有机酸工艺学-柠檬酸发酵工艺学

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柠檬酸发酵机制

柠檬酸发酵机制

柠檬酸发酵机制柠檬酸生产分发酵和提取两部分。

发酵有固态发酵、液态浅盘发酵和深层发酵3种方法。

固态发酵是以薯干粉、淀粉粕以及含淀粉的农副产品为原料,配好培养基后,在常压下蒸煮,冷却至接种温度,接入种曲,装入曲盘,在一定温度和湿度条件下发酵。

采用固态发酵生产柠檬酸,设备简单,操作容易。

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。

深层发酵生产柠檬酸的主体设备是发酵罐。

微生物在这个密闭容器内繁殖与发酵。

现多采用通用发酵罐。

它的主要部件包括罐体、搅拌器、冷却装置、空气分布装置、消泡器,轴封及其他附属装置。

发酵罐径高比例一般是1:2.5,应能承受一定的压力,并有良好的密封性。

除通用式发酵罐外,还可采用带升式发酵罐、塔式发酵罐和喷射自吸式发酵罐等。

为了得到产柠檬酸的优良菌种,通常是从不同地区采集的土壤或从腐烂的水果中分离筛选,然后通过物理和化学方法进行菌种选育。

例如薯干粉深层发酵柠檬酸的菌种就是通过不断变异和选育得到的。

菌种适合在高浓度下发酵,产酸水平较高。

柠檬酸的发酵因菌种、工艺、原料而异,但在发酵过程中还需要掌握一定的温度、通风量及pH值等条件。

一般认为,黑曲霉适合在28~30℃时产酸。

温度过高会导致菌体大量繁殖,糖被大量消耗以致产酸降低,同时还生成较多的草酸和葡萄糖酸;温度过低则发酵时间延长。

微生物生成柠檬酸要求低pH,最适pH为2~4,这不仅有利于生成柠檬酸,减少草酸等杂酸的形成,同时可避免杂菌的污染。

柠檬酸发酵要求较强的通风条件,有利于在发酵液中维持一定的溶解氧量。

通风和搅拌是增加培养基内溶解氧的主要方法。

随着菌体生成,发酵液中的溶解氧会逐渐降低,从而抑制了柠檬酸的合成。

采用增加空气流速及搅拌速度的方法,使培养液中溶解氧达到60%饱和度对产酸有利。

柠檬酸生成和菌体形态有密切关系,若发酵后期形成正常的菌球体,有利于降低发酵液粘度而增加溶解氧,因而产酸就高;若出现异状菌丝体,而且菌体大量繁殖,造成溶解氧降低,使产酸迅速下降。

柠檬酸发酵机理

柠檬酸发酵机理
发酵温度与pH值
通过调整发酵温度和pH值,找到最适 宜的发酵条件,以提高柠檬酸的产量 和降低能耗。
产物的分离与纯化技术改进
分离技术
采用新型的分离技术,如超滤、纳滤、反渗透等,实现柠檬酸的高效分离和纯 化,降低分离成本。
纯化技术
采用结晶、离子交换、吸附等纯化技术,进一步提高柠檬酸的纯度,满足不同 应用需求。
细菌
某些细菌如柠檬酸杆菌、 氧化杆菌等也可以进行柠 檬酸发酵。
微生物的代谢途径
葡萄糖代谢
微生物将葡萄糖通过糖酵解途径 转化为丙酮酸,这是柠檬酸发酵 的起始步骤。
丙酮酸代谢
丙酮酸在丙酮酸羧化酶的作用下 转化为草酰乙酸,再经过三羧酸 循环转化为柠檬酸。
乙酰CoA的合成
在柠檬酸发酵过程中,乙酰CoA 是重要的中间代谢产物,可以用 于合成脂肪酸等物质。
厌氧发酵
微生物在厌氧条件下,将葡萄糖或其他糖类转化 为丙酮酸,再经过一系列反应生成柠檬酸。
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好氧发酵
微生物在好氧条件下,通过糖酵解途径将葡萄糖 转化为丙酮酸,再经过氧化脱羧等反应生成柠檬 酸。
柠檬酸发酵的分类
黑曲霉发酵
黑曲霉在好氧条件下进行发酵,通过糖酵解途径将葡萄糖转化为 丙酮酸,再经过氧化脱羧等反应生成柠檬酸。
产物提取与精制
过滤分离
将发酵液进行过滤,分 离出菌体和未消耗的原
料。
离子交换
利用离子交换剂吸附柠 檬酸离子,与其他离子 进行交换,实现柠檬酸
的分离。
浓缩结晶
将分离出的柠檬酸溶液 进行浓缩和冷却,促使
柠檬酸结晶析出。
干燥与包装
将结晶的柠檬酸进行干 燥和包装,得到符合标
准的柠檬酸产品。
05 柠檬酸发酵的优化与改进

