檸檬酸工藝的探究與進(jìn)展

張洋 孟憲瓊 楊寶 劉思洋 佟立峰

摘 要：檸檬酸作為當(dāng)前社會(huì)應(yīng)用相對(duì)廣泛的有機(jī)酸，其發(fā)酵工藝直接影響檸檬酸的產(chǎn)量和市場(chǎng)份額，所以，要對(duì)發(fā)酵原料、發(fā)酵環(huán)境以及發(fā)酵菌種進(jìn)行嚴(yán)格挑選和控制。闡述了檸檬酸所具備的基本特征和在日常生活中的表現(xiàn)，分析了檸檬酸發(fā)酵的主要流程和發(fā)酵工藝的新進(jìn)展，旨在促進(jìn)檸檬酸發(fā)酵工藝的發(fā)展和創(chuàng)新。

關(guān)鍵詞：檸檬酸;發(fā)酵工藝;進(jìn)展

檸檬酸在食品行業(yè)、醫(yī)藥行業(yè)、紡織行業(yè)、飼養(yǎng)行業(yè)等不同行業(yè)都有所應(yīng)用，并且取得了相對(duì)明顯的成果。這就需要優(yōu)化和創(chuàng)新檸檬酸的發(fā)酵工藝，為市場(chǎng)提供更多、更好的檸檬酸。檸檬酸在發(fā)酵過(guò)程中會(huì)受到原料和環(huán)境等基礎(chǔ)條件的影響和制約，同時(shí)，不同發(fā)酵流程和不同條件的參數(shù)也影響著檸檬酸的發(fā)酵。因此，本研究針對(duì)檸檬酸的發(fā)酵工藝進(jìn)行研究和探討。

1?檸檬酸的基本特征

1.1? 檸檬酸的化學(xué)基本特征

檸檬酸在化學(xué)中屬于一種有機(jī)酸，酸性相對(duì)來(lái)說(shuō)比較強(qiáng)，同時(shí)能夠電離出3個(gè)氫離子。所以，檸檬酸能與酸、堿以及甘油發(fā)生不同的化學(xué)反應(yīng)。檸檬酸作為一種三羧酸類(lèi)化合物，當(dāng)加熱到175 ℃時(shí)就會(huì)分解，主要能分解成二氧化碳和水。

1.2? 檸檬酸的物理基本特征

檸檬酸應(yīng)存放在位于干燥陰涼處的密閉容器中。在正常溫度下，檸檬酸多為白色的結(jié)晶性粉末，同時(shí)還具備一定的潮解功能，不易溶于油類(lèi)。檸檬酸主要可以劃分為一水檸檬酸和無(wú)水檸檬酸兩類(lèi)，由于其對(duì)腸道黏膜具有不同程度的刺激性，在長(zhǎng)期刺激下，接觸者會(huì)出現(xiàn)濕疹等不良反應(yīng)。

2?檸檬酸在日常生活中的表現(xiàn)

2.1? 在食品行業(yè)的表現(xiàn)

由于檸檬酸具有天然性和無(wú)毒性，經(jīng)常將其應(yīng)用于食品行業(yè)，作為食品重要的主料或者調(diào)料使用，例如檸檬酸經(jīng)過(guò)加工可制作檸檬水、作為調(diào)料可制作檸檬味餅干等。在有機(jī)酸中，檸檬酸的產(chǎn)量所占比例最大，從市場(chǎng)占比和銷(xiāo)量來(lái)看，檸檬酸也具有比較顯著的優(yōu)勢(shì)。因?yàn)闄幟仕徇€能抗氧化，所以還可以用于制作食品防腐劑，能夠達(dá)到無(wú)毒并且綠色環(huán)保的目的。

2.2? 在紡織行業(yè)的表現(xiàn)

檸檬酸在紡織行業(yè)中也具有相對(duì)較好的表現(xiàn)，利用化學(xué)檢測(cè)的方式，可以將檸檬酸制作成洗滌紡織衣物的重要材料，能夠減少洗滌對(duì)紡織衣物造成的損壞。另外，利用檸檬酸可以制作成本較低但效果顯著的除皺劑，同時(shí)，能夠取代含有甲醛等不利于人體健康成分的除皺劑。國(guó)家明確規(guī)定，禁止在增塑劑中添加對(duì)人體有害的物質(zhì)，所以，將檸檬酸合理應(yīng)用于增塑劑的制作中也取得了對(duì)紡織行業(yè)較為有利的成果，同時(shí)更加節(jié)能和環(huán)保。

