摘要：柠檬酸被称为第一食用酸味剂，在食品工业上极广泛地用作酸味剂、增溶剂、缓冲剂、抗氧化剂、除腥脱臭剂、螯合剂等。柠檬酸的生产方法主要有三大类，一是用萃取、吸附、膜分离、工业色谱等分离纯化的方法从柠檬、橙等水果中提取；二是以草酰乙酸与乙烯酮为原料的合成；三是发酵法。提取法单元操作繁琐、提取效率普遍偏低，且需要大量的辅料，还存在废水排放等问题。其中发酵法工艺简单，生产效率高，成本低，无污染，是目前国内外工业生产采用的方法。
关键词：发酵法；生产柠檬酸；研究进展
引言
目前，我国是世界上最大的柠檬酸生产国和出口国，柠檬酸的发酵技术也处在世界先进水平，用于食品加工的柠檬酸接近70%，在国内，由于不含酒精饮料对柠檬酸的需求较大，市场需求每年以3%～5%的速度增长。我国种植红薯面积广泛，薯类资源丰富，加之黑曲霉菌种适应性很好，对原料的要求低，生产产量相对比较稳定，将红薯制成干粉后发酵产生柠檬酸，相较于其他薯类，在产酸率和转化率方面有一定的优势。
1生产菌种
多种类型的微生物可以用于生产柠檬酸，如曲霉类—Aspergillus niger，A. awamori，Penicillium jan thinelum;酵母类-Yarrowia lipolytica，Candida tropicalis，Candidaole ophila;及细菌类—Bacillus licheniformis，Arthrobacter paraffinens，Corynebacteriumsp。CAＲLOS报道细菌类如Arthro-bacterparaffinen，Bacilluslicheniformis和Corynebacteriumssp．能够生产柠檬酸。酵母类可以利用不同类型碳源生产柠檬酸，其中解脂亚罗酵母已经被广泛用于生产柠檬酸，ＲYMOWICZ利用解脂假丝酵母发酵烷烃类底物，获得大量柠檬酸。然而，柠檬酸是能量代谢产物，仅在代谢不平衡条件下才能大量积累，虽然文献报道多种类型微生物可以生产柠檬酸，可用于工业化生产仅曲霉类与酵母类。酵母类发酵会产生大量的副产物异柠檬酸，降低柠檬酸产量。因此，筛选低顺乌头酸酶活性的突变株或许有助于提高柠檬酸产量。黑曲霉易操作，底物广泛，产量高，副产物少，是柠檬酸工业化生产的最佳选择。
2柠檬酸发酵的方法
目前较为常用的柠檬酸发酵方法有三类，分别是固态发酵、液态浅盘发酵和深层发酵。其中，固态发酵的主要材料是含有淀粉的各种农副产品。在准备好原料之后，配制培养基，将材料放置于高温环境下蒸煮；将蒸煮后的材料放置与无菌环境下冷却，待温度降至接种温度后，将材料放入曲盘中，并给予特殊的温度和湿度，促进材料发酵。固态发酵的优势在于操作流程简单，对设备的要求也比较低，但是发酵质量不高；液态浅盘发酵的主要材料是糖蜜，利用糖蜜制作培养液，然后将配制好的培养液（无菌）放置于发酵盘中，在无菌环境下接入菌种，等待发酵完成。这种发育方法的优点是发酵质量好，且对设备要求低，但是需要严格控制发酵过程中的各种因素；深层发酵的原理与浅盘发酵类似，但是其流程较多，发酵质量较高，但是对设备、技术要求严格。
3黑曲霉利用红薯粉生产柠檬酸的发酵条件研究
3.1材料与方法
3.1.1材料
黑曲霉（Aspergillusniger）CMCC（F）98003：中国食品药品检定研究院。红薯粉：兴化市绿咖园食品有限公司。
3.1.2培养基
