第三篇第二章柠檬酸发酵
§第四章柠檬酸发酵机制与代谢调控
一、行业简介
柠檬酸被称为第一食用酸味剂
饮料——不仅赋予饮料水果风味，而且具有增溶、缓冲、
抗氧化等作用，能是饮料中的糖、香精、色素等
成分交融协调
果酱和果冻，酿造酒，冰激淋和人造奶油（增加乳化稳定
性）、腌制品（除腥去臭、抗氧化）、罐头食品、豆制
品和调味品
国外柠檬酸发酵技术发展的三个历史时期
1893年至1917年：青霉菌生产（德国微生物学者Wehmer
首先用青霉菌生产柠檬酸）；
1917年至1938年：黑曲霉，浅盘发酵，奠定了大规模生
产的基础；
1938年至1951年：深层发酵，用糖蜜为原料（1951年美
国Miles公司首先采用深层发酵法）。
近几年柠檬酸工业高速发展，产量跃居世界之首，出口额突破了2亿美元，成为我国单项化工产品出口额第一的产
品。
提取工艺落后，收率、产品纯度等方面与国外先进水平相比尚有一定的差距，产品的收得率与国外的水平相比相差
十个百分点以上，而且柠檬酸生产是重污染行业之一。
由于产量迅速增长而内需不旺，迫使企业加入残酷的价格大战。柠檬酸出口价格呈持续下滑趋势。出口价格不断下
跌已引起相关国家的抵制。遭到反倾销投诉和他国对柠檬
酸进口实施保障措施。
补充资料：
柠檬酸又称为：枸橼酸，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。其主要用途：食品、饮料、医药、化妆品、洗涤剂、建材等领域。
最早的柠檬酸是从柠檬中提取的，故命名为柠檬酸。后来采用发酵法生产。世界上最早的发酵法柠檬酸生产是1923年的比利时，采用浅盘法发酵生产？。
1952年，美国的Miles 公司以淀粉质为原料，经水解后，深层发酵获得成功。我国1953年刚开始也是采用浅盘法发酵生产柠檬酸，60年代后期，开始采用液体深层发酵法生产柠檬酸。
目前，我国柠檬酸行业从产量上位居世界第一，从技术上，在国际上也是处于世界领先水平，并远远领先于其他国家，其优势在于：
1.我国的柠檬酸发酵采用的菌种（黑曲霉）具有双重功能，当淀粉原料被液化后，即可进行发酵，不需要将淀粉水解成葡萄糖，简化了生产工艺，降低了生产成本。
2.尽管采用边糖化边发酵的工艺，但发酵周期只有64小时，生产周期比国外的单边发酵周期还要短。
3.柠檬酸的产酸速度大大地高于国外水平。平均产酸速率是国外的2 倍。
二、用于工业生产的菌种
黑曲霉（利用淀粉,乙醇,醋酸）
假丝酵母（利用正烷烃）
三、柠檬酸的生物合成途径
用图示之：
葡萄糖
丙酮酸+ 丙酮酸乙酰辅酶A(CH3CO-CoA)
CO2固定反应
草酰乙酸+
（柠檬酸合成酶）
柠檬酸顺乌头酸酶
异柠檬酸
异柠檬酸脱氢酶
α—KGA
琥珀酸
按照正常的微生物菌体的代谢规律，上述途径并不能够积累柠檬酸，而是进入TCA循环，被彻底氧化，柠檬酸产生菌之所以能够大量积累柠檬酸，其产生菌菌种必须具备一定的内在因素，也就是：柠檬酸合成酶,丙酮酸羧化酶要强大，柠檬酸后述的各种酶，主要是，顺乌头酸酶、异柠檬酸脱氢酶酶的活性丧失或非
常微弱，否则，合成的柠檬酸迅速被降解成其他物质。
菌体有了上述特点，只是具备了合成并积累一定量的柠檬酸的条件，要想大量的合成柠檬酸，或者说，追求柠檬酸的高产率，还需要解决柠檬酸合成过程中的代谢调节与控制的问题。
四、柠檬酸生物合成中的代谢调节与控制
柠檬酸是微生物生长代谢过程中的一个中间性产物，在正常的微生物体内不能够积累的，如果有积累的话，与柠檬酸合成有关的各种酶的活性，则会受到抑制或阻遏，那么，柠檬酸发酵过程中，这种抑制或阻遏是如何被克服的呢？
分述之：
1.磷酸果糖激酶（PFK）活性的调节
从葡萄糖柠檬酸的合成过程中，PFK 是一种调节酶或者称之为关键酶，其酶活性受到柠檬酸的强烈抑制，这种抑制必须解除，否则，柠檬酸合成的途径就会因为该酶活性的抑制而被阻断，停止柠檬酸的合成，……
研究表明，微生物体内的NH4+，可以解除柠檬酸对PFK的这种反馈抑制作用，在较高的NH4+的浓度下，细胞可以大量形成柠檬酸，那么NH4+ 浓度是如何升高的呢？
进一步的研究表明，柠檬酸产生菌——黑曲霉如果生长在Mn+缺乏的培养基中，NH4+浓度异常的高，可达到25mmol/L，显然，由于Mn+的缺乏，使得微生物体内NH4+浓度升高，进而解除了柠檬酸对PFK活性的抑制作用，使得葡萄糖源源不断的合成大量的柠檬酸。
