，对柠檬酸进行干燥，使其含水量降低到一定值。
常用的
干燥方法有风干、真空干燥等。
整个柠檬酸的工艺流程通过对柠檬汁进行提取、发酵、提纯和干燥等步骤，最终获得纯度较高的柠檬酸产品。
这种工艺流程简单、高效，能够满足柠檬酸的产量要求，并保证产品的质量。
柠檬酸的生产极大地推动了食品和化学工业的发展，也为人们的生活提供了更多丰富的选择。
有机酸工艺学-柠檬酸发酵微生物与发酵机制
上海工微所 东酒2号 N-588 Co827 T419
初糖浓度18-19%，60-90h,产酸率19%，转化率 97%.
川柠-17-66（四川食品研究所），8668（黑龙江轻工 所），产酸14%，生长特性粗放，抗金属离子能力强， 以甘蔗糖蜜不需要黄血盐预处理。
葡萄糖： r-130 薯渣固态发酵： G2B2, 川柠1-1，Co827，T419
• 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，而柠檬酸分解活力低，一旦柠檬酸浓 度升高到某一水平，就抑制异柠檬酸脱氢酶的活力，从 而进一步促使柠檬酸的自身积累，PH降至2.0以下，顺乌 头酸水合酶和异柠檬酸脱氢酶失活，更有利于柠檬酸的 积累并排出体外。
丙酮酸激酶（PK）
• 变构酶 • 1,6-二磷酸果糖活化 • ATP和丙氨酸抑制 • 受柠檬酸或ATP抑制 • 被NH4+ ，K+激活
• 丙酮酸脱氢酶系的调节
• ATP/ADP,NADH/NAD+
• 产物抑制 • 乙酰COA，NADH抑制酶活性，
COASH,NAD+解除抑制 • 能荷调控 • GTP抑制，AMP活化
• 由于严格限制供给锰离子，从而解除了柠檬酸和ATP对PFK酶的反馈抑 制，使EMP途径的代谢流增大。
和线粒体中的依赖于NAD+的异柠檬酸脱氢酶均表达下调。
2020407 思考题
• 黑曲霉柠檬酸发酵过程中为什么控制MN2+浓度，与柠檬酸合成过程中 的酶调控有什么关系，请阐述机理。
• MN2+缺乏→抑制蛋白合成→NH4+↑，当培养基中MN2+缺乏时，微生 物体内积累几种氨基酸(GA、GLU、ARG、OIN等)，这些氨基酸的积 累，意味着体内蛋白质的合成受阻，而外源蛋白质的分解速度则不受 到影响，这样NH4+的消耗下降，NH4+浓度就会升高。 NH4+能有效 的解除柠檬酸、ATP对PFK酶的抑制作用
木薯清液发酵生产柠檬酸的工艺
木薯清液发酵生产柠檬酸的工艺1.前言木薯清液是一种非常普遍的发酵介质，已广泛应用于发酵生产中。
柠檬酸是一种可以广泛应用于食品、医药和化工等领域的有机酸，是目前工业上最广泛生产的有机酸之一。
本文将介绍如何将木薯清液用作发酵介质，生产柠檬酸的具体工艺。
2.木薯清液的简介木薯，又称为哈薯、红薯、地瓜、甘薯等，是一种常见的根茎类蔬菜。
木薯清液是从木薯根部中提取出的一种液体，其中含有多种营养物质，如淀粉、糖类、有机酸和蛋白质等。
由于其良好的营养成分和温和的品质，木薯清液已成为发酵生产中广泛使用的介质之一。
3.柠檬酸的简介柠檬酸是一种广泛应用于食品、医药和制药等领域的有机酸。
它可以作为食品添加剂，用于调味和防腐；它也可以用于制造洗涤剂、涂料、医药等各种化工产品。
柠檬酸在发酵生产中具有很高的生产价值，因为它可以作为一种有机酸介质用于微生物的生长及代谢。
4.柠檬酸的发酵生产工艺柠檬酸的发酵生产工艺通常包括以下几个步骤：（1）种子的培养。
种子是指将所需微生物发酵菌种培养到一定密度，以便在发酵过程中进行使用。
种子培养一般是在适宜温度、适宜pH值等条件下进行。
（2）发酵介质的制备。
发酵介质是指微生物在发酵过程中生长和代谢所需要的营养物质，一般包括碳源、氮源、无机盐等。
木薯清液作为发酵介质的制备，需要注意规范化生产，控制污染，以提高柠檬酸产量和质量。
（3）发酵过程的控制。
发酵过程的控制一般包括温度、pH值、溶氧量、培养时间等多个方面。
在发酵过程中，需要将其控制在适宜状态下，以增加柠檬酸产量和保证产品质量。
（4）柠檬酸的分离和提纯。
分离和提纯是将发酵过程中产生的柠檬酸分离出来，并消除其他杂质。
这一步需要特别注意工艺过程中的卫生条件和操作规范，以免对柠檬酸的化学性质、生理活性产生影响。
5.木薯清液发酵生产柠檬酸的工艺（1）木薯清液的制备木薯清液制备的前提是进行木薯的切割以及粉碎，随后将粉碎好的木薯通过滤网进行过滤，就可以得到木薯清液。
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70年代中期，我国柠檬酸形成规模生产。
产量以平均30%以上的年增长率增加，
90年代末达30.3万吨约占世界总产量的25%，有近80%
