柠檬酸发酵课程设计

生物工程设备课程设计年产30000吨柠檬酸发酵设计学院：化工与材料学院专业：姓名：指导老师：生物工程学号：职称：高级工程师中国·珠海二○一五年十一月北京理工大学珠海学院课程设计诚信承诺书本人郑重承诺：我所呈交的课程设计《年产30000吨柠檬酸发酵设计》是在指导教师的指导下，独立开展研究取得的成果，文中引用他人的观点和材料，均在文后按顺序列出其参考文献，设计使用的数据真实可靠。

承诺人签名：日期：年月日北京理工大学珠海学院12级生化工程设备课程设计任务书题目：年产30000吨柠檬酸发酵设计专业学院：化工与材料学院专业：生物工程学生姓名：指导教师：一、主要研究内容：1、设备所担负的工艺操作任务和工作性质，工作参数的确定。

2、容积的计算，主要尺寸的确定，传热方式的选择及传热面积的确定。

3、动力消耗、设备结构的工艺设计。

二、主要任务及目标：1、工艺设计和计算根据选定的方案和规定的任务进行物料衡算，热量衡算，主体设备工艺尺寸计算和简单的机械设计计算，汇总工艺计算结果。

主要包括：（1）工艺设计①设备结构及主要尺寸的确定（D，H，HL ，V，VL，Di等）②通风量的计算③搅拌功率计算及电机选择④传热面积及冷却水用量的计算（2）设备设计①壁厚设计（包括筒体、封头和夹套）②搅拌器及搅拌轴的设计③局部尺寸的确定（包括挡板、人孔及进出口接管等）④冷却装置的设计(包括冷却面积、列管规格、总长及布置等)2、设计说明书的编制设计说明书应包括设计任务书，目录、前言、设计方案论述，工艺设计和计算，设计结果汇总、符号说明，设计结果的自我总结评价和参考资料等。

3、绘制设备图一张设备图绘制，应标明设备的主要结构与尺寸。

指导教师签字：年月日工作小组组长签字：年月日年产30000吨柠檬酸发酵设计摘要本设计采用薯干原料发酵，只需将薯干磨成粉，加水调浆，直接加入少量α－淀粉酶液化后灭菌、冷却即可接种发酵。

制备柠檬酸一般采用晒干的薯干作为原料。

摘要本设计采用薯干原料发酵，只需将薯干磨成粉，加水调浆，直接加入少量α－淀粉酶液化后灭菌、冷却即可接种发酵。

制备柠檬酸一般采用晒干的薯干作为原料。

其中薯干含水10%-15%、淀粉70%左右、蛋白质6%左右。

薯干原料中的蛋白质可作为氮源供菌体生长。

薯干原料中含有铁、镁、钾、钙等的无机盐，选用的黑曲霉C0527对这些成分不敏感,故不必对原料做这方面的预处理。

本设计采用液体深层好氧发酵、钙盐法提取技术生产柠檬酸。

这两种方法都是国内比较流行的生产方法，有着大量的实际经验，易于操作，风险小。

由于本设计为糖化、发酵车间的设计，着重于这两个车间的工艺计算、设备选型。

通过全厂物料衡算、车间热量衡算，确定糖化、发酵车间主要设备发酵罐、种子罐、车间管道的设计和选型。

本设计还包括发酵罐，工艺流程图，全场平面布局图。

关键词：薯干深层好氧发酵黑曲霉柠檬酸设备设计和选型。

1 引言柠檬酸，学名为2-羟基-丙烷三羧酸，结构式为：OH│HOOC─CH2─C─CH2─COOH 。

柠檬酸在自然界中分布很广，主要存在于柠檬、┃COOH柑橘等。

我国柠檬酸生产成本较低，在国际市场上具有较强的竞争力。

近年来我国柠檬酸的年出口量一直保持在10万吨以上。

随着水产养殖业的发展，有机酸在人工饲料中的应用越来越广泛。

柠檬酸具有无毒害、无残留等优点，对水产动物可以起到促进矿物质吸收、提高饲料利用率的作用，因而在水产养殖中得到了较为广泛的应用。

对柠檬酸的研究概况柠檬酸又名枸橼酸，是一种似砂糖的白色结晶体，呈柠檬型酸味。

它以玉米为主要原料，经过发酵等一系列化学工艺提取精制而成，所得产品主要为无水或带一份结晶水的柠檬酸。

柠檬酸具有令人愉快的酸味，口感爽快，无后酸味，安全无毒，在水中的溶解度极高，能被生物体直接吸收代谢。

国内外大量的研究证明，柠檬酸作为饲料酸化剂是添加效果最好的。

柠檬酸的生物代谢功能柠檬酸是机体能量代谢的中间产物，有重要的生理、化学功能，它是乙酰COA合成脂肪过程中的重要介质，也是线粒体中构成时吸链的重要物质之一，可以调节CAMP活性，参与机体能量、结构和酶保障等一系列重要反应。

