第三章 柠檬酸生产原料及生产方法

2、糖蜜的采购和运输、贮藏
糖蜜质量对柠檬酸发酵影响很大，因 此糖蜜的采购、验收和贮藏非常重要 。 要求糖蜜的采购要新鲜，不受污染和变 质。对糖蜜的质量要求符合理化指标和 感官指标外，应做发酵试验，不影响柠 檬酸发酵产酸。
糖蜜的感官要求：液体浓稠均匀，色棕 黄至褐色，无夹杂物、无异味和发酵现 象。 糖蜜在贮藏的过程中会发生分解变质， 主要现象有：产生大量泡沫，可能溢出 罐外；温度剧升；产生异味、颜色异变。 糖蜜由于渗透压很高，一般微生物不能 生长，但总是带菌的（一般多为芽孢杆 菌）。
粒玉米包括果皮、种皮、糊胶
粒皮、内胚乳、胚体或胚芽、
实尖等六个基本部分。玉米主 要应用于食用、饲用、工业加 工方面。
玉米的特点是：脂肪含量高， 但脂肪主要集中在玉米胚芽中。在 玉米加工成玉米粉时，把各部分分 开，胚芽用于榨油，制成的玉米油 富含维生素A、D、E，儿童易消化吸 收，还对心脑血管患者起保健作用， 其中含有亚油酸，不但有强身健体 作用，而且有很好的美艳皮肤的作 用，是皮肤滋润、充盈不可缺少的 营养物质。
﹥65 ﹤13
甘薯是柠檬酸生产的最好淀粉原料

2、木薯类 木薯亦称树薯，是亚 热带高产经济作物，适应 力强，容易载培。木薯起 源于热带美洲，广泛栽培 于热带和部分亚热带地区 ，中国于19世纪20年代引 种栽培，现已广泛分布于 华南地区，广东和广西的 栽培面积最大，福建和台 湾次之，云南、贵州、四 川、湖南、江西等省亦有 少量栽培。
其他果实下脚料粮食加工下脚料由淀粉水解而得到的各种单糖双糖糊精葡萄糖母液1020碳链的馏出物葡萄菠萝柑橘苹果等果实加工的残渣各种粮食加工的下脚料1020碳链的馏出物葡萄菠萝柑橘苹果等果实加工的残渣各种粮食加工的下脚料原料选择的要求?1因地制宜就近取材价格低廉
第三章
柠檬酸发酵原料 及生产方法
第一节

（三）葡萄糖母液
葡萄糖母液是提炼葡萄糖结晶后的不能结 晶的糖液。由于淀粉糖化制葡萄糖的方法 不同而分为酸糖化母液和酶糖化母液。以 后者质量好，前者含杂较高。 作为柠檬酸发酵原料，葡萄糖和蔗糖之间 无根本区别，不同点是杂质影响，特别是 灰分中的金属离子含量。蔗糖中含锌离子 高，而葡萄糖中含铁、锰、铜离子高。这 四种离子对柠檬酸发酵的影响很大，尤其 是锰离子的负作用。

