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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。
《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C6H8O7·H2O 。
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1784年C.W.舍勒首先从柑橘中提取柠檬酸。
他是通过在水果榨汁中加入石灰乳以形成柠檬酸钙沉淀的方法制取柠檬酸的。
天然柠檬酸最初产于美国加利福尼亚州、意大利和西印度群岛。
意大利的产量居首位。
1922年，世界柠檬酸的总销售额的90％由美国、英国、法国等垄断。
发酵法制取柠檬酸始于19世纪末。
1893年C.韦默尔发现青霉（属）菌能积累柠檬酸。
1913年B.扎霍斯基报道黑曲霉能生成柠檬酸。
1916年汤姆和柯里以曲霉属菌进行试验，证实大多数曲霉菌如泡盛曲霉、米曲霉、温氏曲霉、绿色木霉和黑曲霉都具有产柠檬酸的能力，而黑曲霉的产酸能力更强。
如柯里以黑曲霉为供试菌株，在15％蔗糖培养液中发酵，对糖的吸收率达55％。
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。
1.3.1 用于食品与饮料柠檬酸及其钠盐、钾盐，广泛地应用于各种饮料与食品中，作为酸味剂加入果酱、果冻、蜜饯、糖果、糕点和各种饮料中。
在海产品、罐头水果和蔬菜中加入柠檬酸，可降低其pH 值，从而抑制微生物的生长，延长保存时间。
1.3.2 用于医药和化妆品柠檬酸是生产多种药品的原料，如柠檬酸铁铵可作为补血剂，柠檬酸钠用作输血剂等。
另外，柠檬酸及其盐类可作为酸化剂，加入许多药品中，使pH 值控制在最佳条件，同时鳌合金属离子，以保持药品的性能稳定，防止有效成分氧化。
在各种化妆品中，如洗发剂、染发液、洗涤剂、牙膏中加入柠檬酸，可以作为缓冲剂调节pH 值，以防止产品分解和变质。
1.3.3 在工业中的应用柠檬酸钠可代替磷酸盐作为增效剂，应用于各种日用和工业洗涤剂生产中。
由于磷酸盐在水中富集会使藻类迅速生长繁殖，严重影响生态平衡。
因此，许多国家都已经禁用或限用含磷洗涤剂。
柠檬酸钠能够螯合硬水离子，使斑点分散，去污效果很好，而且柠檬酸可被生物降解，不会造成环境污染。
所以，柠檬酸钠可用于生产无磷洗涤剂。
1.3.4 在农业生产中的应用柠檬酸及其钱盐可以和液体肥料中的铁、铜、锌等微量营养元素整合，形成可溶性整合物，使肥效增加。
在动物饲料中加入柠檬酸及其盐类，可增强饲料的效力。
1.3.5 在塑料工业中的应用柠檬酸和碳酸氢盐可代替氯氟化碳，在聚苯乙烯泡沫塑料中用作发泡剂。
柠檬酸钠可用作无毒增塑剂，生产聚氯乙烯薄膜。
此外，柠檬酸及其盐类还广泛应用于锅炉清洗业、无氰电镀、石油工业以及水泥缓凝、织物、纸张、陶瓷等的加工过程中。
1.4柠檬酸的发酵方法发酵有固态发酵、液态浅盘发酵和深层发酵 3种方法固态发酵：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。
液态浅盘发酵：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：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。
二、柠檬酸的生产2.1原料柠檬酸发酵生产可使用的原料品种很多, 但共可划分为两类, 即糖质原料和石油原料。
糖质原料包括薯干、薯渣、淀粉、淀粉渣及玉米粉, 各种粗制糖粗蔗搪, 怡糖等、甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜, 葡萄糖母液等。
石油原料主要包括一的正烷烃。
以石油为原料柠檬酸发酵的研究以日本、美国的研究报道占多数。
虽然用于柠檬酸生产的菌种可采用多种碳源, 但以蔗糖和葡萄糖为佳, 许多原料需进行纯化, 因为有些微量元素会影响柠檬酸的产生。
本设计主要以薯干为原料。
2.2菌种常用菌种为产黑曲霉（Aspergillus niger）。
本设计使用黑曲霉CO827。
2.3生产发酵机理2.3.1柠檬酸生物合成的代谢调节薯干内含有淀粉，经过粉碎打浆后，在黑曲霉分泌的淀粉酶的作用下，氧化分解+和呼吸活性提高，使通过糖酵解途径的为葡萄糖，此时黑曲霉的大量的胞内NH4代谢得到加强，葡萄糖经EMP通络分解成为丙酮酸，进入三羧酸循环，在丙酮酸脱氢酶复合物的作用下氧化成为乙酰CoA以及CO，然后在柠檬酸合成酶作用下与2草酰乙酸缩合而形成柠檬酸，而异柠檬酸脱氢酶、乌头酸酶因受抑制，而使柠檬酸得以积累如下图：柠檬酸合成途径糖酵解及丙酮酸代谢的调节：正常情况下，柠檬酸、ATP 对磷酸果糖激酶有抑制作用，而AMP 、无机磷、铵离子对该酶则有激活作用，特别是还能解除柠檬酸、ATP 对磷酸果糖激酶的抑制作用。