2.3? 在醫(yī)藥行業(yè)的表現(xiàn)

在醫(yī)藥行業(yè)中的西醫(yī)方面，檸檬酸通常被用于傷口止血，將檸檬酸中的鈣離子與酸根離子進(jìn)行結(jié)合，可形成一種凝膠狀的結(jié)合物，能夠很好地阻止血液的流動(dòng)，達(dá)到凝血、止血的作用[1]。將檸檬酸合理應(yīng)用在中醫(yī)藥中，能夠?qū)Ρ茄恃谆颊吆椭夤苎谆颊咂鸬交抵箍鹊淖饔?對(duì)口臭患者起到清除口腔異味的作用;對(duì)便秘患者起到加強(qiáng)腸胃消化功能的作用;對(duì)肥胖患者起到減少脂肪的作用。

2.4? 在化學(xué)行業(yè)的表現(xiàn)

檸檬酸在化學(xué)行業(yè)主要應(yīng)用于化學(xué)清洗中，將檸檬酸與氨相結(jié)合，能夠制作具有較強(qiáng)清洗功能的制劑，用來(lái)清洗化學(xué)設(shè)備能夠取得較好的清洗效果，并且能夠減少因?yàn)榍逑唇o設(shè)備造成的損壞和腐蝕，同時(shí)在清洗操作中的安全要求相對(duì)較低。利用檸檬酸制成的除垢制劑，除了可以用于化工行業(yè)設(shè)備的清洗，還可以用于家中常見(jiàn)機(jī)器設(shè)備的清洗，并且能夠延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。

2.5? 在工業(yè)行業(yè)的表現(xiàn)

檸檬酸在工業(yè)行業(yè)中能夠很好地軟化水質(zhì)，是化學(xué)實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常用到的一種試劑，利用檸檬酸消除沉淀物的基本功能可以清洗工業(yè)中的實(shí)驗(yàn)設(shè)備。在工業(yè)煙氣脫硫中，檸檬酸也是比較重要的一種原料，利用檸檬酸制成的緩沖液吸收煤炭燃燒生成的氣體，能夠減少氣體中的二氧化硫，有效減輕工業(yè)行業(yè)對(duì)空氣造成的污染，同時(shí)還可以減少酸雨對(duì)生態(tài)環(huán)境造成的破壞和危害。

2.6? 在化妝品行業(yè)的表現(xiàn)

在化妝品的生產(chǎn)中，也離不開(kāi)檸檬酸所具備的基本功能。由于檸檬酸能夠促使人體角質(zhì)層的更新速度加快，在具有美白功效、抗衰功效類(lèi)的化妝品中，通常會(huì)有檸檬酸的存在。檸檬酸能夠促使人體皮膚的角質(zhì)層快速更新，以此更好地排出人體臉部?jī)?nèi)部和表面的油脂，減少人體面部的黑色素。除此之外，將檸檬酸應(yīng)用在化妝品生產(chǎn)中，還能夠有效減少和消除人體面部的青春痘。

2.7? 在飼養(yǎng)行業(yè)的表現(xiàn)

人們對(duì)食品的綠色環(huán)保要求在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的推動(dòng)下逐漸提升，使得檸檬酸在飼養(yǎng)行業(yè)中也得到廣泛應(yīng)用。通過(guò)將檸檬酸充分應(yīng)用在飼養(yǎng)行業(yè)，可以加快飼養(yǎng)物的成長(zhǎng)速度，同時(shí)還可以降低飼養(yǎng)物患病的可能性。例如在豬的飼料中加入一定數(shù)量的檸檬酸，可以提升豬的繁殖效率和縮短飼養(yǎng)時(shí)間;在雞鴨的飼料中加入一定量的檸檬酸，可以增強(qiáng)雞鴨抵抗疾病和病毒的能力，減少因?yàn)榧膊≡斐傻膿p失。

