檸檬酸發(fā)酵工藝新進展探究

商談 佟立峰

フ?要：檸檬酸是一種廣泛應用于食品、醫(yī)藥以及工業(yè)等領域的重要有機酸，其生產大致可以分為發(fā)酵與提取兩個階段。其中，發(fā)酵階段的環(huán)境溫度、原料以及菌種等因素，可直接影響到檸檬酸的產量與最終產品的質量。為切實保障檸檬酸的生產質量，相關領域積極進行了發(fā)酵工藝的改進嘗試。本文就檸檬酸發(fā)酵工藝的新進展進行綜述。

ス丶詞：檸檬酸；清液發(fā)酵；改良

檸檬酸是一種廣泛分布于動植物與微生物細胞中的有機酸，其用途較為廣泛，如在食品行業(yè)，可作為pH調節(jié)劑、酸味劑、抗氧化劑；在醫(yī)藥領域，可用作矯味劑以及抗凝血劑；在化學工業(yè)領域，可用作調色劑、緩沖劑以及凝膠劑。在檸檬酸的生產、應用階段，依來源的不同，檸檬酸可分為天然檸檬酸（主要存在于檸檬、菠蘿等植物以及動物的血液、肌肉中）、人工合成檸檬酸（以淀粉、砂糖等物質發(fā)酵制得）。針對人工合成檸檬酸，考慮到各個行業(yè)對檸檬酸生產、使用需求存有一定的差異，眾多學者進行了檸檬酸制取方法的研究與改良。

1?檸檬酸的發(fā)酵過程

1.1?檸檬酸發(fā)酵方法

ピ諳紙錐蔚娜斯ず銑贍檬酸生產實踐中，發(fā)酵法是一種應用極為廣泛的制取方法。與傳統(tǒng)的生產方法相比，發(fā)酵法具有控制簡單、生產過程省時省力以及最終獲得的產量較高等優(yōu)勢。加之近年來現代生物技術的快速發(fā)展、成熟以及高產菌株的應用，檸檬酸生產階段的發(fā)酵效率獲得了極大的提升。就當前常用的發(fā)酵方法來看，大致可以分為固態(tài)發(fā)酵、液態(tài)淺盤發(fā)酵以及深層發(fā)酵三種方法。固態(tài)發(fā)酵以各類含有淀粉的農副產品為主要的生產原料，通過配置培養(yǎng)基、高溫蒸煮、發(fā)酵等一系列生產環(huán)節(jié)，實現檸檬酸的制取。液態(tài)淺盤發(fā)酵則選取糖蜜為主要的生產原料，借助其制作無菌培養(yǎng)液并將其置于發(fā)酵盤內，嚴格控制無菌環(huán)境，接入菌種。深層發(fā)酵的主要原理與液態(tài)淺盤發(fā)酵相似，其涉及的流程相對較多，整個發(fā)酵過程對發(fā)酵技術與生產設備的要求相對較高，在發(fā)酵質量方面具有一定的優(yōu)勢。

1.2?檸檬酸發(fā)酵的工藝條件

ゴ臃⒔偷墓ひ仗跫來看，檸檬酸的生產需要關注原料的質量、菌種以及環(huán)境的控制，其中任何一項指標出現差錯，都將有可能對最終的發(fā)酵質量以及檸檬酸的產量造成影響。在原料的控制方面，根據檸檬酸發(fā)酵、提取的相關要求，對原料的選取以及質量的檢驗進行嚴格管理，能夠為后續(xù)的生產環(huán)節(jié)提供一定的保障。針對菌種的控制，需要兼顧優(yōu)質菌種的提取以及環(huán)境的控制。在培養(yǎng)菌種時，需要根據發(fā)酵菌種的具體特點，嚴格控制其pH值、溫度等可變因素，繼而保證發(fā)酵環(huán)境。以檸檬酸生產采用Co-827黑曲霉菌種發(fā)酵為例，該菌種進行無性繁殖，由孢子發(fā)芽、菌絲體生長、到足細胞生出分生孢子梗、孢子梗頂端膨大、再到成為頂囊、形成小梗到新孢子形成、成熟為一個生長周期。菌種培養(yǎng)的好壞將直接關系到發(fā)酵的水平?；谏鲜龇治?，在檸檬酸生產過程中，做好相關工藝條件的控制，能夠較好的保證檸檬酸的產量與質量。

