《发酵工程》第十五讲：2011.6.13第十三章发酵生产实例四、柠檬酸的发酵生产五、固体发酵生产四、柠檬酸的工业生产1概述：柠檬酸（citricacid），又名枸橼酸，学名：2-羟丙烷三羧酸，分子式：C6H8O7，结构式：柠檬酸广泛存在于多种生物，如水果、植物的叶及动物的肌肉、骨骼等都存在柠檬酸。柠檬酸口感好，安全无毒，能被人体直接消化吸收，是食品工业最重要的酸味剂。还广泛用于医药、化工等。柠檬酸于1784首先从柠檬汁中分离得到，并获得结晶。1952年美国Miles公司采用液体深层发酵法，首先规模化生产柠檬酸。我国自20世纪70年代初步形成工业生产，现年产约37万吨，80%供出口。（全世界年产约88万吨）2柠檬酸的生物合成机制黑曲酶利用葡萄糖培养基存在着EMP、HMP、TCA、乙醛酸循环。顺乌头酸水解酶在pH2失活，且该酶受Fe2+激活。组成型的丙酮酸羧化酶不受代谢调节,保证了草酰乙酸的提供,丙酮酸氧化脱羧生成乙酰辅酶A和二氧化碳固定的平衡保证了前体的供应;柠檬酸合成酶不受调节增强了柠檬酸的合成能力;顺乌头酸水合酶，pH降低至2.0使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和排除.3柠檬酸的发酵生产3.1生产原料：糖质原料：薯类、谷类、淀粉类石油烷烃：正烷烃等3.2原料的预处理：去杂、粉碎、液化、去金属离子。目前柠檬酸的发酵均采用酶法进行液化，用α-淀粉酶在一定的温度下（80~105℃）切断淀粉分子内的α-1,4-糖苷键，使淀粉糊的黏度迅速下降。糖蜜原料去金属离子常用的方法是添加黄血盐（亚铁氰化钾）或者经硫酸、磷酸处理，也可用离子交换树脂等方法。3.3发酵工艺：2C6H12O6+3CO22C6H8O7+4H2O理论转化率106.7%,实际转化率80~90%,产酸12~14%,发酵时间60~80hr.3.3.1生产菌种：多采用黑曲霉Co827，或γ-130及它们衍生的菌株。3.3.2斜面种子的制备：培养基采用10~120Bx的麦芽汁或米曲汁，也可采用20%的马铃薯煮出培养基。33~35℃，培养4~5d，至斜面长满孢子即可。3.3.3麸曲制备：用1000ml三角烧瓶装麸皮4g左右，选较粗麸皮为好，可用水除去淀粉。麸曲水份含量适中，一般控制在60%~65%，培养温度34℃，注意“敲瓶”，防止杂菌感染。3.3.4种子罐培养：淀粉浓度16%~20%，添加0.3%硫酸铵或尿素或适量麸皮。培养温度34℃，培养时间16~24h至微产酸即可转入发酵罐。3.3.5发酵培养：投料含总糖13%~15%，培养温度35℃，搅拌转速90~110r/min，16~24h低风量，以利菌丝生长和糖化酶的作用，发酵周期50~70h，产酸12%~15%，糖酸转化率90%~104%。3.4柠檬酸的提取工艺3.4.1工艺流程：发酵液→预处理→过滤→中和→过滤→洗糖→调浆→过滤→洗涤→粗柠檬酸液→活性炭脱色→阳离子树脂交换→阴离子树脂交换→精柠檬酸液→蒸发浓缩→结晶→干燥→包装→成品3.4.2预处理：将发酵液加热到75~90℃，使发酵液中部分蛋白质变性絮凝，降低醪液的黏度。加热时间不能太长若破坏菌丝球则过滤困难。3.4.3固液分离：板框过滤，注意复滤。3.4.4中和：以CaCO3、CaO、Ca(OH)2、CaCl2为中和剂，其中CaCO3最常用。柠檬酸钙溶解度在不同的温度下差异很大，80℃热水中的溶解度远小于20℃或50℃时的溶解度。3.4.5过滤：中和完成后固液分离。3.4.6洗糖：用80℃左右的热水洗去沉淀表面的残糖，提高产品质量。3.4.8酸解：柠檬酸钙沉淀用硫酸等强酸作用，柠檬酸游离出来，同时形成CaSO4，抽滤，80℃左右的热水洗滤渣。3.4.9净化：粗柠檬酸液→活性炭脱色→阳离子树脂交换（颗粒状活性炭）(去除Ca2+、Fe2+）→阴离子树脂交换→精柠檬酸液(去除SO42-、Cl-）3.4.10蒸发浓缩：目前采用双效、三效蒸发浓缩设备，控制柠檬酸的终浓度为75%~82%，相对密度为：1.342~1.3503.4.11结晶：浓缩液→结晶罐→无水柠檬酸（降温到40℃）→一水柠檬酸（降温到10℃）3.4.12干燥：湿晶体用气流干燥，40℃以上得到无水柠檬酸，36℃得到一水柠檬酸。3.4.13过筛、包装：过筛、包装后入库。气流干燥：气流干燥是把含水的泥状、快状、粉状物料，通过适当的方法分散到热气流中，并在与热气流并流输送的同时进行干燥的过程。特点：干燥强度大，干燥时间短，生产能力大，可连续一体化作业。旋风式干