有机酸发酵工艺学

有机酸发酵工艺学

有机酸发酵工艺学有机酸发酵工艺学是研究有机酸生产过程中的发酵工艺及其相关技术的学科。

本文旨在探讨有机酸发酵工艺学的基本原理、应用领域以及未来发展方向。

一、有机酸发酵工艺学的基本原理有机酸发酵工艺学是以微生物发酵为基础,通过控制发酵条件和优化发酵过程来生产有机酸的一门学科。

有机酸是一类重要的化学品,广泛应用于食品、医药、农业等领域。

有机酸的生产过程中,微生物起着至关重要的作用,通过利用微生物对底物的代谢,将底物转化为目标有机酸。

有机酸发酵工艺学在食品工业、制药工业、农业等领域有着广泛的应用。

在食品工业中,有机酸可用作食品的防腐剂、酸味剂等;在制药工业中,有机酸可用作药物的原料或中间体;在农业领域,有机酸可用于土壤改良、养分释放等。

三、有机酸发酵工艺学的发展方向随着生物技术的不断发展,有机酸发酵工艺学也在不断进步。

未来的发展方向主要包括以下几个方面:1. 提高产酸菌株的筛选和改造技术:通过对产酸菌株的筛选和改造,提高其产酸能力和抗逆性,从而提高有机酸的产量和质量。

2. 优化发酵条件:通过调控发酵条件,包括温度、pH值、底物浓度等,以提高发酵效率和产酸速率。

3. 开发新的底物资源:利用农业废弃物、工业副产物等作为底物资源,降低有机酸生产成本,减少环境污染。

4. 发展联合发酵技术:通过不同菌株的联合发酵,提高有机酸的产量和种类,实现多种有机酸的同时生产。

5. 提高发酵过程的自动化和智能化程度:利用自动化和智能化技术,实现发酵过程的实时监测和控制,提高生产效率和品质稳定性。

四、结语有机酸发酵工艺学是一门重要的学科,对于有机酸的生产和应用具有重要意义。

通过不断研究和创新,可以提高有机酸的产量和质量,满足不同领域的需求。

希望本文能够为读者对有机酸发酵工艺学的了解提供一些帮助。

柠檬酸制备

柠檬酸制备

柠檬酸制备
柠檬酸是一种重要的有机弱酸,广泛应用于食品、医药和化工等领域。

其制备过程主要包括以下几个步骤:
1. 原料准备:以薯干粉为主要原料,这是我国80%以上柠檬酸生产的基础原料。

2. 调制浆料:将薯干粉调制成浓度为18%~22%的浆料,以适合发酵过程的需要。

3. 灭菌发酵:将调制好的浆料送入已经经过蒸汽灭菌(0.2MPa,40~60分钟)的发酵罐中,进行黑曲霉深层发酵。

4. 中和处理:发酵结束后,使用碳酸钙对发酵液进行中和处理,以得到柠檬酸钙。

5. 酸解精制:通过硫酸酸解将柠檬酸钙转化为柠檬酸,然后进行精制,以去除杂质。

6. 浓缩结晶:将精制后的柠檬酸溶液进行浓缩,随后通过结晶过程得到柠檬酸晶体。

7. 干燥包装:最后将结晶出的柠檬酸进行干燥处理,并包装储存。

总的来说,整个制备过程需要严格控制各个环节的条件,以确保产品质量和生产效率。

柠檬酸作为一种无色晶体,无臭,易溶于水,其溶液显酸性。

在生物化学中,它是柠檬酸循环(三羧酸循环)的中间体,这一循环发生在所有需氧生物的新陈代谢中。

因此,柠檬酸不仅是工业上的重要化学品,也是生命科学中的关键物质。

柠檬酸1

柠檬酸1

要充足氧的供应,保证更多的NADH2通过侧性呼吸链将H2交
给O2生成CO2和H2O,使呼吸产生的ATP减少,解除ATP对PFK酶 的反馈抑制,使EMP途径代谢流增大,丙酮酸和草酰乙酸生
成水平提高,柠檬酸产率提高。
G
G-6-P
(磷酸果糖激酶)
柠檬酸
I ,NH4 A
+
1.6-二磷酸果糖
丙酮酸

(丙酮酸羧化酶)
白、核酸和脂肪含量明显减少,而氨基酸和铵离子水
