柠檬酸发酵机制
柠檬酸发酵的原理
柠檬酸发酵的原理柠檬酸是一种有机酸，化学式为C6H8O7。
它常见于柠檬、橙、柚子等柑橘类水果中，具有酸味和鲜味。
柠檬酸的发酵是指通过微生物在适宜环境条件下对柠檬酸底物进行代谢分解，产生新的化合物、气体或能量的过程。
柠檬酸发酵的过程可以分为两个阶段：引入柠檬酸菌和发酵反应。
首先，柠檬酸发酵的关键是引入柠檬酸菌。
柠檬酸菌是一类嗜酸性细菌，它们广泛存在于自然界中，常见于各种水果、土壤、植物等环境中。
这些细菌具有代谢柠檬酸的能力，并能分解柠檬酸为其他代谢产物。
在适宜的生长条件下，柠檬酸菌会在培养基中生长和繁殖。
柠檬酸菌需要一定的温度、pH值以及营养物质供应，如碳源、氮源、矿物盐等。
这些条件对于维持菌体生长和代谢活性都非常重要。
当柠檬酸菌引入培养基后，它们会开始与柠檬酸底物进行代谢，进而引发柠檬酸的发酵。
柠檬酸发酵可产生以下代谢产物。
首先，柠檬酸菌代谢柠檬酸的初始酶是柠檬酸酶，将柠檬酸分解为顺式-脱氢异柠檬酸。
柠檬酸酶存在于柠檬酸菌的细胞内。
随后，顺式-脱氢异柠檬酸经过酶促反应被还原为'顺式'脱氢酶异柠檬酸，再被脱氢酶反应转化为柠檬酸。
接下来，由于柠檬酸发酵过程中柠檬酸的分解和合成是相互竞争的，此时代谢产物多取决于柠檬酸菌生长条件的调节。
在有氧条件下（即有足够的氧气供应），柠檬酸将被完全代谢为二氧化碳和水，释放能量。
此时发酵的产物主要是气体，如二氧化碳。
这种情况下，柠檬酸发酵可以在其它微生物中应用。
然而，当在缺氧条件下进行柠檬酸发酵时（如在发酵罐中），由于氧气供应不足，柠檬酸菌会进一步代谢柠檬酸。
在此情况下，发酵的产物主要是有机酸，如乳酸、丙酸等。
这种发酵过程称为无氧呼吸。
结合柠檬酸菌自身特点和提供的环境条件，可以选择调控发酵过程中柠檬酸的转化路径，实现不同发酵产品的生产。
总结起来，柠檬酸发酵的原理是通过引入柠檬酸菌并在适宜条件下提供营养物质，利用柠檬酸菌的代谢能力，将柠檬酸转化为新的化合物。
有机酸工艺学-柠檬酸发酵微生物与发酵机制2
1-扇形划线法 2-分区划线法 3-方格划线法 4-连续划线法
■ 该法简单、快速、易行、理想的单菌落获得率较低。
（2）稀释平板分离纯化培养
■ 取已经灭菌的装有9mL无菌水试管数支，做好标 号，另用无菌吸管吸取上述玻璃珠振荡而制得的悬 浮液少许，注入1号试管内，充分的摇匀，吸取此 悬浮液1mL注入第二支试管中，以此类推，直至最 后一支试管，每稀释一管，必须更换一支无菌吸管。 再从最后2-3支无菌试管中吸取1mL倒入融化冷却 至42-45℃的麦芽汁培养基中，充分摇匀，静置凝 结成平板。倒置于恒温箱中，于35～37 ℃下培养 40～48h，挑取单个菌落，移接到斜面试管培养基 中，待检。
