柠檬酸的综述
柠檬酸发酵综述
摘要：柠檬酸是生物体的主要代谢产物之一，是目前由微生物发酵生产应用最为广泛、产量最高的有机酸。在自然界中的分布很广，主要存在于柠檬、柑橘、菠萝等植物果实中，尤其以未成熟的含量最多。最早的柠檬酸是从柠檬中提取的，故称柠檬酸。柠檬酸具有令人愉悦的酸味，口感好，安全无毒，又是有机体的中间代谢产物，能被人体直接消化吸收，是食品工业最重要的酸味剂。同时其在药物、化妆品行业也有广泛的用途，柠檬酸还具有相当的保健功效，在洗涤方面也有广泛的用途。目前世界柠檬酸的产量已达一百多万吨，主要采用的是微生物发酵法来生产柠檬酸。本文通过查阅文献对柠檬酸的性质、用途以及其发酵生产工艺做简单的综述和总结，其中发酵生产工艺的研究包括发酵菌种的选育、培养条件的选择和产品分离提取的方法。
关键词：柠檬酸、发酵、深层发酵、钙盐法
Review of citric acid fermentation Abstract：Citric acid is one of the main metabolites of organisms, and it is the most widely used and the highest yield of organic acid production by microbial fermentation . Citric acid is widely distributed in nature, mainly in lemon, orange, pineapple and other plant fruits, especially in immature most content. The earliest citric acid is extracted from lemon, so it is called citric acid. Citric acid has a pleasant acidity, taste good, non-toxic, is an organism's intermediate metabolites, and can be directly digested and absorbed of by human body, is the most important sour agent. At the same time the drug, the cosmetics industry also has a wide range of uses, citric acid also has considerable health care effect, and it also has a wide use in the washing. At present the world production of citric acid has reached more than one hundred tons, mainly by microbial fermentation to produce citric acid.
The article mainly tells us the natures and uses of citric acid, and its fermentation production process, including fermentation production process and fermentation.
strains breeding, cultivation condition selection and product separation extraction method.
Keywords: citric acid, fermentation, deep fermentation, calcium salt method
一、概述
1.柠檬酸的性质
柠檬酸是一种重要的有机酸,又名枸橼酸。分子式为C6H8O7，相对分子质量为192.13，中文名称为3-羟基丙烷-1,2,3-三羧酸，无色晶体【1】,常含一分子结晶水,无臭,有很强的酸味,易溶于水、乙醇、乙醚，不溶于苯、微溶于氯仿。其水溶液显酸性。柠檬酸是一种较强的有机酸，有3个H+可以电离热可以分解成多种产物与酸、碱、甘油等发生反应。
2.柠檬酸的用途
（1）食品工业
因为柠檬酸有温和爽快的酸味，普遍用于各种饮料、汽水、葡萄酒、糖果、点心、饼干、罐头果汁、乳制品等食品的制造。在所有有机酸的市场中，柠檬酸市场占有率 70%以上，到目前还没有一种可以取代柠檬酸的酸味剂。一分子结晶水柠檬酸主要用作清凉饮料、果汁、果酱、水果糖和罐头等的酸性调味剂，也可用作食用油的抗氧化剂。同时改善食品的感官性状，增强食欲和促进体内钙、磷物质的消化吸收。【2-6】
（2）药物
柠檬酸可以与水中的的碳酸盐作用生成二氧化碳和柠檬酸盐，有助于药物有效成分的快速溶解，还可增加某些泻药和麻醉药的溶解作用，并可以改善口味。柠檬酸盐还是血液的抗凝剂【14】。
（3）化妆品
作为果酸的一种，主要作用是加快角质更新，常用于乳液、乳霜、洗发精、美白用品、抗老化用品、青春痘用品等。角质的更新有助于皮肤的中黑色素的剥落，毛孔的收细，黑头的溶解等。每天早晨喝一杯热柠水的习惯，柠檬汁的份量以半只柠檬为宜。这会使眼睛更有神、皮肤更红润【7】。
（4）洗涤剂
采用柠檬酸或柠檬酸盐类作助洗剂，可改善洗涤产品的性能，可以迅速沉淀金属离子，防止污染物重新附着在织物上，保持洗涤必要的碱性;使污垢和灰分散和悬浮;提高表面活性剂的性能，是一种优良的鳌合剂。
（5）其他工业用途
二氧化硫吸收剂，油井处理剂、纺织助剂、金属清洁剂、烟草添加剂和废水处理剂等。最近，柠檬酸酯增塑剂作为新型无毒环境友好产品,对环境保护、资源可持续发展方面具有深远的影响。
3．柠檬酸工业化生产的研究历程
1784年瑞典化学家Scheel首次从柠檬汁中提取柠檬酸并结晶出固体。1860年意大利开始从果汁中用添加石灰乳的方法得到柠檬酸，从而实现了柠檬酸的工业化生产。1916年美国化学家Currie等发现多种黑曲霉菌株能产生柠檬酸。1923年Pfizer公司开始采用黑曲霉浅盘发酵法工业化生产柠檬酸，原料主要使用糖蜜。1952年美国的Miles公司采用液体深层发酵法，采用机械搅拌通风式发酵罐，通入无菌空气，可以有效的缩短发酵周期，从而实现了柠檬酸的工业化生产，其比传统的浅盘发酵工艺在许多方面都体现了巨大的优越性，从而推动了整个世界柠檬酸发酵法生产工业的迅速发展。
我国1967年在黑龙江和平糖厂建立了第一个柠檬酸生产车间，以甜菜蜜饯为原料，浅盘发酵，钙盐离交提取。1968年上海酵母厂首先以淀粉为原料深层发酵柠檬酸获得成功。20世纪70年代中期到20世纪80年代是我国柠檬酸菌种选育的高峰期，先后培育了5代薯干原料高产菌株和适应淀粉、木薯、葡萄糖母液、蜜糖等原料的优良菌株，提高了柠檬酸行业的整体水平，特别是在缩短发酵周期、提高单产方面成绩突出，使我国的柠檬酸发酵技术处于世界领先地位【8】
二、柠檬酸发酵菌种的选育
能够在正常的培养基中合成并分泌柠檬酸的微生物种类很多,目前用于工业化生产的只有黑曲霉，因为其柠檬酸的产量最高，而且有较强的淀粉水解能力，可以利用多样化的碳源。1965年上海市工业微生物研究所以“泸轻二号”为出发菌, 用氮芥诱变筛选出我国首次薯干深层工业化发酵菌株N558,1990年完成国家“七五”攻关项目-精淀粉深层发酵生产柠檬酸, 筛选出Co860菌种发酵产酸达20%, 转化率95%, 周期95h, 应用于工业化生产。目前我国大多数工厂仍采用以上两菌种不仅产酸率高, 而且适应于粗放的发酵底物和生产工艺。
Anita Rywinska【16】等研究利用解脂耶氏酵母酵母菌(Y. lipolytica)在20%的甘油中连续发酵1350h,平均产酸达25%。
2.1柠檬酸产生菌的筛选