Mn+缺乏如何会使NH4+浓度升高呢？
当培养基中Mn+缺乏时，NH4+浓度升高，同时微生物体内积
累几种氨基酸（GA、GLu、Arg、Oin等），这些氨基酸的积累，意味着体内蛋白质的合成受阻，而外源蛋白质的分解速度则不受到影响，这样NH4+的消耗下降，NH4+浓度就会升高，微生物体内蛋白质和氨基酸的代谢关系可以使用下图示之：
氨基酸合成蛋白质分解氨基酸
氨基化合成氨基酸
2.顺乌头酸酶活性的控制
该酶的丧失或失活是阻断TCA循环，大量生成柠檬酸的必要条件。通常柠檬酸产生菌体内该酶的活性本身就要求很弱，但在发酵过程中仍需要控制它的活性。由于该酶的活性受到Fe2+的影响，控制培养基中的Fe2+的浓度，可以使该酶失活。因此，柠檬酸发酵要求采用不锈钢为反应器的材料，目的就是控制培养基中的Fe2+的浓度。但是在柠檬酸发酵过程中，培养基中的Fe2+的浓度有要求不能够低于0.1mg/L，原因目前尚没有搞清楚。
3.能荷调节对柠檬酸发酵的影响
那么，解决了柠檬酸发酵过程中的上述几个问题：……，是不是就意味着可以将葡萄糖源源不断的转化成柠檬酸呢？提问：根据微生物代谢调节的基本理论，还需要解决什么问题？
菌体要大量合成柠檬酸，从葡萄糖经过EMP到柠檬酸整个代谢途径需要畅通，在这个过程中，有一步反应：丙酮酸氧化脱羧，每分子丙酮酸可产生一分子的NADH，在有氧的条件下，每分子的NADH经过呼吸链彻底氧化成H2O，并氧化磷酸化产生3
分子的ATP，造成了微生物体内能荷的增加，能荷增加则抑制PFK等关键酶的酶活性，使得从葡萄糖到柠檬酸的代谢停止，怎么能够大量合成柠檬酸呢？如果NADH（还原型）不能够快速的被氧化转变成NAD（氧化型），则整个反应就会因为缺乏作为推动力的氧化型的NAD而停止，仍然不能够合成柠檬酸。而实际上，确实柠檬酸产生菌可以在有氧的条件下大量生成柠檬酸，也就是说，NADH即被氧化了，又没有产生ATP。为了解释这种现象，有人提出了一种假设：该菌体内存在一条侧系呼吸链，NAD(P)H经过该呼吸链，可以正常的传递H+，将其氧化为H2O，但是并没有氧化磷酸化生成ATP，能够正常产生ATP的呼吸链称之为标准呼吸链。后来的大量的实验证明，在某些微生物体内确实存在一条这样的侧系呼吸链，该侧系呼吸链中的酶系强烈需氧，如果在柠檬酸的发酵过程中，发酵液的溶氧浓度在很低的水平维持一段时间，或者在这期间中断供氧一段时间（20分钟，根据处理情况如：紧急保压等）则这一侧系呼吸链不可逆的失活，其结果是菌体不再产酸，而是产生了大量的菌体，因为，标准呼吸链的存在使得菌体在代谢过程中产生了大量的ATP，用于菌体自身的生长上，这种现象，在生产上通常称之为：只长菌不产酸，大量的葡萄糖被消耗了，却没有生产出柠檬酸，是一种失败，（大型柠檬酸生产企业需要自己备用的发电系统）。
五、柠檬酸发酵的产率
一个工业化的过程，产率问题是必须研究的问题。按照上述柠檬酸发酵过程中的代谢控制要求，菌体可以将葡萄糖转化成柠檬酸，但是，如果葡萄糖经过EMP途经生成丙酮酸后，丙酮酸在
丙酮酸脱羧酶的作用下生成了乙酰辅酶A(CH3CO-CoA)，则合成一分子柠檬酸需要3分子的CH3CO-CoA，也就是需要1.5分子的葡萄糖；试想，如果其中一分子的丙酮酸通过CO2固定反应生成一分子的C4二羧酸，那么合成一分子的柠檬酸需要1分子的葡萄糖，产率可以大大的提高。
1.无CO2固定反应的产率
192 /( 180*1.5) == 71.1%
2.通过CO2固定反应提供C4二羧酸
192 / 180 == 106.6%
C6H12O6C6H8O7(C没有增加)
可见，CO2固定反应堆与柠檬酸发酵的重要性。
在柠檬酸产生菌内，存在下列CO2固定反应：
（1）磷酸烯醇式丙酮酸+ CO2 == 草酰乙酸（C4二羧酸）酶：磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶
（2）丙酮酸+ CO2=== 草酰乙酸（C4二羧酸）
酶：丙酮酸羧化酶
以上两种CO2固定反应所需要的辅酶都是生物素。
总之：
在柠檬酸发酵过程中，存在三个控制要点：
C6H12O6
控制Mn+ NH4+浓度，解除
