商談 佟立峰

フ?要：檸檬酸是一種廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥以及工業(yè)等領(lǐng)域的重要有機(jī)酸，其生產(chǎn)大致可以分為發(fā)酵與提取兩個(gè)階段。其中，發(fā)酵階段的環(huán)境溫度、原料以及菌種等因素，可直接影響到檸檬酸的產(chǎn)量與最終產(chǎn)品的質(zhì)量。為切實(shí)保障檸檬酸的生產(chǎn)質(zhì)量，相關(guān)領(lǐng)域積極進(jìn)行了發(fā)酵工藝的改進(jìn)嘗試。本文就檸檬酸發(fā)酵工藝的新進(jìn)展進(jìn)行綜述。

ス丶詞：檸檬酸；清液發(fā)酵；改良

檸檬酸是一種廣泛分布于動(dòng)植物與微生物細(xì)胞中的有機(jī)酸，其用途較為廣泛，如在食品行業(yè)，可作為pH調(diào)節(jié)劑、酸味劑、抗氧化劑；在醫(yī)藥領(lǐng)域，可用作矯味劑以及抗凝血?jiǎng)?；在化學(xué)工業(yè)領(lǐng)域，可用作調(diào)色劑、緩沖劑以及凝膠劑。在檸檬酸的生產(chǎn)、應(yīng)用階段，依來源的不同，檸檬酸可分為天然檸檬酸（主要存在于檸檬、菠蘿等植物以及動(dòng)物的血液、肌肉中）、人工合成檸檬酸（以淀粉、砂糖等物質(zhì)發(fā)酵制得）。針對(duì)人工合成檸檬酸，考慮到各個(gè)行業(yè)對(duì)檸檬酸生產(chǎn)、使用需求存有一定的差異，眾多學(xué)者進(jìn)行了檸檬酸制取方法的研究與改良。

1?檸檬酸的發(fā)酵過程

1.1?檸檬酸發(fā)酵方法

ピ諳紙錐蔚娜斯ず銑贍檬酸生產(chǎn)實(shí)踐中，發(fā)酵法是一種應(yīng)用極為廣泛的制取方法。與傳統(tǒng)的生產(chǎn)方法相比，發(fā)酵法具有控制簡單、生產(chǎn)過程省時(shí)省力以及最終獲得的產(chǎn)量較高等優(yōu)勢。加之近年來現(xiàn)代生物技術(shù)的快速發(fā)展、成熟以及高產(chǎn)菌株的應(yīng)用，檸檬酸生產(chǎn)階段的發(fā)酵效率獲得了極大的提升。就當(dāng)前常用的發(fā)酵方法來看，大致可以分為固態(tài)發(fā)酵、液態(tài)淺盤發(fā)酵以及深層發(fā)酵三種方法。固態(tài)發(fā)酵以各類含有淀粉的農(nóng)副產(chǎn)品為主要的生產(chǎn)原料，通過配置培養(yǎng)基、高溫蒸煮、發(fā)酵等一系列生產(chǎn)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)檸檬酸的制取。液態(tài)淺盤發(fā)酵則選取糖蜜為主要的生產(chǎn)原料，借助其制作無菌培養(yǎng)液并將其置于發(fā)酵盤內(nèi)，嚴(yán)格控制無菌環(huán)境，接入菌種。深層發(fā)酵的主要原理與液態(tài)淺盤發(fā)酵相似，其涉及的流程相對(duì)較多，整個(gè)發(fā)酵過程對(duì)發(fā)酵技術(shù)與生產(chǎn)設(shè)備的要求相對(duì)較高，在發(fā)酵質(zhì)量方面具有一定的優(yōu)勢。

1.2?檸檬酸發(fā)酵的工藝條件

ゴ臃⒔偷墓ひ仗跫來看，檸檬酸的生產(chǎn)需要關(guān)注原料的質(zhì)量、菌種以及環(huán)境的控制，其中任何一項(xiàng)指標(biāo)出現(xiàn)差錯(cuò)，都將有可能對(duì)最終的發(fā)酵質(zhì)量以及檸檬酸的產(chǎn)量造成影響。在原料的控制方面，根據(jù)檸檬酸發(fā)酵、提取的相關(guān)要求，對(duì)原料的選取以及質(zhì)量的檢驗(yàn)進(jìn)行嚴(yán)格管理，能夠?yàn)楹罄m(xù)的生產(chǎn)環(huán)節(jié)提供一定的保障。針對(duì)菌種的控制，需要兼顧優(yōu)質(zhì)菌種的提取以及環(huán)境的控制。在培養(yǎng)菌種時(shí)，需要根據(jù)發(fā)酵菌種的具體特點(diǎn)，嚴(yán)格控制其pH值、溫度等可變因素，繼而保證發(fā)酵環(huán)境。以檸檬酸生產(chǎn)采用Co-827黑曲霉菌種發(fā)酵為例，該菌種進(jìn)行無性繁殖，由孢子發(fā)芽、菌絲體生長、到足細(xì)胞生出分生孢子梗、孢子梗頂端膨大、再到成為頂囊、形成小梗到新孢子形成、成熟為一個(gè)生長周期。菌種培養(yǎng)的好壞將直接關(guān)系到發(fā)酵的水平?；谏鲜龇治?，在檸檬酸生產(chǎn)過程中，做好相關(guān)工藝條件的控制，能夠較好的保證檸檬酸的產(chǎn)量與質(zhì)量。