一、教案基本信息现代食品发酵技术教案-柠檬酸课时安排：2课时教学对象：高中生物技术课程教学目标：1. 了解柠檬酸的来源、性质和作用；2. 掌握柠檬酸的发酵生产工艺；3. 能够分析柠檬酸在现代食品工业中的应用；4. 培养学生的实验操作能力和科学思维。

教学重点：1. 柠檬酸的性质和作用；2. 柠檬酸的发酵生产工艺；3. 柠檬酸在现代食品工业中的应用。

教学难点：1. 柠檬酸的发酵生产工艺的原理和操作；2. 柠檬酸在现代食品工业中的应用的深入理解。

二、教学内容与步骤第一课时1. 柠檬酸的来源和性质教学方式：教师讲解，学生听讲并做笔记。

教学内容：柠檬酸是一种天然有机酸，存在于许多水果中，尤其是柠檬和橙子。

柠檬酸具有酸味强、热量低、稳定性好等特点，广泛应用于食品工业中。

2. 柠檬酸的作用教学方式：教师讲解，学生听讲并做笔记。

教学内容：柠檬酸在食品工业中可以作为酸味剂、防腐剂、抗氧化剂等，还可以用于饮料、糖果、调味品等产品的生产。

第二课时3. 柠檬酸的发酵生产工艺教学方式：教师讲解，学生听讲并做笔记。

教学内容：柠檬酸的发酵生产工艺主要包括菌种选育、发酵过程和提取纯化等步骤。

发酵过程中，常用的菌种有阿米巴菌、乳酸菌等。

4. 柠檬酸在现代食品工业中的应用教学方式：教师讲解，学生听讲并做笔记。

教学内容：柠檬酸在现代食品工业中的应用非常广泛，可以用于生产饮料、糖果、调味品等产品，还可以作为防腐剂、抗氧化剂等添加剂。

三、教学评价1. 课堂问答：教师提问，学生回答，以了解学生对柠檬酸的来源、性质和作用的理解程度。

2. 实验操作：学生分组进行柠檬酸发酵实验，以培养学生的实验操作能力和科学思维。

3. 课后作业：布置相关思考题，要求学生结合课堂所学，分析柠檬酸在现代食品工业中的应用。

四、教学资源1. 教材或教参：《现代食品发酵技术》等相关教材或教参。

2. 实验器材：发酵罐、菌种、提取纯化设备等。

3. 多媒体教学设施：投影仪、电脑等。

名师精编优秀教案第四章柠檬酸教研室：生物工程教师姓名：陆步诗、余有贵0级食品质量与安全方2H.2007,2009 教学过程4.1生产流程4.2原料预处理薯干经粉碎，以16％～20％的比例在调浆罐中加水调浆，pH自然5.5；添加0.1％中温型α-淀粉酶，0.070MPa液化10～15min；过滤除渣；通过(NH)S0计量罐控制并调节培养基中含氮量为90％～85％；连续灭菌后，泵入已灭菌的发酵罐中，装料量为发酵罐体积的0.4％～0.2．442％。

名师精编优秀教案4.3菌种及其扩大培养1、菌种采用薯干原料进行液体深层通气发酵的菌株主要有黑曲霉Co827(上海工业微生物研究所选育)和黑曲霉T419(天津工业微生物研究所选育)，此二菌株具有糖化力高、产酸力强、发酵周期短、产物单一的特点，同时还具有营养要求低、耐高浓度柠檬酸、遗传性状稳定等优良性状，发酵60～90h，产酸率可达15％～20％，糖化率在97％以上，已被大多数厂家采用。

2、扩大培养根据黑曲霉在实验室扩大培养阶段获得的是孢子还是菌丝体，其扩大培养分为孢子扩大培养和麸曲扩大培养2种方式。

孢子扩大培养是利用液体或固体表面培养，收集黑曲霉孢子，再进行种子罐扩大培养或直接进行发酵盘液体浅层发酵生产柠檬酸；麸曲扩大培养是利用固体醅培养出黑曲霉菌丝体，再进行种子罐扩大培养或直接进行曲盘固体浅层发酵生产柠檬酸。

目前，我国普遍采用麸曲扩大培养方式，其工艺流程如下：试管斜面固体菌种的表面培养→250～500mL茄子瓶固体表面培养→1000～2000mL三角瓶麸曲固体表面培养→种子罐液体菌种通气培养。

Be 察氏琼脂培养基或麦芽汁琼脂培养基(10 1)试管斜面固体菌种的表面/。

的无酒花麦汁，培养/。

，用碱调10Be55℃糖化3～4h，滤液用水调至％琼脂2)或米曲汁琼脂培养基(1份米曲加4份水，灭菌后，摆放斜面，冷却后，以无菌操作，加热溶化，分装试管，121℃30minpH6.O，加琼脂2％)，待长满茂盛5d2白金耳或0.1mL孢子悬液，32℃培养4～接人已活化好的黑曲霉试管斜面菌种1～的黑曲霉孢子即可使用。

实验二柠檬酸发酵【课前预习】复习微生物学及实验过程、发酵工程、生物分离工程所学到的微生物培养及生物物质分离的分离方法，了解影响微生物生长及生物物质提取过程中的各种影响因素。