斜面活化培养基：葡糖糖30.0g，NH4Cl3.0g，KH2PO41.0g，琼脂15.0g，加入1L超纯水中煮至微沸，待完全溶解后冷却至50℃左右分装，备用。液体种子培养基：葡萄糖30.0g，NaNO33.0g，KH2PO41.0g，加入1L超纯水中煮至微沸，待完全溶解后冷却至室温，调节pH值至6.0分装，冷藏备用。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆红薯粉发酵培养基：红薯粉50g（过20目筛），葡萄糖50g，NH4Cl5.0g，KH2PO41.0g，MgSO4•7H2O0.2g，加超纯水至1000mL，调节pH值为6.0，按10U/g原料加入α-高温淀粉酶，搅拌至均匀，加热至微沸，保持15min，待冷却后用0.1%碘液检测不显蓝色即为糖化完全。四层纱布过滤后于立式灭菌锅彻底灭菌，冷藏备用。
3.2方法
3.2.1菌种活化与扩大培养
将黑曲霉在无菌条件下用接种环挑取少许，均匀接种在斜面培养基上，于恒温培养箱中35℃培养3d，至斜面长满黑色孢子从而制得斜面菌种，4℃冷藏备用。无菌条件下挑取少许活化的黑曲霉菌种于液体种子培养基，35℃恒温摇床培养，直至长出分布均匀的球状菌落（不宜过大，否则后期发酵菌种分布不均），4℃冷藏备用。1.3.2红薯粉糖化
配制1L培养基：称取红薯粉50g过20目筛，用蒸馏水定容至1000mL，调节pH值为6.0，按10U/g原料加入α-高温淀粉酶，搅拌均匀后加热至微沸，保持15min，冷却后用0.1%碘液检测，不显蓝色即为糖化完全。过滤后彻底灭菌，4℃冷藏备用。
3.2.2柠檬酸产量测定
将发酵后的发酵液过滤，弃去滤渣，取5mL发酵液于50mL锥形瓶中，加入2滴酚酞指示剂后摇匀，用0.1429mol/L的NaOH溶液滴定，至溶液刚好变色，且半分钟红色不褪去。记下消耗的NaOH溶液的体积，重复进行3次试验，取平均值。
3.3结果与分析
本试验以红薯粉为原料，采取黑曲霉发酵法制取柠檬酸。对红薯粉利用红薯粉产柠檬酸的发酵条件进行了研究。通过单因素试验和正交设计试验，得出黑曲霉利用红薯粉发酵产柠檬酸的最佳条件为发酵时间60h、发酵培养基红薯粉含量40g/L，摇床转速200r/min，发酵培养基初始pH6.0。在此条件下，柠檬酸产酸量可达4.81g/L。
4柠檬酸发酵工艺的展望
科学技术是第一生产力，利用现代生物技术来提高柠檬酸发酵的产量和质量，从技术层面上来说具有较高的可行度。近年来，随着细胞工程、基因诱变技术的不断成熟，利用生物技术手段优化柠檬酸发酵工艺的成本也会越来越低，这也是当前柠檬酸发酵工艺不断优化和发展的方向之一。除此之外，通过开展柠檬酸生物合成途径的研究，可以有效指导生物合成途径的遗传修饰从而调节微生物对柠檬酸的生产、增加柠檬酸产量和提高柠檬酸的积累。在较好理解柠檬酸生物合成途径的基础上，利用遗传工程和代谢工程对柠檬酸的代谢途径进行重新设计，构建新型的产柠檬酸酸基因工程菌。深入开展柠檬酸生物合成代谢调控研究提高苹果酸产量，也可为提高其他有机酸产量的研究奠定基础。
结束语
总而言之，高产量、高产率、高生产强度统一为目标的发酵过程技术，一直是发酵工程领域关注的焦点问题。目前国内市场对柠檬酸的需求较大，而我国红薯产量高，本研究将红薯制成干粉后发酵产生柠檬酸，能够对农产品利用提供新的途径，为柠檬酸的生产提供一定的依据。
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论文作者:方旭东
论文发表刊物:《基层建设》2017年第18期
论文发表时间:2017/10/17
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