柠檬酸读对PFK的抑制
（1）点：EMP畅通无阻
控制溶氧，防止侧系呼吸链失活
丙酮酸+ 丙酮酸（2）点：通过CO2固定反应生成C4二羧
酸，强化这一反应的方法：
乙酰辅酶A + C4二羧酸
柠檬酸（3）点：柠檬酸后述的酶的酶活性丧失或很低，
控制培养基中的Fe2+的浓度
六、柠檬酸产生菌的育种
柠檬酸发酵和其他代谢控制发酵一样，都是在环境水平上的代谢控制发酵，亦即，选育有代谢技能的突变株，在有控制的培养基上，在有选择的条件下，才能大量合成产物。因此菌种的选育是非常重要的，根据菌种选育的方法不同可以分为：分子生物学水平上的、传统的。
分子生物学水平：选定特定的基因（需要大量的基础工作）
加在？某一载体上（宿主细胞，Host）
在特定的条件下的基因表达
今天介绍的是传统的方法：
出发菌株:黑曲霉,假丝酵母
选择透明围大的突变株
平板：10%甘薯+ 2 %的琼脂+ 0.5% CaCO3
诱变后，涂布，透明圈大的则好获得柠檬酸产量高的生产菌。为何？淀粉的水解能力。
选择显色圈直径大的突变株
平板：麦汁培养基+ pH值指示剂(0.01%溴酚蓝)
诱变后，33℃培养3天，柠檬酸产量越高，显色圈就越大
选育耐高渗透压的突变株
仍然能正常生长，并具有代谢的能力，和柠檬酸的合成不受影响
选育在含16％一25％甘薯粉的平板上生长良好的突变株 选育在含10％一20％柠檬酸的培养基上生长良好的突变株
不分解柠檬酸的菌株(说明其TCA循环中柠檬酸后述的酶的活性较低，或者丧失)
选育在以柠檬酸为唯一碳源的培养基不生长或生长微弱的突变株。
选育乌头酸酶活性低的突变株
选育对单氟乙酸,三氟乙酸等敏感的突变株
选育CO2固定反应强的突变株
选育氟丙酮酸敏感突变株
Ala-或AlaL
Asp-或AspL
加大生物素的量或克隆
强化柠檬酸合成酶
PH控制3.0以下,生成草酸
控制Fe2+和供氧
选育不长孢子、少长孢子、迟长孢子的菌株
在培养基中如果菌株能够大量合成积累柠檬酸，自然会使TCA循环中的中间产物浓度降低，这样不利于孢子的形成。（为何？中间产物少，C架少，不利于合成代谢……）
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。
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
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，
发酵罐设计
目录 前言 (2) 设计方案的拟定 (3) （1）、机械搅拌生物反应器的型式 (3) （2）、反应器用途 (3) （3）、冷却水及冷却装置 (3) （4）、设计压力罐内0.4MPa；夹套0.25 Mpa (4) 表-发酵罐主要设计 (4) 工艺设计及计算 (5) （1）生产能力、数量和容积的确定 (5) （2）主要尺寸计算 (5) （3）冷却面积的计算 (6) （4）搅拌器设计 (6) （5）搅拌轴功率的计算 (7) （6）i求最高热负荷下的耗水量W (8) ii 冷却管组数和管径 (9) iii冷却管总长度L计算 (10) l和管组高度 (10) iv 每组管长 n (10) V 每组管子圈数 Vi 校核布置后冷却管的实际传热面积 (10) （7）设备材料的选择 (10) （8）发酵罐壁厚的计算 (11) （9）接管设计 (12) （10）支座选择 (13) 设计结果汇总 (14) 参考资料 (14) 发酵罐设计心得体会 (15) 附录及设计图 前言 生化工程设备课程设计是生物工程专业一个重要的、综合性的实践教学环节，要求我们综合运用所学知识如生化反应工程与生物工程设备课程来解决生化工程实际问题，对培养我们全面的理论知识与工程素养，健全合理的知识结构具有重要作用。在本课程设计中，通过生化过程中应用最
