檸檬酸發(fā)酵工藝新進(jìn)展探究

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1、檸檬酸發(fā)酵工藝新進(jìn)展探究  摘要:檸檬酸是一種廣泛分布于動、植物與微生物細(xì)胞中的有機(jī)酸,在食品、工業(yè)、醫(yī)藥等多個(gè)領(lǐng)域有著重要應(yīng)用。檸檬酸的生產(chǎn)分為發(fā)酵和提取兩部分,其中發(fā)酵又可分為固態(tài)發(fā)酵、液態(tài)淺盤發(fā)酵和深層發(fā)酵三類。在發(fā)酵過程中,菌種、原料以及環(huán)境溫度等因素都會對檸檬酸的產(chǎn)量和質(zhì)量造成影響,因此需要采用新型的發(fā)酵工藝,對發(fā)酵過程中的可變因素進(jìn)行優(yōu)化控制?! £P(guān)鍵詞:檸檬酸;發(fā)酵工藝;應(yīng)用分析;進(jìn)展  引言  為了滿足各個(gè)行業(yè)對檸檬酸的使用需求,許多國家都在檸檬酸的制取方面展開了研究,發(fā)酵法生產(chǎn)檸檬酸最早出現(xiàn)在1

2、9世紀(jì)末期,該方法具有便于控制、省時(shí)省力、產(chǎn)量高等優(yōu)勢,成為當(dāng)前制取檸檬酸的主要方法。隨著現(xiàn)代生物技術(shù)的不斷成熟,將高產(chǎn)菌株應(yīng)用到檸檬酸發(fā)酵中,能夠顯著提高檸檬酸的發(fā)酵效率。文章首先指出了檸檬酸在各個(gè)行業(yè)的重要應(yīng)用,隨后對其發(fā)酵過程進(jìn)行了具體分析,最后對發(fā)酵工藝取得的新進(jìn)展進(jìn)行了概述。  1檸檬酸的應(yīng)用  1.1在食品行業(yè)的應(yīng)用  檸檬酸具有溫和的酸味,常常被用于各種飲料、糖果、罐頭等食品的制作中。檸檬酸除了用作調(diào)味劑外,還具有一定的抗氧化性,也經(jīng)常被用作密封食品的防腐劑。除了直接利用外,將檸檬酸進(jìn)行深加工,還能

3、將其制作成各種各樣的產(chǎn)品。在早上空腹飲用一杯檸檬水,還能夠刺激腸胃蠕動和消化,增強(qiáng)食欲。日常飲用檸檬水,還具有一定的美容功效。目前,在整個(gè)有機(jī)酸的市場中,檸檬酸的市場占有率超過一半。  1.2在工業(yè)行業(yè)的應(yīng)用  檸檬酸是一種常用的化學(xué)實(shí)驗(yàn)試劑,在軟化水質(zhì)、消除沉淀物等方面有較好的作用。利用檸檬酸的水溶液清洗化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備,還能夠避免實(shí)驗(yàn)設(shè)備表層附著各種灰塵和其他類型的懸浮物;檸檬酸-檸檬酸鈉的緩沖液還是工業(yè)煙氣脫硫的重要原料之一。將煤炭燃燒所產(chǎn)生的氣體排放到檸檬酸-檸檬酸鈉的緩沖液中,能夠有效吸收氣體中混雜的二氧化

4、硫,從而降低了空氣污染和酸雨的危害?! ?.3在醫(yī)藥方面的應(yīng)用  檸檬酸在醫(yī)藥領(lǐng)域常被用作體外抗凝劑,起到傷口止血的作用。這是因?yàn)闄幟仕嶂械乃岣x子和鈣例子能夠相互結(jié)合,生成一種難溶的膠凝狀物質(zhì)。由于血液中部分鈣離子從游離態(tài)轉(zhuǎn)化為固態(tài),因此血液的流動受阻,從而起到了凝血止血的作用。  2檸檬酸的發(fā)酵過程  2.1檸檬酸發(fā)酵的方法  目前較為常用的檸檬酸發(fā)酵方法有三類,分別是固態(tài)發(fā)酵、液態(tài)淺盤發(fā)酵和深層發(fā)酵。其中,固態(tài)發(fā)酵的主要材料是含有淀粉的各種農(nóng)副產(chǎn)品。在準(zhǔn)備好原料之后,配制培養(yǎng)基,將材料放置于高溫環(huán)境下蒸煮;