一、糖质原料
（一）糖蜜 1概念
工业制糖过程中，糖结晶析出后，剩 余的不能结晶，但仍含有较多糖分的母 液。按制糖原料不同分类，主要有甘蔗 糖蜜和甜菜糖蜜。 糖蜜是制糖工业的副产品，其中含有 大量可发酵糖。制糖工业的快速发展， 为柠檬酸的发酵工业提供了大量廉价原 料。
A、甘蔗糖蜜
甘蔗糖蜜是甘蔗制糖工业的副产品， 在我国南方产量很高。它的成分与甜菜 糖蜜差别很大，主要有以下特点： （1）蔗糖少，转化糖含量高； （2）总氮低，不含甜菜碱和谷氨酸； （3）胶体多，色度高； （4）绵子糖少，有机非糖分一般较高； （5）缓冲度低，呈微酸性； （6）灰分中Fe、Mn含量较高，Cu、Zn 含量较低。
木薯品种较多，一般可分为两类：
（1）苦味木薯：又称有毒木薯，茎杆为红色 或淡红色，产量高，生长期长，约一年半。 含有氰的配糖体（腈苷），经酶水解后放出 氢氰酸（HCN），对人体有毒，但经晒干后 大部分消失，在后工序蒸煮液化过程中已基 本除掉，并不影响发酵和产品质量； （2）甜味木薯：又称无毒木薯，茎杆为绿色 或棕色，生长期短，约一年，产量比较低。
整粒玉米的化学成分（%）（干物质）
化学成分 蛋白质 范 围 平均值 淀粉 糖 脂 肪 纤维素 灰分
6.5~13.2 61.6~73.4 1.05~2.82 9.6 72 1.58
3.6~6.5 1.5~2.51 1.04~2.07 4.9 1.92 1.56
（二）淀粉质原料预处理

1薯干的粉碎 薯干为片状或条状，必须先进行粉碎，粉 碎在工厂中称为磨粉。 常用的粉碎设备为锤式粉碎机。锤式粉碎 机构造简单，占地面积小，生产能力大，操 作弹性大。但它的锤刀易磨损，筛网易于打 坏，特别是遇到较硬物料和石块等杂质时， 需要经常更换筛网，它运转时的噪音也很大 。

糖化法根据催化剂的不同可分为酸 法糖化和酶法糖化。酸法糖化的催化剂 可以用硫酸、盐酸和草酸等。草酸能阻 止淀粉过度分解，糖化率达80%～86% ，柠檬酸的产率亦可达56% ～59%，但 草酸价格昂贵，工业生产中常用硫酸作 糖化催化剂。

3淀粉质原料的液化 液化由外加液化酶完成，而后续的糖化是 由发酵菌种（黑曲霉）自身完成的。 淀粉液化是由α-淀粉酶催化完成的。这种 酶能水解淀粉分子内部的α-1，4糖苷键，生 成短链糊精和低聚糖。使得反应体系的粘度 下降，流动性增强，因而成为液化。 液化操作的好坏将直接影响到后续黑曲霉 的糖化作用、发酵的残糖和产酸等工艺指标 ，因此必须严格把关。

3、糖蜜的预处理
糖蜜不经处理而直接稀释后发酵时，柠檬 酸产率往往很低。因为糖蜜中所含的金属离子 和营养物质能促进菌体过度生长，阻碍产酸。 所以糖蜜在发酵以前要进行预处理，以降低糖 蜜中的N、P、Fe及其他有害杂质含量。而且 有利于简化提取步骤，提高产品的质量。 糖蜜预处理的方法有很多，最常用的方法 是添加黄血盐（亚铁氰化钾， K4（CN）6Fe ） 或者经硫酸或磷酸处理，也可添加活性炭、 EDTA、单宁、石灰以及通过离子交换树脂等， 还可采用几种方法交替处理。
三、石油原料
供给发酵原料的石油成分主要是碳 10~20的正烷烃。一般是采用炼油厂中经 过处理的合格原料，而不是由柠檬酸厂处 理，因为石油原料的处理是很麻烦的。

D、离子交换法 糖蜜加水稀释后，通过氢型阳离子交换树 脂柱，以吸附阳离子。也有再经阴离子交换 树脂吸附PO43-等阴离子，但一般不必要。经 阴离子吸附后，糖蜜的pH下降至3.0左右，可 用氨水调节至pH4.5～5.0。
（二）蔗糖
蔗糖根据原料不同分为甘蔗糖和甜菜
糖。粗蔗糖（原糖）含蔗糖约95%～ 97%，还含有少量灰分和蛋白质、色素 等杂质，特别是土法生产的红糖粉含 杂质很多，一般需要处理才能利用。 我国一般不生产粗蔗糖，只有土法生 产的红糖粉，粗蔗糖一般是进口。
马铃薯的化学成分（%）
名 碳水 称 水 分 化合物 粗蛋白 粗脂肪 粗纤维 粗灰分
华北马铃薯 73.3
华东马铃薯 81.3
17.6
15.83
5.6
1.8
0.10
0.02
0.7
0.75
马铃薯干 12.0
74.6
7.4
0.40
2.3
8.9
₤ 4玉米
玉米又名玉蜀黍、苞米、
珍珠米、苞谷等。它的子粒组
织情况，依品种不同而异，每

