柠檬酸发酵机理

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。这是一个复杂的生物过程，与微生物的生长条件、酶的活性以及供氧情况等因素密切相关。柠檬酸发酵在工业生产和食品加工中有着广泛的应用，如酒精、乳酸等。

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。

三、红茶的由来

红茶的由来，传说那是因为，有一次满载茶叶的大船，从福建的口岸驶往英国途中，遇到风暴而迷失方向，经历了一年半载之后才到达英国的码头。当英国商人打开箱子的时候，忽然发现，原本是绿黑的茶叶，怎么变成了红色，而且发出了与平时不同的甜香味。开汤之后，平时是绿色的茶水如今却变成金黄色，好象皇室饮用的香槟，邀为英国皇室人员所喜欢，特下令年年进贡这种带有金黄色香槟般液体的茶叶。

红茶的发明，倒不如说被发现来得更加妥当，其实世上很多发明，实际上都是被人们发现之后再被广泛利用而产生的。

这个世界，先有红茶，还是先有乌龙茶，曾经引起不少争论，而且至今还搞不清楚。只是，中国著名的茶叶专家庄晚芳教授曾经撰文指出：红茶是继乌龙茶之后所出现的一种全发酵茶类，是由于乌龙茶畅销，以及简化加工工序演变而成的。

庄晚芳教授指出，欲谈乌龙茶的形成和发展，必须先溯源北苑茶。北苑茶是福建最早的贡茶，也是宋代以后最为著名的茶叶。

北苑在宋代是指福建省北部的建瓯地区，离武夷山布道一百公里。北苑在唐朝末年已产茶，制成“研膏茶”。“研膏茶”是在饼茶上涂上一层珍膏油而得名。直到宋代，饼茶上压成凤凰图案。另外，当时茶农又研制一种小团茶，压成龙的图案，这就成为后来驰名天下的龙凤团饼。

北苑茶的主要成品属于龙团凤饼，并年年要进贡朝廷。因此，人们也惯称它为北苑贡茶。根据史书的记载，北苑贡茶的制作，是白天采摘鲜叶，待晚间才能开始蒸制，而叶子在筐中不断摇荡积压，无形中就发生了部分红变，究其实质也就是现在我们所说的发生了发酵反应，成为半发酵茶了，这也就是属于乌龙茶的范畴。所以，也有人说，北苑茶实际上就是乌龙茶的前身。

庄晚芳教授还指出，武夷茶是继北苑茶而发展。武夷山产茶可能在唐朝时期或更早，只是由于先前不做贡茶，所以并不出名。

元朝大德六年，在武夷山四曲处，设置了“御茶苑”，专制龙团贡茶，一切均依照宋代制法。直到明初，龙团茶改制成散茶，那是武夷山个寺院的僧侣参与了改革，鲜叶采摘后经蒸揉再直接焙干成散茶。之后又以炒代蒸，色、香、味更佳，从此，武夷茶名满天下，为世人所注目。