为广泛的设备，如机械搅拌发酵罐、气升式发酵罐、动植物细胞培养反应器，蒸发结晶设备、蒸馏设备等的设计实践，对我们进行一次生化过程发酵设备设计的基本训练，使我们初步掌握发酵设备设计的基本步骤和主要方法，树立正确的设计思想和实事求是，严肃负责的工作作风，为今后从事实际设计工作打下基础。 设计方案的拟定 我们设计的是一台25M3机械搅拌通风发酵罐,发酵生产味精。 设计基本依据 （1）、机械搅拌生物反应器的型式 通用式机械搅拌生物反应器，其主要结构标准如下： ①高径比：H/D=1.7-4.0 ②搅拌器：六弯叶涡轮搅拌器,D i :d i :L:B=20:15:5:4 ③搅拌器直径：D i =D/3 ④搅拌器间距：S=（0.95-1.05）D ⑤最下一组搅拌器与罐底的距离：C=（0.8-1.0）D ⑥挡板宽度：B=0.1D，当采用列管式冷却时，可用列管冷却代替挡板（2）、反应器用途 用于味精生产的各级种子罐或发酵罐，有关设计参数如下： ①装料系数：种子罐0.50-0.65 发酵罐0.65-0.8 ②发酵液物性参数：密度1080kg/m3 粘度2.0×10-3N.s/m2 导热系数0.621W/m.℃ 比热4.174kJ/kg.℃ ③高峰期发酵热3-3.5×104kJ/h.m3 ④溶氧系数：种子罐5-7×10-6molO 2 发酵罐6-9×10-6molO 2 ⑤标准空气通风量：种子罐0.4-0.6vvm
发酵罐设计.doc
目录 前言??????????????????????????????? 2 方案的 定 ................................................................................... (3) （1）、机械拌生物反器的型式?????????????????.3 （2）、反器用途????????????????????. ???? 3 （3）、冷却水及冷却装置?????????????. ??????? ..3 （4）、力罐内 0.4MPa；套 0.25 Mpa ????????????? 4 表- 酵罐主要? . ??????????????????????? 4 工及算??????????????????????.. ??? ..5 （1）生能力、数量和容的确定????????????????.. ?5 （2）主要尺寸算???????????????????????? 5 （3）冷却面的算??????????????????????? 6 （4）拌器??????????????????????.. ??? 6 （5）拌功率的算????????????????????.. ??7 （6）i 求最高荷下的耗水量 W?????????????? ... ??? .8 ii 冷却管数和管径?????????????????????9 iii 冷却管度 L 算??????????????????10 iv 每管 l0和管高度???????????????????10 V 每管子圈数n 0?????????????????????10 Vi 校核布置后冷却管的面?????????????10 （7）材料的???????????????????????10 （8）酵罐壁厚的算??????????????????????11 （9）接管??????????????????????????12 （10）支座??????????????????????????13 果???????????????????????????14 参考料 ... ???????????????????????????? .14 酵罐心得体会? .. ???????????????????? ..15 附及 前言 生化工程设备课程设计是生物工程专业一个重要的、综合性的实践教学环节，要求我们综合运用所学知识如生化反应工程与生物工程设备课程来解决生化工程实际问题，对培养我们全面的理论知识与工程素养，健全合理的知识结构具有重要作用。在本课程设计中，通过生化过程中应用最为广泛的设备，如机械搅拌发酵罐、气升式发酵罐、动植物细胞培养反应器，蒸发结晶设备、蒸馏设备等的设计实践，
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
柠檬酸生产工艺技术及进展