■ 在柠檬酸产酸期，也存在HMP途径的酶，其比率为 EMP/HMP=4:1，即80%的葡萄糖由酵解途径代谢的。 HMP途径主要存在于孢子形成阶段，因为它提供合成核酸 所需的前体物质。
五、黑曲霉积累柠檬酸基本条件： 耐受高浓度柠檬酸（20%以上） 耐受高浓度葡萄糖，粉浆浓度18%-20% 对磷、锰、铁、锌等无机盐耐受
（2）发酵过程pH值的变化
■ 在发酵过程中，随着菌种对培养基种碳、氮源的利用，随着有机酸和氨基 酸的积累，会使pH值产生一定的变化。
■ ①生长阶段：菌体产生蛋白酶水解培养基中的蛋白质，生成铵 离子，使pH上升至碱性；随着菌体量增多，铵离子的消耗也增 多，另外糖利用过程中有机酸的积累使pH值下降。
■ ②生产阶段：这个阶段pH值趋于稳定。 ■ ③自溶阶段：随着养分的耗尽，菌体蛋白酶的活跃，培养液中
浓度范围
u2+
高浓度Mn2+将刺激乙酰辅酶A，造成草酰乙酸浓度下降，不利 于合成柠檬酸。
高浓度Zn2+抑制柠檬酸合成酶，不利于合成柠檬酸。当培养基 中 Zn2+浓度低时, 黑曲霉的生长受到抑制从而进入柠檬酸积累 阶段。
第二章 柠檬酸
柠檬酸→顺乌头酸→异柠檬酸的反应，是因为黑曲霉 的线粒体上存在顺乌头酸水合酶,它能催化建立以下平 衡: 2. Fe2+ 柠檬酸:顺乌头酸:异柠檬酸=90:3:7， 该酶需要Fe2+参与，应控制Fe2+浓度。 3.pH 而NAD-异柠檬酸脱氢酶活性低,虽然细胞质中NADP-异 柠檬酸脱氢酶不受柠檬酸抑制,但在线粒体上的NADP异柠檬酸脱氢酶受柠檬酸抑制; 所以当柠檬酸达到一定浓度时，能够抑制自身的进一 步分解,导致积累柠檬酸; 当pH到2时,已经能使这三种 酶失活而进一步积累柠檬酸.
目录
柠檬酸生产发展史
1919年，比利时成功地进行了浅盘发酵法的工 业生产。 1923年，美国辉瑞(Pfizer)公司研 制成功以废糖蜜为原料的浅盘法柠檬酸发酵。 1952年，美国Miles公司，首先成功采用深层 发酵法工业化规模生产柠檬酸。 目前主要以淀粉质或糖质原料深层发酵法生产 柠檬酸，生产过程由糖化发酵、柠檬酸粗提和 精制三大工序组成。
目录
(3)异柠檬酸脱氢酶的调节
黑曲霉中的异柠檬酸脱氢酶有三种：一种依赖于NAD异 柠檬酸脱氢酶（存在于细胞质中）,两种依赖于NADP异 柠檬酸脱氢酶（分别存在于细胞质和线粒体中）。 NAD异柠檬酸脱氢酶的活性很低，起主要作用的是NADP 异柠檬酸脱氢酶。 虽然细胞质中NADP-异柠檬酸脱氢酶不受柠檬酸抑制, 但在线粒体上的NADP-异柠檬酸脱氢酶受柠檬酸抑制， 还受α-酮戊二酸的抑制。 所以当柠檬酸达到一定浓度时，能够抑制自身的进一 步分解,导致积累柠檬酸; 当pH到2时,已经能使这三种 酶失活而进一步积累柠檬酸.