柠檬酸生产菌的分离筛选与其他微生物相同，一是收集相当数量的现有菌种，经分离纯化，从中挑选出合适的菌株；二是从自然界中采集大量的含菌样品，分离筛选出优良菌种。若收集现有菌种则可直接活化、分离、纯化，并测定每个菌株的性能，从中选出最优良的菌株；若是通过采集含菌样品来分离选育，可根据糖质发酵柠檬酸高产菌主要是黑曲霉，它们具有强大的分解淀粉、蛋白质、果胶、脂肪等物质的酶系特征，可从腐烂植物、水果表皮，也可从含有腐烂未热水果的酸性土壤中分离。一般将采集的含菌样品经适当的增殖培养，或将样品浸出稀释液100mL和10％薯干粉、10％柠檬酸混合．在振荡摇床上于33—35℃下“富集”培养3—5d，然后进行分离筛选。
2.2柠檬酸产生菌的诱变育种
从自然界分离得到的产柠檬酸菌株一般都需要经过诱变育种才能获得高产菌株。各种化学诱变剂（如亚硝基胍、硫酸二乙酯、乙烯亚胺、甲基磺酸乙酯等）和物理诱变因子（如紫外线，X射线、Co等）是最常见的诱变剂。目前国内普遍使用的柠檬酸产生菌株Co827菌株生产上产柠檬酸13%以上，糖酸转化率为95%以上【9】。
三、柠檬酸发酵工艺的研究
柠檬酸的生产方法主要是从天然植物中提取和生物发酵法两种, 目前以发酵法生产柠檬酸为主【13】。由于所用的菌种、原料和其他生产条件不同，生产方法也不一样。工业生产方法主要有表面发酵法、固体发酵和液体发酵。目前我国柠檬酸的工业化生产都是采用液体深层发酵工艺。
3.1发酵的原料
我国柠檬酸发酵使用的原料非常广泛，选择的原则是价格便宜、因地制宜。通常有淀粉、薯干、玉米、葡萄糖糖浆、蜜糖、纤维素水解糖液等。原料不同其处理方法也不同，发酵工艺也不同。对于淀粉质原料可以直接发酵，也可以经过液化、糖化后制备出淀粉葡萄糖液，再用于发酵培养基的配制。玉米淀粉由于含有较高的蛋白质，通常可以和甘薯粉、淀粉等蛋白质含量低的原料混合在一起使用【10】。
3.2发酵培养基的配制
黑曲霉柠檬酸产生菌是化能异养微生物，只能利用有机碳源。为了满足黑曲霉菌的生长、繁殖，必须提供足量的碳源、氮源和无机盐．使培养基中的化学物质元素组成和菌体物质元素组成相当。但要使黑曲霉柠檬酸产生菌大量生
成和积累柠檬酸，必须控制营养物质的供给，使菌体生长受限制，处于半“饥饿”和代谢失调状态。
依据柠檬酸发酵机制，黑曲霉大量生成和积累柠檬酸的基本条件，是提供高浓度的葡萄糖和充足的氧，而对磷、锰、铁、锌等无机盐物质的要求则处于低水平。
（1）碳源
目前都认为高糖浓度是柠檬酸发酵的一大特征。我国采用薯干粉的深层发酵，粉浆浓度为16％～20％，若采用淀粉质的深层发酵粉浆浓度可达25％。
（2）氮源
氮源的主要作用是提供微生物细胞生长所需要的物质，主要是蛋白质、氨基酸、核酸、微生物等，并参与微生物的代谢调节与控制。有利于柠檬酸生成与积累。
生理酸性氮： (NH4)2SO4， (NH4)3PO4， (NH4)2HPO4
生理碱性氮： NaNO3．KN03
两性氮：NH4NO3
有机氮：麸皮、米糠、蛋白陈、氨基酸、尿素等。
经试验证明，黑曲霉偏好于无机氮，当有机氮和无机氮同时存在时，它首先利用无机氮。在无机氮中，生理酸性氮比碱性氮好，这是因为生理酸性氮中的铵离子被利用后，使培养基变酸，可以使发酵中的黑曲霉生长阶段结束，转入产酸阶段，PH下降到较低水平有利于柠檬酸的积累。
（3）无机盐
无机盐是构成微生物生命活动不可缺少的物质。在柠檬酸发酵中，有的无机盐构成菌体，有的促进代谢，有的促进产酸，因此对黑曲霉的生长和柠檬酸发酵具有重要的作用。采用薯干粉、马铃薯、木薯和糖蜜等原料发酵，原料中所含的P、K、Mg、S的量已经足够黑曲霉的生长，不需专门添加。
3.3发酵条件及其控制
（1）温度控制
黑曲霉最适生长温度33～37℃，通常深层液体发酵温度低于28℃时导致菌体增殖缓慢，产酸速率较低，发酵周期延长。而高于37℃时会导致菌体增殖过量，而且杂酸生成量过多，不但影响糖酸转化率，也不利于柠檬酸的提取【10】。
（2）pH值控制
pH值对微生物发酵的影响主要涉及微生物的生长代谢、底物的电离状态、产物的合成以及细胞膜的带电状态等。在柠檬酸的发酵过程中，在菌体生长期即发酵前期，pH维持在4.5左右，而在柠檬酸积累时期，即产酸期的最适
pH2.0～3.0。在产酸期，当发酵液PH达到3.0以上时，其代谢途径发生变化，草酸合成量增加，当发酵液的pH值达到5.0以上时，由于葡萄糖氧化酶活性增强，则葡萄糖酸的生物合成加强，在pH3.0以下是柠檬酸积累的最佳条件。以薯干为原料直接发酵生产柠檬酸时，黑曲霉柠檬酸产生菌的酸性糖化酶的最适作用pH为4.0～4.6【11】。
(3)溶解氧的控制
氧气在黑曲霉的发酵过程中有着重要的意义，在其生长、繁殖以及产酸的过程中均强烈的需氧。
在黑曲霉生长、繁殖期，氧气的作用是保证菌体正常呼吸，使葡萄糖彻底氧化成二氧化碳和水，产生大量的ＡＴＰ，并合成菌体生长所需的各种物质。
在柠檬酸的合成期，氧是生物合成柠檬酸所需要的底物之一，可以由葡萄糖生成柠檬酸。
研究表明柠檬酸在不同的发酵时期，对氧气的需求有较大的差别。菌体增殖期由于生长得呼吸作用消耗大量的氧气，特别是在菌体的对数生长期，需氧量达到最高峰，进入产酸期以后，氧的消耗率立即降到一个较低的水平，并一直持续到发酵终了，因此在发酵过程中应该分段控制通氧量。前期采用较大的通风量，产酸期适当的降到通风量【12】。
3.4柠檬酸深层发酵工艺流程
柠檬酸发酵生产分深层发酵法、固体发酵法和液体表面发酵法。其中深层发酵法是柠檬酸发酵生产的主要方法。其主要生产流程如下图所示。
四、产品的分离提取
成熟的柠檬酸发酵醪中，除含有主产物柠檬酸之外，还含有纤维、菌体、有机杂酸、糖、蛋白类胶体物质、色素、矿物质及其他代谢产物等杂质，它们或来自于发酵原料、或在发酵过程中产生，它们或溶存或悬浮于发酵醪中。通过各种理化方法，清除这些杂质，得到符合各级质量标准的柠檬酸产品的全过程即为柠檬酸的分离提取。目前我国的柠檬酸分离提取主要采用钙盐离子交换法、溶剂萃取法、全离子交换法、连续离子交换法、色谱离子交换法、电渗析法和直接提取法，其中最常用的是钙盐离子交换法【13】。
钙盐离子交换法的主要工艺流程如下【15】：
4.1发酵醪预处理
预处理的目的是为柠檬酸的提取工作创造一个好的条件。柠檬酸发酵醪预处理主要是将新鲜成熟发酵液进行热处理，热处理温度为75—90℃，时间宜短不宜长。热处理具有以下几个作用：
(1)及时热处理可杀灭柠檬酸产生菌和杂菌，终止发酵，防止柠檬酸被代谢分解；
(2)使蛋白质变性而絮凝，破坏了胶体，降低了料液粘度，利于过滤；
(3)可使菌体中的柠檬酸部分释放出来。
但热处理要注意以下两个问题；
①温度过高和受热时间过长，会使菌体破裂而自溶，释放出蛋白质，反而使料液粘度增加，颜色变褐，不利于净化；
②过长时间的直接蒸汽加热，会增加料液稀释度，有损于收率(最好间接加热)。
深层法发酵醪可在发酵罐内间接或直接加热．或在过滤加压罐中加热，或用换热器间接加热，或在输送过程中用混合式加热器加热，但不能破坏菌球体，否则影响过滤。
4.2发酵醪过滤
过滤的主要目的是彻底除去发酵醪中的悬浮物；除去发酵醪中的草酸；尽可能减少滤液的稀释度；把柠檬酸的损失减少到最低限度。
以粗粮为原料发酵，醪液含渣量较多，基本上都采用加压式过滤机；采用淀粉水解为原料，发酵液过滤多采用带式过滤机，滤液的复率（含除草酸）采用预涂层真空转鼓过滤机。
发酵液中的有机杂酸主要是草酸和葡萄糖酸，它们都能形成钙盐沉淀，但后者的溶解度较低，故可在中和前除去，后者溶解度高，中和之后绝大部分在废水中排除。利用草酸钙溶解度低于硫酸钙的原理，再一次滤液中加入硫酸钙，使其生产草酸钙，在一次滤液复滤时，一并除去。
4.3中和
中和的主要目的是从发酵清滤液中提取高纯度的四水柠檬酸钙；柠檬酸钙要易过滤和洗涤；废水中柠檬酸钙沉淀要限制在最低程度；尽可能减少洗糖水量，把柠檬酸钙的溶损减少到允许范围。
中和的原理是基于在一定温度和PH条件下四水柠檬酸钙Ca3(C6H5O7)2·4H2O 在水中溶解度极小的特性，用钙盐或钙碱与溶液中的柠檬酸发生中和反应，产生四水柠檬酸钙从溶液中沉淀析出，除去残液得到柠檬酸钙固体。所用的中和剂有CaCO3、Ca(0H)2的浆乳。