柠檬酸生产工艺技术及进展 周明 （辽宁科技大学化学工程学院化工08·5） [ 摘要 ]介绍了水果提取法、化学合成法、生物发酵法3种柠檬酸的生产方法以及传统生产工艺。详细阐述了目前国内外在开发柠檬酸生产的新原料、改进生产工艺及提取工艺等方面的进展情况,并对各种技术的原理、优缺点、应用等方面进行了论述和比较。 [ 关键词 ]柠檬酸；发酵；提取 Abstract : Three methods of citric acid-production are introduced, such as separating from fruit, chemical synthesis, biological ferment .The tradition technology of citric acid-production is reviewed. The exploitation of new material, some progresses of production technology and separation technology are presented. In addition, the principles, technique development , advantages and application are described and compared. Key words: citric acid; ferment ; separation 柠檬酸,又名枸橼酸,分子式C6H8O7(无水物),是世界产量较大的一种有机酸。主要用于食品工业、医药业、化学工业,并且在电子、纺织、石油、皮革、建筑、摄影、塑料、铸造和陶瓷等工业领域中也有十分广阔的应用。传统的柠檬酸生产是以薯干为原料,经生物发酵工艺和钙盐法提取工艺制得。传统工艺存在环境污染严重,生产成本高,产品质量不高等问题。近年来,在生产新原料方面,研究出了以玉米粉、稻米、秸杆等为原料的生产方法[1-4],使生产成本大大降低,废物排放减少。采用工业离子色谱法、母液净化处理、循环利用废糖液等技术[5-7]对生产工艺进行了改进,降低了生产成本、能耗及污染物的排放。为保护环境,使用了离子交换树脂法、电渗析、膜分离和吸交法等提取技术[8-12] ,基本实现了清洁的生产工艺。通过这些改进,使柠檬酸的生产提高了产品质量,降低了生产成本,减少了对环境的污染等。本文介绍了柠檬酸的生产方法及传统的生产工艺, 阐述了国内外在新原料,生产工艺改进及新提取技术等方面的进展,并对其原理、优缺点、应用等方面进行了论述和比较。 1 柠檬酸的生产方法 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。1.1 水果提取法 柠檬酸可以从柠檬、橙、橘子、苹果等柠檬酸含量较高的水果中提取。当今，水果的生产已经产业化,水果产量也随之增加,并且比较集中,在考虑生态果园和综合利用时,可以利用这种方法来提取柠檬酸。但此法成本较高,不利于投入工业化生产[12,13] 。
柠檬酸生产工艺
柠檬酸的工艺生产流程 摘要 柠檬酸广泛应用于食品行业、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，在多种霉菌及黑曲霉的作用下，控制较低的温度及PH值、较高的通气量和糖浓度，用发酵法制得。 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末，易溶于水及酒精。加热可以分解成多种产物，与酸、碱、甘油发生反应。柠檬酸主要用于食品工业，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做化学分析用试剂，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做助洗剂，可改善洗剂产品的性能，可以迅速和沉淀金属离子，防止污染物重新附着在织物上，保持洗剂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，是一种优良的螯合剂。 关键词:柠檬酸,黑曲霉,发酵法