【实验目的】1. 了解柠檬酸发酵原理及过程，掌握柠檬酸液体发酵及中间分析方法。

2. 了解并记录黑曲霉培养过程中培养基中基质的变化与产物的形成情况；3. 通过按照给定的研究题目，独立的进行试验，并观察试验中的各种现象，分析总结实验得出的各种数据并撰写相应的研究及实验报告等各过程，来培养学动手能力和独立分析问题能力，并了解学习科学研究的基本过程与要求，提高科学研究的素质，为将来从事科学研究作好基础。

【实验要求】1. 10-15 人一组，互相配合，开展实验，动手完成实验，并记录实验中的实验现象、数据，必要时及时修改试验计划。

2. 总结试验数据，经教师认定后，撰写实验报告。

【实验原理】黑曲霉发酵法生产柠檬酸的代谢途径被认为是：黑曲霉生长繁殖时产生的淀粉酶、糖化酶首先将薯干粉或玉米粉中的淀粉转变为葡萄糖；葡萄糖经过酵解途径（EMP）和HMP 途径转变为丙酮酸；丙酮酸由丙酮酸氧化生成乙酸和二氧化碳，继而经乙酰磷酸形成乙酰辅酶A，然后在柠檬合成酶的作用下生成柠檬酸。

黑曲霉在限制氮源和锰等金属离子条件下，同时在高浓度葡萄糖和充分供氧的条件下，TCA 循环中的酮戊二酸脱氢酶受阻遏，TCA 循环变成“马蹄形”，代谢流汇集于柠檬处，使柠檬酸大量积累并排出菌体外。

其理论反应式为：C6H12O6+1.5O2C6H8O7+2H2O【实验用品】1. 实验主要仪器设备摇床；离心机；超净工作台；恒温培养箱；灭菌锅；析天平；蒸发器；分光光度计；比色管；容量瓶；滤布；布氏漏斗；滴定管；水浴锅；试管、烧杯、500ml 三角瓶等若干0.1429mol/LNaOH，1%酚酞试剂，pH 计，3,5 二硝基水杨酸试剂，葡萄糖；草酸铵结晶紫液(A 液：1％结晶紫95％酒精溶液：B 液：1％草酸铵溶液。

食品生物工程与设备实验指导书编者：西北农林科技大学食品科学与工程学院二00九年五月《生物工程与设备》综合性实验大纲一、实验课开设目的。

通过综合性实验要求学生掌握发酵的过程及发酵产物的分离提取的方法及一般步骤，增强学生的动手能力，培养工程素养。

二、实验课学时分配。

本课程总学时36，其中讲课27，综合性实验6。

序号实验题目学时1柠檬酸的发酵、提取及精制6合计6三、实验课教材、参考数目1、理论讲授教材梁世中主编,生物工程设备,中国轻工出版社,2002年2月。

2、实验指导书自编实验指导书3、参考书(1)程丽娟,薛泉宏,微生物学实验技术,兴界图书出版公司,2000年4月。

(2)贾世儒主编，生物工艺与工程试验技术，中国轻工业出版社，2002年9月。

四、实验内容及要求实验柠檬酸的发酵、提取及精制(6学时)柠檬酸的发酵一、目的要求了解利用黑曲霉生产柠檬酸的原理与流程，掌握柠檬酸的发酵生产方法。

二、基本原理用于柠檬酸生产的原料有淀粉、废糖蜜等。

本实验以糖为发酵原料，黑曲霉为产生菌。

黑曲霉产柠檬酸多，耐酸力强。

ph1.6～1.7时尚能生长。

且酸度大时产生葡萄糖酸、草酸等副产物较少，故进行柠檬酸发酵时，培养液以在pH2-3为宜。

在一般发酵中，均产生多种酸，其中，低碳链的直链脂肪酸如甲酸、乙酸等称为挥发酸，而乳酸、柠檬酸等称为非挥发酸。

挥发酸和非挥发酸的总和称总酸。

酸的测定方法常采用中和法、电位滴定法及比色法等。

若待测液色泽很深，可采用外指示剂法。

本试验用中和法测定柠檬酸发酵中的总酸。

柠檬酸的定性检验用Deniges试剂。

三、实验材料1．菌种黑曲霉斜面菌种3支。

2．器材柠檬酸发酵培养液硝酸铵2.0g，KH2P04 1.0g，MgS040.25g，蔗糖150g，lmol／L HCl17ml，水1000ml。

取100ml上述培养液，加入500ml三角瓶中，包扎灭菌。

Deniges试剂(HgO1g溶于20ml0.2L／L H2S04中)；0.1mol／L标准NaOH 0.1mol／L H2S04;酒精灯；滤纸，漏斗；烧杯：200ml，500ml；18X180试管；吸管10ml、5ml，150ml三角瓶；碱滴定管，铁台、蝴蝶夹：酚酞指示剂：200ml 量筒；广泛pH试纸；玻璃棒；牛角勺；布氏漏斗，抽滤纸，抽滤水泵，离心机和离心管，滴管，天平。