4.4酸解
酸解的主要目的是把柠檬酸钙完全分解为柠檬酸和石膏；石膏渣中的柠檬酸含量减少到允许程度；尽可能提高酸解液中柠檬酸含量；控制酸解液中的SO42-在适当范围之内；酸解液中的石膏微粒要降低到最低限度。
酸解原理是利用柠檬酸钙在酸性条件下，其解离常数随H+浓度的增高而增大的特性．在强酸(硫酸)存在的溶液中产生复分解反应，生成难溶于水的石膏(CaSO4)沉淀，而将弱酸(柠檬酸)游离出来，溶存于溶液中，即利用在一定温度条件下．CaSO4·2H20溶解度低于Ca3(C6H5O7)2·4H2O的溶解度的原理，加H2SO4产生复分解反应，将柠檬酸从柠檬酸钙中分离出来，然后分出硫酸钙(石膏)得到粗柠檬酸溶液(酸解液)。
4.5净化
净化的主要目的是除去酸解液中的色素；除去酸解液中的Ca2+、Mg2+、Fe3+等阳离子和SO42-、Cl-等阴离子；尽可能提高净化柠檬酸液的浓度；把柠檬酸的损失降低到允许范围；把再生剂和水的消耗降到最低限度。
4.6蒸发
蒸发的主要目的是及时地将柠檬酸净化液蒸发（浓缩）至规定浓度，为结晶工序及时供料；保证浓缩液质量；把蒸汽消耗、柠檬酸流损降低到允许范围。
4.7结晶
本工序的主要目标及时地从柠檬酸浓缩液中结晶出品体并分出母液；湿柠檬酸晶体要粒度均匀，理化指标符合等级标准，游离水含量尽可能低；保持较高的结晶牢率和结晶收率；防止母液被污染和稀释。
4.8干燥
本工序的主要目标及时将来自离心机的湿柠檬酸晶体的游离水除去并筛分、包装，获得符合等级标准的柠檬酸产品；防止柠檬酸晶体结块或融熔及污染；及时处理等外品和捕集器中的物科，把损耗降低到允许范围；准确掌握干燥段和冷却段的风温和空气质量。
钙盐法具有产品质量稳定，操作衙便，原料易得，设备简单，工艺成熟等优点。但同时也具有单元操作多，劳动强度大，环境污染和腐蚀现象严重，提取率低等缺点。考虑到这种方法的不适性袁许多研究者将目光投向了寻找低能耗少投入低无污染劳动强度低及高收益的提取工艺上。
五、总结与展望
我国的柠檬酸工业面临着机遇与困难并存的现状。在2007年9月, 国家发改委出台《关于促进玉米粉深加工工业健康发展的指导意见》提出,“十一五”期间玉米加工结构是提高淀粉多糖, 多元醇等国内供应不足产品的供给, 稳定以玉米为原料的普通淀粉生产, 控制发展味精等国内供需基本平衡和供大于求的产品, 限制以玉米为原料的柠檬酸赖氨酸等供大于求, 出口导向型产品, 以及以玉米为原料的食用酒精和工业酒精行业。此政策极大的限制了柠檬酸行业未来的发展, 当前开发新的发酵原料成为柠檬酸研究者的一个新的课题。其次, 随着发酵罐的广泛应用, 发酵罐与落后的手工麸曲制备孢子矛盾越来越突出,如何实现麸曲制备工业化, 直接用孢子粉是多年未解的难题。目前最为理想的是以固态发酵改变落后的麸曲制备工艺。第三, 现在的玉米粉原料发酵也只能算是半清夜发酵, 为了提供发酵的氮源要将一定比例的玉米粉直接加入发酵罐中, 由于考虑到发酵液的粘度不能过大, 防止影响溶氧, 总糖浓度无法调高, 产酸率不会太高, 可以考虑发酵后期追加料的方法提高产酸。第四, 拟柠檬酸发酵过程是一个严重的非线性, 时变性,无参数化模型的生化反应过程, 发酵过程释放热量, 在不同时段产生热量的速度不同, 因此温度控制显得极为重要, 目前我国的柠檬酸生产温度控制大多采用手动控制, 主要通过调节冷却水流量以满足生产工艺要求, 这不仅控制效果差, 精密度低, 反应速度慢, 而且直接影响产品的产量和质量, 因此研究温度自动控制系统具有重大的意义。
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柠檬酸生产工艺简介
柠檬酸生产工艺简介第一节概述 一、柠檬酸的用途 （一）在食品工业的应用 1、饮料 据统计75%～80%的柠檬酸用于饮料工业。 2、果酱与果冻 3、糖果 4、冷冻食品 5、酿造酒 6、冰淇淋和酸奶 7、脂肪与油 8、腌制品 9、罐头食品和水果加工 10、豆制品和调味品 （二）柠檬酸在药物、美容品、化妆品上应用 1、药物 “999胃泰” 2、发蜡与化妆品 （三）柠檬酸在工业上应用 1、金属净化
2、去垢剂 3、无土栽培农艺 4、矿物 5、…… 二、乳酸的用途 L-乳酸聚合成聚乳酸（PLA） 三、L-苹果酸的用途 三、葡萄糖酸的用途 四、琥珀酸的用途 我国柠檬酸发展简史 1968年我国第一家以淀粉为原料深层发酵柠檬酸成功投产的厂是上海酵母厂。同期，天津工微所开展了以适合我国国情的薯干原料深层发酵柠檬酸的研究工作。之后，上海工微所用该所的“东酒2号”黑曲霉为出发菌株，用薯干粉做培养基，很快选出了我国第一代深层发酵柠檬酸生产菌种AL558，由原轻工业部立项，组织上海、天津两个工微所、上海复旦大学生物系、上海新型发酵厂(筹)、上海酵母厂、天津柠檬酸厂(筹)、南通油洒厂(南通发酵厂前身)等单位，在南通油酒厂展开了善于深层发酵、全离交提取工艺的中、大型试验工作，并取得了成功，因而推动了我国柠檬酸工业于20世纪70年代初形成了工业体系。70年代中期到80年代是我国柠檬酸菌种选育的高峰期，先后选育出5代薯干原料高产菌株和适应淀粉、木薯、葡萄糖母液、糖蜜等原料的优良菌株。上海、天津两工微所和上海复旦大学生物系为此做出了很大贡献。各生产厂的广大科技人员和生产工人通过不懈地努力，提高了柠檬酸行业的整体水平，特别在缩短发酵周期、提高单产方面成绩突出，使我国柠檬酸发酵技术处于世界领先地位。无锡轻工业学院和天津轻工业学院为柠檬酸行业培养了一大批科技力量，已成为行业发展的骨干。1995年金其荣与蚌埠柠檬酸厂共同开发了玉米去渣发酵新工艺。同年黑龙江甘南柠檬酸厂于脱胚玉米去渣发酵工艺也成功投产。玉米新工艺的成功，使我国的柠檬酸工业进入一个
柠檬酸及生产工艺
柠檬酸及生产工艺 一.柠檬酸的简介 1. 柠檬酸的理化性质 柠檬酸（Citric acid），又称枸椽酸，是一种三元羧酸,其学名为3-羟基-3-羧基戊二酸，分子式C6H8O7(无水物)，在自然界中存在于柠檬、柑桔、梅、子、梨、桃、无花果等水果中。柠檬酸具有无毒，无色，无臭特性，一般为半透明结晶或白色粉末，易溶于水、乙醇、乙腈、乙醚等[1]，不溶于苯，微溶于氯仿。相对密度1.542g/cm3，熔点153℃(失水)。柠檬酸结晶形态因结晶条件不同而不同，有无水柠檬酸，也有含结晶水的柠檬酸。在干燥空气中微有风化性，在潮湿空气中有潮解性，175℃以上分解放出水及二氧化碳。柠檬酸是一种较强的有机酸，有3个H＋可以电离；水溶液呈酸性，加热可以分解成多种产物，与酸、碱、甘油等发生反应。 2. 柠檬酸的用途 柠檬酸具有令人愉悦的酸味，入口爽快，无后酸味，安全无毒，被广泛用作食品和饮料的酸味剂；能与二价或三价的阳离子形成络合物，被用作金属加工的鳌合剂和洗净剂（起软化水作用的洗净力补充剂）；还能衍生形成许多衍生物，可用作有机化学工业的原料。因此被广泛用于食品饮料、医药化工、清洗与化装品、有机材料等领域，是目前世界需求量最大的一种有机酸[2]，到目前还没有一种可以取代柠檬酸的酸味剂。 二.生产技术 柠檬酸的生产方法共可分为 3 种: 水果提取法,化学合成法, 生物发酵法三种[17]，目前以发酵法生产柠檬酸为主[18]。发酵法又分为固体发酵法和液体深
层发酵法。固态发酵能耗小但劳动力大，占地面积大，不适合大规模的生产应用。深层通风发酵法采用不锈钢罐体，机械搅拌通风，微生物在液体相中分布均匀，发酵时不生成孢子，全部菌体细胞用于代柠檬酸，发酵速度高，实现了机械化或自动化操作，利于大规模生产。 三.生物发酵法制取柠檬酸 1.本工艺选择的原料及生产方法 本次生产工艺设计以薯干为原料，采用直接粉碎、调浆、液化，进行好气液体深层发酵，钙盐法提取，最后结晶、干燥得到柠檬酸 2.工艺流程 接收糖浆后，根据糖浆组成作适当的处理或配制，配成发酵原料，进行连续杀菌并冷却后，进入发酵罐，加入菌种和净化压缩空气后进行发酵；发酵液经升温、过滤处理后，进入中和罐，用中和处理；再经过过滤洗涤，得到柠檬酸钙固体，送入酸解罐，再添加酸解，并加入活性炭进行脱色；然后，通过带式过滤机过滤、酸解过滤，除去及废炭；酸解过滤液经离子交换处理后，进行蒸发、浓缩，再进行结晶；结晶后，用离心机进行固液分离，对得到的湿柠檬酸晶体进行干燥与筛选，最后得到成品柠檬酸。