Citric Acid In The Process Of The Production Process ABSTRACT citric acid is widely used in food industry, pharmaceutical industry and chemical industry, etc. It can use sugar in the raw materials such as potato, sweet potato starch, etc., under the action of a variety of mold and aspergillus Niger, control of low temperature and PH value, high ventilation and sugar concentration, using fermentation method. Citric acid or citrate, scientific name 3 - hydroxy - 3 - carboxylic glutaric acid, molecular formula C6H8O7 is colourless, odourless, translucent crystals or white powder, soluble in water and alcohol. Heating can be decomposed into a variety of products, react with acid, alkali, glycerin. Citric acid is mainly used in food industry, because of citric acid has a mild and refreshing acidity, widely used in all kinds of drinks, soft drinks, wine, candy, snacks, biscuits, canned fruit juices, dairy products, such as food manufacturing. Citric acid in the chemical industry to do chemical analysis reagent, used as laboratory reagents, chromatography analytical reagent and biochemical reagents, used as complexing agent and masking agent, buffer solution. Using citric acid or citric acid salts do help lotion, can improve the performance of detergent product, can quickly and precipitation of metal ions, and prevent pollutants are attached to the fabric again, keep the lotion, alkaline necessary make the dirt and dust dispersion and suspension, improve the performance of the surfactant is a kind of excellent chelating agent. Keywords: citric acid, aspergillus Niger, fermentation
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
实验室生产柠檬酸
实验五黑曲霉发酵生产柠檬酸 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(2一hydroxy propane-1，2，3一triearboxylic acid)。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C 6H 8 O 7 ·H 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C 6H 8 O 7 ，相对分子质量 192.13。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％。 