平升高(解除柠檬酸和ATP对PFK酶的抑制),丙酮酸 和草酰乙酸水平升高,柠檬酸大量积累。
4、氧对柠檬酸积累的调节
黑曲霉中除具有一条标准呼吸链以外,还有一条侧系呼吸链
。标准呼吸链氧化时产生ATP,反馈抑制PFK酶,侧系呼吸链 不产生ATP。缺氧时,侧系呼吸链失活,导致柠檬酸产量急 剧下降。因此,在柠檬酸发酵过程中,特别是产酸期,一定
4
2014-6-5
二、国人的节奏—后来居上
1968年:上海酵母厂以淀粉为原料深层发酵工业化产生柠檬酸;同时,适用于 多种不同培养基质(淀粉、木薯、糖蜜等)的菌株不断的被选育出来; 1995年:开发了利用玉米渣发酵柠檬酸的新工艺; 我国柠檬酸发酵技术处于世界领先水平。如安徽丰原生化公司,柠檬酸生产能 力达18万吨,居世界第一位,占世界柠檬酸生产额的17%。另外,山东柠檬酸生 化有限公司的生产规模也是相当的大。目前,中国有柠檬酸生产厂近百家,总年 产能力约100万吨,是全球最大的柠檬酸生产国和出口国,近两年,出口量更是 超过国内总产量的90%,出口依赖严重。出口量在全球柠檬酸贸易总量中的比重 超过60%。2006年柠檬产量达到66万吨,出口60万吨;2007年,国内柠檬酸及 柠檬酸产量76万吨,共出口70.83万吨,2006年和2007年两年国内柠檬酸出口超 过总产量的90%,出口依赖严重。全球柠檬酸的年需求量约为130万吨左右,且 以年5%-7%的速度递增。2007年,全球柠檬酸需求继续以3%的幅度增长。随着 中国人民生活水平的提高,也带动了柠檬酸国内需求的大幅度增加。

柠檬酸酒精等的发酵生产

柠檬酸酒精等的发酵生产
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15
二、酒精发酵微生物
1. 糖化菌(将淀粉、纤维素转化为糖)
曲霉(Aspergillus spp.)
根霉(Rhizopus spp.)
2. 酒母(将糖转化为乙醇)
啤酒酵母(Saccharomyces cerevisiae )
及其变种
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三、酒精发酵生化机制
第一型发酵:无氧、中性或偏酸性条件
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1. 淀粉质和纤维质原料的水解
淀粉的糊化、液化
淀粉在水中经加热会吸收一部分水而 发生溶胀。如果继续加热至一定温度( 一般60~80℃),淀粉粒即发生破裂,造 成黏度迅速增大,体积也随之迅速变大, 这种现象称为淀粉的糊化
1. 淀粉质和纤维质原料的水解
不同种类淀粉糊化温度有所不同, 苷薯、马铃薯、玉米和小麦淀粉的 糊 化 温 度 分 别 为 70 ~ 76℃ 、 59 ~ 67℃ 、 64 ~ 72℃ 和 65 ~ 68℃ 。 发 生 糊化现象称为淀粉的溶解,或称为 液化。马铃薯、小麦和玉米支链淀 粉 完 全 液 化 的 温 度 为 132℃ 、 70 ~ 80℃、136~141℃和146~151℃。
除去铁为主的金属离子
以糖蜜为原料时,用阳离子交换树脂、 金属螯合剂(EDTA)除去铁为主的金属 离子,或加黄血盐控制糖蜜中的铁离子
以淀粉(玉米、薯干)为原料,先用α淀粉酶和糖化酶将淀粉水解成糖液,再 除铁离子
(二)柠檬酸发酵生产工艺
1、菌种: 黑曲霉。
2、种子培养: 麦芽汁琼脂斜面,35±1℃,培育5天;
CH3COCOOH 脱羧酶 CH3CHO + CO2
乙醇脱氢酶
CH3CHO + NADH2
CH3CH2OH + NAD