B、调节pH值 糖蜜本身有酸性的，也有碱性的，在黄血 盐或其他方法处理前要根据不同的情况加以 调节。为了得到较高和稳定的发酵产酸率， 调酸度时还要考虑温度和加热时间的影响。 对于酸性原料，pH应该调得比碱性原料 要高些，因为它具有延时缓冲性，它配制的 培养基在灭菌后会酸化，称为返酸，而碱性 原料的性质正好相反。pH调节一般用H2SO4 或Na2CO3，参考调节范围在pH值6～7.2。

C、黄血盐法 添加黄血盐可采用一次加入或多次加入，用量 依糖蜜中金属离子和总氮而定，参考用量为 0.06%～0.3%。 最常用的方法是在灭菌后接种前先加入少量 黄血盐，以后根据菌体的生长和产酸情况再分次 加入。主要是利用了黄血盐的螯合作用。 一般认为Fe2+是黑曲霉TCA循环中乌头酸酶 的激活剂，而后者不利于柠檬酸的积累，添加黄 血盐可以去除Fe2+ ，从而促进柠檬酸的积累。而 且黄血盐还能与Mn2+、Zn2+、Cu2+等离子形成 沉淀，而把这些离子除去，简化提取步骤，提高 柠檬酸纯度。

B、甜菜糖蜜 甜菜糖蜜呈微碱性，外观稠厚、黑褐色、带 特殊气味，这种气味是三甲胺和甲硫醚引起的。 甜菜糖蜜成分非常复杂，而且变化很大。它 与甜菜的生长环境、栽培和收获方法、保藏条件 和时间、制糖工艺等因素有关。 甜菜糖蜜平均含干物质80%，水分20%；含 的转化糖较少。其所含有机非糖分包括含氮物质 、有机酸、糖的分解产物、芳香族化合物等。含 氮物质约占糖蜜重量的0.6%～0.8%。主要是甜 菜碱，可达总氮含量的60%以上，其余为氨基酸 、蛋白质和硝酸盐等。

薯干是鲜甘薯切片晒干后成的，其外观指标： 一级薯干：片大，整齐，均匀，内外都洁白。 二级薯干：片大，较均匀，外部洁白，内有褐筋。 三级薯干：片大，不整齐，有霉坏，黄黑色。
甘薯干的理化指标（%） 项目 名称
水 分
等 级 规 格 一 级 二 级 三 级 四 级
﹤12
淀粉含量 ﹥68
﹥67 ﹤12
﹥66 ﹤13