实验三柠檬酸发酵实验一、目的要求1.了解利用黑曲霉生产柠檬酸的原理与流程，掌握柠檬酸的发酵生产工艺与发酵分析方法。

2. 通过本实验能较熟练地掌握真菌发酵的接种、培养与发酵产物的分析测定等技术。

二、基本原理CH2—COOH｜1.柠檬酸结构式：HO—C—COOH｜CH2—COOH柠檬酸分子式：C6H8O72. 黑曲霉产柠檬酸多，耐酸力强；pH1.6~1.7时尚能生长，且酸度大时产生葡萄糖酸、草酸等副产物较少，故进行柠檬酸发酵时，培养液以pH2~3为宜。

用于柠檬酸生产的原料有淀粉、废糖蜜等；本实验以糖等为发酵原料，黑曲霉为产生菌（合成途径见图1）。

在一般发酵中，均产生多种酸，其中，低碳链的直链脂肪酸如甲酸、乙酸等称为挥发酸，而乳酸、柠檬酸等称为非挥发酸。

挥发酸和非挥发酸的总和称总酸。

酸的测定方法常采用中和法、电位滴定法及比色法等；若待测液色泽很深，可采用外指示剂法。

本试验用中柠檬酸的定性检验用Deniges试剂。

2C6H12O6+3O2→2C6H8O7+4H2OHOOCCH2C(OH)(COOH)CH2COOH+3NaOH———NaOOCCH2C(OH)(COONa)CH2COONa+3H2O三、实验材料1．菌种黑曲霉斜面菌种。

2．实验器材0.1mol/L标准NaOH；0.1mol/L H2S04；Deniges试剂(HgO 1g溶于20ml 0.2L/L H2S04中)（有毒）；酒精灯；滤纸，漏斗；烧杯：200ml，500ml；18X180试管；吸管10ml、5ml，150ml三角瓶；碱滴定管，铁台、蝴蝶夹：酚酞指示剂：200ml量筒；广范pH试纸；玻璃棒；布氏漏斗，抽滤纸，滴管，天平。

3. 柠檬酸发酵培养基：硫酸铵2.0g，KH2P04 1.0g，MgS04 ·7H2O 0.25g，蔗糖150g，水1000ml；pH控制在5.5~6.5左右，加1mol／L NaOH约2滴。

取50ml上述培养液，加入250 mL三角瓶中，包扎灭菌，待用。

第四章柠檬酸教研室：生物工程教师姓名：陆步诗、余有贵教学过程4.1生产流程4.2原料预处理薯干经粉碎，以16％～20％的比例在调浆罐中加水调浆，pH自然5.5；添加0.1％中温型α-淀粉酶，0.070MPa液化10～15min；过滤除渣；通过(NH4)2S04计量罐控制并调节培养基中含氮量为0.2％～0.4％；连续灭菌后，泵入已灭菌的发酵罐中，装料量为发酵罐体积的85％～90％。

4.3菌种及其扩大培养1、菌种采用薯干原料进行液体深层通气发酵的菌株主要有黑曲霉Co827(上海工业微生物研究所选育)和黑曲霉T419(天津工业微生物研究所选育)，此二菌株具有糖化力高、产酸力强、发酵周期短、产物单一的特点，同时还具有营养要求低、耐高浓度柠檬酸、遗传性状稳定等优良性状，发酵60～90h，产酸率可达15％～20％，糖化率在97％以上，已被大多数厂家采用。

2、扩大培养根据黑曲霉在实验室扩大培养阶段获得的是孢子还是菌丝体，其扩大培养分为孢子扩大培养和麸曲扩大培养2种方式。

孢子扩大培养是利用液体或固体表面培养，收集黑曲霉孢子，再进行种子罐扩大培养或直接进行发酵盘液体浅层发酵生产柠檬酸；麸曲扩大培养是利用固体醅培养出黑曲霉菌丝体，再进行种子罐扩大培养或直接进行曲盘固体浅层发酵生产柠檬酸。

目前，我国普遍采用麸曲扩大培养方式，其工艺流程如下：试管斜面固体菌种的表面培养→250～500mL茄子瓶固体表面培养→1000～2000mL三角瓶麸曲固体表面培养→种子罐液体菌种通气培养。

1)试管斜面固体菌种的表面培养察氏琼脂培养基或麦芽汁琼脂培养基(10。

Be/的无酒花麦汁，琼脂2％)或米曲汁琼脂培养基(1份米曲加4份水，55℃糖化3～4h，滤液用水调至10。

Be/，用碱调pH6.O，加琼脂2％)，加热溶化，分装试管，121℃30min灭菌后，摆放斜面，冷却后，以无菌操作接人已活化好的黑曲霉试管斜面菌种1～2白金耳或0.1mL孢子悬液，32℃培养4～5d，待长满茂盛的黑曲霉孢子即可使用。

课程设计报告题目：5000吨柠檬酸发酵（工厂）设计学院食品科学与工程学院专业生物工程班级组长组员指导老师2011年12月28日目录第一章总论 .............................. 错误！未定义书签。