2?檸檬酸發(fā)酵工藝的新進展

ピ諛檬酸發(fā)酵階段，相關試驗數據顯示，不同CO2濃度下檸檬酸的合成速度存有較大的差異，適當控制發(fā)酵過程的CO2濃度，能夠對檸檬酸的發(fā)酵速率以及最終的檸檬酸產量造成一定的影響。作為微生物的代謝產物，CO2又是多種微生物的生物合成反應的必備原料，現有研究表明，其對微生物的發(fā)酵過程有著一定的刺激作用。因此，從這一角度分析，要保證檸檬酸的發(fā)酵產量與生產質量，就需要合理控制發(fā)酵階段的CO2濃度。以黑曲霉菌為例，可通過將CO2固定反應成草酰乙酸的形式，保證檸檬酸的發(fā)酵速度與最終質量。明確這一改良思路后，相關的技術人員即可考慮借助基因工程相關的一些技術手段，提高丙酮酸的基因表達能力，實現檸檬酸發(fā)酵水平的提升。

コ上述關鍵參數的控制外，做好原料質量及基礎條件的控制，也是當下發(fā)酵工藝改進的重要方向。以玉米發(fā)酵生產檸檬酸為例，在原材料的選取階段，粗玉米粉中雖然有著豐富的蛋白含量，但若直接使用粗玉米粉，將可能引起菌體的瘋長，繼而對產酸過程產生負面影響；基于傳統(tǒng)的玉米發(fā)酵工藝，榆樹公司新開發(fā)的以玉米淀粉乳為原料和玉米漿配料清液發(fā)酵新工藝進行檸檬酸發(fā)酵時，能夠較好地規(guī)避這一問題。與玉米粉相比，液化后的玉米淀粉乳清液的蛋白質、脂肪含量明顯更低，這將對發(fā)酵液中溶氧水平的提升起到一定的積極作用。結合相關的試驗數據來看，溶氧、pH值、接種量、溫度等指標都可對檸檬酸發(fā)酵的產酸產生一定的影響。在溶氧控制方面，在發(fā)酵控制的不同時期應合理控制不同的溶氧，整個過程必須保證攪拌與通風量，確保溶氧這一關鍵控制指標，避免對黑曲霉生長產生不可逆的影響。大生產以現有的研究結論為基礎，對玉米淀粉乳清液發(fā)酵的相關工藝條件進行了適當優(yōu)化調整，根據實驗數據分析各類指標可能對產酸造成的影響，合理優(yōu)化工藝條件，能夠對菌絲的營養(yǎng)吸收以及產物釋放起到一定的作用，繼而加速發(fā)酵產酸。而在工藝優(yōu)化策略方面則以玉米淀粉乳清液發(fā)酵檸檬酸，添加玉米漿作為氮源，結合原有玉米發(fā)酵工藝玉米粉中各類金屬離子的含量，并根據接種量以及初始pH值與產酸之間的關系，適當調整玉米漿添加量、將各項參數控制在一個相對合理的范圍內，兼顧產酸的效率與質量，縮短周期，大大降低生產成本。

3?結語

ピ諛檬酸的生產實踐中，借助現代生物技術縮短發(fā)酵周期、提高發(fā)酵產酸與質量是一種重要的工藝改進策略。從技術層面來講，現代生物技術的快速發(fā)展以及相關試驗獲得的結論，均為檸檬酸發(fā)酵工藝的改良提供了重要的支撐；而從實踐的角度分析，大量的生產實踐數據表明，對相關的工藝條件進行合理控制，能夠顯著提高檸檬酸的產出質量，實現檸檬酸發(fā)酵工藝的不斷優(yōu)化。

ゲ慰嘉南祝

ィ1］王文華.檸檬酸發(fā)酵工藝新進展探究［J］.科技創(chuàng)新與應用，2017（8）：75.

ィ2］李明華，孟秀梅.超聲波輔助檸檬酸法龍蝦殼脫鈣工藝研究［J］.食品工業(yè)，2017（5）：8-10.

ィ3］王博彥，金其榮.發(fā)酵有機酸生產與應用手冊［M］.中國輕工業(yè)出版社，2000.