柠檬酸发酵
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。
柠檬酸发酵工艺
下补水接种。 • 严格无菌操作。
• 5.补水接种 • 避免淀粉回生，并且减少染菌几率。
• 6.装盘进室
• 曲醅疏松，不可压实，厚度6~7cm，高温 天气5cm左右
（五）发酵规程
• 1.薄层发酵法 • 品温30~35℃左右 • 发酵终点由酸度决定，48h后每12h测一次，
五、溶解氧的控制
产酸速率与溶氧分压成正比。 菌体生长中，有呼吸作用， 在对数生长期需氧量达到最高峰 进入产酸期后，氧的消耗降低 到一个较低的水平
溶解氧浓度的控制
• 2.置换法发酵
• 采用低糖而营养较丰富的培养液先培养菌 盖，菌盖形成后再更换发酵培养基一次或 数次。
• 培养液糖浓度50g/L，室温34~36℃、培养 液32~34 ℃，第二天室温32~34 ℃，一般 接种40h可形成紧实菌盖，排掉培养液，补 充发酵培养基（第一次置换），室温降至 30~32℃，发酵48~60h在排去发酵液，进 行第二次置换，以此循环。
• 优点：
• （1）发酵体系是均一的液体，传热传质良好，不 存在死区；
• （2）设备占地面积小，生产规模大；
• （3）发酵速率高，采用预培菌丝球接种只需 50~70h；
• (4)产算率高，产柠檬酸几乎接近理论产率，菌体 生成量少；
• （5）发酵设备密闭，杂菌污染可能性小，管理方 便；
• （6）完全机械化操作，并可以实现自动控制，劳 动强度低，劳动生产率高；
• （7）发酵副产物少，有利于产品提取，所得产品 质量高。
（一）黑曲霉柠檬酸深层发酵条件控制
一、营养要求
• 根据柠檬酸发酵机制，黑曲霉能够大量积累柠檬酸的条件， 提供高浓度的葡萄糖和充足的氧，对磷、锰、铁、锌等无机 盐物质处于低水平。
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。
3
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
柠檬酸发酵原料及生产方法
糖蜜中的糖分主要是蔗糖和葡萄糖，这些糖分在微生物的作用下可以转化为柠檬酸。
葡萄糖
葡萄糖是一种单糖，是微生物发酵的 主要能源物质。
葡萄糖的渗透压较低，需要与其他原 料混合使用以调节发酵过程中的渗透 压。
葡萄糖在微生物的作用下可以转化为 柠檬酸，是柠檬酸发酵的重要原料。
果糖
果糖是一种单糖，是水果和蜂蜜 中的主要糖分。
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废弃物资源化利用
将柠檬酸发酵过程中的废 弃物进行回收和再利用， 减少废弃物排放，同时实 现资源化利用。
环保生产技术研发
研发和应用环保生产技术， 降低柠檬酸发酵过程中的 环境污染，提高可持续性。
强化环境监管
加强环境监管力度，对柠 檬酸发酵企业实施严格的 环境保护标准，促进企业 环保意识的提高。
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02 柠檬酸发酵生产方法
固态发酵法
固态发酵法是一种利用固体底物进行发酵的方法，通常在固体底物中加入适量的 水，然后接种菌种进行发酵。该方法具有设备简单、投资少、操作方便等优点， 但也有发酵效率较低、周期较长等缺点。
常用的固体底物包括糖蜜、甘蔗渣、稻草等农业废弃物，这些原料来源广泛，价 格低廉，适合大规模生产。
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控制温度在最佳范围内。
酸碱度
酸碱度是影响柠檬酸发酵的重要因 素之一，通过调节酸碱度可以促进 菌体的生长和代谢，提高柠檬酸的 产量。
溶氧量
溶氧量对柠檬酸发酵的影响也较大， 通过控制搅拌速度和通气量，保持 适宜的溶氧水平，有利于菌体的生 长和代谢。
产物提取与精制
提取方法
根据柠檬酸的性质和发酵液的特点， 选择合适的提取方法，如离子交换、 萃取、吸附等，以最大程度地提取柠 檬酸。
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%。