1.1项目提要.............................. 错误！未定义书签。

1.2项目责任单位及法人代表简介 ............ 错误！未定义书签。

1.3项目技术依托单位简介 .................. 错误！未定义书签。

1.4项目建设目标 .......................... 错误！未定义书签。

1.5项目区组成、规模与地点 ................ 错误！未定义书签。

1.6项目技术辐射层次、内容及规模 .......... 错误！未定义书签。

1.7主要建设内容及规模 .................... 错误！未定义书签。

1.8投资估算与资金筹措 .................... 错误！未定义书签。

1.9投资效益及评价 ........................ 错误！未定义书签。

1.10可行性研究报告编制依据 ............... 错误！未定义书签。

1.11可行性研究报告编制范围 ............... 错误！未定义书签。

1.12可行性研究结论 ....................... 错误！未定义书签。

第二章项目背景与必要性..................... 错误！未定义书签。

2.1项目背景.............................. 错误！未定义书签。

2.2建设的必要性 .......................... 错误！未定义书签。

第三章市场分析 ............................ 错误！未定义书签。

第四章项目区概况及项目保证条件............. 错误！未定义书签。

一、教案基本信息教案名称：现代食品发酵技术教案-柠檬酸课时安排：45分钟教学目标：1. 了解柠檬酸的性质和作用；2. 掌握柠檬酸在食品发酵过程中的应用；3. 了解柠檬酸的生产方法和提取工艺；4. 培养学生的实验操作能力和科学思维。

教学重点：1. 柠檬酸的性质和作用；2. 柠檬酸在食品发酵过程中的应用；3. 柠檬酸的生产方法和提取工艺。

教学难点：1. 柠檬酸的生产方法和提取工艺；2. 实验操作能力和科学思维的培养。

教学准备：1. 实验室用具：烧杯、试管、滴定管等；2. 实验试剂：柠檬酸、碳酸钠等；3. 教学课件和资料。

二、教学过程1. 导入：通过展示柠檬酸的图片，引导学生思考柠檬酸在生活中的应用，激发学生的兴趣。

2. 柠檬酸的性质和作用：介绍柠檬酸的化学性质、生理作用和抗菌作用，引导学生了解柠檬酸的重要性。

3. 柠檬酸在食品发酵过程中的应用：讲解柠檬酸在发酵过程中的作用，如调节酸碱度、抑制有害菌生长等，让学生了解柠檬酸在食品工业中的价值。

4. 柠檬酸的生产方法和提取工艺：介绍柠檬酸的生产方法，如化学合成法和天然提取法，以及提取工艺的基本原理。

5. 实验操作：安排学生进行柠檬酸的提取实验，培养学生的实验操作能力和科学思维。

三、课堂互动1. 提问：让学生谈谈对柠檬酸的了解，引导学生思考柠檬酸在生活中的应用。

2. 讨论：分组讨论柠檬酸在食品发酵过程中的作用，鼓励学生分享自己的观点。

3. 实验观察：在实验过程中，让学生观察柠檬酸的提取过程，引导学生思考实验原理和操作方法。

四、教学评价1. 课堂问答：评价学生对柠檬酸性质、作用和发酵应用的理解程度。

2. 实验报告：评价学生在实验过程中的操作能力和对实验结果的分析能力。

3. 小组讨论：评价学生在讨论中的参与程度和思考问题的深度。

五、课后作业1. 查阅资料，了解柠檬酸在其他领域的应用；3. 思考如何优化柠檬酸的提取工艺，提出改进意见。

六、实验探究1. 实验目的：通过实验探究，让学生深入了解柠檬酸的性质和在食品发酵过程中的作用。

现代食品发酵技术教案-柠檬酸教学目标：1. 了解柠檬酸的性质和作用；2. 掌握柠檬酸的发酵生产工艺；3. 能够分析柠檬酸在食品工业中的应用；4. 培养学生的实验操作能力和科学思维。

教学内容：第一章：柠檬酸的概述1.1 柠檬酸的化学性质1.2 柠檬酸的生理功能1.3 柠檬酸的来源和应用第二章：柠檬酸的发酵生产工艺2.1 柠檬酸的生产菌种2.2 发酵条件的优化2.3 柠檬酸的提取和纯化第三章：柠檬酸在食品工业中的应用3.1 柠檬酸作为酸味剂的应用3.2 柠檬酸作为抗氧化剂的应用3.3 柠檬酸在食品保鲜中的应用第四章：柠檬酸的食品安全与法规4.1 柠檬酸的食品安全性评价4.2 柠檬酸的法规标准4.3 柠檬酸的滥用和风险第五章：实验操作与实践5.1 柠檬酸发酵实验的操作步骤5.2 柠檬酸的提取和纯化实验的操作步骤5.3 柠檬酸的应用实验的操作步骤教学方法：1. 采用讲授法，讲解柠檬酸的性质、发酵生产工艺和应用；2. 采用实验法，进行柠檬酸发酵实验、提取纯化实验和应用实验；3. 采用讨论法，分析柠檬酸的食品安全与法规。