CRRT枸橼酸抗凝方案草案
C R R T枸橼酸抗凝方案 草案 集团标准化办公室：[VV986T-J682P28-JP266L8-68PNN]
CRRT枸橼酸抗凝方案（草稿） 为规范化我科CRRT体外无肝素抗凝（枸橼酸抗凝）治疗，制订本方案如下： 一：原理 通过CRRT管路的动脉端输入枸橼酸钠，与滤器血液中的游离钙离子结合成难以离解的可溶性复合物枸橼酸钙，使体外血液中有活性的钙离子明显减少，达到充分的体外抗凝作用。管路的静脉端补充钙以免发生低钙血症。 二：适应症和禁忌症 2012年KDIGO指南：如果没有枸橼酸禁忌，无出血高危或凝血功能障碍(2B)及有出血高危患者(2C)，CRRT期间均建议使用局部枸橼酸抗凝。 适应症： ?活动性出血 ?近期术后，外伤 ?颅内出血 ?出血倾向 ?有肝素抗凝禁忌(HIT) ?高钙血症禁忌症： ?严重肝功能衰竭 ?枸橼酸过敏或代谢异常 三：药品及设备准备 1、4%枸橼酸钠抗凝剂（200ml:8g/袋）四川南格尔 2、10%葡萄糖酸钙（Ca-GS）或10%氯化钙（CaCl2）
3、置换液（无钙配方） 4、透析液（低钠、无碱基、无钙配方） 5、金宝PrismaFLEX及配套管路 四：操作流程 STEP 1：治疗模式及参数选择（遵照医嘱） STEP 2：管路预冲及医疗用物准备（遵照医嘱） STEP 3：管路连接 （1）将枸橼酸钠抗凝剂经输液泵链接在血滤管路的动脉端，即血泵前，越接近患者越好。 （2）将10%葡萄糖酸钙或10%氯化钙经微量注射器泵连接至血滤管路静脉端，即静脉壶后。 葡 萄 糖 酸 钙
SETP4：速度与剂量设定 1） 常规情况下选择前稀释方式，置换液流速 2000~3000ml/hr 2） 设定血流速度为：建议100～200ml/min (建议开始治疗时血流量可设置为80-100ml/min ，如患者生命体征稳定，可逐步增加血流量到200ml/min 。） 3） 设定枸橼酸钠抗凝剂的初始剂量速度为：CRRT 血流速度 的2%～%（倍） 4） 设定补钙的剂量速度：初始用量，不能作为恒定量用 ? 10%Ca-GS ，约为枸橼酸钠抗凝剂速度的% ? 10%CaCl 2，约为枸橼酸钠抗凝剂速度的2% ：监测离子钙浓度 体外：静脉标本（滤器后补钙前）离子钙维持在～L 体内：动脉标本（外周血或动脉血）的离子钙维持在～ mmol/L 枸橼酸钠抗凝剂
柠檬酸生产工艺
柠檬酸及生产工艺 摘要：柠檬酸广泛应用于食品工业、医药工业和化学工业等方面。它可利用糖质原料如土豆、地瓜中的淀粉等，在多种霉菌及黑曲菌的作用下，控制较低的温度和pH值、较高的通气量和糖浓度，用发酵法制得。 关键词：柠檬酸化工产品发酵法 1 产品说明 柠檬酸又名枸橼酸，学名3-羟基-3-羧基戊二酸，分子式C6H8O7为无色、无臭、半透明结晶或白色粉未，易溶于水及酒精。加热可以分解成多种产物，与酸、碱、甘油等发生反应。 柠檬酸主要应用于食品工业，因为柠檬酸有温和爽快的酸味，普遍用于各种饮料、汽水、葡萄酒、糖果、点心、饼干、罐头果汁、乳制品等食品的制造。柠檬酸在化学工业上可作化学分析用试剂，用作实验试剂、色谱分析试剂及生化试剂，用作络合剂，掩蔽剂，配制缓冲溶液。采用柠檬酸或柠檬酸盐类作助洗剂，可改善洗涤产品的性能，可以迅速和沉淀金属离子，防止污染物重新附着在织物上，保持洗涤必要的碱性，使污垢和灰分散和悬浮，提高表面活性剂的性能，是一种优良的鳌合剂。 2 生产原理 2.1 生产方法简介 中国现有柠檬酸生产厂近百家，总年产能力约80万吨，是全球最大的柠檬酸生产国和出口国。目前，柠檬酸生产方法有水果提取法，
化学合成法和生物发酵法三种。水果提取法是指柠檬酸从柠檬、橘子、苹果等柠檬酸含量较高的水果中提取，此法提取的成本较高，不利于工业化生产。化学合成法的原料是丙酮，二氯丙酮或乙烯酮，此法工艺复杂，成本高，安全性低。而发酵法发酵周期短，产率高，节省劳动力，占地面积小，便于实现仪表控制和连续化，现已成为柠檬酸生产的主要方法。 2.2 反应方程式 C12H22011 +H20+302→2C6H8O7+4H2O (蔗糖) （柠檬酸） 3 工艺过程及流程图 3.1工艺过程 3.1.1菌种培养 在4～6波美度的麦芽汁内加入25％至30％的琼脂，然后接入黑曲霉菌种（无茵操作），在30～32℃条件下培养4天左右。这种培养方法称为“斜面培养”。将麸皮和水以1：1的比例掺拌，再加入10％的碳酸钙、0．5％的硫酸铵，拌匀后装入容量为250毫升的三角瓶中，用1．5公斤压力灭菌60分钟。接人斜面培养法培养出的菌种，培养96～120小时后即可使用。 3.1.2原料处理 湿粉渣必须经过压榨脱水，使含水量在60%左右；干粉渣含水量低，应按60％的比例补足水分；结块的粉渣需粉碎成二至四毫米颗粒。然后加入2%碳酸钙、10％至11％的米糠，掺匀后，堆放2小时，
钙盐沉淀法提取柠檬酸
钙盐沉淀法提取柠檬酸 摘要：利用黑曲霉进行分离复壮，然后利用改良的马丁培养基进行发酵，再通过离心发酵液，利用两种不同的方法钙盐沉淀法和离子交换法进行分离柠檬酸，比较两种方法分离柠檬酸的产量，及两种方法的优缺点，同时还要注意发酵过程中，菌种的产量。 关键字；黑曲霉钙盐沉淀离子树脂交换 引言： 生产史;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。到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％。1923年美国菲泽公司建造了世界上第一家以黑曲霉浅盘发酵法生产柠檬酸的工厂。随后比利时、英国、德国、苏联等相继研究成功发酵法生产柠檬酸。这样，依靠从柑橘中提取天然柠檬酸的方法逐渐为发酵柠檬酸所取代。1950年前，柠檬酸采用浅盘发酵法生产。1952年美国迈尔斯试验室采用深层发酵法大规模生产柠檬酸。此后，深层发酵法逐渐建立起来。深层发酵周期短，产率高，节省劳动力，占地面积小，便于实现仪表控制和连续化，现已成为柠檬酸生产的主要方法。中国用发酵法制取柠檬酸以1942年汤腾汉等报告为最早。1952年陈声等开始用黑曲霉浅盘发酵制取柠檬酸。轻工业部发酵工业科学研究所于1959年完成了200l规模深层发酵制柠檬酸试验，1965年进行了生产100t甜菜糖蜜原料浅盘发酵制取柠檬酸的中间试验，并于1968年投入生产。1966年后，天津市工业微生物研究所、上海市工业微生物研究所相继开展用黑曲霉进行薯干粉原料深层发酵柠檬酸的试验研究，并获得成功，从而确定了中国柠檬酸生产的这一主要工艺路线。薯干粉深层发酵柠檬酸，原料丰富，工艺简单，不需添加营养盐，产率高，是中国独特的先进工艺。中国石油发酵柠檬酸的研究起步较早。1970年，天津、上海、沈阳、常州等地研究单位利用解脂假丝酵母(candida lipolytica)进行石蜡油（正构烷烃）发酵生产柠檬酸的试验。1979年徐子渊等筛选出一株对氟乙酸敏感的变异株解脂假丝酵母，其乌头酸水合酶的活性很低，柠檬酸的生成比例从原来的50％提高至80％，从而提高了石油发酵柠檬酸的产率。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 柠檬酸 又名枸橼酸，外观为白色颗粒状或白色结晶粉末，无臭，有强烈的酸味，它存在于天然果实中，其中以柑桔、菠萝、柠檬、无花果等含量较高。早期柠檬酸是以天然果实为原料加工而成，1893年德国微生物学家Wehmen发现二种青霉菌能够积累柠檬酸，1951年美国Miles公司首先采用深层发酵大规模生产柠檬酸。我国1968年用薯干为原料采用深层发酵法生产柠檬酸成功，柠檬酸生产由于工艺简单、原料丰富、发酵水平高，至20世纪70年代中期，已初步