第三篇第一章柠檬酸

第三篇第一章柠檬酸

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2000年的产量达到36.9万吨,柠檬酸及柠檬
酸盐出口量为25.8万吨,分别比1999年增长 了36.4%和23.3%,为历史最高水平。
2001年世界柠檬酸消费量(不含中国)已经升
至近200万吨,年递增率约5%,我国柠檬酸 产量约为35万吨,柠檬酸及柠檬酸盐出口量 为27.8万吨。
2002年我国柠檬酸产量突破了40万吨,达到
CH2-COOH HO-C-COOH CH2-COOH
柠檬酸
HO- CH-COOH CH-COOH CH2-COOH
异柠檬酸

2-羟基丙烷三羧酸(3-羟基-3-羧基戊二酸)
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柠檬酸


分子式 C6H8O7
相对分子质量 192.13 商品柠檬酸:1H20物和无H2O物 异柠檬酸是柠檬酸的同分异构体。 生产菌
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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
分子式C6H7NaO7,相对分子量214.11 ①白色颗粒状晶体或结晶性粉末 ②味咸、微酸、无臭 ③在潮湿空气中轻微潮解 ④易溶解于水,几乎不溶解于乙醇。
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柠檬酸钠的作用
在食品、饮料工业中用作风味剂、稳定剂; 在洗涤剂工业中,可替代三聚磷酸钠作为无毒洗涤剂 的助剂;还用于酿造、注射液、摄影药品和电镀等。 柠檬汁中含有大量柠檬酸,柠檬酸与钙离子结合则成 可溶性络合物,能缓解钙离子促使血液凝固的作用, 可预防和治疗高血压和心肌梗死。所以可以起抗凝血 作用。 在临床上采取新鲜血液时,需要加入一些消毒过的柠 檬酸钠或草酸钠,就能起到防止血液凝固的作用,所以 35 柠檬酸钠和草酸钠被称为抗凝血剂。

