檸檬酸液態(tài)發(fā)酵及提取工藝

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1、CentralLaboratoryofBiology檸檬酸液態(tài)發(fā)酵及提取工藝綜合大實驗任課教師：胡遠(yuǎn)亮2011.6性　質(zhì)檸檬酸(citricacid)又名枸(jǔ)櫞酸，學(xué)名2-羥基丙烷三羧酸（2-hydroxytricarboxylicacid）或2-羥基丙烷-l，2，3-三羧酸（2-hydroxypropane-1，2，3-triearboxylicacid）。分子式、結(jié)構(gòu)式：C6H8O7·H2O溶解度：600g/L(20℃)酸　性：1%檸檬酸的水溶液：pH2.2理化性質(zhì)物理性質(zhì)商品檸檬酸有兩種形式：一種為無色透明，有光澤的含一個結(jié)晶水的晶體，其分子式為C6H8O7·H2

2、O，相對分子質(zhì)量為210.14。另一種為無色半透明全對稱晶體的無水檸檬酸，分子式為C6H8O7，相對分子質(zhì)量192.13。無臭、味極酸、易溶于水和乙醇，水溶液顯酸性。化學(xué)性質(zhì)檸檬酸是一種較強(qiáng)的有機(jī)酸，有3個H＋可以電離；加熱可以分解成多種產(chǎn)物，與酸、堿、甘油等發(fā)生反應(yīng)。1893年前，人們主要從柑橘、菠蘿和檸檬等果實中制取檸檬酸。檸檬40~80g/kg；柚子12~21覆盆子10~13；　　紅醋栗15~30草莓6~8；　　　　番茄2.51893年后發(fā)現(xiàn)微生物可產(chǎn)生檸檬酸，1951年美國Miles公司首先采用深層發(fā)酵法生產(chǎn)檸檬酸。我國在20世紀(jì)40年代初期開始淺盤發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸，6

3、0年代開始采用薯干粉直接深層發(fā)酵法。來　源用　途檸檬酸因無毒、水溶性好、酸味適度、易被吸收和價格低廉等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、化工、化妝品、清洗(洗滌)、建筑等工業(yè)部門。其中食品和飲料業(yè)占56％，清洗(洗滌劑)業(yè)占20％，醫(yī)藥和化妝品占11％，其他工業(yè)占13％。檸檬酸在食品工業(yè)上廣泛用作酸味劑、增溶劑、緩沖劑、抗氧化劑、除腥臭劑、螯合劑等。醫(yī)藥工業(yè)上廣泛用檸檬酸及其鹽類，檸檬酸鹽用于補(bǔ)充相應(yīng)的元素時，具有溶解度高、生理寬容性大，酸根直接被吸收而無積留等優(yōu)點(diǎn)。檸檬酸及其鹽類和衍生物在化學(xué)工業(yè)中廣泛用作緩沖劑、催化劑、激活劑、增塑劑、螯合劑、清洗劑、吸附劑、穩(wěn)定劑、消泡劑。

4、檸檬酸及其鹽類在印染、原子能工業(yè)、石油開采、建筑工業(yè)、鑄造工業(yè)、皮革工業(yè)等行業(yè)中也有廣泛的用途。產(chǎn)量價格年份產(chǎn)量（萬噸）出口量（萬噸）全球產(chǎn)量（萬噸）199927.120.9200036.925.820013527.820020024028.32001年一水檸檬酸、無水檸檬酸年均價格為727美元/噸，比上年下降了13.1%。2002年1～6月份平均價格僅為670美元/噸，導(dǎo)致了出口數(shù)量雖然有少量增加，但是出口創(chuàng)匯卻大幅度下降。產(chǎn)檸檬酸的菌種能夠產(chǎn)生檸檬酸的微生物很多，青霉、毛霉、木霉、曲霉、葡萄孢菌及酵母中的一些菌株都能夠利用淀粉質(zhì)原料或烴類大量積累檸檬酸。最具商業(yè)競爭優(yōu)勢的

5、是采用黑曲霉、文氏曲霉和解脂假絲酵母等菌種的深層液體發(fā)酵。目前國內(nèi)外普遍采用黑曲霉的糖質(zhì)原料發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸。1)黑曲霉（Aspergillusniger）的形態(tài)特征在固體培養(yǎng)基上，菌落由白色逐漸變至棕色。孢子區(qū)域為黑色，菌落呈絨毛狀，邊緣不整齊。菌絲有隔膜和分枝，是多細(xì)胞的菌絲體，無色或有色，有足細(xì)胞，頂囊生成一層或兩層小梗，小梗頂端產(chǎn)生一串串分生孢子。2)黑曲霉（Aspergillusniger）的生理特征黑曲霉生產(chǎn)菌可在薯干粉、玉米粉、可溶性淀粉糖蜜、葡萄糖麥芽糖、糊精、乳糖等培養(yǎng)基上生長、產(chǎn)酸。黑曲霉生長最適pH值因菌種而異，一般為pH3~7；產(chǎn)酸最適pH為1.8~2.

6、5。生長最適溫度為33~37℃，產(chǎn)酸最適溫度在28~37℃，溫度過高易形成雜酸。黑曲霉以無性生殖的形式繁殖，具有多種活力較強(qiáng)的酶系，能利用淀粉類物質(zhì)，并且對蛋白質(zhì)、單寧、纖維素、果膠等具有一定的分解能力。黑曲霉可以邊長菌、邊糖化、邊發(fā)酵產(chǎn)酸的方式生產(chǎn)檸檬酸。黑曲霉三羧酸循環(huán)EMP丙酮酸羧化酶（在細(xì)胞質(zhì)中）蘋果酸酯脫氫酶（在細(xì)胞質(zhì)中）檸檬酸酯合成酶（在細(xì)胞質(zhì)中）檸檬酸酯/蘋果酸酯反向轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)（線粒體膜）黑曲霉內(nèi)的檸檬酸合成檸檬酸生物合成的代謝調(diào)節(jié)糖酵解及丙酮酸代謝的調(diào)節(jié)磷酸果糖激酶：第一個關(guān)鍵酶，在正常情況下，檸檬酸、ATP對磷酸果糖激酶有抑制作用，而ATP、無機(jī)磷、NH4+對

7、該酶則有激活作用，且能解除檸檬酸、ATP對磷酸果糖激酶的抑制作用。比較底物錳充足、錳缺乏時分批培養(yǎng)物的最大活力時發(fā)現(xiàn)，錳缺乏時黑曲霉的組成（合成）代謝受損傷，這與檸檬酸的積累有關(guān)。丙酮酸激酶：第二個調(diào)節(jié)酶，NH4+、K+有激活作用。黑曲霉合成檸檬酸的調(diào)節(jié)TCA環(huán)的起始酶，檸檬酸合成酶：調(diào)節(jié)酶。但在黑曲霉中，檸檬酸合成酶沒有調(diào)節(jié)作用。第二個特點(diǎn)：黑曲霉菌體內(nèi)α-酮戊二酸脫氫酶缺失或活力很低（TCA環(huán)被阻斷）。Mn2+缺乏→抑制蛋白合成→NH4↑由于丙酮酸羧化酶是組成型酶，不被調(diào)節(jié)控制。丙酮酸氧化脫羧生成乙