柠檬酸发酵工艺新进展探究

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　　摘 要：柠檬酸是一种广泛应用于食品、医药以及工业等领域的重要有机酸，其生产大致可以分为发酵与提取两个阶段。其中，发酵阶段的环境温度、原料以及菌种等因素，可直接影响到柠檬酸的产量与最终产品的质量。为切实保障柠檬酸的生产质量，相关领域积极进行了发酵工艺的改进尝试。本文就柠檬酸发酵工艺的新进展进行综述。
　　关键词：柠檬酸；清液发酵；改良
　　柠檬酸是一种广泛分布于动植物与微生物细胞中的有机酸，其用途较为广泛，如在食品行业，可作为pH调节剂、酸味剂、抗氧化剂；在医药领域，可用作矫味剂以及抗凝血剂；在化学工业领域，可用作调色剂、缓冲剂以及凝胶剂。在柠檬酸的生产、应用阶段，依来源的不同，柠檬酸可分为天然柠檬酸（主要存在于柠檬、菠萝等植物以及动物的血液、肌肉中）、人工合成柠檬酸（以淀粉、砂糖等物质发酵制得）。针对人工合成柠檬酸，考虑到各个行业对柠檬酸生产、使用需求存有一定的差异，众多学者进行了柠檬酸制取方法的研究与改良。
　　1 柠檬酸的发酵过程
　　1.1 柠檬酸发酵方法
　　在现阶段的人工合成柠檬酸生产实践中，发酵法是一种应用极为广泛的制取方法。与传统的生产方法相比，发酵法具有控制简单、生产过程省时省力以及最终获得的产量较高等优势。加之近年来现代生物技术的快速发展、成熟以及高产菌株的应用，柠檬酸生产阶段的发酵效率获得了极大的提升。就当前常用的发酵方法来看，大致可以分为固态发酵、液态浅盘发酵以及深层发酵三种方法。固态发酵以各类含有淀粉的农副产品为主要的生产原料，通过配置培养基、高温蒸煮、发酵等一系列生产环节，实现柠檬酸的制取。液态浅盘发酵则选取糖蜜为主要的生产原料，借助其制作无菌培养液并将其置于发酵盘内，严格控制无菌环境，接入菌种。深层发酵的主要原理与液态浅盘发酵相似，其涉及的流程相对较多，整个发酵过程对发酵技术与生产设备的要求相对较高，在发酵质量方面具有一定的优势。
　　1.2 柠檬酸发酵的工艺条件
　　从发酵的工艺条件来看，柠檬酸的生产需要关注原料的质量、菌种以及环境的控制，其中任何一项指标出现差错，都将有可能对最终的发酵质量以及柠檬酸的产量造成影响。在原料的控制方面，根据柠檬酸发酵、提取的相关要求，对原料的选取以及质量的检验进行严格管理，能够为后续的生产环节提供一定的保障。针对菌种的控制，需要兼顾优质菌种的提取以及环境的控制。在培养菌种时，需要根据发酵菌种的具体特点，严格控制其pH值、温度等可变因素，继而保证发酵环境。以柠檬酸生产采用Co-827黑曲霉菌种发酵为例，该菌种进行无性繁殖，由孢子发芽、菌丝体生长、到足细胞生出分生孢子梗、孢子梗顶端膨大、再到成为顶囊、形成小梗到新孢子形成、成熟为一个生长周期。菌种培养的好坏将直接关系到发酵的水平。基于上述分析，在柠檬酸生产过程中，做好相关工艺条件的控制，能够较好的保证柠檬酸的产量与质量。
　　2 柠檬酸发酵工艺的新进展
　　在柠檬酸发酵阶段，相关试验数据显示，不同CO2浓度下柠檬酸的合成速度存有较大的差异，适当控制发酵过程的CO2浓度，能够对柠檬酸的发酵速率以及最终的柠檬酸产量造成一定的影响。作为微生物的代谢产物，CO2又是多种微生物的生物合成反应的必备原料，现有研究表明，其对微生物的发酵过程有着一定的刺激作用。因此，从这一角度分析，要保证柠檬酸的发酵产量与生产质量，就需要合理控制发酵阶段的CO2浓度。以黑曲霉菌为例，可通过将CO2固定反应成草酰乙酸的形式，保证柠檬酸的发酵速度与最终质量。明确这一改良思路后，相关的技术人员即可考虑借助基因工程相关的一些技术手段，提高丙酮酸的基因表达能力，实现柠檬酸发酵水平的提升。
　　除上述关键参数的控制外，做好原料质量及基础条件的控制，也是当下发酵工艺改进的重要方向。以玉米发酵生产柠檬酸為例，在原材料的选取阶段，粗玉米粉中虽然有着丰富的蛋白含量，但若直接使用粗玉米粉，将可能引起菌体的疯长，继而对产酸过程产生负面影响；基于传统的玉米发酵工艺，榆树公司新开发的以玉米淀粉乳为原料和玉米浆配料清液发酵新工艺进行柠檬酸发酵时，能够较好地规避这一问题。与玉米粉相比，液化后的玉米淀粉乳清液的蛋白质、脂肪含量明显更低，这将对发酵液中溶氧水平的提升起到一定的积极作用。结合相关的试验数据来看，溶氧、pH值、接种量、温度等指标都可对柠檬酸发酵的产酸产生一定的影响。在溶氧控制方面，在发酵控制的不同时期应合理控制不同的溶氧，整个过程必须保证搅拌与通风量，确保溶氧这一关键控制指标，避免对黑曲霉生长产生不可逆的影响。大生产以现有的研究结论为基础，对玉米淀粉乳清液发酵的相关工艺条件进行了适当优化调整，根据实验数据分析各类指标可能对产酸造成的影响，合理优化工艺条件，能够对菌丝的营养吸收以及产物释放起到一定的作用，继而加速发酵产酸。而在工艺优化策略方面则以玉米淀粉乳清液发酵柠檬酸，添加玉米浆作为氮源，结合原有玉米发酵工艺玉米粉中各类金属离子的含量，并根据接种量以及初始pH值与产酸之间的关系，适当调整玉米浆添加量、将各项参数控制在一个相对合理的范围内，兼顾产酸的效率与质量，缩短周期，大大降低生产成本。
　　3 结语
　　在柠檬酸的生产实践中，借助现代生物技术缩短发酵周期、提高发酵产酸与质量是一种重要的工艺改进策略。从技术层面来讲，现代生物技术的快速发展以及相关试验获得的结论，均为柠檬酸发酵工艺的改良提供了重要的支撑；而从实践的角度分析，大量的生产实践数据表明，对相关的工艺条件进行合理控制，能够显著提高柠檬酸的产出质量，实现柠檬酸发酵工艺的不断优化。
　　参考文献：
　　［1］王文华.柠檬酸发酵工艺新进展探究［J］.科技创新与应用，2017（8）：75.
　　［2］李明华，孟秀梅.超声波辅助柠檬酸法龙虾壳脱钙工艺研究［J］.食品工业，2017（5）：8-10.
　　［3］王博彦，金其荣.发酵有机酸生产与应用手册［M］.中国轻工业出版社，2000.
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