柠檬酸发酵的原理及工艺流程

柠檬酸发酵的原理及工艺流程

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  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
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天津工业微生物所选育的以淀粉为原料的柠檬酸菌株TD-01 产酸水平达世界先进水平,已出口国外数家公司
70年代中期,我国柠檬酸形成规模生产。
产量以平均30%以上的年增长率增加,
90年代末达30.3万吨约占世界总产量的25%,有近80%
的产品销售国际市场,是世界上最大的柠檬酸生产和出口 国,但我国柠檬生产存在着规模小而分散的问题。
1782
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2004
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中国是柠檬酸生产和出口第一大国
世界柠檬酸总产量:245万吨(2018年) 中国产量: 165万吨(2018年) 中国产量占全球产量70% 2016年,137万吨,2017年,152万吨年增长
这16年来我国柠檬酸工业进入快速发展期,各种生产 技术指标发生翻天覆地的变化:
①柠檬酸年产量由27万吨上升为165万吨,翻了6.1倍;
②平均产酸平均增长15.36%;
③发酵生产周期缩短了6.07h;
④总收率上升了11.21个百分比;
⑤单耗大幅度下降,对比13年前,粮耗是当年的 91.18%,电耗是当年的46.86%,汽耗是当年的 34.43% 水耗仅为当年的15.79% 。
司), 电耗829.1度/t(山东柠檬生化有限公司,另外日照金禾
生化公司、宜兴协联生化有限公司也低于1000度/t) 水耗20t/t以内(宜兴协联生化有限公司)
(4)三废治理技术
国内发酵行业领先,达世界先进水平,节能减排成 绩喜人。
由于技术指标的提高和节能减排措施有力,行业的 污染排放量逐年减少,行业环保核查以及欧盟以牺 牲环保为借口的反倾销调查,极大地推动柠檬酸行 业的三废处理,经过几年的努力,三废处理成效显 著。
我国柠檬酸出口情况(万吨)
80 70 60 50 40 30 20 10
0 00年 01年 02年 03年 04年 05年 06年 07年 08年
日照金禾生化集团
日照金禾公司成立以来产能增长情况
单位吨
250,00 0
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(3)得益于行业拥有一批在“改革开放”的成长起来的新 一代企业家,他们年富力强、眼界开阔、胆略非凡、勇于 开拓进取,为实现我国柠檬酸工业强国之梦建立了不朽功 勋。
四、实现柠檬酸工业健康发展的对策
树立信心,迎接挑战,攻克时艰 着力进行非粮原料的开发和木薯基地的建设 继续做好节能减排,加强技术创新 加强柠檬酸应用领域的研发
柠檬酸是无色透明或半透明晶体,或粒状,微粒状粉 末,无臭,具有强烈酸味,但令人愉快,稍有后涩 味。
目前世界需求量最大的一种有机酸 。
一水柠檬酸和无水柠檬酸
一、柠檬酸的物理性质
(1)柠檬酸的晶体形态和性质: 一水柠檬酸晶体为斜方棱晶,晶体较大,晶轴
a:b:c=0.6068:1:0.4106,折射率ηo20=1.493~1.509。 含结晶水8.58%,熔点70~75oC,20oC时溶解度147克
1. 为什么说我国已挤身于世界柠檬酸强国行列呢?
目前我国年产165万吨柠檬酸,占世界总产量的70%,从产量 来说是名副其实的生产大国。那么进入世界柠檬酸强国行列 的标志是什么?
(1)我国柠檬酸工业的集约化已经达到世界领先水平。 我国生产企业的数量从过去的100多家减少到目前6家, 骨干企业的生产规模高达20万吨左右,有的达40万吨,已大大 超过卡吉尔和Jungbunzlauer(JBL)。 单条生产线的最大产能达10万吨/年。 由于生产规模的扩大和机械化自动化程度的提高,目前一线 生产工人的劳动生产率已达到150吨/人·年(366吨/人·年), 比10年前提高约10倍,已达到世界领先水平。
1917年,Currie首先发现某些黑曲霉菌种,在含有高浓 度糖和微量元素的营养丰富的培养基中生产柠檬酸十分旺 盛,
1919年,比利时人首次实现了用黑曲霉(Aspergillus niger)工业化生产柠檬酸。
1923年 美国纽约Pfizer 公司采用了 Currie 等人,黑曲霉 浅盘发酵法工业化生产柠檬酸开发。
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35000
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产品销售
自营出口创汇增长情况
