檸檬酸又名枸椽酸，它存在于天然果實(shí)中。我國(guó)在1968年獲得了薯干原料深層發(fā)酵檸檬酸成功。薯干原料深層發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸，原料豐富礦工藝簡(jiǎn)單，發(fā)酵水平較高，在很多地方都有生產(chǎn)檸檬酸的工廠(chǎng)。檸檬酸為五色透明結(jié)晶體或白色粉末，有一種誘人的酸味，它是食品、化工、制藥、紡織等工業(yè)的重要原料。
1、工藝流程：培菌――糊化發(fā)酵――中和――酸解――濃縮結(jié)晶
2、工藝操作要點(diǎn)：
①培菌：生產(chǎn)檸檬酸所用的菌種為黑曲霉。黑曲霉不但能利用淀粉,而且還對(duì)蛋白質(zhì)、纖維素、果膠物質(zhì)等均有一定分解能力，它的產(chǎn)酸能力也較高，在生產(chǎn)上比應(yīng)用其它微生物有更多優(yōu)點(diǎn)。培菌的過(guò)程也是用試管、三角瓶、種母罐等逐步擴(kuò)大培養(yǎng)。培養(yǎng)究竟分幾個(gè)階段可由生產(chǎn)規(guī)模來(lái)決定。按照酒精生產(chǎn)中所介紹的方法，用米曲汁或麥芽汁，再在其中加2%的瓊脂配成培養(yǎng)基，分盛于試管中，每管5～10毫升，經(jīng)滅菌處理后，斜置使其成斜面。將在土壤中分離的或生產(chǎn)中留用的合格菌種，用無(wú)菌操作接入試管培養(yǎng)基中。在32～34攝氏度的溫度下培養(yǎng)5～6天，待繁殖旺盛，檢驗(yàn)合格后，用無(wú)菌水將孢子完全洗下，即為孢子懸浮液。
生產(chǎn)上所用的種母醪是在種母罐串培養(yǎng)的。培養(yǎng)基中的糊化醪與發(fā)酵所用的糊化醪相同。將濃度為12%～14%的紅薯淀粉漿液，放在滅過(guò)菌的種母罐中，通入1千克/平方厘米的蒸汽蒸煮糊化15～20分鐘，待冷至33攝氏度，接入合格的孢子懸浮液，保持32～34攝氏度的溫度，通入無(wú)菌空氣，并用攪拌機(jī)攪拌進(jìn)行發(fā)酵。每12小時(shí)取樣檢查，經(jīng)5―6天即可發(fā)酵完全。檢驗(yàn)合格后，即可投入發(fā)酵罐中使用。
②糊化發(fā)酵：紅薯干經(jīng)粉碎過(guò)篩后，送入拌料桶，加水配成濃度為12%～14%的淀粉漿液，用輸送泵打入發(fā)酵罐，通入1千克/平方厘米的蒸汽蒸煮糊化15～20分鐘。將糊化醪冷至33攝氏度時(shí)，按接種量為5%～7%接入種母罐中培養(yǎng)好的種母醪，在32～34攝氏度溫度下攪拌，通入無(wú)菌空氣發(fā)酵，每隔一定時(shí)間取樣檢查，發(fā)酵過(guò)程中控制pH為2.5～3，經(jīng)5～6天即可完成發(fā)酵。在檸檬酸發(fā)酵過(guò)程中，pH值的控制對(duì)產(chǎn)酸關(guān)系很大。因?yàn)橛檬砀煞郯l(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸時(shí)，首先要利用黑曲霉的糖化霉將淀粉先轉(zhuǎn)化成葡萄糖，然后由葡萄糖轉(zhuǎn)變成檸檬酸。糖化的最適pH值約為2.5～3.0，生成檸檬酸的pH值在2.0～2.5，如果發(fā)酵初期產(chǎn)酸過(guò)猛，就會(huì)影響糖化不徹底，造成殘?zhí)橇扛撸a(chǎn)酸量低；或發(fā)酵過(guò)程中始終處于高pH值狀態(tài)，就會(huì)生成以草酸為主的雜酸。解決這一問(wèn)題一般可采用二種方法：一是調(diào)節(jié)通氣和攪拌的強(qiáng)度，如前期通風(fēng)量低些對(duì)糖化有利，后期適當(dāng)增加風(fēng)量，能促進(jìn)產(chǎn)酸。二是在pH值降至2.0左右；加入一定量的滅菌碳酸鈣乳劑，使pH值回升至2.2左右時(shí)，有利于糖化作用，能繼續(xù)積累檸檬酸。
