张洋 孟宪琼 杨宝 刘思洋 佟立峰

摘 要：柠檬酸作为当前社会应用相对广泛的有机酸，其发酵工艺直接影响柠檬酸的产量和市场份额，所以，要对发酵原料、发酵环境以及发酵菌种进行严格挑选和控制。阐述了柠檬酸所具备的基本特征和在日常生活中的表现，分析了柠檬酸发酵的主要流程和发酵工艺的新进展，旨在促进柠檬酸发酵工艺的发展和创新。

关键词：柠檬酸;发酵工艺;进展

柠檬酸在食品行业、医药行业、纺织行业、饲养行业等不同行业都有所应用，并且取得了相对明显的成果。这就需要优化和创新柠檬酸的发酵工艺，为市场提供更多、更好的柠檬酸。柠檬酸在发酵过程中会受到原料和环境等基础条件的影响和制约，同时，不同发酵流程和不同条件的参数也影响着柠檬酸的发酵。因此，本研究针对柠檬酸的发酵工艺进行研究和探讨。

1 柠檬酸的基本特征

1.1  柠檬酸的化学基本特征

柠檬酸在化学中属于一种有机酸，酸性相对来说比较强，同时能够电离出3个氢离子。所以，柠檬酸能与酸、碱以及甘油发生不同的化学反应。柠檬酸作为一种三羧酸类化合物，当加热到175 ℃时就会分解，主要能分解成二氧化碳和水。

1.2  柠檬酸的物理基本特征

柠檬酸应存放在位于干燥阴凉处的密闭容器中。在正常温度下，柠檬酸多为白色的结晶性粉末，同时还具备一定的潮解功能，不易溶于油类。柠檬酸主要可以划分为一水柠檬酸和无水柠檬酸两类，由于其对肠道黏膜具有不同程度的刺激性，在长期刺激下，接触者会出现湿疹等不良反应。

2 柠檬酸在日常生活中的表现

2.1  在食品行业的表现

由于柠檬酸具有天然性和无毒性，经常将其应用于食品行业，作为食品重要的主料或者调料使用，例如柠檬酸经过加工可制作柠檬水、作为调料可制作柠檬味饼干等。在有机酸中，柠檬酸的产量所占比例最大，从市场占比和销量来看，柠檬酸也具有比较显著的优势。因为柠檬酸还能抗氧化，所以还可以用于制作食品防腐剂，能够达到无毒并且绿色环保的目的。

2.2  在纺织行业的表现

柠檬酸在纺织行业中也具有相对较好的表现，利用化学检测的方式，可以将柠檬酸制作成洗涤纺织衣物的重要材料，能够减少洗涤对纺织衣物造成的损坏。另外，利用柠檬酸可以制作成本较低但效果显著的除皱剂，同时，能够取代含有甲醛等不利于人体健康成分的除皱剂。国家明确规定，禁止在增塑剂中添加对人体有害的物质，所以，将柠檬酸合理应用于增塑剂的制作中也取得了对纺织行业较为有利的成果，同时更加节能和环保。

2.3  在医药行业的表现

在医药行业中的西医方面，柠檬酸通常被用于伤口止血，将柠檬酸中的钙离子与酸根离子进行结合，可形成一种凝胶状的结合物，能够很好地阻止血液的流动，达到凝血、止血的作用[1]。将柠檬酸合理应用在中医药中，能够对鼻咽炎患者和支气管炎患者起到化痰止咳的作用;对口臭患者起到清除口腔异味的作用;对便秘患者起到加强肠胃消化功能的作用;对肥胖患者起到减少脂肪的作用。

2.4  在化学行业的表现

柠檬酸在化学行业主要应用于化学清洗中，将柠檬酸与氨相结合，能够制作具有较强清洗功能的制剂，用来清洗化学设备能够取得较好的清洗效果，并且能够减少因为清洗给设备造成的损坏和腐蚀，同时在清洗操作中的安全要求相对较低。利用柠檬酸制成的除垢制剂，除了可以用于化工行业设备的清洗，还可以用于家中常见机器设备的清洗，并且能够延长设备的使用寿命。