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。
柠檬酸发酵的原理及应用
柠檬酸发酵的原理及应用原理介绍柠檬酸（C6H8O7）是一种重要的有机酸，广泛应用于食品、饮料、医药等领域。
柠檬酸可以通过发酵过程来生产，其发酵原理主要包括以下几个方面：1.发酵菌种选择：柠檬酸发酵常用的菌种包括柠檬酸杆菌、黄曲霉等。
这些菌种具有较高的柠檬酸产量和较短的发酵周期，适合用于大规模生产。
2.基质选择：发酵过程中的基质是维持菌种生长和柠檬酸产量的关键因素。
常用的基质包括糖类（如葡萄糖、果糖）、淀粉、甘油等。
不同基质的选择会对柠檬酸的产量和品质产生影响。
3.发酵条件调控：发酵条件的调控对柠檬酸发酵的效果起着重要作用。
包括温度、pH值、搅拌速度、氧气供应等参数的调节，可以影响菌种生长和柠檬酸产量。
应用领域柠檬酸作为一种重要的食品和工业原料，在多个领域有广泛的应用。
以下列举了柠檬酸几个主要的应用领域：1. 食品和饮料工业•柠檬酸作为酸味调节剂，广泛用于饮料、果汁、果酱、糖果等食品的制作中，能够增加食品的酸味，提升口感。
•柠檬酸还可以作为乳化剂、稳定剂，用于调制乳制品、冷饮、糕点等，具有增加食品的稳定性和保质期的作用。
2. 医药和化妆品行业•柠檬酸作为医药中间体，可以用于制备多种药物，如抗生素、止血剂、解热药等。
•在化妆品制造中，柠檬酸可以作为调节剂、抗氧化剂等，用于调整pH值、抑制细菌生长，并起到保湿、美白等作用。
3. 清洁和生活用品•柠檬酸可作为有机酸性清洁剂，可去除水垢、油脂等，并且具有良好的环境友好性。
•在洗涤剂和洗衣粉中，柠檬酸可以作为增白剂，提升洗涤效果。
4. 金属清洁和锈蚀保护•柠檬酸可以与金属表面形成络合物，在清洁金属表面时起到去污、去锈蚀的作用。
•柠檬酸也可以用于金属防锈处理，形成覆盖层来阻止金属进一步生锈。
总结柠檬酸的发酵原理和应用领域涉及多个方面，其发酵原理包括酵母菌选择、基质选择和发酵条件调控等。
在食品、医药、清洁和金属保护等领域，柠檬酸具有广泛的应用，是一种重要的有机酸。
柠檬酸发酵的原理及工艺流程
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柠檬酸的发酵生产与提取
一、柠檬酸发酵的生产
柠檬酸发酵生产分深层发酵法、固体发酵法和液体表面发 酵法。深层发酵法是柠檬酸发酵生产的主要方法。国内以 淀粉质粗原料为培养基，发酵产酸一般为 11%~13% ，最 高达 15%，发酵周期为50~70h。国外以淀粉水解糖为原 料，产酸达19%，发酵周期为5d以上。
二、深层发酵法生产柠檬酸工艺流程
三、发酵设备
柠檬酸深层发酵一般都采用不锈钢机械搅拌通气 发酵罐，容积大部分为100～200 m3，也有250～ 400m3，国外的发酵罐容积为400～600 m3。采 用二挡搅拌，为了减小对丝状菌丝的剪切作用， 多用箭叶式搅拌器。近年来国内大型柠檬酸发酵 罐采用喷环装置，它是在罐的底部安装一个气液 型喷射混合搅拌装置和环流反应器以增加气—液 混合并可减少一组以上搅拌叶，能明显起到省电 节能的作用。
四、钙离子交ห้องสมุดไป่ตู้提取柠檬酸工艺流程
Thank you
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
柠檬酸发酵工艺
(3)液体深层培养 (3)液体深层培养
• 用液体深层发酵罐从罐底部通气，送入的空气 由搅拌桨叶分散成微小气泡以促进氧的溶解。 这种由罐底部通气搅拌的培养方法，相对于由 气液界面靠自然扩散使氧溶解的表面培养法来 讲，称为深层培养法。 • 特点是容易按照生产菌种对于代谢的营养要求 以及不同生理时期的通气、搅拌、温度、与培 养基中氢离子浓度等条件，选择最佳培养条件。
工艺流程
生产工艺条件
（ 1） 碳氮源 • 薯干原料由于产地等客观条件不同，其组织 中各物质的含量各异，其蛋白质含量差异较大， 因此应根据不同的原料来调整培养基的成分。 （2）发酵温度 • 黑曲霉发酵柠檬酸温度控制在28~30℃，柠檬 酸产率最高，发酵速度较快，超过35℃时，虽 然初期产酸较快，但最终的发酵产率降低15% 以上。为了节约降温能耗，我国成功培育出高 温发酵的产酸微生物，可以在37℃发酵。