③中和：發(fā)酵后的物料，生產(chǎn)上叫發(fā)酵醪。發(fā)酵醪出料后，真空抽濾即為含檸檬酸的發(fā)酵液。先將發(fā)酵液用泵打入中和桶，加熱到60攝氏度左右，再加入碳、酸鈣粉末或石灰乳。碳酸鈣用量可按下式計(jì)算：
碳酸鈣用量=檸檬酸總量*0.714
檸檬酸總量=發(fā)酵液體積*滴定酸度*氫氧化鈉濃度*0.07
將中和后的料液加熱煮沸，使其它有機(jī)酸的鈣鹽溶解，而檸檬酸鈣不溶。在過(guò)濾桶中抽濾，濾液弄去。沉淀用90攝氏度以上的熱水洗去糖分。檢查的方法是用1%～2%的高錳酸鉀溶液1滴加到加毫升洗滌水中，3分鐘內(nèi)不變色，說(shuō)明糖分已洗凈。
④酸解：將洗滌后的檸檬酸鈣沉淀放入稀釋桶中，加水打成漿狀，用泵將漿液打入酸解桶，在攪拌下緩緩加入濃硫酸分解。酸解終點(diǎn)的控制方法是：取甲、乙兩支試管，甲管中放入1毫升 15%～20%硫酸，乙管中放入1毫升15%～20%氯化鈣溶液(其濃度必須和甲管中硫酸的濃度相同)。各試管中分別加入1毫升過(guò)濾后的酸解液，在水浴上加熱至沸，冷卻后均不發(fā)生混濁，再分別加入95%的乙醇。加乙醇后，甲管略呈渾濁，表示已達(dá)酸解終點(diǎn)。如果加乙醇前，甲管就已渾濁，表示酸解液中硫酸量不足；加乙醇后，乙管渾濁，表示酸解液中硫酸過(guò)量。假使硫酸過(guò)量，在酸解液中可稍加一些檸檬酸溶液進(jìn)行調(diào)節(jié)。在工廠(chǎng)實(shí)際操作中，硫酸的加入量一般為碳酸鈣用量的92%～95%。加完硫酸后，把酸解液加熱到80～85攝氏度，保持30分鐘，即可使反應(yīng)完全，又能促進(jìn)硫酸鈣結(jié)晶的形成，以利分離。根據(jù)硫酸鈣在水中的溶解度與溫度的關(guān)系，酸解液在80攝氏度左右進(jìn)行熱抽濾較為適宜。濾餅硫酸鈣用熱水洗滌后棄去，濾液和洗滌液合并在貯液桶中，即為稀檸檬酸溶液。稀檸檬酸溶液流經(jīng)盛有脫色樹(shù)脂或活性炭的脫色柱進(jìn)行脫色后，再流經(jīng)裝有強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂(如732型離子交換樹(shù)脂)的交換柱，以除去鈣、鐵等陽(yáng)離子雜質(zhì)。
⑤濃縮結(jié)晶：從離子交換柱流出的稀檸檬酸
1、工藝流程：培菌――糊化發(fā)酵――中和――酸解――濃縮結(jié)晶
2、工藝操作要點(diǎn)：
①培菌：生產(chǎn)檸檬酸所用的菌種為黑曲霉。黑曲霉不但能利用淀粉,而且還對(duì)蛋白質(zhì)、纖維素、果膠物質(zhì)等均有一定分解能力，它的產(chǎn)酸能力也較高，在生產(chǎn)上比應(yīng)用其它微生物有更多優(yōu)點(diǎn)。培菌的過(guò)程也是用試管、三角瓶、種母罐等逐步擴(kuò)大培養(yǎng)。培養(yǎng)究竟分幾個(gè)階段可由生產(chǎn)規(guī)模來(lái)決定。按照酒精生產(chǎn)中所介紹的方法，用米曲汁或麥芽汁，再在其中加2%的瓊脂配成培養(yǎng)基，分盛于試管中，每管5～10毫升，經(jīng)滅菌處理后，斜置使其成斜面。將在土壤中分離的或生產(chǎn)中留用的合格菌種，用無(wú)菌操作接入試管培養(yǎng)基中。在32～34攝氏度的溫度下培養(yǎng)5～6天，待繁殖旺盛，檢驗(yàn)合格后，用無(wú)菌水將孢子完全洗下，即為孢子懸浮液。
生產(chǎn)上所用的種母醪是在種母罐串培養(yǎng)的。培養(yǎng)基中的糊化醪與發(fā)酵所用的糊化醪相同。將濃度為12%～14%的紅薯淀粉漿液，放在滅過(guò)菌的種母罐中，通入1千克/平方厘米的蒸汽蒸煮糊化15～20分鐘，待冷至33攝氏度，接入合格的孢子懸浮液，保持32～34攝氏度的溫度，通入無(wú)菌空氣，并用攪拌機(jī)攪拌進(jìn)行發(fā)酵。每12小時(shí)取樣檢查，經(jīng)5―6天即可發(fā)酵完全。檢驗(yàn)合格后，即可投入發(fā)酵罐中使用。