教学评价：1. 课堂讲授评价：学生参与度、理解程度和提问回答；3. 课后作业评价：学生对柠檬酸知识的掌握和应用能力的体现。

教学资源：1. 教材和相关文献；2. 实验室设备和材料；3. 网络资源。

教学安排：1. 每周课时：2课时；2. 教学周期：10周。

教学步骤：1. 柠檬酸的概述（2周）；2. 柠檬酸的发酵生产工艺（2周）；3. 柠檬酸在食品工业中的应用（2周）；4. 柠檬酸的食品安全与法规（2周）；5. 实验操作与实践（2周）。

教学内容：第六章：柠檬酸的生物学特性与发酵机制6.1 柠檬酸产生菌的生物学特性6.2 柠檬酸发酵的代谢途径6.3 影响柠檬酸产量的因素第七章：柠檬酸生产过程中的优化与调控7.1 发酵过程参数的优化7.2 发酵过程中柠檬酸产量的调控7.3 发酵过程的放大与工业应用第八章：柠檬酸的化学合成与生物合成8.1 柠檬酸的化学合成方法8.2 柠檬酸的生物合成途径8.3 化学合成与生物合成的比较第九章：柠檬酸的功能性应用9.1 柠檬酸在食品行业的应用9.2 柠檬酸在保健品行业的应用9.3 柠檬酸在其他领域的应用第十章：柠檬酸的市场前景与产业趋势10.1 柠檬酸的市场需求与分析10.2 柠檬酸产业的现状与发展趋势10.3 我国柠檬酸产业的机遇与挑战教学方法：1. 采用讲授法，讲解柠檬酸的生物学特性、发酵机制、化学合成与生物合成；2. 采用案例分析法，分析柠檬酸的功能性应用及其市场前景；3. 采用讨论法，探讨柠檬酸产业的发展趋势及我国柠檬酸产业的现状。

一．原料发酵生产谷氨酸的原料主要是淀粉，其次还有非粮食淀粉原料。

淀粉来自粮食原料，通常利用各种谷类或薯类淀粉，如北方常用玉米，南方常用番薯淀粉等。

非粮淀粉原料主要指甜菜或是甘蔗糖蜜﹑醋酸﹑乙醇﹑正烷烃（如液体石蜡）等。

二.工艺2.1 发酵法概述谷氨酸的发酵生产全过程可划分为三个工艺阶段:(1)原料的预处理及糖化;(2)种子扩大培养及谷氨酸发酵;(3)谷氨酸的提取与这三个工艺阶段相对应的生产厂家一般都设置了糖化车间、发酵车间、提取车间等作为主要生产车间。

另外，为保障生产过程中对蒸汽的需求，同时还设置了动力车间，利用锅炉燃烧产生蒸汽，并通过供气管路输送到各个生产需求部位。

为保障全厂生产用水，还要设置供水站。

所供的水经消毒、过滤系统处理，通过供水管路输送到各个生产需求部位。

原理：谷氨酸的生物合成包括酵解途径（EMP）、磷酸乙糖途径（HMP途径）、三的固定反应等）。

羧酸（TCA途径）、乙醛羧酸循环、伍德—沃克曼反应（CO2谷氨酸产生菌的α-酮戊二酸氧化能力微弱，尤其在生物素缺乏条件下，三羧酸循环到达α-酮戊二酸时，即受到阻挡。

把糖代谢流阻止在α-酮戊二酸的堰上，导向谷氨酸形成具有重要的意义。

在氨离子存在下，α-酮戊二酸因谷氨酸脱氢酶的催化作用，经还原氨基化反应生成谷氨酸。

在谷氨酸的生物合成中必须有谷氨酸脱氢酶和异柠檬酸脱氢酶的共轭反应。

在氨离子存在下，两者非常密切的偶连起来，形成强的氧化还原共轭系，不与的末端的氧化系相连接，是α-酮戊二酸还原氨基化生成谷氨酸。

谷氨酸NADPH2生产菌需要氧化型NADP，以供异柠檬酸氧化作用。

生成的还原型NADPH又因为2α-酮戊二酸的还原氨基化而在生为NADP。

由于谷氨酸产生菌的谷氨酸脱氢酶比其他微生物强大得多，所以由三羧酸循环所得的柠檬酸的氧化中间物，就不再往下氧化，而以谷氨酸的形式积累起来。

谷氨酸由葡萄糖生成谷氨酸的总反应式如下:C2H12O6+NH3+1/2O2→C5H9NO4+CO2+3H2O2.2 原料预处理及淀粉水解糖制备2.2.1 原料的预处理此工艺操作的目的在于初步破坏原料结构，以便提高原料的利用率，同时去除固体杂质，防止机器磨损。