目录
3.pH
pH值在3.0以上容易产生草酸，
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
柠檬酸发酵讲义第一节柠檬酸发酵简史柠檬酸又名枸橼酸，英文名citric acid，它来自拉丁名citrus，原义是存在于柠檬等水果中的一种有机酸。
柠檬酸学名为3—羟基—3—羧基戊二酸。
柠檬酸是生物体主要代谢产物之一，在自然界中分布很广，主要存在于柠檬、柑枯、菠萝、梅、李、梨、桃、无花果等果实中，尤其以未成熟者合酸量铰多。
植物叶子中(如烟叶、棉叶、菜豆叶等)也合有柠檬酸。
柠檬酸在植物体内常与苹果酸、草酸及酒石酸等共同存在。
在动物中，柠檬酸存在于骨镕、肌肉、血液、乳计、唾液、汗和尿中，或者以游离状态或金属盐类的形式存在。
早在1784年，瑞典化学家Scheel就首次从柠檬汁中提取出了柠檬酸，并制成了结晶。
后来，德国科学家在1891年发现了微生物产生柠檬酸的能力，他指出，“柠檬酸是青霉两极毛霉属霉菌的糖代谢产物之一”。
但直到本世纪初，这种有机酸仍然绝大部分是从柠檬汁中提取的。
主要产地以意大利的西西里岛最为著名。
其次，美国加尼福尼亚、夏威夷群岛以及西印度群岛的产量也较高。
1891年，Wehmef从腐败的柑桔上分离出一种丝状菌，它能使含CaCO3的糖液变酸，从酸液中可以分离出柠檬酸和草酸。
因此，他将该菌命名为“柠酸檬霉菌”，即桔青霉。
1897年，他又发现淡黄青霉与梨形毛霉也有柠檬酸产地能力。
1913年，zahorsk5首先利用黑曲霉生产柠檬酸。
1916年，Thop J和curr5e对曲霉属的许多菌株进行过普查，发现很多菌种能产柠檬酸。
经过curr5e(1917年)的深入研究，初步奠定了发酵法生产柠檬酸的科学基础，1919年，比利时一家工厂成功地进行了浅盘发酵法的工业生产。
1923年，美国ch公司也开始用浅盘发酵法大规模生产柠檬酸。
利用糖蜜生产柠檬酸以比利时一家糖厂历史最早，规模最大，技术也校先进。
直到1950年，世界各国一直采用浅盘发酵法生产柠檬酸。
1952年，美国Mzes实验室公司首先采用深层发酵法大规模生产柠檬酸以后，深层发酵法逐渐流行起来。
柠檬酸发酵及产物提取
综合实验：柠檬酸发酵及产物提取（一）柠檬酸发酵一、实验原理柠檬酸发酵为典型的有机酸发酵，淀粉质原料经淀粉酶作用水解为葡萄糖，葡萄糖经EMP途径氧化为丙酮酸，丙酮酸进一步被氧化脱羟生成乙酰CoA，就一般能量代谢过程而言，生成的乙酰CoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸后进入三羟酸循环，通过三羟酸循环进行有氧呼吸的能量代谢。
但就柠檬酸产生菌而言，由于其乌头酸流水作业事酶和异柠檬酸脱氢酶活性很低，而柠檬酸合成酶的活性很高，因而大量积累柠檬酸，草酰乙酸的提供则仍通过丙酮酸羧化而成，柠檬酸的生成途径如下式：2 C6H12O6 +3 O2→2 C6H8O7 +4 H2O国内目前柠檬酸发酵所采用的原料主要是山芋干及废糖蜜。
二、实验器材（一）材料1．菌种：黑曲霉2．蔗糖、硫酸铵等（二）主要仪器设备1．旋转式摇床、超净工作台、15L发酵罐等三、操作步骤1．种子培养基制备：马铃薯培养基配方:(1000ml)马铃薯（去皮）200g葡萄糖（或蔗糖）20g琼脂15~25g水1000ml自然pH2．种子液培养：将已灭菌的种子培养基接入一环斜面孢子于35℃±1℃、250r.p.m条件下培养24~36h。