2.5  在工业行业的表现

柠檬酸在工业行业中能够很好地软化水质，是化学实验中经常用到的一种试剂，利用柠檬酸消除沉淀物的基本功能可以清洗工业中的实验设备。在工业烟气脱硫中，柠檬酸也是比较重要的一种原料，利用柠檬酸制成的缓冲液吸收煤炭燃烧生成的气体，能够减少气体中的二氧化硫，有效减轻工业行业对空气造成的污染，同时还可以减少酸雨对生态环境造成的破坏和危害。

2.6  在化妆品行业的表现

在化妆品的生产中，也离不开柠檬酸所具备的基本功能。由于柠檬酸能够促使人体角质层的更新速度加快，在具有美白功效、抗衰功效类的化妆品中，通常会有柠檬酸的存在。柠檬酸能够促使人体皮肤的角质层快速更新，以此更好地排出人体脸部内部和表面的油脂，减少人体面部的黑色素。除此之外，将柠檬酸应用在化妆品生产中，还能够有效减少和消除人体面部的青春痘。

2.7  在饲养行业的表现

人们对食品的绿色环保要求在经济发展的推动下逐渐提升，使得柠檬酸在饲养行业中也得到广泛应用。通过将柠檬酸充分应用在饲养行业，可以加快饲养物的成长速度，同时还可以降低饲养物患病的可能性。例如在猪的饲料中加入一定数量的柠檬酸，可以提升猪的繁殖效率和缩短饲养时间;在鸡鸭的饲料中加入一定量的柠檬酸，可以增强鸡鸭抵抗疾病和病毒的能力，减少因为疾病造成的损失。

3 柠檬酸发酵的主要流程

3.1  发酵方式

对于柠檬酸来说，比较常见的发酵方式主要可以分为    3种：第一种为液态浅盘发酵，第二种为固态发酵，第三种为深层发酵[2]。液态浅盘发酵所应用的材料主要为糖蜜，先将糖蜜加工制作成培养液，再将其放在用来发酵的盘子中，要在无菌环境中實现菌种的接入，最后等待柠檬酸完成发酵。这种发酵方式对设备要求较低，能够得到较好的发酵质量，只是需要对发酵过程中的突发事件和影响因素进行控制。固态发酵所应用的材料主要为淀粉，通过对带有淀粉的产品进行蒸煮，再放置在无菌环境中进行冷却，当温度适合接种时，利用特殊的温度条件和湿度条件进行发酵。这种发酵方式操作起来相对比较容易上手，对设备要求较低，但是质量并不理想。深层发酵所应用的材料也以糖蜜为主，发酵的原理类似于液态浅盘发酵，但是深层发酵的流程相对较多，对发酵设备和发酵技术也有比较严格的要求，通常会使用搅拌器和消泡器，所以柠檬酸发酵质量较高。

3.2  发酵工艺

柠檬酸在发酵过程中，对发酵菌种、发酵环境以及发酵原料等影响因素的要求都比较严格，任何一种因素的质量若没有达到柠檬酸的发酵要求，就会导致柠檬酸在发酵过程中的质量和产量难以达到预期的目标。柠檬酸发酵中涉及的发酵菌种通常都是在坏掉的水果中进行提取之后，再进行生物培养而产生的。在发酵菌种满足柠檬酸的发酵条件后，要对发酵环境中的温度和湿度进行控制，为柠檬酸发酵创造最合适的发酵环境。例如黑曲霉菌作为柠檬酸发酵工艺中经常涉及的一种，其发酵工艺也要在正确合理的条件下进行。黑曲霉菌产酸的温度在29 ℃最佳，上下浮动不宜超过2 ℃，过低的发酵温度会延长发酵的时间，过高的发酵温度则会导致黑曲霉菌生存的环境受到杂质的影响[3]，使黑曲霉菌在发酵中丧失活性，所以，柠檬酸在发酵时要选择恒温的发酵环境。另外，要选择pH为3的发酵环境促进黑曲霉菌的产酸，可以有效避免发酵中葡萄糖酸的生成。随着发酵时间不断延长，要通过快速搅拌来增加发酵过程中的含氧量，保证黑曲霉菌在发酵中的活性。此外，要通过化学方式或者物理方式来分离柠檬酸发酵液中存在的杂质，以此获取更高纯度的柠檬酸。