一、教案基本信息教案名称：现代食品发酵技术教案-柠檬酸课时安排：45分钟教学目标：1. 让学生了解柠檬酸的性质和作用。

2. 让学生掌握柠檬酸在食品发酵过程中的应用。

3. 培养学生的实验操作能力和观察能力。

教学重点：1. 柠檬酸的性质和作用。

2. 柠檬酸在食品发酵过程中的应用。

教学难点：1. 柠檬酸的制备方法。

2. 柠檬酸在食品发酵实验中的操作步骤。

教学准备：1. 实验室用具：烧杯、试管、滴定管等。

2. 实验试剂：柠檬酸、氢氧化钠、硫酸等。

3. 实验材料：面包、酸奶、酒等。

二、教学过程1. 导入（5分钟）教师通过提问方式引导学生思考：同学们，你们知道柠檬酸是什么吗？它有什么作用？2. 知识讲解（15分钟）教师讲解柠檬酸的性质、作用以及在食品发酵过程中的应用。

3. 实验演示（15分钟）教师演示柠檬酸的制备方法和食品发酵实验操作步骤。

4. 学生实验操作（10分钟）学生分组进行实验，观察并记录实验现象。

5. 结果分析（5分钟）学生汇报实验结果，教师进行点评和总结。

6. 课堂小结（5分钟）教师总结本节课所学内容，强调柠檬酸在食品发酵中的重要作用。

三、课后作业1. 完成实验报告：记录实验过程、实验现象和结果。

2. 查阅资料：了解柠檬酸在其他领域的应用。

3. 思考题：如何将柠檬酸应用于食品发酵过程中？四、教学反思教师在课后对自己的教学进行反思，了解学生的掌握情况，针对性地调整教学方法和要求。

五、教学评价1. 学生实验操作的准确性。

2. 学生实验报告的质量。

3. 学生在课堂讨论中的表现。

4. 学生对课后思考题的回答。

六、实验与探究6.1 柠檬酸的制备【实验目的】学习柠檬酸的制备方法。

理解柠檬酸的提取过程。

【实验原理】柠檬酸可以通过柠檬或者柠檬汁中的天然酸类成分提取得到。

【实验步骤】1. 准备新鲜柠檬若干，将其榨汁。

2. 将柠檬汁与适量的中性盐（如硫酸钠）混合，以增加柠檬汁的渗透压。

3. 用渗析法或离心法去除混合液中的固体颗粒。

一、教案基本信息1. 课题名称：现代食品发酵技术教案-柠檬酸2. 课时安排：2课时（90分钟）3. 教学对象：高中生物兴趣小组4. 教学目标：a. 了解柠檬酸的来源、性质和作用；b. 掌握柠檬酸的生产发酵过程；c. 培养学生的实验操作能力和科学思维。

二、教学内容与步骤1. 柠檬酸的来源和性质a. 讲解柠檬酸的天然来源，如柠檬、橙子等水果；b. 介绍柠檬酸的化学性质，如酸性、抗氧化性等；c. 讨论柠檬酸在食品工业中的应用。

2. 柠檬酸的生产发酵过程a. 介绍柠檬酸的生产方法，以酸奶发酵为例；b. 讲解酸奶发酵过程中产生柠檬酸的原理；c. 演示柠檬酸生产发酵的实验操作步骤。

3. 实验操作与实践a. 学生分组，每组配置一份柠檬酸发酵实验材料；b. 按照实验步骤进行操作，注意观察实验现象；c. 记录实验结果，进行数据分析。

4. 实验结果与讨论a. 各组报告实验结果，分享实验过程中的发现；b. 分析实验结果，探讨柠檬酸产量与发酵条件的关系；c. 总结柠檬酸生产发酵的优化条件。

三、教学评价与反思1. 学生实验操作的准确性和规范性；2. 学生对柠檬酸性质、作用和生产发酵过程的理解程度；3. 学生参与讨论的积极性和科学思维的体现；4. 教师根据学生表现，进行教学反思，调整教学策略。

四、教学资源与工具1. 实验材料：柠檬、酸奶、发酵剂等；2. 实验仪器：烧杯、试管、滴定管等；3. 教学PPT、教材、参考文献等；4. 网络资源：相关视频、实验指导等。

五、教学建议1. 课前准备：教师提前准备实验材料和仪器，确保实验顺利进行；2. 课堂互动：鼓励学生提问、讨论，提高课堂氛围；3. 实验操作：注重学生实验操作的指导和评价，确保实验安全；4. 课后拓展：鼓励学生查阅相关资料，深入了解柠檬酸的应用和发酵技术的发展。

六、实验操作与实践（续）5. 数据记录与处理a. 学生根据实验数据，进行图表绘制，如发酵时间与柠檬酸含量的关系曲线；b. 分析图表，探讨发酵时间、温度等因素对柠檬酸产量的影响；七、实验结果与讨论（续）5. 发酵条件的优化a. 根据实验结果，分析发酵条件的优化方向，如时间、温度、菌种等；b. 学生提出优化方案，进行实验验证；c. 讨论优化方案的可行性，总结最佳发酵条件。

生产柠檬酸课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解柠檬酸的生产过程，掌握影响柠檬酸产量的关键因素。

