張洋 孟憲瓊 楊寶 劉思洋 佟立峰

摘 要：檸檬酸作為當前社會應用相對廣泛的有機酸，其發(fā)酵工藝直接影響檸檬酸的產(chǎn)量和市場份額，所以，要對發(fā)酵原料、發(fā)酵環(huán)境以及發(fā)酵菌種進行嚴格挑選和控制。闡述了檸檬酸所具備的基本特征和在日常生活中的表現(xiàn)，分析了檸檬酸發(fā)酵的主要流程和發(fā)酵工藝的新進展，旨在促進檸檬酸發(fā)酵工藝的發(fā)展和創(chuàng)新。

關(guān)鍵詞：檸檬酸;發(fā)酵工藝;進展

檸檬酸在食品行業(yè)、醫(yī)藥行業(yè)、紡織行業(yè)、飼養(yǎng)行業(yè)等不同行業(yè)都有所應用，并且取得了相對明顯的成果。這就需要優(yōu)化和創(chuàng)新檸檬酸的發(fā)酵工藝，為市場提供更多、更好的檸檬酸。檸檬酸在發(fā)酵過程中會受到原料和環(huán)境等基礎(chǔ)條件的影響和制約，同時，不同發(fā)酵流程和不同條件的參數(shù)也影響著檸檬酸的發(fā)酵。因此，本研究針對檸檬酸的發(fā)酵工藝進行研究和探討。

1?檸檬酸的基本特征

1.1? 檸檬酸的化學基本特征

檸檬酸在化學中屬于一種有機酸，酸性相對來說比較強，同時能夠電離出3個氫離子。所以，檸檬酸能與酸、堿以及甘油發(fā)生不同的化學反應。檸檬酸作為一種三羧酸類化合物，當加熱到175 ℃時就會分解，主要能分解成二氧化碳和水。

1.2? 檸檬酸的物理基本特征

檸檬酸應存放在位于干燥陰涼處的密閉容器中。在正常溫度下，檸檬酸多為白色的結(jié)晶性粉末，同時還具備一定的潮解功能，不易溶于油類。檸檬酸主要可以劃分為一水檸檬酸和無水檸檬酸兩類，由于其對腸道黏膜具有不同程度的刺激性，在長期刺激下，接觸者會出現(xiàn)濕疹等不良反應。

2?檸檬酸在日常生活中的表現(xiàn)

2.1? 在食品行業(yè)的表現(xiàn)

由于檸檬酸具有天然性和無毒性，經(jīng)常將其應用于食品行業(yè)，作為食品重要的主料或者調(diào)料使用，例如檸檬酸經(jīng)過加工可制作檸檬水、作為調(diào)料可制作檸檬味餅干等。在有機酸中，檸檬酸的產(chǎn)量所占比例最大，從市場占比和銷量來看，檸檬酸也具有比較顯著的優(yōu)勢。因為檸檬酸還能抗氧化，所以還可以用于制作食品防腐劑，能夠達到無毒并且綠色環(huán)保的目的。

2.2? 在紡織行業(yè)的表現(xiàn)

檸檬酸在紡織行業(yè)中也具有相對較好的表現(xiàn)，利用化學檢測的方式，可以將檸檬酸制作成洗滌紡織衣物的重要材料，能夠減少洗滌對紡織衣物造成的損壞。另外，利用檸檬酸可以制作成本較低但效果顯著的除皺劑，同時，能夠取代含有甲醛等不利于人體健康成分的除皺劑。國家明確規(guī)定，禁止在增塑劑中添加對人體有害的物質(zhì)，所以，將檸檬酸合理應用于增塑劑的制作中也取得了對紡織行業(yè)較為有利的成果，同時更加節(jié)能和環(huán)保。

2.3? 在醫(yī)藥行業(yè)的表現(xiàn)

在醫(yī)藥行業(yè)中的西醫(yī)方面，檸檬酸通常被用于傷口止血，將檸檬酸中的鈣離子與酸根離子進行結(jié)合，可形成一種凝膠狀的結(jié)合物，能夠很好地阻止血液的流動，達到凝血、止血的作用[1]。將檸檬酸合理應用在中醫(yī)藥中，能夠?qū)Ρ茄恃谆颊吆椭夤苎谆颊咂鸬交抵箍鹊淖饔?對口臭患者起到清除口腔異味的作用;對便秘患者起到加強腸胃消化功能的作用;對肥胖患者起到減少脂肪的作用。

2.4? 在化學行業(yè)的表現(xiàn)

檸檬酸在化學行業(yè)主要應用于化學清洗中，將檸檬酸與氨相結(jié)合，能夠制作具有較強清洗功能的制劑，用來清洗化學設備能夠取得較好的清洗效果，并且能夠減少因為清洗給設備造成的損壞和腐蝕，同時在清洗操作中的安全要求相對較低。利用檸檬酸制成的除垢制劑，除了可以用于化工行業(yè)設備的清洗，還可以用于家中常見機器設備的清洗，并且能夠延長設備的使用壽命。