• 固体培养又分为浅盘固体培养和深层固体 培养，统称曲法培养。它起源于我国酿造 生产特有的传统制曲技术。其最大特点是 固体曲的酶活力高。
• 固体培养具有以下优点： ①原料：以谷物和农业废物为主要原料，只需外加 适量水分、无机盐等。培养基组成简单。 ②防止污染：利用霉菌能在水分较低的基质表面进 行增殖的特性，在这种条件下，细菌生长不好，因 此不易引起细菌污染。 ③通气：无论浅盘或深层固体通风制曲，可以在曲 房周围使用循环的冷却增湿的无菌空气来控制温湿 度，并且能根据菌种在不同生理时期的需要，灵活 加以调节。在固体培养中，氧气是由基质粒子间空 隙的空气直接供给微生物，比液体培养时的用通气 搅拌供给氧气节能。
三 柠檬酸发酵工艺
柠檬酸发酵是典型的好氧发酵，工业上好 氧发酵基本上有三种，即表面发酵；固体 发酵和液体深层发酵，前两者是利用气相 中的氧，后者主要是利用溶解氧，这三种 发酵方法各有优缺点，都有经济上的可行 性，工业上仍然有保留。
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。
柠檬酸的生产工艺
柠檬酸的生产工艺柠檬酸是一种广泛应用于食品、饮料、化妆品等领域的有机酸，具有酸味和清香的特点。
以下是柠檬酸的生产工艺的简要介绍。
柠檬酸的主要生产工艺包括传统工艺和现代工艺两种。
传统工艺:传统工艺主要以柠檬或柠檬皮为原料进行发酵生产。
具体工艺流程如下：1. 预处理: 将柠檬或柠檬皮去皮、去籽，然后切碎或研磨成泥状。
2. 发酵: 将柠檬泥放入发酵罐中，加入一定比例的细砂糖和水，并加入适量的发酵剂，如酵母、酒石酸盐等，进行发酵。
发酵温度一般控制在30-35摄氏度，发酵时间约为2-3天。
3. 分离: 发酵后的混合物经过滤去除固体残渣，得到柠檬酸浸提液。
4. 浓缩: 柠檬酸浸提液经过真空蒸发或浓缩器浓缩，使其浓度达到一定程度。
5. 结晶: 浓缩液经过冷却结晶或结晶沉淀等方式，获得柠檬酸晶体。
6. 过滤: 将柠檬酸晶体进行过滤、洗涤和干燥，得到纯净的柠檬酸成品。
现代工艺:现代柠檬酸生产工艺主要采用微生物发酵生产。
具体工艺流程如下：1. 选种培养: 选用高产柠檬酸的微生物，如亚洲真菌、微生物菌株等进行培养和选种。
2. 培养基制备: 通过混合培养基原料，如糖、酵母粉、蛋白胨、盐等，制备培养基。
3. 发酵: 将选好的微生物种子培养液接入发酵罐中，加入培养基和适量的营养物质，如氮源、磷源、微量元素等，进行发酵。
发酵温度和时间一般根据菌株的要求进行控制。
4. 分离: 将发酵液经过滤或离心分离，得到柠檬酸发酵液。
5. 浓缩: 将发酵液经过真空蒸发或浓缩器浓缩，使其浓度达到一定程度。
6. 结晶: 浓缩液经过冷却结晶或结晶沉淀等方式，获得柠檬酸晶体。
7. 过滤: 将柠檬酸晶体进行过滤、洗涤和干燥，得到纯净的柠檬酸成品。
以上是柠檬酸生产的主要工艺流程，不同生产厂家可能会有一些细微的差异和改进。
现代工艺相对于传统工艺而言更加高效、可控性更强，并且可以实现大规模连续生产，提高了生产效率和产品质量。
《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
实验三 柠檬酸发酵实验附录
图1 柠檬酸生物合成途径1. 柠檬酸鉴别1．取少量试样，用直火炽灼，即缓慢分解，但不发生焦糖臭。
2．试样溶液用4.3％氢氧化钠溶液调至中性，加硫酸汞溶液加热至沸。
再加1滴0.1N高锰酸钾溶液，振摇，紫色即消退，并产生白色沉淀。
3．试样溶液用4.3％氢氧化钠溶液调至中性，加过量的7.5％氯化钙溶液，冷时无变化，煮沸，即发生白色颗粒状沉淀。
在一部分中加4.3％氢氧化钠溶液，沉淀不溶解，另一部分中加24％盐酸，则溶解。
4．试样溶液用4.3％氢氧化钠溶液调至中性，加过量的0.1N硝酸银溶液，即发生白色沉淀。
白色沉淀能在硝酸或40％氨溶液中溶解。
取氨溶液于试管中，在水浴上加热至60～70℃，管壁不显银镜。