3．种子培养液质量要求：镜检菌丝生长健壮，结成菊花形小球，球直径不超过100μm，每毫升含菌球数在1~2万之间，无异味、无杂菌污染；pH2~2.5；酸度1.5~2.0%。
4．发酵培养基制备：蔗糖15%，硫酸铵0.4%，磷酸二氢钾0.1%，硫酸镁7水0.025%。
5. 上罐灭菌（操作同实验一）5．发酵：将培养好的种子液按发酵培养液体积的5%接入到已灭菌的发酵培养基中，于35℃±1℃、500转条件下发酵4天。
6.分别在0,24,48,72,96小时测定一下参数。
四、实验结果1．对种子液进行镜检，画下菌丝形态，并测定菌球直径及粗略估算每ml种子液中的菌球数。
2．测定成熟发酵液的酸度，并就发酵结束后的菌体形态作出描述。
3．计算柠檬酸发酵的转化率，即每100克葡萄糖经转化所能生成的柠檬酸克数，柠檬酸酵的理论转化率按下列反应计算应为106.7%。
柠檬酸发酵原理
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人手洗手消毒前后手部卫生状况对比
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未洗的手
未打皂液洗过的手
洗净的手（用洗剂）
洁净的手（消毒后）
进 入 工 作 岗 位 以 后 环境卫生是实验室、发酵工 人、消毒人员及厂区工作人 员必须时刻铭记的基本常识。
黑曲霉如何积累柠檬酸
黑曲霉耐酸，耐低PH。 黑曲霉发酵柠檬过程中，在发酵初期， 发酵液中萄葡糖含量较高，而高浓度的萄 葡糖正是黑曲霉α-酮戊二酸脱氢酶合成的 抑制物，这样一来TCA循环就中断了，酸 度得到积累（注意此时积累的是酸度而不 仅是柠檬酸），但是当酸度积累到PH≤2.0 时，催化柠檬酸<>顺乌头酸<>异柠檬酸正 逆反应的顺乌头酸水合酶，不表现出活力 ，这样TCA循环在合成柠檬酸之后就不会 向后继续反应，从而达到柠檬的积累。
传播污染的四大媒介－人
第四个帮凶可能是大家都不会想 到的，它就是我们自己，人体是一个 永不休止的污染媒介。当您每天来工 厂上班时，您也许随身将几百万细菌
带入工厂。
人员污染的途径和方式
人的头发和皮肤：每分钟从人类皮肤中要散发出约10,000个微
生物
嘴巴和鼻子——水滴：呼吸、咳嗽和喷嚏将产生出大量水滴，
黑 曲 霉 生 长 周 期
发酵常见染菌及区别
一、酵母菌是一些单细胞真菌，体积较细 菌较大 ，1~5微米*5~30微米，而细菌直 径或宽度不超过1微米，长不超过5微米， 有氧无氧均可生存，低PH也可生存。
二、细菌主要由细胞膜、 细胞质、核质体等部分构 成 ，球菌、杆菌和螺形 菌 ，低PH难以存活，易 自溶。
柠檬酸发酵机制
上国际市场竞争激烈，已出现严重的供大于求的局面，设 备利用率不到60%，行业经济效益呈滑坡态势。
第二节 柠檬酸合成途径与代谢调控
一、柠檬酸合成途径的发现
1940年，Krebs: TCA； 1953年，Jagnnathan证实黑曲霉中存在EMP途 径所有酶； 1954年，Shu提出葡萄糖80%经EMP途径代谢； 1954-1955年，Ramakrishman等发现黑曲霉中 存在TCA循环。
2、通过 CO2固定反应提供C4二羧酸
四、柠檬酸发酵过程的控制要点
（1）控制Mn2+、NH4+浓度，解除柠檬酸对PFK的 抑制，使EMP畅通无阻。
（2） 控制溶氧，防止侧系呼吸链失活。
（3）控制培养基中的Fe2+ 的浓度，使顺乌头酸水 合酶失活。
五、柠檬酸产生菌育种的传统方法：