薯干的粉碎度大小要视后续采用 的处理工艺而定。对于液化法处理 ，粉碎度要求较细，一般粒度在。 0.4mm左右，即选用40目筛网；而 糖化法要求粒度在0.8mm左右，即 选用20目筛网。
2淀粉质原料的糖化
黑曲霉虽具有糖化能力，但柠檬酸发 酵菌种的糖化或液化能力不强。为了缩 短发酵时间等目的，淀粉原料总是要经 过糖化或液化处理。具体哪一种方法适 宜也与原料的种类有关。玉米淀粉适于 用糖化法，而薯类淀粉适于用液化法。
柠檬酸发酵原料
从广义上讲，凡是能通过微生物代谢而产生 柠檬酸的物质，都可以作为发酵柠檬酸的原 料。 柠檬酸发酵的原料有糖类、正烷烃、水果或 粮食加工的下脚料等。
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类别
1.糖类
薯类 谷类 淀粉 砂糖 淀粉糖
原
料
名
称
甘薯 木薯 马铃薯 甘薯干 木薯干 马铃薯干 薯渣 玉米 小麦或小麦面粉 大米 各种谷类薯类加工成的淀粉 白砂糖 赤砂糖 糖蜜 由淀粉水解而得到的各种单糖 双糖 糊精 葡萄糖母液 10-20碳链的馏出物 葡萄、菠萝、柑橘、苹果等果实加工的残渣 各种粮食加工的下脚料
甘薯是高产作物，鲜甘薯含有大量水分和 糖分，营养充足，极易受微生物污染而腐烂 ，尤其在表皮受伤之后更是如此，因此鲜甘 薯极难储存。柠檬酸生产原料常用薯干或薯 干粉。 甘薯的灰分中，K2O约为3%，P2O5约9%， CaO约13%，MgO约4%，其他71%。含氮物 质中，蛋白质约2/3，酰胺约1/3，另外还有核 酸碱基、甜菜碱、胆碱等。

A、糖蜜的稀释 糖蜜在处理前要先加水稀释，加水量一般 为1：1，否则粘度太高不利于后续操作。糖 蜜稀释后的体积并不是原蜜加水的体积之和 ，而是有所缩小。这种缩小的比例根据原蜜 来源而异，一般为6.5%～8.2%。 为了节约用水，糖蜜稀释可以采用生产中 各种废水回用，例如钙盐洗涤水、储罐洗涤 水、晶体洗涤水等。
（一）淀粉原料的成分
主要包括甘薯、木薯、马铃薯、玉 米等。含有淀粉的量都非常高，而且来 源丰富，便于大规模储藏，能够满足柠 檬酸发酵工艺的要求。
1甘薯类

甘薯又名甜薯、红薯、白薯 或番薯。在华东一带又称为山 芋，华北称为地瓜，四川、湖 北称为红薯。它在我国分布很 广，产量尤其以安徽、四川、 山东、河南、河北地区为多。 甘薯种类也很多，根据块根表 皮颜色不同而有红皮、白皮、 黄皮、紫皮等；按肉色不同分 为红心、黄心、紫心、灰心等 ；

（四）饴糖
饴糖是淀粉质原料蒸煮糊化后加麦
芽粉或麸曲糖化，过滤浓缩后所制 成的黄色粘性糖液。 饴糖是一种水解不完全的淀粉水解 糖，它主要含有麦芽糖和小分子糊 精等。
பைடு நூலகம்
从柠檬酸生产的角度看，以葡萄
糖、蔗糖、糊精为最好的原料， 从工业成本考虑，多采用廉价原 料，如糖蜜等。
二、淀粉质原料及其处理
2.正烷烃
液体石蜡
3.其他
果实下脚料 粮食加工下脚料
原料选择的要求
1、因地制宜，就近取材，价格低廉。 2、原料中可利用成分高，未遭污染，抑 制生长和产酸的物质要少或能够去除， 能满足工艺上的要求。 3、原料资源丰富，便于采购运输，适宜 于大规模储藏，能保证供应生产。 目前工业上使用的原料主要有糖质原 料、淀粉质原料和烷烃类原料。

木薯块根的主要成分是碳水化合物，蛋 白质和脂肪等含量都很少。 鲜木薯块根含有27~33%左右的白色 淀粉，4%左右蔗糖。木薯淀粉颗粒直径 4~24微米。

3马铃薯 马铃薯又称洋山芋、土豆、山药蛋。我国 马铃薯栽培地区也很广泛，主要以东北、内 蒙古和西北地区的产量为大。

与甘薯相比，马铃薯的储存较为容易 。因此，除了用马铃薯粉和薯干外，鲜 马铃薯也是常用原料。 马铃薯的含氮量很高，是天然的良好 培养基，对于柠檬酸发酵来说，营养是 过剩的。另外，马铃薯灰分中，主要是 K2O，占60%，其次是P2O5，占17%。