2. 柠檬酸含量测定1、NaOH标准溶液的标定NaOH易吸收水分及空气中的二氧化碳，因此，不能用直接法配制标准溶液。
需要先配成近似的浓度的溶液再标定，标定使用邻苯二甲酸氢钾为基准物进行标定。
以酚酞为指示剂，当滴定终点呈浅红色，半分钟内不退色，反应如下：KHC8H4O4+NaOH=KNaC8H4O4+ H2O2、柠檬酸的测定原理：根据酸碱中和原理，用碱标准溶液滴定试样液中的酸时，以酚酞为指示剂。
当滴定至终点溶液呈浅红色，且30s不褪色时，根据滴定时消耗的标准NaOH溶液的体积，可算出试样中的总酸度。
其反应式为：HOOCCH2C(OH)(COOH)CH2COOH+3NaOH———NaOOCCH2C(OH)(COONa)CH2COONa+3H2 O三、实验用品榨汁机、小刀、碱式滴定管、试剂瓶、锥形瓶、移液管、量筒/烧杯、容量瓶、胶头滴管、洗耳球、洗瓶、水浴锅、铁架台、电子天平、玻璃棒、滤纸、0.1000mol/LNaOH溶液、邻苯二甲酸氢钾、酚酞指示剂、柠檬式样、蒸馏水、四、实验步骤1、0.1000mol/LNaOH标准溶液的配制和标定（1）称取固体NaOH约2.0 g放置在烧杯中，先加入100 mL蒸馏水将其溶解，再转移至试剂瓶中加水稀释至500ml，混匀，待标定。
《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.
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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。
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5) 豆制品及调味品
柠檬酸
柠檬酸(Citric acid)分子式为C6H807。外观为白色 颗粒状或白色结晶粉末，无臭，具有令人愉快的 强烈的酸味，相对密度为1.6550。
柠檬酸易溶于水、酒精、不溶于醚、酯、氯仿等 有机溶剂。商品柠檬酸主要是无水柠檬酸和一水 柠檬酸，前者在高于36.6℃的水溶液中结晶析出， 后者在低于36.6℃水溶液中结晶析出。它天然存 在于果实中，其中以柑桔、菠萝、柠檬、无花果 等含量较高。
3.柠檬酸的产酸速度大大高于国外水平。
平均产酸速率是国外的2倍。
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柠檬酸的消费领域： 饮料行业占40～45％ 食品添加剂等占15～20％ 洗涤剂占20～30％ 医药占5％ 其它占10％
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我国有机酸行业发展的思考（2011年8月） 我国柠檬酸年产能已经达到百万吨，占世界 的70％左右；年产量达70余万吨，约占世界 的65％； 年出口量50万吨，超过世界贸易总量的一半。 我国是世界上最大的柠檬酸出口国，主要出 口到印度、美国、欧洲、日本等地。
➢1938年Perquin和1942年Karrow进行了柠檬酸的深层发酵研究 ➢1951年美国Miles公司首先以淀粉质为原料，经水解后深层发 酵大规模生产柠檬酸。
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柠檬酸
我国1953年采用浅盘法发酵生产柠檬酸， 1968年用薯干为原料采用深层发酵法生产柠
檬酸成功，由于工艺简单、原料丰富、发酵 水平高，各地陆续办厂投产，至20世纪70年 代中期，柠檬酸工业已初步形成了生产体系。
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二、 柠檬酸发酵微生物
1) 黑曲霉（Aspergillus niger）的形态特征 目前生产上常用产酸能力强的黑曲霉作为生产 菌。
在固体培养基上，菌落由白色逐渐变至棕色。 孢子区域为黑色，菌落呈绒毛状，边缘不整齐。 菌丝有隔膜和分枝，是多细胞的菌丝体，无色 或有色，有足细胞，顶囊生成一层或两层小梗， 小梗顶端产生一串串分生孢子。
