【正文】 素糖化液、玉米粉淀粉混合原料、接種量和碳氮比[8]、溶解氧[9]、尿素、乙醇等添加劑[10]、初始含糖量、溫度、pH、發(fā)酵時(shí)間[11]等等對(duì)黑曲霉發(fā)酵產(chǎn)酸的影響，也有大量的研究探究了檸檬酸生產(chǎn)廢渣栽培平菇[12]厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣[13]制取糖化酶等綜合利用、廢水循環(huán)利用和治理[14]等。本設(shè)計(jì)范圍屬于工藝設(shè)計(jì)范圍，進(jìn)行工藝流程的設(shè)計(jì)，并對(duì)相關(guān)車間、輔助設(shè)施提出工藝要求。達(dá)到投資少、成本低、見效快的目的；（3）要因地制宜，考慮設(shè)計(jì)廠所在地的原料來源，水、電、氣的供應(yīng)，熱能和水。水果提取法是早期制取檸檬酸的方法，是指檸檬酸從檸檬、橙、橘子、蘋果等檸檬酸含量較高的水果中提取?；瘜W(xué)合成法的原料是丙酮，二氯丙酮或乙烯酮。而生物發(fā)酵法發(fā)酵周期短，產(chǎn)率高，節(jié)省勞動(dòng)力，占地面積小，便于實(shí)現(xiàn)儀表控制和連續(xù)化，現(xiàn)已成為檸檬酸生產(chǎn)的主要方法。 生物發(fā)酵法檸檬酸的生物發(fā)酵法有多種發(fā)酵工藝，有固體表面發(fā)酵法，表面發(fā)酵法，深層發(fā)酵法，石油烴(正構(gòu)烷烴)發(fā)酵法等等，目前生物發(fā)酵法主要采用前三種方法為主。還有用玉米、小麥淀粉的水解液，制備葡萄糖的母液等均可生產(chǎn)檸檬酸。表面發(fā)酵法又稱淺層發(fā)酵法。這種工藝出現(xiàn)最早，至今工業(yè)上仍然沿用，主要用于糖蜜原料的發(fā)酵。該方法具有設(shè)備簡(jiǎn)單，投資少投產(chǎn)快，操作簡(jiǎn)單，能耗低，原料粗放，產(chǎn)酸濃度高等優(yōu)點(diǎn)。固體發(fā)酵法也屬淺盤發(fā)酵法的一種，是將固體原料與曲霉菌絲體混合，經(jīng)過微生物的代謝活動(dòng)，將原料中的可發(fā)酵成分轉(zhuǎn)化為檸檬酸。采用固體發(fā)酵所用儀器設(shè)備簡(jiǎn)單，投資少，操作簡(jiǎn)便，原料粗放，發(fā)酵時(shí)間短，但其占地面積大，勞動(dòng)強(qiáng)度大，產(chǎn)酸率及提取率低，副產(chǎn)物多。深層發(fā)酵法和表面發(fā)酵的基本原理相似，只是發(fā)酵過程發(fā)生在密閉的大型發(fā)酵罐內(nèi)，菌體的生長(zhǎng)分散在整個(gè)液體介質(zhì)內(nèi)。發(fā)酵罐通常由罐體、攪拌、冷卻裝置和空氣分布器等組成。發(fā)酵期間罐內(nèi)始終通入無菌空氣，以增加培養(yǎng)基內(nèi)的溶解氧，注意控制發(fā)酵溫度、pH、通氣量及攪拌速度，維持菌體的生長(zhǎng)。石油烴（正構(gòu)烷烴）發(fā)酵法采用解脂覆膜孢酵母為菌種，以石油為原料發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸是基于分解長(zhǎng)鏈烷烴的能力，先通過一端氧化產(chǎn)生長(zhǎng)鏈脂肪酸，誘發(fā)子鏈打開，借β氧化或ω氧化作用成為短鏈脂肪酸，然后進(jìn)入三羧酸循環(huán)產(chǎn)生檸檬酸，反應(yīng)歷程如下：C16H34 + + H2O → C16H32O2 + 2H2C16H32O2 + 16H2O + ATP → 8C2H4O2 + 14H2 + AMP + 2Pi3C2H4O2 + H2O → C6H8O7 + 3H2 本次設(shè)計(jì)采用深層發(fā)酵法。