柠檬酸发酵

柠檬酸主要成分

柠檬酸主要成分

柠檬酸是一种有机酸，主要存在于柠檬、柚子、酸橙等柑橘类水果中，也可以通过微生物发酵或合成得到。它具有强烈的酸味和清新的香气，被广泛应用于食品、药品、化妆品等领域。下面将从来源、性质、生产方法和应用等方面详细介绍柠檬酸的主要成分。

来源

柠檬酸最初是从柠檬中分离出来的，因此得名为“柠檬酸”。除了柠檬外，还有其他一些水果也含有大量的柠檬酸，如葡萄柚、桔子、青柚等。此外，微生物也可以通过发酵来生产出大量的柠檬酸，包括曲霉属菌和放线菌等。

性质

1. 化学性质： 柠檬酸是一种羧基含量较高的三羧基有机化合物，在水中具有良好的溶解性。它在水溶液中呈现出无色透明的液体，味道酸爽，易溶于水和乙醇。柠檬酸的pH值在1.5~2.5之间，是一种强酸。

2. 物理性质： 柠檬酸是一种无色透明的结晶性物质，在室温下呈现出白色或淡黄色的粉末状。它的分子式为C6H8O7，相对分子质量为192.14。柠檬酸的熔点为153℃~154℃，沸点为310℃。

生产方法

1. 发酵法： 柠檬酸可以通过微生物发酵得到。曲霉属菌和放线菌都可以产生柠檬酸，其中以曲霉属菌最常用。首先将含有大量碳源和氮源的培养基制备好，然后加入曲霉属菌进行发酵。发酵结束后，将发酵液经过过滤、浓缩和结晶等步骤得到柠檬酸。

2. 合成法： 柠檬酸也可以通过化学合成得到。目前常用的合成方法是从丙二脑中合成出环戊烯-1,2,3-三羧酸（HOCCH2CH2C（COOH）2），然后将其水解得到柠檬酸。

应用

1. 食品领域： 柠檬酸是一种广泛应用于食品加工中的食品添加剂。它可以作为酸味调味剂、抗氧化剂、螯合剂、乳化剂等，被广泛应用于碳酸饮料、果汁、糖果、罐头等食品中。

2. 医药领域： 柠檬酸还具有一定的药理作用，可以作为治疗肾结石和尿路感染的药物。此外，柠檬酸还可以促进人体对铁元素的吸收，预防贫血。

3. 化妆品领域： 柠檬酸还被广泛应用于化妆品中。它可以作为调节皮肤pH值的成分，同时也具有美白和保湿的功效。柠檬酸还可以作为头发染色时的漂白剂使用。

湖北师范学院生物学实验教学示范中心 《生物学综合实验》2011年实验报告

柠檬酸液态发酵及提取工艺

0802班 生物科学 饶慧

（指导教师：胡远亮）

0前言

柠檬酸(citric acid）又名枸橼酸，学名2-羟基丙烷三羧酸(2-hydroxytricarboxylic

acid)或2-羟基丙烷-l，2，3-三羧酸(2-hydroxy propane-1，2，3-triearboxylic acid)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、柑橘、菠萝、梅、李、梨、桃、无花果等果实中，尤以未成熟者含量居多。分子式：C6H8O7 （相对分子质量：192.13），无色透明或半透明晶体，或粒状、微粒状粉末，虽有强烈酸味，但令人愉快，稍有涩味。极易溶于水，溶解度随温度的升高而增大；从结构上讲柠檬酸是一种三羧酸类化合物，并因此而与其他羧酸有相似的物理和化学性质，加热至175°C时它会分解产生二氧化碳和水，剩余一些白色晶体。柠檬酸是一种较强的有机酸，有3个H+可以电离； 加热可以分解成多种产物，与酸、碱、甘油等发生反应。

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。

柠檬酸循环(citric acid cycle)又称三羧酸循环(tricarboxylic acid cycle)，克雷布斯循环(Krebs cycle)。体内物质糖、脂肪或氨基酸有氧氧化的主要过程。通过生成的乙酰辅酶A与草酰乙酸缩合生成三羧酸（柠檬酸）开始，再通过一系列氧化步骤产生CO2、NADH及FADH2，最后仍生成草酰乙酸，进行再循环，从而为细胞提供了降解乙酰基而提供产生能量的基础。

江苏××××生物化工有限公司

年产六万吨柠檬酸生产线初步设计

发酵车间工艺计算书

第 1 页 共 12 页 1 一、计算依据

江苏××××公司新建柠檬酸生产线采用发酵法生产柠檬酸，规划年产柠檬酸六万吨。全年按300天计算,发酵周期72小时,按照三天一罐计算。主要生产原料为木薯和玉米，初步规划为1000m3发酵罐6台，100 m3种子罐3台，设计生产技术指标为产酸13.5%，提取总收率90%，粮耗1.8T/T成品。

二、原料粉碎工段

1. 总原料需求：6×104t产量×1.8=1.08×105t

每年生产日：300day

成品每天产量：60000÷300=200t

每天投料量：108000÷300=360t

2. 原料中品种配比：木薯：玉米=80:20

每日投木薯量：360×0.80=288t

每日投玉米量：360×0.20=72t

3. 粉碎工艺要求，按工厂劳动生产力组合和电力负荷粉碎

木薯每天粉碎时间为8h，玉米每天粉碎时间为6h

木薯粉碎量：288÷8=36t

玉米粉碎量：72÷6=12t

采用锤片式粉碎机2台：木薯、玉米各一台

初步选型：木薯粉碎机

玉米粉碎机

粉碎后要求：粉料80%以上过40目筛。

4. 粉料仓储量

木薯粉容重0.5，玉米粉容重0.6，粉仓要求储存24h容量

粉碎后木薯粉储仓设计为200 m3二台

每仓可以储存木薯粉100t，共储存木薯粉200t

粉碎后玉米粉储仓设计为160 m3

可以储存玉米粉96t

能满足24h生产原料储存。 第 2 页 共 12 页 2 发酵车间物料衡算表

物料名称 每天需要量(吨) 全年需要量(万吨)

木薯 288 8.64

玉米 72 2.16

三、调浆工段

1、发酵罐单罐容积1000 m3

发酵定容0.9×1000=900 m3

发酵液原料浓度：20%，每罐批用料量180t

调浆浓度35%，连续调浆

调浆总量为：500m3左右

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pH

2．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。