柠檬酸发酵工艺

（1）凝聚
发酵液中的细胞、菌体或蛋白质等胶体粒子双电层
的结构使胶粒之间不易聚集而保持稳定的分散状态。
阳离子对带负电荷的胶粒凝聚能力的次序为：
Al3+ >Fe3+ >H+ >Ca2+ >Mg2+ >K+ >Na+ >Li+
常用的凝聚剂电解质有：
硫酸铝 Al2(SO4)3•18H2O（明矾）； 氯化铝 AlCl3•6H2O; 三氯化铁 FeCl3; 硫酸亚铁 FeSO4· 7H2O ； 石灰；ZnSO4；MgCO3
存在一定的毒性（微毒），特别是阳离子型聚丙 烯酰胺，用于食品和医药工业时应谨慎。
医药和食品工业：聚丙烯酸类阴离子絮凝剂（无毒），聚苯乙烯 类衍生物，无机高分子聚合物絮凝剂（聚合铝盐、聚合铁盐等）， 天然有机高分子絮凝剂（多聚糖类胶粘物、海藻酸钠、明胶、骨 胶、壳多糖、脱乙酰壳多糖等）。
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当然，聚丙烯酰胺在食物中的含量远远高于化妆品中的 含量，人体对于丙烯酰胺的摄入也多来自饮食。
（3）混凝
凝聚和絮凝统称为混凝。
对于带负电荷的菌体或蛋白质来说，采用阳离子型 高分子絮凝剂，同时具有降低胶粒双电层电位和产生 吸附桥架的双重机理
4.加入助滤剂
一种不可压缩的多孔微粒，它能使滤饼疏松，滤速增大。悬浮液中大量 的细微胶体粒子被吸附到助滤剂的表面上，改变了滤饼结构，降低了过 滤阻力。 常用的助滤剂有： 硅藻土、纤维素、石棉粉、白土、炭粒、淀粉等， 最常用的是硅藻土（特点：质轻、多孔、高强、耐磨、绝缘、绝热、吸附、 稳定 ）。
絮凝——在胶体或悬浮体内加入极少量的可溶性高分子化合 物，使水或液体中悬浮微粒集聚变大，或形成絮团，从而加快 粒子的聚沉，达到固-液分离的目的。 凝聚——指在电解质作用下，胶体和分散系双电层压缩、ζ电 位破坏、电性中和而脱稳，并聚集为絮状颗粒的过程。 凝聚过程就是胶粒聚集成较大颗粒的过程。 聚沉——胶体的微粒在一定条件下发生聚集的现象。向胶体 中加入盐时，其中的阳离子或阴离子能中和分散质微粒所带的 电荷，从而使分散质聚集成较大的微粒，在重力作用下形成沉 淀析出。这种胶体形成沉淀析出的现象称为胶体的聚沉。
预处理的技术要点：
1）加热温度不宜过高，加热时间不宜过长， 会使菌体破裂而自溶，释放出蛋白质，反而使 料液粘度增加，颜色变褐，不利于净化。 2）不宜过长时间直接蒸汽加热，会增加料液 稀释度，有损于收率，最好采用热交换器的间 歇加热。
钙盐离子交换法提取精制柠檬酸工艺流程
2.4.1.2 发酵醪过滤
2.菌丝过滤 3.中和
4.酸解脱色
5. 树脂净化 强酸型阳离子交换树脂去除Ca2＋、Fe3＋等 金属离子。 6. 浓缩与结晶 将酸解液置于60 ℃以下进行减压蒸发，浓 缩至70％以上，待结晶。 7. 干燥 沸腾干燥箱，去除晶体表面的自由水。温 度控制在35℃以下，否则会失去一部分结晶水， 影响成品光泽。
