柠檬酸液态发酵及提取工艺

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1、CentralLaboratoryofBiology柠檬酸液态发酵及提取工艺综合大实验任课教师：胡远亮2011.6性　质柠檬酸(citricacid)又名枸(jǔ)橼酸，学名2-羟基丙烷三羧酸（2-hydroxytricarboxylicacid）或2-羟基丙烷-l，2，3-三羧酸（2-hydroxypropane-1，2，3-triearboxylicacid）。分子式、结构式：C6H8O7·H2O溶解度：600g/L(20℃)酸　性：1%柠檬酸的水溶液：pH2.2理化性质物理性质商品柠檬酸有两种形式：一种为无色透明，有光泽的含一个结晶水的晶体，其分子式为C6H8O7·H2

2、O，相对分子质量为210.14。另一种为无色半透明全对称晶体的无水柠檬酸，分子式为C6H8O7，相对分子质量192.13。无臭、味极酸、易溶于水和乙醇，水溶液显酸性。化学性质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。1893年前，人们主要从柑橘、菠萝和柠檬等果实中制取柠檬酸。柠檬40~80g/kg；柚子12~21覆盆子10~13；　　红醋栗15~30草莓6~8；　　　　番茄2.51893年后发现微生物可产生柠檬酸，1951年美国Miles公司首先采用深层发酵法生产柠檬酸。我国在20世纪40年代初期开始浅盘发酵生产柠檬酸，6

3、0年代开始采用薯干粉直接深层发酵法。来　源用　途柠檬酸因无毒、水溶性好、酸味适度、易被吸收和价格低廉等优点，被广泛应用于食品、医药、化工、化妆品、清洗(洗涤)、建筑等工业部门。其中食品和饮料业占56％，清洗(洗涤剂)业占20％，医药和化妆品占11％，其他工业占13％。柠檬酸在食品工业上广泛用作酸味剂、增溶剂、缓冲剂、抗氧化剂、除腥臭剂、螯合剂等。医药工业上广泛用柠檬酸及其盐类，柠檬酸盐用于补充相应的元素时，具有溶解度高、生理宽容性大，酸根直接被吸收而无积留等优点。柠檬酸及其盐类和衍生物在化学工业中广泛用作缓冲剂、催化剂、激活剂、增塑剂、螯合剂、清洗剂、吸附剂、稳定剂、消泡剂。

4、柠檬酸及其盐类在印染、原子能工业、石油开采、建筑工业、铸造工业、皮革工业等行业中也有广泛的用途。产量价格年份产量（万吨）出口量（万吨）全球产量（万吨）199927.120.9200036.925.820013527.820020024028.32001年一水柠檬酸、无水柠檬酸年均价格为727美元/吨，比上年下降了13.1%。2002年1～6月份平均价格仅为670美元/吨，导致了出口数量虽然有少量增加，但是出口创汇却大幅度下降。产柠檬酸的菌种能够产生柠檬酸的微生物很多，青霉、毛霉、木霉、曲霉、葡萄孢菌及酵母中的一些菌株都能够利用淀粉质原料或烃类大量积累柠檬酸。最具商业竞争优势的

5、是采用黑曲霉、文氏曲霉和解脂假丝酵母等菌种的深层液体发酵。目前国内外普遍采用黑曲霉的糖质原料发酵生产柠檬酸。1)黑曲霉（Aspergillusniger）的形态特征在固体培养基上，菌落由白色逐渐变至棕色。孢子区域为黑色，菌落呈绒毛状，边缘不整齐。菌丝有隔膜和分枝，是多细胞的菌丝体，无色或有色，有足细胞，顶囊生成一层或两层小梗，小梗顶端产生一串串分生孢子。2)黑曲霉（Aspergillusniger）的生理特征黑曲霉生产菌可在薯干粉、玉米粉、可溶性淀粉糖蜜、葡萄糖麦芽糖、糊精、乳糖等培养基上生长、产酸。黑曲霉生长最适pH值因菌种而异，一般为pH3~7；产酸最适pH为1.8~2.

6、5。生长最适温度为33~37℃，产酸最适温度在28~37℃，温度过高易形成杂酸。黑曲霉以无性生殖的形式繁殖，具有多种活力较强的酶系，能利用淀粉类物质，并且对蛋白质、单宁、纤维素、果胶等具有一定的分解能力。黑曲霉可以边长菌、边糖化、边发酵产酸的方式生产柠檬酸。黑曲霉三羧酸循环EMP丙酮酸羧化酶（在细胞质中）苹果酸酯脱氢酶（在细胞质中）柠檬酸酯合成酶（在细胞质中）柠檬酸酯/苹果酸酯反向转运系统（线粒体膜）黑曲霉内的柠檬酸合成柠檬酸生物合成的代谢调节糖酵解及丙酮酸代谢的调节磷酸果糖激酶：第一个关键酶，在正常情况下，柠檬酸、ATP对磷酸果糖激酶有抑制作用，而ATP、无机磷、NH4+对

7、该酶则有激活作用，且能解除柠檬酸、ATP对磷酸果糖激酶的抑制作用。比较底物锰充足、锰缺乏时分批培养物的最大活力时发现，锰缺乏时黑曲霉的组成（合成）代谢受损伤，这与柠檬酸的积累有关。丙酮酸激酶：第二个调节酶，NH4+、K+有激活作用。黑曲霉合成柠檬酸的调节TCA环的起始酶，柠檬酸合成酶：调节酶。但在黑曲霉中，柠檬酸合成酶没有调节作用。第二个特点：黑曲霉菌体内α-酮戊二酸脱氢酶缺失或活力很低（TCA环被阻断）。Mn2+缺乏→抑制蛋白合成→NH4↑由于丙酮酸羧化酶是组成型酶，不被调节控制。丙酮酸氧化脱羧生成乙