2?檸檬酸發(fā)酵工藝的新進(jìn)展

ピ諛檬酸發(fā)酵階段，相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，不同CO2濃度下檸檬酸的合成速度存有較大的差異，適當(dāng)控制發(fā)酵過程的CO2濃度，能夠?qū)幟仕岬陌l(fā)酵速率以及最終的檸檬酸產(chǎn)量造成一定的影響。作為微生物的代謝產(chǎn)物，CO2又是多種微生物的生物合成反應(yīng)的必備原料，現(xiàn)有研究表明，其對(duì)微生物的發(fā)酵過程有著一定的刺激作用。因此，從這一角度分析，要保證檸檬酸的發(fā)酵產(chǎn)量與生產(chǎn)質(zhì)量，就需要合理控制發(fā)酵階段的CO2濃度。以黑曲霉菌為例，可通過將CO2固定反應(yīng)成草酰乙酸的形式，保證檸檬酸的發(fā)酵速度與最終質(zhì)量。明確這一改良思路后，相關(guān)的技術(shù)人員即可考慮借助基因工程相關(guān)的一些技術(shù)手段，提高丙酮酸的基因表達(dá)能力，實(shí)現(xiàn)檸檬酸發(fā)酵水平的提升。

コ上述關(guān)鍵參數(shù)的控制外，做好原料質(zhì)量及基礎(chǔ)條件的控制，也是當(dāng)下發(fā)酵工藝改進(jìn)的重要方向。以玉米發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸為例，在原材料的選取階段，粗玉米粉中雖然有著豐富的蛋白含量，但若直接使用粗玉米粉，將可能引起菌體的瘋長，繼而對(duì)產(chǎn)酸過程產(chǎn)生負(fù)面影響；基于傳統(tǒng)的玉米發(fā)酵工藝，榆樹公司新開發(fā)的以玉米淀粉乳為原料和玉米漿配料清液發(fā)酵新工藝進(jìn)行檸檬酸發(fā)酵時(shí)，能夠較好地規(guī)避這一問題。與玉米粉相比，液化后的玉米淀粉乳清液的蛋白質(zhì)、脂肪含量明顯更低，這將對(duì)發(fā)酵液中溶氧水平的提升起到一定的積極作用。結(jié)合相關(guān)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)來看，溶氧、pH值、接種量、溫度等指標(biāo)都可對(duì)檸檬酸發(fā)酵的產(chǎn)酸產(chǎn)生一定的影響。在溶氧控制方面，在發(fā)酵控制的不同時(shí)期應(yīng)合理控制不同的溶氧，整個(gè)過程必須保證攪拌與通風(fēng)量，確保溶氧這一關(guān)鍵控制指標(biāo)，避免對(duì)黑曲霉生長產(chǎn)生不可逆的影響。大生產(chǎn)以現(xiàn)有的研究結(jié)論為基礎(chǔ)，對(duì)玉米淀粉乳清液發(fā)酵的相關(guān)工藝條件進(jìn)行了適當(dāng)優(yōu)化調(diào)整，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析各類指標(biāo)可能對(duì)產(chǎn)酸造成的影響，合理優(yōu)化工藝條件，能夠?qū)z的營養(yǎng)吸收以及產(chǎn)物釋放起到一定的作用，繼而加速發(fā)酵產(chǎn)酸。而在工藝優(yōu)化策略方面則以玉米淀粉乳清液發(fā)酵檸檬酸，添加玉米漿作為氮源，結(jié)合原有玉米發(fā)酵工藝玉米粉中各類金屬離子的含量，并根據(jù)接種量以及初始pH值與產(chǎn)酸之間的關(guān)系，適當(dāng)調(diào)整玉米漿添加量、將各項(xiàng)參數(shù)控制在一個(gè)相對(duì)合理的范圍內(nèi)，兼顧產(chǎn)酸的效率與質(zhì)量，縮短周期，大大降低生產(chǎn)成本。

3?結(jié)語

ピ諛檬酸的生產(chǎn)實(shí)踐中，借助現(xiàn)代生物技術(shù)縮短發(fā)酵周期、提高發(fā)酵產(chǎn)酸與質(zhì)量是一種重要的工藝改進(jìn)策略。從技術(shù)層面來講，現(xiàn)代生物技術(shù)的快速發(fā)展以及相關(guān)試驗(yàn)獲得的結(jié)論，均為檸檬酸發(fā)酵工藝的改良提供了重要的支撐；而從實(shí)踐的角度分析，大量的生產(chǎn)實(shí)踐數(shù)據(jù)表明，對(duì)相關(guān)的工藝條件進(jìn)行合理控制，能夠顯著提高檸檬酸的產(chǎn)出質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)檸檬酸發(fā)酵工藝的不斷優(yōu)化。

ゲ慰嘉南祝

ィ1］王文華.檸檬酸發(fā)酵工藝新進(jìn)展探究［J］.科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2017（8）：75.

ィ2］李明華，孟秀梅.超聲波輔助檸檬酸法龍蝦殼脫鈣工藝研究［J］.食品工業(yè)，2017（5）：8-10.

ィ3］王博彥，金其榮.發(fā)酵有機(jī)酸生產(chǎn)與應(yīng)用手冊(cè)［M］.中國輕工業(yè)出版社，2000.