很多护肤品中都含有聚丙烯酰胺，因其为凝胶状聚合物，可 调整护肤品的质地。 聚丙烯酰胺是化妆品中经常用到的原料之一，可用做泡沫稳定 剂、增稠剂、成膜剂、抗静电剂和头发定型剂等。因为聚丙烯 酰胺是丙烯酰胺+双丙烯酰胺在催化剂作用下聚合而成，所以 聚丙烯酰胺中不可避免地会带有微量丙烯酰胺的单体残留物， 可能会出现在化妆品成品中。 两种单体都是可经皮吸收的有毒物质，化妆品中存在5ppm以 下的丙烯酰胺残留是安全的。
5.加入反应剂
发酵液中的杂质 a. 高价无机离子（Ca2+、Mg2+、Fe3+） b. 杂蛋白
在采用离子交换和吸附法提取时会降低其交换容量和吸附能力，
在有机溶剂法或双水相萃取时，易产生乳化现象，使两相分离不
清。（一些高分子水溶液可以分为两个水相，蛋白质在两个水相中的溶解度有很
胶体结构——胶体粒子是由许多分子所聚集而成的，分 子与分子之间会存在空隙，所以溶液中的部分离子就会 进入到胶核，然后再吸附少量的带相反电荷的离子，总 的来说，胶体的电性是首先进入到胶核的离子的电性 （胶粒），由于胶粒带电，在吸附一部分异种电荷离子， 形成胶团。 胶体能稳定存在是因为胶体粒子带相同电荷，互相排斥， 从而使胶体粒子不会结合在一起而发生沉淀，当加入电 解质时，加入了与胶体粒子相反电荷的离子，使胶体电 性中和，于是发生聚沉。加入的电解质所带电荷越多， 离子半径越小，就越容易使得胶体粒子聚沉。
脂质体
乙醛酸循环体 琥珀酸
胞浆
线粒体

2.1 概述


2.2 黑曲霉柠檬酸生产菌的选育及保藏
2.3 柠檬酸发酵机制及深层发酵工艺 2.4 柠檬酸的提取和精制 2.5 柠檬酸的质量标准及新工艺新技术
柠檬酸深层发酵工艺流程
2.4.1 柠檬酸提取工艺
钙盐离子交换法提取精制柠檬酸工艺流程
1. 发酵醪预处理
第一章 柠檬酸发酵工艺学
柠檬酸合成途径
葡 EMP途径 萄 糖
丙 酮 酸
氧化脱羧 羧化
乙酰-CoA 草酰乙酸
柠 檬 酸
淀粉葡萄糖Fra bibliotek6-磷酸果糖
Pi AMP ATP
1，6-二磷酸果糖
NH4 +
磷酸丙糖 磷酸烯醇丙酮酸 CO2
K
+
CO2 草酰乙酸
丙酮酸
CO2
乙酰CoA 柠檬酸
三羧酸循环
与乙醛酸循环有关 的细胞内的反应 糖异生
（2）工业过滤主要设备（板框式过滤机） 过滤机、加热桶、泵、贮罐等。柠檬酸pH低，过滤温 度85℃，选用不锈钢板框。
（3）过滤操作技术要点：
滤饼的厚度达到一定程度时，才变成真正的过滤介质， 在开始过滤时，流速不宜过大，否则细小颗粒易穿过介质 空隙而未被截留， 只有当介质表面有滤饼时，滤液才变清；若形成不了滤饼 介质层，则会出现浑浊滤液。
发酵醪成分如下：柠檬酸80％～95％，葡萄糖酸0.2 ％～0.3％，草酸0.1％～0.3％，残糖0.2％～0.5％。此外还 含有蛋白质等胶体物质。在发酵结束之后，应及时将发酵液 加热至90 ℃ 。 热处理的作用： （1）杀死微生物终止发酵，防止柠檬酸被分解 （2）使蛋白质等胶体物质变性凝固，降低发酵液粘度，有 利于过滤； （3）使菌体内柠檬酸释放出来，提高收率。
面。 当一个高分子聚合物的许多链节分别吸附在不同的胶粒表面上，产生桥 架联结时，就形成了较大的絮团，这就是絮凝作用。 高分子絮凝作用是吸附了溶胶粒子以后，由于高分子化合物本身的链段 旋转和运动，将固体粒子聚集在一起而产生沉淀。
工业上使用的絮凝剂可分为三类：