1893年前，人们主要从柑橘、菠萝和柠檬等果实中制取柠檬酸。．1893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，60年代开始采用薯干粉直接深层发酵法生产柠檬酸。 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。 本实验以薯干粉或玉米粉为原料，采用黑曲霉，通过深层液体(摇瓶)发酵产生柠檬酸。柠檬酸发酵液经过滤除去菌丝体和残存杂质，过滤液中加入碳酸钙中和，生成柠檬酸钙沉淀。将获得柠檬酸钙再用稀硫酸酸解生成柠檬酸和硫酸钙沉淀而制得粗制柠檬酸液，粗制柠檬酸液再经活性炭脱色、离子交换脱盐制得精制柠檬酸液。精制柠檬酸液经真空浓缩、结晶制得符合英国药典BP－98版标准的无水或一水柠檬酸。 一、实验目的 了解柠檬酸发酵原理及过程，掌握柠檬酸深层液体发酵及中间分析方法。 二、实验原理 黑曲霉发酵法生产柠檬酸的代谢途径被认为：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；葡萄糖经过糖酵解途径（EMP）和HMP途径转变为丙酮酸； 丙酮酸由丙酮酸氧化酶氧化生成乙酸和CO 2 ，继而经乙酰磷酸形成乙酰辅酶A，然后在柠檬酸合成酶（柠檬酸缩合酶）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α－酮戊二酸脱氢酶受阻遏，TCA循环变成“马蹄形”，代谢流汇集于柠檬酸处，使柠檬酸大量积累并排出菌体外。其理论反应式为： C 6H 12 O 6 +1.5O 2 C 6 H 8 O 7 +2H 2 O 柠檬酸理论得率为106.7％，若以含一个结晶水的柠檬酸计为116.7％。
发酵罐 中试放大的几点建议
中试放大的几点建议 因为本人从事这方面工作，所以也经常关注这方面的信息，偶尔发现有为仁兄慷慨把自己的经验拿了出来，感觉很好，拿来与大家分享。希望大家喜欢 我工作已经六年了，一直做研发工作，从实验室直接做到车间的那种。虽然感觉过得很快，但是六年还是一个很长的时间，至少当你真正沉下去做项目的时候，六年可以让你学到很多，我就把这六年在中试过程遇到的小麻烦总结一下，希望新人你吸取一下教训，更希望老手不要笑话我。 一个工艺在实验室小试成功了，这个只能代表他的工艺路线是通的，不代表他中试、工业化也能顺利，甚至中试工业化完全做不出来，小试和中试有很大的距离。 1：小试我们一般都是三口瓶、四口瓶，这个都是玻璃的，有什么现象清清楚楚，投料量也少，容易控制。但是生产就不行了，用的是搪玻璃、不锈钢反应釜，他是不透明的，看不到里面的东西。怎么办?就要在做小试、中试的时候多观察物料的变化情况，以便在工业化的时候做到什么步骤里面的情况能够心中有数，尽量的多增加计量点。 实例：有一个产品（不好意思，出于技术保密，所有物料产品不说名称，见笑），原药用到一个和水互溶的溶剂，合成结束后，脱去部分溶剂，加水析出。中试时怕溶剂脱干以后出安全事故，溶剂接受罐又没有计量装置，开始3批收率都偏低。查找原因是溶剂脱出太少，造成加水量不足，有部分产品还在水里。解决方法，规定脱出溶剂数量。 2：小试玻璃瓶温度计是可以升降的，即使够不着也可以看得到。但是反应釜就不同了，那个是定下来的。所以你要对你的设备心中有数。比如1000L的反应釜，最低多少物料锚能搅得到，多少物料能打到温度计套管。物料粘度怎么样，量大以后用不用加大电机功率等。 实例：有一个产品，结晶以后回收母液时候没有注意到溶剂脱出以后物料的量，里面液相温度显示不出，一直开汽加热，爆炸，所幸没有伤到人。解决方法：用热水加热。浓度低的产品用小釜多次吸入脱溶。 3：小试的时候物料少，后处理时间很短。但中试工业化就不同了，这个处理时间要延长很多，必须考虑。 实例：有一个产品用三乙胺水溶液做溶剂，反应完过滤。抽滤的时候，把物料都放在抽滤槽中，时间长了以后物料温度升高，三乙胺分层，产品随着滤液抽走。解决方法：冷却以后
柠檬酸液态发酵及提取工艺