的产品销售国际市场，是世界上最大的柠檬酸生产和出口 国，但我国柠檬生产存在着规模小而分散的问题。
1782
0
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3129
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2006
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中国是柠檬酸生产和出口第一大国
世界柠檬酸总产量：245万吨（2018年） 中国产量: 165万吨（2018年） 中国产量占全球产量70% 2016年，137万吨，2017年，152万吨年增长
这16年来我国柠檬酸工业进入快速发展期，各种生产 技术指标发生翻天覆地的变化：
①柠檬酸年产量由27万吨上升为165万吨，翻了6.1倍；
②平均产酸平均增长15.36%；
③发酵生产周期缩短了6.07h；
④总收率上升了11.21个百分比；
⑤单耗大幅度下降，对比13年前，粮耗是当年的 91.18%，电耗是当年的46.86%，汽耗是当年的 34.43% 水耗仅为当年的15.79% 。
司）， 电耗829.1度/t（山东柠檬生化有限公司，另外日照金禾
生化公司、宜兴协联生化有限公司也低于1000度/t） 水耗20t/t以内（宜兴协联生化有限公司）
（4）三废治理技术
国内发酵行业领先，达世界先进水平，节能减排成 绩喜人。
由于技术指标的提高和节能减排措施有力，行业的 污染排放量逐年减少，行业环保核查以及欧盟以牺 牲环保为借口的反倾销调查，极大地推动柠檬酸行 业的三废处理，经过几年的努力，三废处理成效显 著。
我国柠檬酸出口情况（万吨）
80 70 60 50 40 30 20 10
0 00年 01年 02年 03年 04年 05年 06年 07年 08年
日照金禾生化集团
日照金禾公司成立以来产能增长情况
单位吨
250，00 0
200，00 0
150，00 0
100，00 0
17000
2002
50，000
27000
（3）得益于行业拥有一批在“改革开放”的成长起来的新 一代企业家，他们年富力强、眼界开阔、胆略非凡、勇于 开拓进取，为实现我国柠檬酸工业强国之梦建立了不朽功 勋。
四、实现柠檬酸工业健康发展的对策
树立信心，迎接挑战，攻克时艰 着力进行非粮原料的开发和木薯基地的建设 继续做好节能减排，加强技术创新 加强柠檬酸应用领域的研发
柠檬酸是无色透明或半透明晶体，或粒状，微粒状粉 末，无臭，具有强烈酸味，但令人愉快，稍有后涩 味。
目前世界需求量最大的一种有机酸 。
一水柠檬酸和无水柠檬酸
一、柠檬酸的物理性质
（1）柠檬酸的晶体形态和性质： 一水柠檬酸晶体为斜方棱晶，晶体较大，晶轴
a:b:c=0.6068:1:0.4106,折射率ηo20=1.493～1.509。 含结晶水8.58%，熔点70~75oC，20oC时溶解度147克
1. 为什么说我国已挤身于世界柠檬酸强国行列呢？
目前我国年产165万吨柠檬酸，占世界总产量的70%，从产量 来说是名副其实的生产大国。那么进入世界柠檬酸强国行列 的标志是什么？
（1）我国柠檬酸工业的集约化已经达到世界领先水平。 我国生产企业的数量从过去的100多家减少到目前6家， 骨干企业的生产规模高达20万吨左右，有的达40万吨，已大大 超过卡吉尔和Jungbunzlauer（JBL）。 单条生产线的最大产能达10万吨/年。 由于生产规模的扩大和机械化自动化程度的提高，目前一线 生产工人的劳动生产率已达到150吨/人·年（366吨/人·年）， 比10年前提高约10倍，已达到世界领先水平。
1917年，Currie首先发现某些黑曲霉菌种，在含有高浓 度糖和微量元素的营养丰富的培养基中生产柠檬酸十分旺 盛，
1919年，比利时人首次实现了用黑曲霉（Aspergillus niger）工业化生产柠檬酸。
1923年 美国纽约Pfizer 公司采用了 Currie 等人，黑曲霉 浅盘发酵法工业化生产柠檬酸开发。
2003
35000
2004
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产品销售
自营出口创汇增长情况
万美元 20000
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14000
12000
10000
8000
6000
4000 2000
高强度发酵柠檬酸菌 株复合诱变选育及其
发酵技术应用
日照金禾博源生化有 限公司
天津科技大学
三、柠檬酸的理化性质