5、將蒸煮后的材料放置與無菌環(huán)境下冷卻,待溫度降至接種溫度后,將材料放入曲盤中,并給予特殊的溫度和濕度,促進(jìn)材料發(fā)酵。固態(tài)發(fā)酵的優(yōu)勢在于操作流程簡單,對設(shè)備的要求也比較低,但是發(fā)酵質(zhì)量不高;液態(tài)淺盤發(fā)酵的主要材料是糖蜜,利用糖蜜制作培養(yǎng)液,然后將配制好的培養(yǎng)液(無菌)放置于發(fā)酵盤中,在無菌環(huán)境下接入菌種,等待發(fā)酵完成。這種發(fā)育方法的優(yōu)點(diǎn)是發(fā)酵質(zhì)量好,且對設(shè)備要求低,但是需要嚴(yán)格控制發(fā)酵過程中的各種因素;深層發(fā)酵的原理與淺盤發(fā)酵類似,但是其流程較多,發(fā)酵質(zhì)量較高,但是對設(shè)備、技術(shù)要求嚴(yán)格。例如,深層發(fā)酵中需要使用到攪拌

6、器、冷卻裝置以及消泡器等?! ?.2檸檬酸發(fā)酵的工藝條件  檸檬酸發(fā)酵工藝對菌種、原料、環(huán)境等因素都有嚴(yán)格的要求,其中任何一項(xiàng)要求不達(dá)標(biāo),都會對檸檬酸發(fā)酵的產(chǎn)量和質(zhì)量產(chǎn)生影響。通常情況下,優(yōu)良的檸檬酸發(fā)酵菌種都是從腐爛水果中提取,并通過生物培養(yǎng)得到的。在獲取優(yōu)良的菌種后,還需要嚴(yán)格控制發(fā)酵過程中的溫度、pH等可變因素,以確保檸檬酸發(fā)酵始終處于最佳的環(huán)境。本文以黑曲霉菌為例,對檸檬酸發(fā)酵工藝的條件控制進(jìn)行說明?! ∈紫?,黑曲霉菌最佳的產(chǎn)酸溫度約為(29±2)℃,溫度過低則會影響黑曲霉菌的生物活性,發(fā)酵時(shí)間會大大延長

7、;溫度過高則會生成一些雜質(zhì),甚至?xí)苯訉?dǎo)致黑曲霉菌失活。因此,檸檬酸發(fā)酵要在恒溫環(huán)境下進(jìn)行。其次,黑曲霉菌產(chǎn)酸的適宜pH是2-4,這一酸性環(huán)境下能夠產(chǎn)生大量檸檬酸,而不會生成草酸和葡萄糖酸。再次,隨著發(fā)酵時(shí)間和菌體數(shù)量的不斷增加,培養(yǎng)液中的氧含量會相應(yīng)的減少,當(dāng)氧含量低于一定數(shù)值后,黑曲霉菌的活性受到制約,產(chǎn)酸速率降低。針對這一問題,可以通過加快攪拌的方式,來增加培養(yǎng)液表面的空氣流動速度,進(jìn)而提升培養(yǎng)液的含氧量。最后,收集所得的檸檬酸發(fā)酵液,并采用物理或化學(xué)方法進(jìn)行提純,將發(fā)酵液中含有的草酸、大分子蛋白質(zhì)等雜質(zhì)分

8、離出去,得到純度較高的檸檬酸。  3檸檬酸發(fā)酵工藝新進(jìn)展  通過分析檸檬酸代謝途徑,發(fā)現(xiàn)不同的二氧化碳濃度下,檸檬酸的合成速度也有一定差異,通過進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)證明,適當(dāng)調(diào)控檸檬酸發(fā)酵過程中二氧化碳濃度,對其發(fā)酵速率和最終產(chǎn)量有重要影響。二氧化碳不僅是微生物的代謝產(chǎn)物,而且是多種微生物進(jìn)行生物合成反應(yīng)的必要原料。二氧化碳能夠?qū)ξ⑸锇l(fā)酵產(chǎn)生刺激作用,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,當(dāng)檸檬酸發(fā)酵環(huán)

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