3?檸檬酸發(fā)酵的主要流程

3.1? 發(fā)酵方式

對(duì)于檸檬酸來(lái)說(shuō)，比較常見(jiàn)的發(fā)酵方式主要可以分為? ? 3種：第一種為液態(tài)淺盤(pán)發(fā)酵，第二種為固態(tài)發(fā)酵，第三種為深層發(fā)酵[2]。液態(tài)淺盤(pán)發(fā)酵所應(yīng)用的材料主要為糖蜜，先將糖蜜加工制作成培養(yǎng)液，再將其放在用來(lái)發(fā)酵的盤(pán)子中，要在無(wú)菌環(huán)境中實(shí)現(xiàn)菌種的接入，最后等待檸檬酸完成發(fā)酵。這種發(fā)酵方式對(duì)設(shè)備要求較低，能夠得到較好的發(fā)酵質(zhì)量，只是需要對(duì)發(fā)酵過(guò)程中的突發(fā)事件和影響因素進(jìn)行控制。固態(tài)發(fā)酵所應(yīng)用的材料主要為淀粉，通過(guò)對(duì)帶有淀粉的產(chǎn)品進(jìn)行蒸煮，再放置在無(wú)菌環(huán)境中進(jìn)行冷卻，當(dāng)溫度適合接種時(shí)，利用特殊的溫度條件和濕度條件進(jìn)行發(fā)酵。這種發(fā)酵方式操作起來(lái)相對(duì)比較容易上手，對(duì)設(shè)備要求較低，但是質(zhì)量并不理想。深層發(fā)酵所應(yīng)用的材料也以糖蜜為主，發(fā)酵的原理類(lèi)似于液態(tài)淺盤(pán)發(fā)酵，但是深層發(fā)酵的流程相對(duì)較多，對(duì)發(fā)酵設(shè)備和發(fā)酵技術(shù)也有比較嚴(yán)格的要求，通常會(huì)使用攪拌器和消泡器，所以檸檬酸發(fā)酵質(zhì)量較高。

3.2? 發(fā)酵工藝

檸檬酸在發(fā)酵過(guò)程中，對(duì)發(fā)酵菌種、發(fā)酵環(huán)境以及發(fā)酵原料等影響因素的要求都比較嚴(yán)格，任何一種因素的質(zhì)量若沒(méi)有達(dá)到檸檬酸的發(fā)酵要求，就會(huì)導(dǎo)致檸檬酸在發(fā)酵過(guò)程中的質(zhì)量和產(chǎn)量難以達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。檸檬酸發(fā)酵中涉及的發(fā)酵菌種通常都是在壞掉的水果中進(jìn)行提取之后，再進(jìn)行生物培養(yǎng)而產(chǎn)生的。在發(fā)酵菌種滿足檸檬酸的發(fā)酵條件后，要對(duì)發(fā)酵環(huán)境中的溫度和濕度進(jìn)行控制，為檸檬酸發(fā)酵創(chuàng)造最合適的發(fā)酵環(huán)境。例如黑曲霉菌作為檸檬酸發(fā)酵工藝中經(jīng)常涉及的一種，其發(fā)酵工藝也要在正確合理的條件下進(jìn)行。黑曲霉菌產(chǎn)酸的溫度在29 ℃最佳，上下浮動(dòng)不宜超過(guò)2 ℃，過(guò)低的發(fā)酵溫度會(huì)延長(zhǎng)發(fā)酵的時(shí)間，過(guò)高的發(fā)酵溫度則會(huì)導(dǎo)致黑曲霉菌生存的環(huán)境受到雜質(zhì)的影響[3]，使黑曲霉菌在發(fā)酵中喪失活性，所以，檸檬酸在發(fā)酵時(shí)要選擇恒溫的發(fā)酵環(huán)境。另外，要選擇pH為3的發(fā)酵環(huán)境促進(jìn)黑曲霉菌的產(chǎn)酸，可以有效避免發(fā)酵中葡萄糖酸的生成。隨著發(fā)酵時(shí)間不斷延長(zhǎng)，要通過(guò)快速攪拌來(lái)增加發(fā)酵過(guò)程中的含氧量，保證黑曲霉菌在發(fā)酵中的活性。此外，要通過(guò)化學(xué)方式或者物理方式來(lái)分離檸檬酸發(fā)酵液中存在的雜質(zhì)，以此獲取更高純度的檸檬酸。