4 柠檬酸发酵工艺的新进展

经过不断研究柠檬酸发酵工艺，发现发酵过程中二氧化碳的浓度不同，合成柠檬酸的速度也有所不同。这就意味着需要在柠檬酸发酵中对二氧化碳的浓度进行有效控制，促使柠檬酸在发酵中的速度和产量达到预期的标准。二氧化碳在微生物发酵中能够发挥巨大的刺激作用，而要想促使柠檬酸发酵的质量和产量有所提升，就要对发酵阶段的二氧化碳浓度进行控制。例如黑曲霉菌在发酵过程中，可以利用二氧化碳裂解而成的草酰乙酸来提升柠檬酸在发酵中的质量。相关工作人员可以将基因工程中的原理和技术充分应用在柠檬酸发酵工艺中，促使柠檬酸发酵的水平和质量有所提升。

除了发酵中的二氧化碳浓度需要控制之外，柠檬酸发酵的原料质量以及以一些基础环境条件作为柠檬酸发酵工艺进展中的一部分也需要得到控制。例如在利用玉米进行柠檬酸的发酵时，所选择的原材料直接影响柠檬酸发酵的质量，所以要准确选择[4]。粗玉米粉中含有一定量的淀粉和蛋白质，如果将粗玉米粉作为发酵原料直接发酵，就会导致菌体成长速度过快，不利于柠檬酸的发酵。在以往利用玉米进行柠檬酸发酵的工艺基础上，将玉米淀粉乳作为发酵原料的新工艺，能够取得更好的发酵效果。将玉米淀粉乳与粗玉米粉进行对比，玉米淀粉乳的脂肪含量和蛋白质含量较低，使得柠檬酸发酵时的溶氧水平能够达到发酵标准。在现有发酵理论的基础上调整和优化柠檬酸的发酵工艺，选择最佳的发酵原料和发酵环境，能够在保证菌类充分吸收营养的同时加快产酸的速度，将各种影响因素的含量和质量都控制在标准范围内，能够缩短柠檬酸的发酵时间，提高柠檬酸的发酵效率，减少柠檬酸的发酵成本，促进柠檬酸的发酵发展。

5 结语

柠檬酸在日常生活中得到了比较广泛的应用，在不同领域发挥着不可小觑的作用。将现代工艺和基因工程技术合理应用在柠檬酸的发酵工艺中，对发酵工艺中的基本环境和重要条件进行调整和控制，可以促进发酵工艺的优化和创新。由此可见，在柠檬酸的发酵过程中，只有不断促进发酵工艺的发展，才能增加柠檬酸发酵的产量和质量，有利于柠檬酸在当今社会中发挥更大的价值。

[参考文献]

[1]商谈，佟立峰.柠檬酸发酵工艺新进展探究[J].科技风，2020（1）：152.

[2]佟立峰，刘阳阳，商谈，等.微量元素對柠檬酸发酵产酸的影响[J].科技风，2020（32）：150-151.

[3]陈华强.添加柠檬酸钠与次黄嘌呤的腺苷发酵工艺研究[J].发酵科技通讯，2020，49（4）：211-214.

[4]张传惠.汽爆预处理对柠檬酸发酵菌渣制备氨基葡萄糖盐酸盐的影响[J].化学与生物工程，2020，37（6）：58-61.