柠檬酸液态发酵及提取工艺
柠檬酸液态发酵及提取工艺 0802班生物科学饶慧 （指导教师：胡远亮） 0前言 柠檬酸(citric acid）又名枸橼酸，学名2-羟基丙烷三羧酸(2-hydroxytricarboxylic acid)或2-羟基丙烷-l，2，3-三羧酸(2-hydroxy propane-1，2，3-triearboxylic acid)是生物体主要代谢产物之一，在自然界中分布很广，主要存在于柠檬、柑橘、菠萝、梅、李、梨、桃、无花果等果实中，尤以未成熟者含量居多。分子式：C6H8O7（相对分子质量：192.13），无色透明或半透明晶体，或粒状、微粒状粉末，虽有强烈酸味，但令人愉快，稍有涩味。极易溶于水，溶解度随温度的升高而增大；从结构上讲柠檬酸是一种三羧酸类化合物，并因此而与其他羧酸有相似的物理和化学性质，加热至175°C时它会分解产生二氧化碳和水，剩余一些白色晶体。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。 柠檬酸被称为第一食用酸味剂，极广泛地用作酸味剂、增溶剂、缓冲剂、抗氧化剂等，用于饮料、糖果、酿造酒、冰淇淋、酸奶、罐头食品、豆制品与调味品等的生产中。另外，在药物、美容品、化妆品工业上也有着重要的应用。它是香料和饮料的酸化剂，在食品和医学上用作多价螯合剂，同时是化学中间体，用于制造药物，也可用于金属清洁剂、媒染剂等。柠檬酸的盐类、酯类和衍生物也各具特点，用途极为广泛而有良好的发展前景。 柠檬酸循环(citric acid cycle)又称三羧酸循环(tricarboxylic acid cycle)，克雷布斯循环(Krebs cycle)。体内物质糖、脂肪或氨基酸有氧氧化的主要过程。通过生成的乙酰辅酶A与草酰乙酸缩合生成三羧酸（柠檬酸）开始，再通过一系列氧化步骤产生CO2、NADH及FADH2，最后仍生成草酰乙酸，进行再循环，从而为细胞提供了降解乙酰基而提供产生能量的基础。 实验发酵机理： 1）以薯干粉、玉米粉或淀粉等糖类为原料经黑曲霉柠檬酸产生菌（我们采用黑曲霉M288）糖化后产生高浓度的葡萄糖。 2）黑曲霉利用糖类发酵产生柠檬酸：葡萄糖以EMP（糖酵解途径或者）、HMP
吸交法提取柠檬酸新工艺及实验方案
吸交法提取柠檬酸新工艺及时验方案 一、实验目的 我国的柠檬酸生产厂家目前全部采用“钙盐法”提取工艺，每生产一吨柠檬酸要产生两吨固体硫酸钙，成为工业垃圾，造成严重的环境污染；由于需要加热和洗涤，生产过程粗放，因而能源消耗大、自动化水平较低；工艺本身存在缺陷，至少要有10％已经发酵好的柠檬酸未被提取，造成巨大浪费。采用“吸交法”新工艺后，柠檬酸总提取收率平均达90.09％，产品质量显著提高，98％以上达到英国药典规定标准，生产成本每吨下降1180元，副产品硫酸钠可回收利用，实现了清洁化生产。 二、实验原理 将发酵液用板框过滤，清液在经膜过滤、通过炭柱脱色，阳柱除去阳离子，然后用吸交柱将柠檬酸解吸出来。选择吸交法提取工艺路线。“吸交法”是利用吸交树脂吸取滤液中的柠檬酸，然后用一定浓度的硫酸溶液将柠檬酸洗出。 发酵液 ↓ 菌丝体（50%水）←压滤 ↓↓ 烘干膜过滤 ↓↓ 菌丝体（10%水）炭柱←脱色 ↓ 阳柱←盐酸 ↓ 稀硫酸—→吸交柱 ↓
阴柱 ↓ 浓缩 ↓ 结晶 ↓ 三、实验器材 1 仪器 烧杯、离子交换柱、三角瓶、碱式滴定管、移液管。 2 试剂 经板框压滤后的发酵清液、活性炭、阴阳离子交换树脂、5%Hcl、浓硫酸、氢氧化钠、酚酞指示剂。 四、实验步骤 1、取发酵精滤液约500ML,测量精确体积V 1及酸度C 1 。 种子液、发酵液酸度测定： 取过滤后的种子液1ml于250ml三角瓶中，加25ml蒸馏水，摇匀，加入2滴1%酚酞指示剂，摇匀，用0.1429mol/L的NaOH滴定至溶液由无色到粉红色为终点，记下所消耗的NaOH的ml数。 0.1429×V NaOH×0.07 酸度%= ×100% 1 2、将发酵液过炭柱脱色，控制流速为170v/h,观察溶液的颜色变化。待脱色完 毕后再测体积V 2和酸度C 2 。用蒸馏水洗炭柱，pH 由2至2.5时中止洗涤，测量 洗液体积V 3及浓度C 3 。继续水洗炭柱至到中性。 3、先将体积V 2和酸度C 2 的溶液过阳离子交换柱，以脱去溶液中的一些阳离子。 严格控制流速为170v/h。待过完阳柱后，测体积V4及酸度C4。再将体积V3及浓度C3 的洗液过阳柱，水洗阳柱后测体积及酸度（这一部分洗液可作为回收待用溶液，暂不作下一步实验用）。 过完阳柱后，离子交换树脂需立即再生与活化，方法如下： 强酸性阳离子交换树脂的再生方法：先用水从交换柱下端反顶树脂，逐去气泡及污物，
CRRT枸橼酸抗凝方案-(草案)
CRRT枸橼酸抗凝方案（草稿） 为规范化我科CRRT体外无肝素抗凝（枸橼酸抗凝）治疗，制订本方案如下： 一：原理 通过CRRT管路的动脉端输入枸橼酸钠，与滤器血液中的游离钙离子结合成难以离解的可溶性复合物枸橼酸钙，使体外血液中有活性的钙离子明显减少，达到充分的体外抗凝作用。管路的静脉端补充钙以免发生低钙血症。 二：适应症和禁忌症 2012年KDIGO指南：如果没有枸橼酸禁忌，无出血高危或凝血功能障碍(2B)及有出血高危患者(2C)，CRRT期间均建议使用局部枸橼酸抗凝。 适应症： ?活动性出血 ?近期术后，外伤 ?颅内出血 ?出血倾向 ?有肝素抗凝禁忌(HIT) ?高钙血症 禁忌症： ?严重肝功能衰竭 ?枸橼酸过敏或代谢异常 三：药品及设备准备 1、4%枸橼酸钠抗凝剂（200ml:8g/袋）四川南格尔 2、10%葡萄糖酸钙（Ca-GS）或10%氯化钙（CaCl2） 3、置换液（无钙配方） 4、透析液（低钠、无碱基、无钙配方）
5、金宝PrismaFLEX及配套管路 四：操作流程 STEP 1：治疗模式及参数选择（遵照医嘱） STEP 2：管路预冲及医疗用物准备（遵照医嘱） STEP 3：管路连接 （1）将枸橼酸钠抗凝剂经输液泵链接在血滤管路的动脉端，即血泵前，越接近患者越好。 （2）将10%葡萄糖酸钙或10%氯化钙经微量注射器泵连接至血滤管路静脉端，即静脉壶后。 钙
SETP4：速度与剂量设定 1）常规情况下选择前稀释方式，置换液流速2000~3000ml/hr 2）设定血流速度为：建议100～200ml/min (建议开始治疗时血流量可设置为80-100ml/min，如患者生命体征稳定，可逐步增加血流量到200ml/min。） 3）设定枸橼酸钠抗凝剂的初始剂量速度为：CRRT血流速度的2%～ 2.5%（1.2-1.5倍） 4）设定补钙的剂量速度：初始用量，不能作为恒定量用 ?10%Ca-GS，约为枸橼酸钠抗凝剂速度的6.1% ?10%CaCl2，约为枸橼酸钠抗凝剂速度的2% SETP5：监测离子钙浓度 体外：静脉标本（滤器后补钙前）离子钙维持在0.2～0.4mmol/L 体内：动脉标本（外周血或动脉血）的离子钙维持在1.0～1.2 mmol/L 监测频度：第一天：开始每2hr监测一次离子钙；随后每4hr监测一次第二天及以后：每 6–8hr监测一次。 备注：初次使用者建议开始每半小时监测一次，随时掌握病人情况。
离子交换法提取柠檬酸概述