铵离子浓度与柠檬酸生成速度有密切关系，正是由于细胞内浓度升高，使磷酸果糖激酶对细胞内积累的大量柠檬酸不敏感。
合成代谢中酶的作用：TCA 环的起始酶：柠檬酸合成酶是一种调节酶。
但在黑曲霉中，柠檬酸合成酶没有调节作用，这是黑曲霉TCA 环的第一个特点。
顺乌头酸酶：顺乌头酸酶会将糖酵解途径所积累的柠檬酸进一步转化，从而使柠檬酸无法积累，因此顺乌头酸酶失活，阻断TCA 环是柠檬酸积累的必要条件，顺乌头酸水合酶需要Fe2＋。
顺乌头酸酶、异柠檬酸酶在pH2.0时失活，线粒体顺乌头酸酶在催化时有柠檬酸：顺乌头酸：异柠檬酸=90：3：7的平衡，这个平衡可能就是造成柠檬酸的最初积累而使pH 值降低。
2.4生化过程1.薯干内含丰富淀粉，经粉碎打浆后，淀粉由黑曲霉分泌的淀粉酶水解为葡萄糖：(C6H10O5)n(淀粉)+nH2O−−→−淀粉酶 nC6H12O6(葡萄糖) 2.葡萄糖经EMP 途径生成丙酮酸：EMP 反应式：葡萄糖 + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 磷酸→ 2 NADH + 2 丙酮酸 + 2 ATP + 2 H2O +2 H+3. EMP途径：4. TCA循环途径：TCA循环反应式：乙酰CoA+3NAD+FAD+GDP+Pi+2H2O−→−2O2+3NADH+3H++FADH2+GTP+CoASH其详细过程如下：(1)乙酰-CoA进入三羧酸循环乙酰CoA具有硫酯键，乙酰基有足够能量与草酰乙酸的羧基进行醛醇型缩合。
首先柠檬酸合酶的组氨酸残基作为碱基与乙酰CoA作用，使乙酰CoA的甲基上失去一个h+，生成的碳阴离子对草酰乙酸的羰基碳进行亲核攻击，生成柠檬酰CoA中间体，然后高能硫酯键水解放出游离的柠檬酸，使反应不可逆地向右进行。
该反应由柠檬酸合成酶催化，是很强的放能反应。
由草酰乙酸和乙酰CoA合成柠檬酸是三羧酸循环的重要调节点，柠檬酸合成酶是一个变构酶，ATP是柠檬酸合成酶的变构抑制剂，此外，α-酮戊二酸、NADH能变构抑制其活性，长链脂酰CoA也可抑制它的活性，AMP可对抗ATP的抑制而起激活作用。
(2)异柠檬酸形成柠檬酸的叔醇基不易氧化，转变成异柠檬酸而使叔醇变成仲醇，就易于氧化，此反应由顺乌头酸酶催化，为一可逆反应。
(3)第一次氧化脱羧在异柠檬酸脱氢酶作用下，异柠檬酸的仲醇氧化成羰基，生成草酰琥珀酸的中间产物，后者在同一酶表面，快速脱羧生成α-酮戊二酸、NADH和co2，此反应为β-氧化脱羧，此酶需要Mg2+作为激活剂。
此反应是不可逆的，是三羧酸循环中的限速步骤，ADP是异柠檬酸脱氢酶的激活剂，而ATP，NADH是此酶的抑制剂。
(4)第二次氧化脱羧在α-酮戊二酸脱氢酶系作用下，α-酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰CoA、NADH·H+和CO2，反应过程完全类似于丙酮酸脱氢酶系催化的氧化脱羧，属于α氧化脱羧，氧化产生的能量中一部分储存于琥珀酰CoA的高能硫酯键中。
α-酮戊二酸脱氢酶系也由三个酶(α-酮戊二酸脱羧酶、硫辛酸琥珀酰基转移酶、二氢硫辛酸脱氢酶)和五个辅酶(tpp、硫辛酸、hscoa、NAD+、FAD)组成。
此反应也是不可逆的。
α-酮戊二酸脱氢酶复合体受ATP、GTP、NADH和琥珀酰CoA 抑制，但其不受磷酸化/去磷酸化的调控。
(5)底物磷酸化生成ATP在琥珀酸硫激酶的作用下，琥珀酰CoA的硫酯键水解，释放的自由能用于合成GTP(三磷酸鸟苷）在细菌和高等生物可直接生成ATP，在哺乳动物中，先生成GTP，再生成ATP，此时，琥珀酰CoA生成琥珀酸和辅酶A。
(6)琥珀酸脱氢琥珀酸脱氢酶催化琥珀酸氧化成为延胡索酸。
该酶结合在线粒体内膜上，而其他三羧酸循环的酶则都是存在线粒体基质中的，这酶含有铁硫中心和共价结合的FAD，来自琥珀酸的电子通过FAD和铁硫中心，然后进入电子传递链到O2，丙二酸是琥珀酸的类似物，是琥珀酸脱氢酶强有力的竞争性抑制物，所以可以阻断三羧酸循环。
(7)延胡索酸的水化延胡索酸酶仅对延胡索酸的反式(反丁烯二酸) 双键起作用，而对顺丁烯二酸(马来酸)则无催化作用，因而是高度立体特异性的。
(8)生成苹果酸(9)草酰乙酸再生在苹果酸脱氢酶(malic dehydrogenase)作用下，苹果酸仲醇基脱氢氧化成羰基，生成草酰乙酸(oxalocetate)，NAD+是脱氢酶的辅酶，接受氢成为NADH ·H+5.代谢合成柠檬酸的总生化反应方程式：葡萄糖EMP −−−−−→途径丙酮酸−−−−−−−−→丙酮酸脱氢酶复合物CO 2 +乙酰CoA −−−−−−−−−−−−−−→草酰乙酸柠檬酸合成酶柠檬酸2.5.工艺流程1.原料的预处理：将薯干粉碎打浆后，用淀粉酶在80～105℃的条件下将淀粉水解，当料液与典反应不呈蓝色即为液化终点。