4 檸檬酸發(fā)酵工藝的新進(jìn)展

經(jīng)過(guò)不斷研究檸檬酸發(fā)酵工藝，發(fā)現(xiàn)發(fā)酵過(guò)程中二氧化碳的濃度不同，合成檸檬酸的速度也有所不同。這就意味著需要在檸檬酸發(fā)酵中對(duì)二氧化碳的濃度進(jìn)行有效控制，促使檸檬酸在發(fā)酵中的速度和產(chǎn)量達(dá)到預(yù)期的標(biāo)準(zhǔn)。二氧化碳在微生物發(fā)酵中能夠發(fā)揮巨大的刺激作用，而要想促使檸檬酸發(fā)酵的質(zhì)量和產(chǎn)量有所提升，就要對(duì)發(fā)酵階段的二氧化碳濃度進(jìn)行控制。例如黑曲霉菌在發(fā)酵過(guò)程中，可以利用二氧化碳裂解而成的草酰乙酸來(lái)提升檸檬酸在發(fā)酵中的質(zhì)量。相關(guān)工作人員可以將基因工程中的原理和技術(shù)充分應(yīng)用在檸檬酸發(fā)酵工藝中，促使檸檬酸發(fā)酵的水平和質(zhì)量有所提升。

除了發(fā)酵中的二氧化碳濃度需要控制之外，檸檬酸發(fā)酵的原料質(zhì)量以及以一些基礎(chǔ)環(huán)境條件作為檸檬酸發(fā)酵工藝進(jìn)展中的一部分也需要得到控制。例如在利用玉米進(jìn)行檸檬酸的發(fā)酵時(shí)，所選擇的原材料直接影響檸檬酸發(fā)酵的質(zhì)量，所以要準(zhǔn)確選擇[4]。粗玉米粉中含有一定量的淀粉和蛋白質(zhì)，如果將粗玉米粉作為發(fā)酵原料直接發(fā)酵，就會(huì)導(dǎo)致菌體成長(zhǎng)速度過(guò)快，不利于檸檬酸的發(fā)酵。在以往利用玉米進(jìn)行檸檬酸發(fā)酵的工藝基礎(chǔ)上，將玉米淀粉乳作為發(fā)酵原料的新工藝，能夠取得更好的發(fā)酵效果。將玉米淀粉乳與粗玉米粉進(jìn)行對(duì)比，玉米淀粉乳的脂肪含量和蛋白質(zhì)含量較低，使得檸檬酸發(fā)酵時(shí)的溶氧水平能夠達(dá)到發(fā)酵標(biāo)準(zhǔn)。在現(xiàn)有發(fā)酵理論的基礎(chǔ)上調(diào)整和優(yōu)化檸檬酸的發(fā)酵工藝，選擇最佳的發(fā)酵原料和發(fā)酵環(huán)境，能夠在保證菌類(lèi)充分吸收營(yíng)養(yǎng)的同時(shí)加快產(chǎn)酸的速度，將各種影響因素的含量和質(zhì)量都控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，能夠縮短檸檬酸的發(fā)酵時(shí)間，提高檸檬酸的發(fā)酵效率，減少檸檬酸的發(fā)酵成本，促進(jìn)檸檬酸的發(fā)酵發(fā)展。

5?結(jié)語(yǔ)

檸檬酸在日常生活中得到了比較廣泛的應(yīng)用，在不同領(lǐng)域發(fā)揮著不可小覷的作用。將現(xiàn)代工藝和基因工程技術(shù)合理應(yīng)用在檸檬酸的發(fā)酵工藝中，對(duì)發(fā)酵工藝中的基本環(huán)境和重要條件進(jìn)行調(diào)整和控制，可以促進(jìn)發(fā)酵工藝的優(yōu)化和創(chuàng)新。由此可見(jiàn)，在檸檬酸的發(fā)酵過(guò)程中，只有不斷促進(jìn)發(fā)酵工藝的發(fā)展，才能增加檸檬酸發(fā)酵的產(chǎn)量和質(zhì)量，有利于檸檬酸在當(dāng)今社會(huì)中發(fā)揮更大的價(jià)值。

[參考文獻(xiàn)]

[1]商談，佟立峰.檸檬酸發(fā)酵工藝新進(jìn)展探究[J].科技風(fēng)，2020（1）：152.

[2]佟立峰，劉陽(yáng)陽(yáng)，商談，等.微量元素對(duì)檸檬酸發(fā)酵產(chǎn)酸的影響[J].科技風(fēng)，2020（32）：150-151.

[3]陳華強(qiáng).添加檸檬酸鈉與次黃嘌呤的腺苷發(fā)酵工藝研究[J].發(fā)酵科技通訊，2020，49（4）：211-214.

[4]張傳惠.汽爆預(yù)處理對(duì)檸檬酸發(fā)酵菌渣制備氨基葡萄糖鹽酸鹽的影響[J].化學(xué)與生物工程，2020，37（6）：58-61.