离子交换法提取柠檬酸概述 应富祥 (安徽省皖东化工厂,天长 239300) 柠檬酸生产工艺,目前均采用钙盐法,劳动强度大,所产生的硫酸钙废渣,污染环境,而且提取收率低,能耗大,往往由于水解和分离不彻底,使柠檬酸混杂于废渣中废弃,严重影响收率。离子交换法是提取柠檬酸的新工艺,值得推广。过去曾有人用离子交换膜、电渗析法生产柠檬酸,由于种种原因,没能成功,以后有人采用离子交换法,但因当时国产离子交换树脂品种少,价格高,物化性能也满足不了工艺要求,造成提取收率低,成本高,母液中残留其它有机杂酸和色素,结果仍需采用“钙盐法”进行净化,故无明显优势,没有得到发展。离子交换法新工艺,工艺简单,容易操作,连续化管道化生产,自动化操作,大大减轻劳动强度,不产生硫酸钙废渣,提取收率可由旧工艺的70%提高到90%以上。新工艺简单易行。将发酵液过滤后用颗粒活性炭脱色除杂,经特制的高强度高交换容量的弱碱性阴离子交换树脂交换吸附,饱和后用氢氧化钠或氢氧化铵进行洗脱,洗脱液再经特制的大孔强酸性阳离子交换树脂除杂,用氢离子交换使柠檬酸钠(铵)转化为柠檬酸,经浓缩结晶可获得质量优良的柠檬酸产品。结晶母液再经阴离子交换树脂除杂,再浓缩结晶,也获得合格产品。 离子交换法提取柠檬酸工艺流程如下 : 1 离子交换法提取柠檬酸交换洗脱原理 1.1 吸附 阴离子交换树脂以OH 型进行交换与吸 附 3R OH+C 6H 8O 7→R CHO+3H 2O 1.2 洗脱 采用氢氧化钠或氢氧化铵为洗脱剂 R 3C 6H 5O 7+3NaOH →Na 3C 6H 5O 7+3R OH 如用氨水洗脱: R 3C 6H 5O 7+3NH 3?H 2O →(NH 4)3C 6H 5O 7+3R OH 1.3 利用大孔阳离子交换树脂 以氢离子交换除阳离子,使柠檬酸盐成为柠檬酸,阳离子交换树脂经酸再生后仍成为氢型。 Na 3C 6H 5O 7+3RSO 3H →3RSO 3N a +C 6H 8O 7(NH 4)3C 6H 5O 7+3RSO 3H →3RSO 3(NH 4)3+C 6H 8O 7 再生: RSO 3Na +HCl →RSO 3H+NaCl RSO 3(NH 4)3+HCl →RSO 3H+NH 4Cl 注:R 为阳树脂骨架,R 为阴树脂骨架。 2 离子交换树脂型号的选择 2.1 专用阴树脂与一般的201×7比较其体积交换量m mol/ml 为2.7,而201×7为1.4,所用专用的阴树脂比较优越,体积几乎高出一倍。 2.2 专用的大孔强酸阳树脂与一般的001×7比较 其体积交换量(mmol/ml)为1.57,0.01×7为1.8,但大孔强酸树脂不易破碎寿命 24总第95期1998年第5期 安 徽 化 工
柠檬酸生产工艺
柠檬酸生产工艺介绍 摘要：柠檬酸应用广泛，在食品、医药等方面都占有重要位置。制取所用材料价格低廉，条件要求适中，且采用的深层发酵法具有普遍、经济的特点。 关键词：柠檬酸发酵 1.柠檬酸简介 柠檬酸又名枸橼酸，学名2-羟基丙烷-1，2，3-三羧酸。柠檬酸是无色透明或半透明晶体，或粒状、微粒状粉末，无臭，虽有强烈酸味，但令人愉快，稍有后涩味。柠檬酸是生物体主要代谢产物之一，它在植物体内常与酒石酸、苹果酸、草酸等有机酸共存，在动物组织中柠檬酸以游离状态或以金属盐的形式存在。商品柠檬酸主要有一水化合物和无水物。 柠檬酸用途极其广泛，在食品工业广泛用于酸味剂、增溶剂、抗氧化剂、缓冲剂、除腥脱臭剂等。在其他工业中，可作金属净化剂、去垢剂、分散剂、电镀缓冲剂和配位剂、胶粘剂，并可用于治理工业废气、废水、回收金属等。在药物中可产生泡腾，使药物中活性配料迅速溶解并提高味觉能力。 制取柠檬酸可以从水果中提取、化学合成法和生物发酵。其中发酵是最常用和最有经济价值的方法。 2.柠檬酸发酵菌种及原材料。 2.1菌种及原材料 柠檬酸发酵工艺中，具有工业生产价值的微生物有黑曲霉、棒曲霉、文氏曲霉、芬曲霉、丁烯二酸曲霉、橘青霉、解脂假丝酵母等，其中黑曲霉和文氏曲霉在深层液态发酵生产柠檬酸最具有商品竞争优势。 凡能通过微生物代谢而产生柠檬酸的物质，都可以作为柠檬酸的发酵原料。如乙醇、木质素、纤维素、淀粉、蔗糖、乳糖、正烷烃和脂肪等。黑曲霉生产菌可以在薯干粉、玉米粉、可溶性淀粉、乳糖、葡萄糖、麦芽糖、糖蜜等多种培养基中生长、产酸，而且产量在微生物中最高。 2.2黑曲霉 在米曲汁或麦芽汁培养基上菌丝白色，不是绒球状，凸起。边缘整齐，菌落较小，带皱折。在麦芽汁培养基上生长4d成熟的孢子呈黑褐色。在察氏培养基上生长较慢，菌落边缘整齐，分生孢子梗短，分生孢子着生较密。菌丝顶端着生稀疏的大型的黑褐色孢子德，成熟后呈开花状而崩裂。分生孢子是串珠状着生，黑褐色，表面粗糙且有明显的刺状突起，4.7-5.2μm，成熟后遇振动易散落。黑曲霉具有多种活力较强的酶系，能利用淀粉质物质，并且对蛋白质、单宁、纤维素、果胶等具有一定的分解能力。所以黑曲霉可以边生长、边糖化、边发酵产酸的方式生产柠檬酸。 3.设备 发酵生产过程中主要的设备有发酵罐、种母罐、抽滤桶、脱色柱、结晶锅、浓缩锅等。 其中发酵罐是用来对微生物进行发酵之用，罐中有搅拌浆，罐身有传感器，用来控制发酵中各条件的变化。种母罐用来串培养种母醪。抽虑桶采用真空和加压过滤，用于固液分离。 4.柠檬酸深层液态发酵工艺 4.1工艺流程：培菌--发酵--中和--酸解--浓缩结晶 原料粉碎培养基制备实罐液化原始菌种环境空气 实罐灭菌试管斜面过滤 麸取菌种空气机
柠檬酸工艺
柠檬酸的提取、分离、鉴定 生物111 201100606027 何远升 一、钙盐法提取柠檬酸 钙盐法生产柠檬酸工艺流程为：发酵液→过滤(除去菌体和残渣)→中和过滤(中和剂石灰乳)→柠檬酸钙盐→硫酸酸解、过滤→粗酸液→净化→浓缩结晶→离心→干燥→柠檬酸晶体。 1. 发酵液热处理 将发酵液煮沸5min,然后搅拌降温至80℃。80℃下,发酵液用两层医用纱布过滤,除去其中的菌丝体、薯干粉渣等较大的固体杂质。然后用80℃热水洗涤滤饼,使菌体中的柠檬酸释放出来。离心取上清液。量筒计量出上清液的体积V0准确量取5mL上清液，量取5mL清液、5mL蒸馏水于锥形瓶中，再滴入2～3滴酚酞指示剂，用标准NaOH 溶液滴定，滴定终点为淡红色，30s内不褪色，记下消耗的NaOH 溶液体积V1； M柠檬酸（g）＝V1(mL)×c(NaoH)×0.001×1/3×210×V0 /5 2. 碳酸钙中和沉淀 钙盐法主要的化学反应步骤有两步:中和与酸解。其中,中和又可以采用两种方法: 中和: 2C6H8O7·H2O+ 3CaCO3→Ca3(C6H5O7)2·4H2O↓+ 3CO2↑+H2O 酸解: Ca3(C6H5O7)2·4H2O↓+ 3H2SO4+H2O→2C6H8O7·H2O+ 3CaSO4·H2O 柠檬酸与碳酸钙发生中和反应，形成难溶的柠檬酸钙沉淀，碳酸钙的添加量根据滤液中柠檬酸的重量添加，比例约为柠檬酸：碳酸钙=2.1：1。边搅拌边缓慢加入碳酸钙，以防止产生大量气泡。碳酸钙加完后放置90℃恒温水浴中加热，保温搅拌30分钟，趁热过滤，并用沸水洗涤柠檬酸钙沉淀。 3. 酸解 将柠檬酸钙沉淀物取出，称量，加入2倍量的水，调匀，加入浓硫酸溶液，硫酸的添加量根据碳酸钙的量计算，碳酸钙与硫酸的摩尔比为1：1.5。加完硫酸后，搅拌30分钟，过滤，得清亮的棕黄色液体，取样测定柠檬酸的含量，并准确计量柠檬酸液体积。 4. 过滤、脱色 先吸附脱色再过滤:在一次滤液中加入3%(W/'V)的活性炭,80℃水浴中恒温搅拌30min,然后真空抽滤,除去活性炭与其它杂质。 5.离子交换 （1）树脂的预处理 用去离子水浸泡过夜，并洗至去离子水近无色，装入色谱柱，用5倍体积量2%的氢氧化钠冲洗树脂柱，使树脂转化为钠型，并用去离子水洗至流出液近中性;最后用5倍体积量2mol/L盐酸冲洗树脂柱，使树脂转化为氢型，并用去离子水洗至流出液近中性，备用。（2）上样 将滤液沿着柱壁缓慢加入到树脂柱中，使其按照一定的流速流经树脂柱。 （3）洗涤 用蒸馏水将留在交换柱中不发生交换作用的阳离子洗出。
柠檬酸提取及鉴定实验方案