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我国以石油原料发酵柠檬酸开始于1970年， 先后在天津、上海、沈阳等地进行研究，并 一度投入小规模试验生产，是用正烷烃为原 料，以解脂假丝酵母为菌种，发酵产酸达13 ％以上，转化率140％以上，但因柠檬酸只 占总酸的50%（另一半为异柠檬酸）而且由 于成本较高及石油原料紧缺和食用安全性等 原因，未能坚持研究和生产。
柠檬酸广泛用于配制各种水果型的饮料以及 软饮料
柠檬酸本身是果汁的天然成分之一，不仅赋 于饮料水果风味，而且具有增溶、缓冲、抗 氧化等作用，能使饮料中的糖、香精、色素 等成分交融协调，形成适宜的口味和风味； 添加柠檬酸可以改善冰淇淋的口味，增加乳 化稳定性，防止氧化作用。
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2) 果酱与酿造酒
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。
柠檬酸在果酱与果冻中同样可以增进风味， 并使产品抗氧化作用。由于果酱、果冻的凝 胶性质需要一定范围的pH值，添加一定量的 柠檬酸可以满足这一要求。
当葡萄或其它酿酒原料成熟过度而酸度不足 时，可以用柠檬酸调节，以防止所酿造的酒 口味单薄。柠檬酸加到这些果汁中还有抗氧 化和保护色素的作用，以保护果汁的新鲜感 和防止变色。
但在1970年时，我国的柠檬酸年产仅有130吨
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我国柠檬酸发酵生产的回顾和展望
我国于五十年代初期开始柠檬酸浅盘发酵研 究，
1968年轻工业部发酵研究所与黑龙江和平糖 厂合作，首先完成了甜菜糖蜜浅盘表面发酵 并投入工业化生产。
1965年，上海市工业微生物研究所筛选出 N558菌种，并与天津工业微生物研究所，南 通发酵厂等合作，使之用于工业化生产，并 在全国推广，形成我国独特的薯干直接深层 发酵法生产柠檬酸。
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我国柠檬酸发酵生产的回顾和展望
从七十年代到九十年代，我国一直致力于柠 檬酸生产菌种的改进，
1990年，上海市工业微生物研究所完成国家 七五攻关项目筛选出860菌种，发酵产酸达 20％，
上海市工业微生物研究所开始以薯渣为主原 料，以黑曲霉为菌种，固体发酵法生产柠檬 酸钙的研究。并于1977年中试成功并投入生 产，现在全国已有四十余个工厂，采用固体 发酵法由薯渣生产柠檬酸及柠檬酸钙产品。
柠檬酸是生物体主要代谢产物之一。
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柠檬酸
➢柠檬酸1784年由Scheels氏发现 ➢1893年前，主要用柑橘、菠萝、柠檬等果实提取柠檬酸 ➢1893年德国微生物学家Wehmer发现二种青霉菌可以生成柠檬 酸
➢1917年Currie使用黑曲霉浅盘发酵生产柠檬酸 ➢1923年美国科学家研究成功了以废糖蜜为原料的浅盘法柠檬 酸发酵，并在比利时设厂生产。
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我国柠檬酸行业：产量位居世界第一；从技 术上，处于世界领先水平，并远远领先于其 他国家，其优势在于：
1. 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.采用边糖化边发酵工艺，但发酵周期只有64小 时，生产周期比国外要短。
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我国的发酵技木及生产水平，特别是菌种 及发酵工艺均为世界领先水平。
薯干粉、淀粉、木薯粉、葡萄糖母液等直 接深层发酵技术为我国所独有。
国外发酵罐容积通常在200m3，并较早实现 自动控制；我国的最大柠檬酸发酵罐为 150m3
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