2. 学生能掌握柠檬酸的生产原理，了解微生物发酵在柠檬酸生产中的应用。

3. 学生了解柠檬酸在食品、饮料等行业的广泛应用。

技能目标：1. 学生能运用所学知识，分析并解决柠檬酸生产过程中出现的问题。

2. 学生具备实际操作柠檬酸发酵实验的能力，能正确使用实验仪器和设备。

3. 学生能通过查阅资料、小组讨论等方式，提高自主学习能力和团队合作能力。

情感态度价值观目标：1. 学生培养对生物技术产业的兴趣，增强对生物科学的学习热情。

2. 学生认识到柠檬酸生产在国民经济中的重要性，树立环保意识和产业责任感。

3. 学生在小组合作中，学会尊重他人意见，培养良好的沟通能力和团队精神。

本课程针对中学生开展，结合学生好奇心强、动手能力逐步提高的特点，以柠檬酸生产为主题，将理论知识与实际操作相结合，旨在提高学生的生物科学素养，培养学生的创新意识和实践能力。

课程目标具体、可衡量，为后续教学设计和评估提供明确方向。

二、教学内容本章节教学内容主要包括以下几部分：1. 柠檬酸简介：介绍柠檬酸的化学性质、用途以及在食品、饮料等行业的应用。

2. 柠檬酸生产原理：讲解柠檬酸的生产过程，重点阐述微生物发酵的原理及其在柠檬酸生产中的应用。

3. 影响柠檬酸产量的因素：分析温度、pH、氧气、底物等条件对柠檬酸产量的影响。

4. 柠檬酸发酵实验：详细讲解实验操作步骤，让学生动手实践，提高实际操作能力。

5. 柠檬酸生产设备与工艺：介绍柠檬酸生产过程中常用的设备、工艺流程及注意事项。

6. 柠檬酸生产的环保与质量控制：讨论柠檬酸生产过程中的环保问题，强调质量控制的重要性。

教学内容按照以下进度安排：1. 第1课时：柠檬酸简介、柠檬酸生产原理。

2. 第2课时：影响柠檬酸产量的因素。

3. 第3课时：柠檬酸发酵实验（课前预习，课中实践，课后总结）。

4. 第4课时：柠檬酸生产设备与工艺。

柠檬酸发酵课程设计《⽣物化学⼯程》课程设计柠檬酸发酵⽣产及其⽣物反应器的设计⽬录⼀、引⾔ (3)1.1柠檬酸简介 (3)1.2柠檬酸⽣产的发展历史 (3)1.3柠檬酸的应⽤ (4)1.4柠檬酸的发酵⽅法 (5)⼆、柠檬酸的⽣产 (5)2.1原料 (5)2.2菌种 (5)2.3⽣产发酵机理 (6)2.4⽣化过程 (7)2.5⼯艺流程 (9)2.6⼯艺流程图 (10)三、⽣物反应器 (11)3.1⽣物反应器构造图 (11)3.2⽣物反应器的应⽤ (12)3.3发酵⽣产中的条件控制 (16)四、柠檬酸⽣产的后提取技术 (17)4.1提取技术 (17)五、深层液体柠檬酸发酵技术需改进⽅⾯ (19)六、参考⽂献 (19)⼀、引⾔1.1柠檬酸简介柠檬酸⼜名枸橼酸，学名2-羟基-丙烷-1，2，3羧酸，英⽂名称： citric acid，分⼦量：192.14檬酸是⼀种含羟基的三元梭酸, 其化学式为, 学名为⼀羟基⼀羧基戊⼆酸, 为⽆⾊半透明晶体, 或⽩⾊颗粒, 或⽩⾊结晶粉末, 它的结晶形态因结晶条件不同⽽不同, 虽有强烈酸味但令⼈愉快, 稍有⼀点后涩味。

商品柠檬酸主要有⽆⽔柠檬酸C6H8O7和⼀⽔柠檬酸C6H8O72H2O 。

柠檬酸易溶于⽔, 能溶于⼄醉, ⽽不溶于醚、苯、甲苯、氯仿等有机溶剂。

1.2柠檬酸的发展简史随着⽣物技术的进步，柠檬酸⼯业有了突飞猛进的发展,全世界柠檬酸产量已达0.4Mt。

在柠檬酸发酵技术领域，由于⾼产菌株的应⽤和新技术的不断开拓，柠檬酸发酵和提取收率都有明显提⾼，每⽣产1t柠檬酸分别消耗2.5～2.8t糖蜜,2.2～2.3t薯⼲粉或1.2～1.3t蔗糖。

⼈们正在⼤⼒开发固定化细胞循环⽣物反应器发酵技术1.3柠檬酸的应⽤柠檬酸由于具有⽆毒、安全、溶解性好、酸味可⼝、以及调节pH 值和对⾦属离⼦的鳌合作⽤等特点，传统⽤途以⾷⽤为主，作为酸味剂和抗氧化剂应⽤于⾷品与饮料⼯业。

70 年代以后，柠檬酸在其他⼯业领域也得到了⼴泛应⽤，特别是在洗涤剂中代替磷酸盐作为增效助剂，在⽣产⽆磷洗涤剂中担任了重要⾓⾊。