柠檬酸液态发酵及提取工艺综述 摘要:发酵有固态发酵、液态浅盘发酵和深层发酵3种方法。液态浅盘发酵多以糖蜜为原料，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。国内目前有很多人研究了MgCl2、普鲁兰酶、植酸钠、磷浓度、菌种、木薯原料、纤维素糖化液、玉米粉淀粉混合原料、接种量和碳氮比、溶解氧、发酵罐搅拌系统、尿素、乙醇等添加剂、初始含糖量、温度、pH、发酵时间等等对黑曲霉发酵产酸的影响，从而改良提取工艺。 关键词：柠檬酸液态发酵提取工艺 一、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。 二、柠檬酸液态发酵 1、柠檬酸发酵机理 柠檬酸循环(citric acid cycle)又称三羧酸循环[5］(tricarboxylic acid cycle)，克雷
实验24-黑曲霉发酵生产柠檬酸
黑曲霉发酵生产柠檬酸 柠檬酸（citric acid ）又名枸橼酸，学名2-羟基丙烷三羧酸（2-hydroxytricarboxylic acid ）、2--羟基丙烷-1，2，3-三羧酸（2-hydroxy propane-1，2，3-tricarboxylic acid ）。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C 6H 807·H 2O,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C 6H 8O 7，相对分子质量192.13。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。1893年前，人们主要从柑橘、菠萝和柠檬等果实中制取柠檬酸。1893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，60年代开始采用薯干粉直接深层发酵法生产柠檬酸。 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。至今世界上消费的柠檬酸主要采用发酵法，而最具商业竞争优势的是采用黑曲霉（Asp.niger ）、文氏曲霉(Asp.Wentii )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。 本实验以薯干粉或玉米粉为原料，采用黑曲霉，通过深层液体（摇瓶）发酵产生柠檬酸。柠檬酸发酵液经过滤除去菌丝体和残存杂质，过滤液中加入碳酸钙中和，生成柠檬酸钙沉淀。将获得柠檬酸钙再用稀硫酸酸解生成柠檬酸和硫酸钙沉淀而制得粗制柠檬酸液，粗制柠檬酸液再经活性碳脱色、离子交换脱盐制得精制柠檬酸液。精制柠檬酸液经真空浓缩、结晶制得符合英国药典BP-98版标准的无水或一水柠檬酸。 5.3.1 柠檬酸发酵 1、 实验目的 了解柠檬酸发酵原理及过程，掌握柠檬酸深层液体发酵及发酵过程中生化指标的分析方法。 2、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酶氧化生成乙酸和CO 2，继而经乙酰磷酸形成乙酰辅酶A ，然后在柠檬酸合成酶（柠檬酸缩合酶）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ɑ-酮戊二酸脱氢酶受阻遏，TCA 循环变成“马蹄型”,代谢流汇集于柠檬酸处,使柠檬酸大量积累并排出菌体外。其理论反应式为: O H O H C O O H C 27862612625.1+→+ 柠檬酸理论得率为106.7%，若以含一个结晶水的柠檬酸计为116.7%。 3、实验装置材料与流程 （1） 实验装置与材料 ① 实验装置 旋转式摇床、恒温培养箱、高速离心机（4000-6500r/min ）。 ② 菌种 黑曲霉（Asp.niger ）柠檬酸生产菌株Co8-27。 ③ 材料 麸皮、马铃薯 、薯干粉、蔗糖、玉米粉、大麦芽、大米、琼脂、淀粉酶（中温酶与高温酶）。 ④ 器皿 15mL 试管、100mL 三角瓶、2000mL 烧杯、500mL 三角瓶、离心管若干。 ⑤ 试剂 0.1429mol/L NaOH 、1%酚酞试剂、斐林甲、乙溶液、0.01%标准葡萄糖溶液。 （2） 试剂
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]