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高强度发酵柠檬酸菌 株复合诱变选育及其
发酵技术应用
日照金禾博源生化有 限公司
天津科技大学
三、柠檬酸的理化性质
柠檬酸(Citric Acid)又名 枸橼酸, 学名2-羟基丙烷三羧酸(2hydroxy tricarboxylic acid). 2-羟基丙烷-1,2,3三羧酸 (2-hydroxypropane-1,2,3tricarboxylic acid),分子式 为C6H8O7, 相对分子量192.13
学习线索
背景 发现来源 研究史 应用 理化性质
产品积累 过程控制 微生物 原料处理 产品收获 纯化 提取 分离 预处理
第一章 柠檬酸发酵工艺学
第一节 柠檬酸概述 第二节 柠檬酸发酵微生物和发酵机制 第三节 柠檬酸深层发酵工艺及控制条件 第四节 柠檬酸的提取和精制 第五节 柠檬酸的质量标准及新工艺新技术
/100克水。一水柠檬酸转变为无水柠檬酸的临界温度 为(36.6±0.15)oC
第一节 柠檬酸概述
一、柠檬酸发酵简史 二、当前柠檬酸生产现状及前景分析 三、柠檬酸的理化性质
第一节 概述
一、柠檬酸发酵简史 (1) 国外发展过程:
1784年,瑞典化学家 Carl Scheele 首位从柠檬汁中分离 得到柠檬酸的科学家。
1826年,英国实现了商业化生产,从果汁中添加石灰乳 的方法制得柠檬酸,从而进行工业化生产。
2000年后我国柠檬酸生产迅速发展,生产规模和技术
水平大幅提高,
2010年达到105万吨占全球近55%。 2017年达到152万吨占全球近69%。 2018年达到165万吨占全球近70%。
二、当前柠檬酸生产现状及前景分析
1、消费领域以及各领域的分布 2、世界主要柠檬酸制造商的产量和市场份额 3、我国柠檬酸工业的发展与现状 4、实现柠檬酸工业健康发展的对策
1930年,Amelung提出了往发酵培养基中通入无菌空 气。尝试了液体深层发酵法生产柠檬酸的工艺。
1938年,Perquin 对液体深层发酵与浅盘发酵两种发酵 方法进行了详细的对比,同时对液体深层发酵的培养条件 进行了优化,真正推动了液体深层发酵在产业化生产上的 应用。
1952年,美国 Miles 公司首先成功地采用液体深层发酵 法工业化生产柠檬酸。
以上取得的技术水准已超过了美国、西欧等企业的技术 水平,据文献报道:美国产酸可超过20%,但发酵周 期要120多小时,发酵指数1.67太低了。
2018年我国柠檬酸生产技术指标最好水平是:
平均产酸 18%(日照鲁信金禾生化公司发酵周期55h ) 总收率超过93%(山东柠檬生化有限公司); 成品粮耗1.78 t/t(宜兴协联生化有限公司), 汽耗 3.75t/t(日照金禾生化公司、宜兴协联生化有限公
从世界柠檬酸生产产区分布及份额来分析:
(1)世界柠檬酸工业的集约化程度非常高,除中国外,国外主要 的柠檬酸制造商只有5~6家(美国、奥地利、加拿大、巴西 等),而中国的产量为最大,占世界产量70%;
(2)为了降低生产成本,世界柠檬酸生产厂逐渐向盛产糖 蜜、玉米、薯类等原料(中国、巴西、美国、泰国等)以及 劳动力低廉的地区转移;
(2)我国制造的柠檬酸品质已达到精品。
几家骨干企业(日照金禾、丰原生化、宜兴协联等)的产品, 已经能与欧美发达国家的产品相近,并建立起良好的信誉, 品牌效应开始显现。
(3)我国柠檬酸生产技术水平 体现在原料、能耗和水耗指标都取得了巨大的进步。
下图是1999年23家企业和2012年10家企业加权平均指标的对 比数据以及2012年柠檬酸行业最先进的生产技术水平。
20 世纪 70-90 年代,是我国柠檬酸新菌种的高产期 上海、天津两个工业微生物所的成果最多
上海食品工业公司组成的二所一院(上海新型发酵厂、上海 酵母厂和上海工微所)
柠檬酸菌种筛选小组,先后选育出 D353、5016、3008、 Co827 四代薯干发酵菌
天津工微所选出了 γ-144、γ-144-131、T-419,复旦大学的 G2B8
2、我国柠檬酸工业迅速崛起的动因
(1)得益于天津工业微生物研究所、上海工业微生物研究 所等从事柠檬酸发酵的科技人员,坚持不懈地选育的耐高 糖、耐高柠檬酸并具抗金属离子的黑曲霉高产柠檬酸菌 株,不断推出适合不同原料的高产新菌株和新配方。拥有 一批具有中国知识产权的创新新菌株 。
(2)得益于开发研究成功了具有中国特色的浓醪高发酵指 数的深层发酵新工艺。
天津工业微生物研究所、上海工业微生物研究所不断 推出适合不同原料的高产菌株和配方。同时引进和消化国 外先进技术和装备,使我国成为柠檬酸生产大国。经过数 年的整合与发展,特别是2004年以来,我国柠檬酸工业取 得了巨大的发展与进步,今天我们可以自豪地说:中国已 经进入世界柠檬酸生产强国行列。
图 1 我国柠檬酸产量趋势
10.95%, 2017年出口量109.03万吨同比上升8.63%
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