②糊化發(fā)酵：紅薯干經(jīng)粉碎過(guò)篩后，送入拌料桶，加水配成濃度為12%～14%的淀粉漿液，用輸送泵打入發(fā)酵罐，通入1千克/平方厘米的蒸汽蒸煮糊化15～20分鐘。將糊化醪冷至33攝氏度時(shí)，按接種量為5%～7%接入種母罐中培養(yǎng)好的種母醪，在32～34攝氏度溫度下攪拌，通入無(wú)菌空氣發(fā)酵，每隔一定時(shí)間取樣檢查，發(fā)酵過(guò)程中控制pH為2.5～3，經(jīng)5～6天即可完成發(fā)酵。在檸檬酸發(fā)酵過(guò)程中，pH值的控制對(duì)產(chǎn)酸關(guān)系很大。因?yàn)橛檬砀煞郯l(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸時(shí)，首先要利用黑曲霉的糖化霉將淀粉先轉(zhuǎn)化成葡萄糖，然后由葡萄糖轉(zhuǎn)變成檸檬酸。糖化的最適pH值約為2.5～3.0，生成檸檬酸的pH值在2.0～2.5，如果發(fā)酵初期產(chǎn)酸過(guò)猛，就會(huì)影響糖化不徹底，造成殘?zhí)橇扛撸a(chǎn)酸量低；或發(fā)酵過(guò)程中始終處于高pH值狀態(tài)，就會(huì)生成以草酸為主的雜酸。解決這一問(wèn)題一般可采用二種方法：一是調(diào)節(jié)通氣和攪拌的強(qiáng)度，如前期通風(fēng)量低些對(duì)糖化有利，后期適當(dāng)增加風(fēng)量，能促進(jìn)產(chǎn)酸。二是在pH值降至2.0左右；加入一定量的滅菌碳酸鈣乳劑，使pH值回升至2.2左右時(shí)，有利于糖化作用，能繼續(xù)積累檸檬酸。
③中和：發(fā)酵后的物料，生產(chǎn)上叫發(fā)酵醪。發(fā)酵醪出料后，真空抽濾即為含檸檬酸的發(fā)酵液。先將發(fā)酵液用泵打入中和桶，加熱到60攝氏度左右，再加入碳、酸鈣粉末或石灰乳。碳酸鈣用量可按下式計(jì)算：
碳酸鈣用量=檸檬酸總量*0.714
檸檬酸總量=發(fā)酵液體積*滴定酸度*氫氧化鈉濃度*0.07
將中和后的料液加熱煮沸，使其它有機(jī)酸的鈣鹽溶解，而檸檬酸鈣不溶。在過(guò)濾桶中抽濾，濾液弄去。沉淀用90攝氏度以上的熱水洗去糖分。檢查的方法是用1%～2%的高錳酸鉀溶液1滴加到加毫升洗滌水中，3分鐘內(nèi)不變色，說(shuō)明糖分已洗凈。
④酸解：將洗滌后的檸檬酸鈣沉淀放入稀釋桶中，加水打成漿狀，用泵將漿液打入酸解桶，在攪拌下緩緩加入濃硫酸分解。酸解終點(diǎn)的控制方法是：取甲、乙兩支試管，甲管中放入1毫升 15%～20%硫酸，乙管中放入1毫升15%～20%氯化鈣溶液(其濃度必須和甲管中硫酸的濃度相同)。各試管中分別加入1毫升過(guò)濾后的酸解液，在水浴上加熱至沸，冷卻后均不發(fā)生混濁，再分別加入95%的乙醇。加乙醇后，甲管略呈渾濁，表示已達(dá)酸解終點(diǎn)。如果加乙醇前，甲管就已渾濁，表示酸解液中硫酸量不足；加乙醇后，乙管渾濁，表示酸解液中硫酸過(guò)量。假使硫酸過(guò)量，在酸解液中可稍加一些檸檬酸溶液進(jìn)行調(diào)節(jié)。在工廠(chǎng)實(shí)際操作中，硫酸的加入量一般為碳酸鈣用量的92%～95%。加完硫酸后，把酸解液加熱到80～85攝氏度，保持30分鐘，即可使反應(yīng)完全，又能促進(jìn)硫酸鈣結(jié)晶的形成，以利分離。根據(jù)硫酸鈣在水中的溶解度與溫度的關(guān)系，酸解液在80攝氏度左右進(jìn)行熱抽濾較為適宜。濾餅硫酸鈣用熱水洗滌后棄去，濾液和洗滌液合并在貯液桶中，即為稀檸檬酸溶液。稀檸檬酸溶液流經(jīng)盛有脫色樹(shù)脂或活性炭的脫色柱進(jìn)行脫色后，再流經(jīng)裝有強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂(如732型離子交換樹(shù)脂)的交換柱，以除去鈣、鐵等陽(yáng)離子雜質(zhì)。
⑤濃縮結(jié)晶：從離子交換柱流出的稀檸檬酸