柠檬酸的提取及鉴定 实验目的 学习钙盐沉淀硫酸转溶提取柠檬酸的方法； 学习结晶精制柠檬酸的方法 实验材料 发酵液：黑曲霉玉米粉发酵培养基； 仪器：旋转薄膜蒸发仪、水浴锅； 其它材料：0.1mol/L NaOH、0.1M H2SO4溶液、固体碳酸钙粉末 实验原理钙盐沉淀法的原理 碳酸钙（或氢氧化钙）可与发酵液中的柠檬酸发生中和反应，生成难溶性的柠檬酸钙沉淀，柠檬酸钙在80～90度之间溶解度极低，通过过滤（或离心）的方法将其与糖、蛋白质、其他有机酸、无机离子等可溶性杂质分离开。 在柠檬酸钙沉淀物中加入稀硫酸在80～85度之间进行酸解反应，生成柠檬酸和硫酸钙沉淀，硫酸钙在80度左右溶解度极低，趁热过滤（或离心）可将其与柠檬酸分离，获得较纯净的柠檬酸酸解液。 后续工艺：柠檬酸酸解液再进行脱色、阳离子交换层析除去杂质，最后可以通过结晶法获得纯净的柠檬酸晶体。 结晶法的原理原理：通过冷却、挥发溶剂等方法使溶液达到过饱和状态时，具有一定形状和大小的固态粒子可从均匀的溶液中析出，称为结晶。 结晶过程：1、产生晶核；2、晶核成长过饱和度是这两个过程的推动力。 影响晶体质量的因素： 1、溶液中杂质少，产品纯度较高； 2、冷却结晶时，温度要缓慢降低，防止晶核大量形成，形成粒度不一的晶体； 3、控制搅拌速度，结晶初期可搅拌促使晶核产生，晶核成长时降低搅拌速度，防止将长成的晶体打碎。 实验步骤1、黑曲霉玉米粉发酵液八层纱布过滤除去菌体和残渣量筒测量清液体积V0； 2、量取5mL清液、5mL蒸馏水于锥形瓶中，再滴入2～3滴酚酞用0.1M NaOH 溶液滴定，滴定终点为淡红色，30s内不褪色，记下消耗的NaOH溶液 体积V1； M酸（g）＝V1(mL)×0.1(mol/L)×0.001×1/3×210×V0/5 M碳酸钙（g）＝M酸×（V0－5）/V0×1/210×3/2×100 3、钙盐沉淀： 称取一定质量的碳酸钙粉末，边搅拌边缓慢地加入到剩余的清液（止产生大量的泡沫使溶液溢出），85度反应10min（使柠檬酸钙沉淀下来），趁热抽滤，并用与沉淀体积相当的沸水涤沉淀物2次（除去残糖、蛋白质等可溶性杂质）； 4、酸解：VH2SO4（mL）＝M碳酸钙/100/0.1(mol/L)×1000
柠檬酸生产的废料处理方法与利用
柠檬酸生产的废料处理方法与利用 于洋 摘要：中国是世界上最大的柠檬酸生产和出口国，但柠檬酸生产工艺的固有特点使其生产过程中产生大量高浓度废水，对环境造成严重污染。文章对我国柠檬酸废水处理的方法进行了综述，着重介绍了近几年发展起来的几种柠檬酸废水处理的方法如厌氧生物法、好氧生物法、厌氧-好氧组合法、厌氧-兼氧-好氧组合法、光合细菌法、乳状液膜法、微波辐射二氧化锰处理法、Fenton 试剂法等，对不同处理方法的原理和工艺流程做了比较。 关键字：柠檬酸废水；厌氧-兼氧-好氧组合法；光合细菌法；乳状液膜法；微波辐射二氧化锰处理法。 2000年世界柠檬酸总产量约为95万吨，我国的产量约为40碗吨，占世界总产量的40%左右。生产能力已达70万吨/a，是世界上最大的柠檬酸生产国。我国柠檬酸产量的80%左右用于出口，是世界上最大的柠檬酸出口国[1]。柠檬酸作为一种重要的化工原料和食品添加剂被广泛应用，其生产是以薯干或玉米为原料，依次经原料处理、发酵、提取、精制等工序制得产品。废水主要来自发酵和提取工序产生的废中和液、洗糖水、洗罐水和洗滤布水，主要含有淀粉质、蛋白质、各种有机酸、生产菌体所分泌的酶、发酵残留物、葡萄糖、氨氮和脂肪等有机物，COD 浓度为20 000－30 000 mg/L，属高浓度有机废水[2]。针对柠檬酸废水处理，国内外研究、应用的方法以生物法为主，主要包括好氧生物法、厌氧生物法、厌氧－好氧法和光合细菌法等[3]。 1 柠檬酸生产废水的产生与排放 玉米柠檬酸的生产工艺主要包括糖化、发酵、提取和精制等,柠檬酸废水的主要来源为: (1)糖化洗滤布水。在糖化过程中,糖化液必须过滤除去玉米渣,过滤机的滤布需要定期清洗,产生“糖化洗滤布水”,主要含有淀粉、蛋白质、纤维素、玉米脂肪及钠离子等。 (2)二压洗滤布水。糖液在发酵罐中发酵得到发酵液,经压滤机压滤去除菌丝体,成为发酵清液,送到提取车间。压滤机的滤布需要定期清洗,由此而产生“二压洗滤布水”,主要含有柠檬酸、残糖、蛋白质和维生素等。 (3)刷罐水。发酵罐排放发酵液后,在下一次进料前,要用清水将发酵罐洗涤干净,从而产生“刷罐水”,主要含有柠檬酸、残糖、蛋白质、维生素和聚醚等。 (4)浓糖水。发酵清液与CaCO3中和生成柠檬酸钙沉淀,上部母液称为“浓糖水”,含有柠檬酸、柠檬酸钙、残糖、油脂、蛋白质、微量钠盐、聚醚及有机色
柠檬酸及生产工艺
艺工及生产柠檬酸柠檬酸的简介.一 1. 柠檬酸的理化性质 柠檬酸（Citric acid），又称枸椽酸，是一种三元羧酸,其学名为3-羟基-3-羧基戊二酸，分子式C6H8O7(无水物)，在自然界中存在于柠檬、柑桔、梅、李子、梨、桃、无花果等水果中。柠檬酸具有无毒，无色，无臭特性，一般为半透明结晶或白色粉末，易溶于水、乙醇、乙腈、乙醚等[1]，不溶于苯，微溶于氯仿。相对密度cm3，熔点153℃(失水)。柠檬酸结晶形态因结晶条件不同而不同，有无水柠檬酸，也有含结晶水的柠檬酸。在干燥空气中微有风化性，在潮湿空气中有潮解性，175℃以上分解放出水及二氧化碳。柠檬酸是一种较强的有机酸，有3个H＋可以电离；水溶液呈酸性，加热可以分解成多种产物，与酸、碱、甘油等发生反应。 2. 柠檬酸的用途 柠檬酸具有令人愉悦的酸味，入口爽快，无后酸味，安全无毒，被广泛用作食品和饮料的酸味剂；能与二价或三价的阳离子形成络合物，被用作金属加工的鳌合剂和洗净剂（起软化水作用的洗净力补充剂）；还能衍生形成许多衍生物，可用作有机化学工业的原料。因此被广泛用于食品饮料、医药化工、清洗与化装品、 有机材料等领域，是目前世界需求量最大的一种有机酸[2]，到目前还没有一种可以取代柠檬酸的酸味剂。 二.生产技术 柠檬酸的生产方法共可分为3 种: 水果提取法,化学合成法, 生物发酵法
三。发酵法又分为固体发酵法和液体深[18]，目前以发酵法生产柠檬酸为主[17]种 不适合大规模的生产应用。固态发酵能耗小但劳动力大，占地面积大，层发酵法。深层通风发酵法采用不锈钢罐体，机械搅拌通风，微生物在液体相中分布均匀，发酵时不生成孢子，全部菌体细胞用于代谢柠檬酸，发酵速度高，实现了机械化或自动化操作，利于大规模生产。 生物发酵法制取柠檬酸.三 本工艺选择的原料及生产方法1. 本次生产工艺设计以薯干为原料，采用直接粉碎、调浆、液化，进行好气液体深层发酵，钙盐法提取，最后结晶、干燥得到柠檬酸 工艺流程2. 接收糖浆后，根据糖浆组成作适当的处理或配制，配成发酵原料，进行连续杀菌并冷却后，进入发酵罐，加入菌种和净化压缩空气后进行发酵；发酵液经升中和处理；再经过过滤洗涤，得到柠檬酸钙固温、过滤处理后，进入中和罐，用酸解，并加入活性炭进行脱色；然后，通过带式过滤机体，送入酸解罐，再添加浓缩，酸解过滤液经离子交换处理后，及废炭；进行蒸发、过滤、酸解过滤，除去 再进行结晶；结晶后，用离心机进行固液分离，对得到的湿柠檬酸晶体进行干燥与筛选，最后得到成品柠檬酸。 淀粉筛配 酸
生产吨柠檬酸工艺设计
年产20000吨柠檬酸工艺设计
目录第一部分文献综述 1. 柠檬酸0 1.1 简介0 1.2应用0 2柠檬酸的生产工艺1 2.1生产工艺概述1 2.2 工艺流程2 2.3基本步骤3 2.3.1 原料预处理3 2.3.2 玉米粉调浆和液化3 2.3.3 发酵4 2.3.4 提取和精制4 2.3.5 成品包装5 3 国内外柠檬酸生产情况及展望5第二部分课程设计部分 1物料衡算8 1.1 全厂总物料衡算主要内容8
1.2 工艺技术指标和基础数据8 1.3原辅料消耗及中间产品衡算9 1.3.1总反应式9 1.3.2 液化醪量的计算10 1.3.3 发酵液量的计算10 1.3.4 离子交换树脂的计算11 1.3.5阳离子交换树脂12 2 热量衡算14 2.1 液化工段耗热量14 2.2 提取工段所耗热量15 2.3总耗热量16 2.4 蒸汽用量16 3 水量衡算16 3.1 调浆用水17 3.2冷却水17 3.2.1 液化清液冷却用水17 3.2.2 发酵冷却用水17 3.3 清洗用水18
3.3.1发酵罐清洗用水18 3.3.2 洗滤布用水18 3.4提取工段解脱液煮沸后降温所用冷耗量18 3.5 其他用水19 3.5.1 提取车间其它用水19 3.5.2 锅炉用水19 3.5.3 清洁用水19 3.6 总用水量19 4工艺设备的选型20 5总结体会29 参考文献30