1. 透明圈大的菌株 平板：10%甘薯 + 2 %的琼脂 + 0.5% CaCO3 诱变后，涂布，透明圈大的则好
顺乌头酸水合酶、NAD和NADP-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。
3、α-酮戊二酸脱氢酶的调节
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，在柠檬酸生成期，菌体内不存 在α-酮戊二酸脱氢酶或活力很低。
第一节 概述
一、柠檬酸简介
❖ 柠檬酸又名枸橼酸，学名α-羟基丙烷三羧酸，是 生物体主要代谢产物之一。化学名称2-羟基丙三 羧酸，英文文献俗名citric acid，分子式C6H8O7。 无色或白色晶体，无臭，味极酸，易溶于水和乙 醇、微溶于乙醚、水溶液呈酸性反应。
第13章柠檬酸发酵
第三：是在缺少锰的条件下，蛋白质分解或蛋白质合成受阻造成的铵的高浓度能解除柠檬酸（CTA）对磷酸果糖激酶（PFK）的抑制。 此外，柠檬酸的分泌，降低其胞内浓度。
回补途径
☆TCA循环重要功能除产能外，为一些氨基酸和其它化合物的合成提供了中间产物； ☆生物合成中所消耗的中间产物若得不到补充，循环就会中断； ☆回补方式：①通过某些化合物的CO2固定作用， ②一些转氨基酶所催化的反应也能合成草酰乙酸和-酮戊二酸， ③通过乙醛酸循环
★通过某些化合物的CO2固定作用使三羧酸循环的中间产物得到回补： 丙酮酸羧化酶： CO2+丙酮酸+ATP+H2O Mg++ 草酰乙酸+ADP+Pi 磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶: CO2 +PEP+ H2O 草酰乙酸+H3PO4 苹果酸酶: CO2 +丙酮酸+NADPH+H+ 苹果酸+ NADP+
3) 腌制品 各种肉类和蔬菜在腌制加工时，加入或涂上柠檬酸可以改善风味，除腥去臭，抗氧化。 4) 罐头食品 加入柠檬酸除了调酸作用之外，还有螯合金属离子的作用，保护其中的抗坏血酸，使之不被金属离子破坏。柠檬酸添加到植物油中也有类似的作用。
5) 豆制品及调味品 用含有柠檬酸的水浸渍大豆，可以脱腥并便于后续加工。柠檬酸可以用于大豆等豆类蛋白、葵花子蛋白的水解，生产出风味别致的调味品。它也可以用于成熟调味品（酱油等）的调味。 6) 其它 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。
柠檬酸 酵母代谢
柠檬酸酵母代谢
柠檬酸是酵母菌发酵过程中的代谢产物之一。
在发酵过程中，酵母菌通过糖酵解途径将葡萄糖分解成丙酮酸，丙酮酸进一步脱羧形成乙酰CoA，乙酰CoA再经过一系列反应转化为柠檬酸，并存储在细胞内。
柠檬酸在酵母菌的代谢中具有调节细胞内的pH值、参与柠檬酸循环、抑制其他微生物的生长等作用。
同时，酵母菌也能降解柠檬酸，但降解途径比较复杂，需要多种酶的参与。
在酵母菌的代谢过程中，柠檬酸的含量受到其降解和合成两个方面的调控。
当酵母菌处于低pH值环境时，其降解柠檬酸的能力会受到抑制，同时柠檬酸的合成也会受到影响。
此外，酵母菌的代谢中间产物丙酮酸可以转化为乙酰CoA，乙酰CoA再经过一系列反应转化为柠檬酸。
在这个过程中，柠檬酸是整个TCA（三羧酸）循环中的中间产物之一。
TCA循环是酵母菌和许多其他微生物在有氧呼吸过程中的关键代谢途径。
总体而言，柠檬酸是酵母菌发酵过程中的代谢产物之一，其合成和降解受到多个因素的调控。
在酵母菌的代谢过程中，柠檬酸还参与了丙酮酸代谢和TCA