2.5? 在工業(yè)行業(yè)的表現(xiàn)

檸檬酸在工業(yè)行業(yè)中能夠很好地軟化水質(zhì)，是化學實驗中經(jīng)常用到的一種試劑，利用檸檬酸消除沉淀物的基本功能可以清洗工業(yè)中的實驗設備。在工業(yè)煙氣脫硫中，檸檬酸也是比較重要的一種原料，利用檸檬酸制成的緩沖液吸收煤炭燃燒生成的氣體，能夠減少氣體中的二氧化硫，有效減輕工業(yè)行業(yè)對空氣造成的污染，同時還可以減少酸雨對生態(tài)環(huán)境造成的破壞和危害。

2.6? 在化妝品行業(yè)的表現(xiàn)

在化妝品的生產(chǎn)中，也離不開檸檬酸所具備的基本功能。由于檸檬酸能夠促使人體角質(zhì)層的更新速度加快，在具有美白功效、抗衰功效類的化妝品中，通常會有檸檬酸的存在。檸檬酸能夠促使人體皮膚的角質(zhì)層快速更新，以此更好地排出人體臉部內(nèi)部和表面的油脂，減少人體面部的黑色素。除此之外，將檸檬酸應用在化妝品生產(chǎn)中，還能夠有效減少和消除人體面部的青春痘。

2.7? 在飼養(yǎng)行業(yè)的表現(xiàn)

人們對食品的綠色環(huán)保要求在經(jīng)濟發(fā)展的推動下逐漸提升，使得檸檬酸在飼養(yǎng)行業(yè)中也得到廣泛應用。通過將檸檬酸充分應用在飼養(yǎng)行業(yè)，可以加快飼養(yǎng)物的成長速度，同時還可以降低飼養(yǎng)物患病的可能性。例如在豬的飼料中加入一定數(shù)量的檸檬酸，可以提升豬的繁殖效率和縮短飼養(yǎng)時間;在雞鴨的飼料中加入一定量的檸檬酸，可以增強雞鴨抵抗疾病和病毒的能力，減少因為疾病造成的損失。

3?檸檬酸發(fā)酵的主要流程

3.1? 發(fā)酵方式

對于檸檬酸來說，比較常見的發(fā)酵方式主要可以分為? ? 3種：第一種為液態(tài)淺盤發(fā)酵，第二種為固態(tài)發(fā)酵，第三種為深層發(fā)酵[2]。液態(tài)淺盤發(fā)酵所應用的材料主要為糖蜜，先將糖蜜加工制作成培養(yǎng)液，再將其放在用來發(fā)酵的盤子中，要在無菌環(huán)境中實現(xiàn)菌種的接入，最后等待檸檬酸完成發(fā)酵。這種發(fā)酵方式對設備要求較低，能夠得到較好的發(fā)酵質(zhì)量，只是需要對發(fā)酵過程中的突發(fā)事件和影響因素進行控制。固態(tài)發(fā)酵所應用的材料主要為淀粉，通過對帶有淀粉的產(chǎn)品進行蒸煮，再放置在無菌環(huán)境中進行冷卻，當溫度適合接種時，利用特殊的溫度條件和濕度條件進行發(fā)酵。這種發(fā)酵方式操作起來相對比較容易上手，對設備要求較低，但是質(zhì)量并不理想。深層發(fā)酵所應用的材料也以糖蜜為主，發(fā)酵的原理類似于液態(tài)淺盤發(fā)酵，但是深層發(fā)酵的流程相對較多，對發(fā)酵設備和發(fā)酵技術(shù)也有比較嚴格的要求，通常會使用攪拌器和消泡器，所以檸檬酸發(fā)酵質(zhì)量較高。

3.2? 發(fā)酵工藝

檸檬酸在發(fā)酵過程中，對發(fā)酵菌種、發(fā)酵環(huán)境以及發(fā)酵原料等影響因素的要求都比較嚴格，任何一種因素的質(zhì)量若沒有達到檸檬酸的發(fā)酵要求，就會導致檸檬酸在發(fā)酵過程中的質(zhì)量和產(chǎn)量難以達到預期的目標。檸檬酸發(fā)酵中涉及的發(fā)酵菌種通常都是在壞掉的水果中進行提取之后，再進行生物培養(yǎng)而產(chǎn)生的。在發(fā)酵菌種滿足檸檬酸的發(fā)酵條件后，要對發(fā)酵環(huán)境中的溫度和濕度進行控制，為檸檬酸發(fā)酵創(chuàng)造最合適的發(fā)酵環(huán)境。例如黑曲霉菌作為檸檬酸發(fā)酵工藝中經(jīng)常涉及的一種，其發(fā)酵工藝也要在正確合理的條件下進行。黑曲霉菌產(chǎn)酸的溫度在29 ℃最佳，上下浮動不宜超過2 ℃，過低的發(fā)酵溫度會延長發(fā)酵的時間，過高的發(fā)酵溫度則會導致黑曲霉菌生存的環(huán)境受到雜質(zhì)的影響[3]，使黑曲霉菌在發(fā)酵中喪失活性，所以，檸檬酸在發(fā)酵時要選擇恒溫的發(fā)酵環(huán)境。另外，要選擇pH為3的發(fā)酵環(huán)境促進黑曲霉菌的產(chǎn)酸，可以有效避免發(fā)酵中葡萄糖酸的生成。隨著發(fā)酵時間不斷延長，要通過快速攪拌來增加發(fā)酵過程中的含氧量，保證黑曲霉菌在發(fā)酵中的活性。此外，要通過化學方式或者物理方式來分離檸檬酸發(fā)酵液中存在的雜質(zhì)，以此獲取更高純度的檸檬酸。