1）有机高分子聚合物，如聚丙烯酰胺类衍生物、聚苯乙烯 类衍生物； 2）无机高分子聚合物，如聚合铝盐、聚合铁盐等； 3）天然有机高分子絮凝剂，如聚糖类胶粘物、海藻酸钠、 明胶、骨胶、壳多糖、脱乙酰壳多糖等。
2.调整pH
pH值直接影响发酵液中某些物质的电离度和电荷性质，适当调节pH值 可改善其过滤特性。 溶液pH值的变化会影响离子型絮凝剂中官能团的电离度，从而影响分 子链的伸展状态。电离度增大，由于链节上相邻基团的电排斥作用，使 分子链从卷曲到伸展，所以架桥能力提高。
3.凝聚与絮凝
采用凝聚和絮凝技术能有效改变细胞、细胞碎片及溶解大分子物质的 分散状态，使其聚结成较大的颗粒，便于提高过滤速率。另外，还能 有效地除去杂蛋白和固体杂质，提高滤液质量。
(3)发酵液预处理的方法和原理
将新鲜成熟发酵醪升温至80~90℃，不停的搅拌，时 间不宜长。 热处理作用： 1）及时热处理可杀死柠檬酸生产菌和杂菌终止发酵， 防止柠檬酸被代谢分解； 2）使蛋白质等胶体物质变性而絮凝，降低发酵液粘 度，有利于过滤； 3）可使菌体中的柠檬酸释放出来，提高收率。 但升温过高，使菌体细胞破裂会释放出较多杂质。
调酸（等电点）、热处理、电解质处理、添加凝聚剂、添 加表面活性物质、添加反应剂、冷冻-解冻及添加助滤剂等。
方法： 1.降低液体粘度 2.调整pH 3.凝聚与絮凝 4.加入助滤剂 5.加入反应剂
1.降低液体粘度
根据流体力学原理，滤液通过滤饼的速率与液体的粘度成 反比，通过加水稀释或加热等方法降低液体粘度。 稀释或者加热可以降低发酵液黏度，有利于输送和过滤等 后续操作。 单从过滤操作看，稀释后过滤速率提高的百分比必须大于 加水比才能认为有效地提高过滤速率。 注意加热温度与时间，不能影响产物活性和细胞的完整性。
平均过滤速度
（4）过滤液质量主要参数
1）一次滤液 一水柠檬酸≥9.0g/dL，悬浮物≤0.1 g/dL。 2）滤饼 含水量≤55%～70%，一水柠檬酸≤2.5%。 3）复滤液 一水柠檬酸≥9.0 g/dL，悬浮物≤5mg/L。
（5）发酵液过滤特性的改变
微生物发酵液的成分极为复杂，其中除了所培养的微生物菌体及残 存的固体培养基外，还有未被微生物完全利用的糖类、无机盐、蛋 白质，以及微生物的各种代谢产物。
2.4.1.1 发酵醪的预处理
(1) 发酵醪的组分:固形物90~180g/L（薯干粉原料 发酵醪固形物﹥200g/L）；柠檬酸100~150g/L， 草酸2~3 g/L，葡萄糖酸2~3 g/L，其它杂酸3~4 g/L； 残糖2~5 g/L（糖蜜发酵残糖较多，约10~20g/L）； 蛋白质3~5 g/L。石油发酵中，异柠檬酸 300~480g/L。 (2) 柠檬酸成熟发酵醪呈黄褐色至深褐色（高温下 长时间灭菌会使颜色变深）
微生物发酵液的特性
① 发酵产物浓度较低，大多为1%~10%，悬浮液中大部分是水； ② 悬浮物颗粒小，相对密度与液相相差不大； ③ 固体粒子可压缩性大； ④ 液相粘度大，大多为非牛顿型流体；
⑤ 性质不稳定，随时间变化，如易受空气氧化、微生物污染、蛋白
酶水解等作用的影响。
（6）改善发酵液过滤特性的物理化学方法
目前最常见的高分子聚合物絮凝剂