循环等过程。
实验七_黑曲霉发酵柠檬酸
实验一 柠檬酸发酵及其 控制
实验目的
了解利用的发酵条件
掌握发酵过程步骤
•基本原理
•1.柠檬酸结构式：
柠檬酸分子式：C6H8O7 •2. 黑曲霉产柠檬酸多，耐酸力强；pH1.6~1.7时尚能生长，且 酸度大时产生葡萄糖酸、草酸等副产物较少，故进行柠檬酸发 酵时，培养液以pH2~3为宜。 用于柠檬酸生产的原料有淀粉、废糖蜜等；本实验以糖等为发 酵原料，黑曲霉为产生菌（合成途径见图1）。在一般发酵中， 均产生多种酸，其中，低碳链的直链脂肪酸如甲酸、乙酸等称 为挥发酸，而乳酸、柠檬酸等称为非挥发酸。挥发酸和非挥发 酸的总和称总酸。酸的测定方法常采用中和法、电位滴定法及 比色法等；若待测液色泽很深，可采用外指示剂法。本试验用 中柠檬酸的定性检验用Deniges试剂。 •2C6H12O6+3O2→2C6H8O7+4H2O
发酵液预处理
1取发酵液经过滤 将培养瓶中培养液过滤， 菌丝用蒸馏水略加洗涤后放入冰箱保存。
柠檬酸含量的初步测定
酸度滴定法： 将过滤液充分摇匀，用吸管吸取10ml放入150ml三角 瓶中，加2滴酚酞指示剂，用0.1mol/L NaOH滴定酸度。对照亦按 同法滴定。二者消耗NaOH毫升数的差额乘以0.64，即得柠檬酸(g ／L)的大约数。 计算公式： CNaOH×(V滴定发酵液-V滴定对照) ×10-3 C柠檬酸 = ━━━━━━━━━━━━ × 192 3 × 10 ×10-3 式中 C柠檬酸――柠檬酸的浓度(g／L) CNaOH――NaOH标准溶液浓度(mol／L) V滴定发酵液――滴定发酵液所用的0.1mol／L NaOH标准溶液体积 (m1) V滴定对照――滴定对照所用的0.1mol／L NaOH标准溶液体积(m1)
利用黑曲霉发酵产生柠檬酸
利用黑曲霉发酵生产柠檬酸摘要：柠檬酸是目前以微生物发酵生产的重要有机酸之一，它的用途非常广泛，需求日益增长。
目前国内柠檬酸年产量约2.5×105吨，其中半数以上供出口之用。
80年代，我国国内的柠檬酸消费急剧上升，速度远远超过了西方发达国家。
随着人民生活水平的提高，对食品和饮料等含柠檬酸制品的需求量猛增，但就人均消费量来看，我国的柠檬酸消费还是很低的，以用于食品和饮料的柠檬酸为例，我国的人均消费量远低于美国和日本，市场潜力巨大，因此增加柠檬酸生产不仅可以满足国内日益增长的需要，也是换取外汇的重要手段之一。
柠檬酸是葡萄糖经柠檬酸循环而形成的最有代表性的代谢产物，早已发展成大规模的商用生产。
常用的菌种是黑曲霉，产酸浓度在每升发酵液中＞150g。
关键词：黑曲霉，柠檬酸，三羧酸循环1、柠檬酸用途柠檬酸被称为第一食用酸味剂，极广泛地用作酸味剂、增溶剂、缓冲剂、抗氧化剂等，用于饮料、糖果、酿造酒、冰淇淋、酸奶、罐头食品、豆制品与调味品等的生产中。
另外，在药物、美容品、化妆品工业上也有着重要的应用。
它是香料和饮料的酸化剂，在食品和医学上用作多价螯合剂，同时是化学中间体，用于制造药物，也可用于金属清洁剂、媒染剂等。
柠檬酸的盐类、酯类和衍生物也各具特点，用途极为广泛而有良好的发展前景。
2、黑曲霉黑曲霉，子囊菌亚门，丝孢目，丛梗孢科中的一个常见种。
广泛分布于世界各地。
食品工业上用作发酵菌种，如用于食醋生产制曲、麸曲法白酒生产制曲、柠檬酸发酵等，主要是利用此黑曲霉分泌产生淀粉酶、糖化酶、柠檬酸、葡萄糖酸、五倍子酸等的功能；在生物肥料工业上，黑曲霉具有裂解大分子有机物和难溶无机物，便于作物吸收利用，改善土壤结构，增强土壤肥力，提高作物产量的效果。