4 檸檬酸發(fā)酵工藝的新進展

經(jīng)過不斷研究檸檬酸發(fā)酵工藝，發(fā)現(xiàn)發(fā)酵過程中二氧化碳的濃度不同，合成檸檬酸的速度也有所不同。這就意味著需要在檸檬酸發(fā)酵中對二氧化碳的濃度進行有效控制，促使檸檬酸在發(fā)酵中的速度和產(chǎn)量達到預期的標準。二氧化碳在微生物發(fā)酵中能夠發(fā)揮巨大的刺激作用，而要想促使檸檬酸發(fā)酵的質(zhì)量和產(chǎn)量有所提升，就要對發(fā)酵階段的二氧化碳濃度進行控制。例如黑曲霉菌在發(fā)酵過程中，可以利用二氧化碳裂解而成的草酰乙酸來提升檸檬酸在發(fā)酵中的質(zhì)量。相關(guān)工作人員可以將基因工程中的原理和技術(shù)充分應用在檸檬酸發(fā)酵工藝中，促使檸檬酸發(fā)酵的水平和質(zhì)量有所提升。

除了發(fā)酵中的二氧化碳濃度需要控制之外，檸檬酸發(fā)酵的原料質(zhì)量以及以一些基礎(chǔ)環(huán)境條件作為檸檬酸發(fā)酵工藝進展中的一部分也需要得到控制。例如在利用玉米進行檸檬酸的發(fā)酵時，所選擇的原材料直接影響檸檬酸發(fā)酵的質(zhì)量，所以要準確選擇[4]。粗玉米粉中含有一定量的淀粉和蛋白質(zhì)，如果將粗玉米粉作為發(fā)酵原料直接發(fā)酵，就會導致菌體成長速度過快，不利于檸檬酸的發(fā)酵。在以往利用玉米進行檸檬酸發(fā)酵的工藝基礎(chǔ)上，將玉米淀粉乳作為發(fā)酵原料的新工藝，能夠取得更好的發(fā)酵效果。將玉米淀粉乳與粗玉米粉進行對比，玉米淀粉乳的脂肪含量和蛋白質(zhì)含量較低，使得檸檬酸發(fā)酵時的溶氧水平能夠達到發(fā)酵標準。在現(xiàn)有發(fā)酵理論的基礎(chǔ)上調(diào)整和優(yōu)化檸檬酸的發(fā)酵工藝，選擇最佳的發(fā)酵原料和發(fā)酵環(huán)境，能夠在保證菌類充分吸收營養(yǎng)的同時加快產(chǎn)酸的速度，將各種影響因素的含量和質(zhì)量都控制在標準范圍內(nèi)，能夠縮短檸檬酸的發(fā)酵時間，提高檸檬酸的發(fā)酵效率，減少檸檬酸的發(fā)酵成本，促進檸檬酸的發(fā)酵發(fā)展。

5?結(jié)語

檸檬酸在日常生活中得到了比較廣泛的應用，在不同領(lǐng)域發(fā)揮著不可小覷的作用。將現(xiàn)代工藝和基因工程技術(shù)合理應用在檸檬酸的發(fā)酵工藝中，對發(fā)酵工藝中的基本環(huán)境和重要條件進行調(diào)整和控制，可以促進發(fā)酵工藝的優(yōu)化和創(chuàng)新。由此可見，在檸檬酸的發(fā)酵過程中，只有不斷促進發(fā)酵工藝的發(fā)展，才能增加檸檬酸發(fā)酵的產(chǎn)量和質(zhì)量，有利于檸檬酸在當今社會中發(fā)揮更大的價值。

[參考文獻]

[1]商談，佟立峰.檸檬酸發(fā)酵工藝新進展探究[J].科技風，2020（1）：152.

[2]佟立峰，劉陽陽，商談，等.微量元素對檸檬酸發(fā)酵產(chǎn)酸的影響[J].科技風，2020（32）：150-151.

[3]陳華強.添加檸檬酸鈉與次黃嘌呤的腺苷發(fā)酵工藝研究[J].發(fā)酵科技通訊，2020，49（4）：211-214.

[4]張傳惠.汽爆預處理對檸檬酸發(fā)酵菌渣制備氨基葡萄糖鹽酸鹽的影響[J].化學與生物工程，2020，37（6）：58-61.