第一部分文献综述 1. 柠檬酸 1.1 简介 柠檬酸(citric acid)，学名2-羟基丙烷三羧酸， 分子式C6H8O7。为无色透明斜方晶系晶体颗粒， 或白色结晶性粉末。无臭，有很强的酸味，味阈值 为0.0025%。在温暖的空气中渐渐风化，在潮湿空气中微有潮解性。柠檬酸易溶于水，能溶于乙醇，而不溶于乙醚、氯仿、苯、CS2、CCl4及脂肪酸。 柠檬酸根据结晶条件不同，它的结晶形态有无水柠檬酸和含结晶水柠檬酸。商品柠檬酸主要是无水柠檬酸(C6H8O7)和异柠檬酸(C6H8O7·H2O)。异柠檬酸由低温(低于36.6℃)的水溶液中结晶析出，经分离干燥后的产品，分子量210.14，熔点70—75℃，密度1.542。放置在干燥的空气中，异柠檬酸中的结晶水会逸出风化。无水柠檬酸是在高于36.6℃的水溶液中结晶析出的，分子量192.12，密度1.665。异柠檬酸转变为无水柠檬酸的临界温度为36.6士0.15℃[1]。 1.2应用
柠檬酸的提取过程
柠檬酸的提取过程 发酵醪液中含有大量的水、柠檬酸及其他有机酸、淀粉残渣和蛋白质等杂质，需要将柠檬酸从其中提取纯化。提取纯化工艺有直接提取法和钙盐法两种，应用较多的是钙盐法。 (l)过滤柠檬酸发酵液是固液混合物，固体是菌丝体和不溶于水的物质。一般采用加压过滤的方法实现固液分离。常用的是板框过滤和真空抽滤两种方式。 (2)中和在滤液中加入碳酸钙，使其与柠檬酸形成柠檬酸钙盐沉淀，达到与其他可溶性杂质分离的目的。 2C6H8O7.H20+3CaCO3-Ca3(C6H507)2·4H20+3CO2↑+H2O (3)酸解与脱色酸解是将浓硫酸与柠檬酸钙作用，除去硫酸钙及部分酸不溶性杂质，得到柠檬酸溶液的操作。 Ca3(C6H5O7)2.4H2O+3H2S04+4H2O-2(C6H8O7.H2O)+3(CaS04·2H20)脱色是用活性炭或脱色树脂除去有色的物质，常用的是活性炭脱色。 (4)离子交换利用强酸性的阳离子交换树脂，除去柠檬酸液中的各种阳离子。以钙离子为例： (5)浓缩经离子交换后的柠檬酸液，其含量仅为15%-20%。需进一步蒸发浓缩，使其结晶析出。借助加热，将酸中的水分蒸发，以提高酸的浓度。一般采用减压浓缩，以提高蒸发速度，避免柠檬酸的分解。 (6)结晶浓缩后的柠檬酸液自然降温，冷却水和冷冻盐水降温形成结晶，经离心机甩干，分出母液，滤饼进去干燥。 (7)干燥与包装离心后的柠檬酸晶体含有游离水，需要进一步干燥。干燥的方式有烘房干燥、沸腾干燥和振动干燥等，常用的是振动干燥。 2002年，天津轻工业学院开发研制出“吸交法”提取柠檬酸新工艺。该工艺将获得的柠檬酸清液经过“吸交”树脂吸附，使柠檬酸与发酵中的残糖、蛋白质、纤维等杂质分离，再用解脱剂洗脱从而获得较纯的柠檬酸液，再经精制、浓缩、结晶获得成品柠檬酸。该工艺摆脱了传统的“钙盐法”提取工艺，使提取率提高
黑曲霉发酵生产柠檬酸生产工艺的优化
黑曲霉发酵生产柠檬酸生产工艺优化 摘要 柠檬酸（2-羟基丙烷三羧酸），是重要的工业原料。可从植物原料中提取，也可由糖进行发酵制得。实验研究了不同硫酸铵浓度分别对黑曲霉摇瓶发酵和实罐发酵生产柠檬酸的影响。在菌浓度、发酵过程PH、酸度、残糖、温度在发酵过程中的变化几个方面对实罐和摇瓶发酵进行了相关比较。结果表明：1）摇瓶发酵的最适硫酸铵浓度为0.4%；实罐发酵最适硫酸铵浓度为0.5%，实罐发酵时硫酸铵浓度过高将产生大量泡沫不利发酵；2）实罐发酵与摇瓶发酵在起始含糖量、菌浓度及发酵温度相同的情况下，随发酵进行，摇瓶发酵的温度更稳定，两者的菌浓度、残糖、PH值变化规律高度一致，酸度变化规律基本一致。另外实验还就温度对黑曲霉发酵生产柠檬酸的影响作用进行了探讨，结果表明实罐发酵的最适温度约为35℃，温度过高会导致发酵液水分流失过多而使发酵失败。 关键词：黑曲霉，柠檬酸，硫酸铵，实罐，摇瓶 Abstract Citric acid(2-hydroxytricarboxylic acid), is an important industrial raw material. It can be extracted from plant materials or be obtained by fermentation of sugar. In this treatise, we studied the different impacts to the fermentations in erlenmeyers and fermenters which were made by the different concentration of the ammonium sulfate. We compared the differences between the fermentation in erlenmeyers and fermenters by analyzing the concentration of the bacteria, the PH during the fermentation process, acidity, residual sugar and the temperature changes during the fermentation process. The results showed that: 1) the optimum concentration of ammonium sulfate for the fermentation in erlenmeyer is 0.4% while the optimum concentration of ammonium sulfate for the fermentation in fermenters is 0.5%.when the concentration of ammonium sulfate is too high, the fermentation cannot be succeed for the large number of foam. 2) when the initial sugar content, bacteria concentration and fermentation temperature are under the same circumstances, the fermentation in the erlenmeyer has more stable fermentation temperature. Both the two methods of fermentations have the same variation in the concentration of the bacteria ,residual sugar, PH value and changes of acidity. Another experiment also studied the influence to the fermentation in the fermenter made by temperature. The result showed that the production of citric acid from the fermentation of Aspergillus niger is the highest when the temperature is 35℃,when the temperature is too high , fermentation will fail for the excessive loss of water. Keywords：citric acid, Aspergillus niger, fermentation, erlenmeyer, fermenter, ammonium sulfate 1. 课题背景 1.1柠檬酸简介[1]