3、柠檬酸循环（citric acid cycle，CAC）又称三羧酸循环（tricarboxylic acid cycle，TCA），Krebs循环，由诺贝尔获奖者（1953年）、德国学者H.A.Krebs于1937年提出。
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。
柠檬酸发酵的原理
柠檬酸发酵的原理
柠檬酸发酵是一种微生物发酵过程，利用某些特定菌种的代谢途径，将特定底物转化为柠檬酸。
该过程的原理涉及以下几个方面：
1. 底物选择：柠檬酸发酵的底物通常选择糖类物质，如蔗糖、葡萄糖等。
这些底物能够被发酵菌种代谢利用，产生有机酸。
2. 菌种选择：柠檬酸发酵常用的菌种是柠檬酸杆菌（Aspergillus niger）和柠檬酸假单胞菌（Yarrowia lipolytica）等。
这些菌种具有良好的柠檬酸合成能力。
3. 代谢途径：柠檬酸发酵的代谢途径主要包括三个关键步骤：
- 糖类底物酵解：底物被菌种内的酵解酶作用下分解为各种代谢物，如丙酮酸和乳酸等。
- 柠檬酸产生：丙酮酸在菌种内经过一系列酶催化反应，被转化为柠檬酸。
柠檬酸亦可通过川崎循环途径合成。
- 转运和排泄：合成的柠檬酸会通过菌体内部的膜通道或转运蛋白被转运至菌体外，最终被释放出来。
4. 发酵条件：柠檬酸发酵的条件包括温度、pH值、底物浓度和氧气供应等。
适宜的发酵条件能够提高菌种的活性和产酸效率。
综上所述，柠檬酸发酵利用特定菌种的代谢途径，将糖类底物转化为柠檬酸。
这一过程涉及底物的酵解、柠檬酸的合成以及其转运和排泄等关键步骤。
发酵条件的调控对于柠檬酸发酵过程的效果具有重要影响。
《柠檬酸发酵机制》课件
发酵在食品、饮料、药品和生物能源等领域具有重要的应用价值。
柠檬酸发酵的概述
柠檬酸
柠檬酸是一种有机酸，广通过微生物参与的发酵过程产生，这个过程复杂 而多样。
柠檬酸发酵的微生物参与者
1 Aspergillus niger
这个真菌物种可以产生大量的柠檬酸，并被广泛用于柠檬酸生产。
2 Yarrowia lipolytica
这个酵母菌也具有较高的柠檬酸产量，适用于工业规模生产。
柠檬酸发酵的反应过程
1
底物准备
选择适合的有机物作为柠檬酸发酵的底物。
2
发酵培养
将底物与适宜的微生物共同培养，提供适宜的温度和氧气条件。
3
柠檬酸生成
底物被微生物分解，生成柠檬酸和其他副产物。
柠檬酸发酵的影响因素
温度
适宜的温度可以促进柠檬酸生成的速率和产量。
营养物质
提供足够的营养物质，如糖类、氮源和微量元素， 有助于增加柠檬酸产量。
pH 值
不同微生物对 pH 值的要求不同，酸碱度对柠檬酸 发酵具有影响。
氧气供应
有些菌株需要适量的氧气参与发酵过程，而有些则 能在无氧条件下进行发酵。
柠檬酸发酵的应用领域
食品生产
柠檬酸在食品加工中用作风味调剂 剂和酸味调节剂。
药品工业
柠檬酸被用作制药过程中的溶剂和 酸化剂。
清洁剂生产
柠檬酸被用于生产清洁剂，具有溶 解和去污的作用。
结论和总结
1 柠檬酸发酵在许多领域具有广泛的应用 2 微生物是柠檬酸发酵的关键参与者
柠檬酸发酵技术在食品、医药和清洁剂等行业有 着重要的地位。
不同的微生物物种对柠檬酸发酵具有不同的产量 和效率。
《柠檬酸发酵机制》PPT 课件
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.