柠檬酸（Citric Acid）又名 枸橼酸， 学名2-羟基丙烷三羧酸（2hydroxy tricarboxylic acid）. 2-羟基丙烷-1，2，3三羧酸 （2-hydroxypropane-1,2,3tricarboxylic acid）,分子式 为C6H8O7， 相对分子量192.13
学习线索
背景 发现来源 研究史 应用 理化性质
产品积累 过程控制 微生物 原料处理 产品收获 纯化 提取 分离 预处理
第一章 柠檬酸发酵工艺学
第一节 柠檬酸概述 第二节 柠檬酸发酵微生物和发酵机制 第三节 柠檬酸深层发酵工艺及控制条件 第四节 柠檬酸的提取和精制 第五节 柠檬酸的质量标准及新工艺新技术
/100克水。一水柠檬酸转变为无水柠檬酸的临界温度 为（36.6±0.15）oC
第一节 柠檬酸概述
一、柠檬酸发酵简史 二、当前柠檬酸生产现状及前景分析 三、柠檬酸的理化性质
第一节 概述
一、柠檬酸发酵简史 （1） 国外发展过程：
1784年，瑞典化学家 Carl Scheele 首位从柠檬汁中分离 得到柠檬酸的科学家。
1826年，英国实现了商业化生产，从果汁中添加石灰乳 的方法制得柠檬酸，从而进行工业化生产。
2000年后我国柠檬酸生产迅速发展，生产规模和技术
水平大幅提高，
2010年达到105万吨占全球近55%。 2017年达到152万吨占全球近69%。 2018年达到165万吨占全球近70%。
二、当前柠檬酸生产现状及前景分析
1、消费领域以及各领域的分布 2、世界主要柠檬酸制造商的产量和市场份额 3、我国柠檬酸工业的发展与现状 4、实现柠檬酸工业健康发展的对策
1930年，Amelung提出了往发酵培养基中通入无菌空 气。尝试了液体深层发酵法生产柠檬酸的工艺。
1938年，Perquin 对液体深层发酵与浅盘发酵两种发酵 方法进行了详细的对比，同时对液体深层发酵的培养条件 进行了优化，真正推动了液体深层发酵在产业化生产上的 应用。
1952年，美国 Miles 公司首先成功地采用液体深层发酵 法工业化生产柠檬酸。
以上取得的技术水准已超过了美国、西欧等企业的技术 水平，据文献报道：美国产酸可超过20%，但发酵周 期要120多小时，发酵指数1.67太低了。
2018年我国柠檬酸生产技术指标最好水平是：
平均产酸 18%（日照鲁信金禾生化公司发酵周期55h ） 总收率超过93%（山东柠檬生化有限公司）； 成品粮耗1.78 t/t(宜兴协联生化有限公司), 汽耗 3.75t/t（日照金禾生化公司、宜兴协联生化有限公
从世界柠檬酸生产产区分布及份额来分析：
（1）世界柠檬酸工业的集约化程度非常高,除中国外,国外主要 的柠檬酸制造商只有5～6家（美国、奥地利、加拿大、巴西 等),而中国的产量为最大，占世界产量70%；
（2）为了降低生产成本，世界柠檬酸生产厂逐渐向盛产糖 蜜、玉米、薯类等原料（中国、巴西、美国、泰国等）以及 劳动力低廉的地区转移；
（2）我国制造的柠檬酸品质已达到精品。
几家骨干企业（日照金禾、丰原生化、宜兴协联等）的产品， 已经能与欧美发达国家的产品相近，并建立起良好的信誉， 品牌效应开始显现。
（3）我国柠檬酸生产技术水平 体现在原料、能耗和水耗指标都取得了巨大的进步。
下图是1999年23家企业和2012年10家企业加权平均指标的对 比数据以及2012年柠檬酸行业最先进的生产技术水平。
20 世纪 70-90 年代，是我国柠檬酸新菌种的高产期 上海、天津两个工业微生物所的成果最多
上海食品工业公司组成的二所一院（上海新型发酵厂、上海 酵母厂和上海工微所）
柠檬酸菌种筛选小组，先后选育出 D353、5016、3008、 Co827 四代薯干发酵菌
天津工微所选出了 γ-144、γ-144-131、T-419，复旦大学的 G2B8
2、我国柠檬酸工业迅速崛起的动因
（1）得益于天津工业微生物研究所、上海工业微生物研究 所等从事柠檬酸发酵的科技人员，坚持不懈地选育的耐高 糖、耐高柠檬酸并具抗金属离子的黑曲霉高产柠檬酸菌 株，不断推出适合不同原料的高产新菌株和新配方。拥有 一批具有中国知识产权的创新新菌株 。
（2）得益于开发研究成功了具有中国特色的浓醪高发酵指 数的深层发酵新工艺。
天津工业微生物研究所、上海工业微生物研究所不断 推出适合不同原料的高产菌株和配方。同时引进和消化国 外先进技术和装备，使我国成为柠檬酸生产大国。经过数 年的整合与发展，特别是2004年以来，我国柠檬酸工业取 得了巨大的发展与进步，今天我们可以自豪地说：中国已 经进入世界柠檬酸生产强国行列。
图 1 我国柠檬酸产量趋势
10.95%， 2017年出口量109.03万吨同比上升8.63%