至今世界上消費(fèi)的檸檬酸主要采用發(fā)酵法生產(chǎn)，而最具優(yōu)勢(shì)的是黑曲霉和解脂假絲酵母等菌種的深層發(fā)酵法。所以本設(shè)計(jì)擬采用黑曲霉G234菌種作為生產(chǎn)用菌種。但從工業(yè)成本考慮，多采用廉價(jià)符合要求的原料。或容易除去，能滿足工藝要求。c原料成分對(duì)產(chǎn)品的提取、精制無影響。所以我們按實(shí)際需要，本次設(shè)計(jì)將以玉米作為生產(chǎn)用原料。黑曲霉利用糖類發(fā)酵生成檸檬酸，其生物合成途徑普遍認(rèn)為是：葡萄糖經(jīng)過酵解途徑（EMP)和HMP途徑轉(zhuǎn)變?yōu)楸幔嵋环矫嫜趸擊壬梢阴］o酶A，另一方面經(jīng)二氧化碳固定反應(yīng)生成草酰乙酸，草酰乙酸與CoA在檸檬酸合成酶的作用下產(chǎn)生檸檬酸[16][17]。 糖化工藝采用淀粉質(zhì)原料生產(chǎn)檸檬酸，黑曲霉不能直接利用玉米。 （1）液化的方法及選擇 酸法：以強(qiáng)酸為催化劑，高溫、高壓條件下進(jìn)行，液化程度較難掌握。酶法：用α淀粉酶，在中性溶液，常溫、常壓條件下進(jìn)行，液化程度容易掌握。其方法按工藝條件分：間歇液化法（直接升溫液化法）、半連續(xù)液化法（高溫液化法）、連續(xù)液化法 （噴射液化法）；按設(shè)備條件分：罐式、管式、噴射式；按加酶方式分：一次、二次、三次加酶多段液化工藝。 （2）檸檬酸的噴射液化工藝噴射液化噴射液化是在噴射器中進(jìn)行瞬間液化，高壓蒸汽通過噴嘴，使噴射器的內(nèi)腔形成真空，混有α淀粉酶的淀粉乳，在此力的引吸下，呈薄膜狀進(jìn)入噴射器內(nèi)腔，隨即與蒸汽混合形成湍流，料溫驟升至100～120℃，瞬間完成了糊化、液化，淀粉糊粘度迅速下降，形成的流體從噴射器下部出料口排至保溫系統(tǒng)，恒溫90℃維持30～60分鐘，達(dá)到需要的液化溫度。但這類噴射器，～。通蒸汽進(jìn)噴射器、保溫系統(tǒng)，待出口溫度達(dá)90℃以上時(shí)，打開漿料回流閥，開始將漿料泵入噴射器進(jìn)行液化，出料口溫度達(dá)到95～97℃時(shí)，關(guān)小回流閥，料液進(jìn)入層流罐，在90～95℃條件下，維持30～60分鐘，然后進(jìn)行二次噴射，料溫達(dá)到140～145℃，進(jìn)入維持管維持3～5分鐘后，經(jīng)閃冷器迅速降溫后落入二次液化罐中，加余下的1/3淀粉酶，在90 ℃左右維持30分鐘，碘檢查無藍(lán)色反應(yīng)，～，趁熱過濾去渣。 發(fā)酵工藝 （1）菌種的擴(kuò)大培養(yǎng) 菌種的擴(kuò)大培養(yǎng)是檸檬酸發(fā)酵工藝所要求的。黑曲霉檸檬酸發(fā)酵的接種物是黑曲霉分生孢子，所以這一過程又稱為干孢子生產(chǎn)。對(duì)孢子質(zhì)量的要求是：形態(tài)整齊均一，無雜菌污染，發(fā)芽率高，發(fā)芽后生長(zhǎng)速度適當(dāng)，產(chǎn)酸活力高，無老化現(xiàn)象。目前發(fā)酵工業(yè)液體發(fā)酵培養(yǎng)基的滅菌方法仍然采用濕熱蒸汽滅菌。其滅菌的方式分為間歇式（實(shí)消）與連續(xù)式（連消）。連續(xù)式：設(shè)備操作相對(duì)復(fù)雜，但事實(shí)上設(shè)備一直處于相對(duì)較熱和穩(wěn)定的溫度，熱利用率較高，培養(yǎng)基升溫快，加熱時(shí)間短，營(yíng)養(yǎng)成分受破壞少，無死角，滅菌效果好適用于大量培養(yǎng)基的滅菌。 （3）曲霉檸檬酸發(fā)酵條件控制 營(yíng)養(yǎng)要求 黑曲霉檸檬酸生產(chǎn)菌是化能異養(yǎng)微生物，只能利用有機(jī)碳源。從檸檬酸生產(chǎn)角度看，葡萄糖、蔗糖、糊精是良好的碳源，工業(yè)上為降低生產(chǎn)成本，多采用廉價(jià)的甘薯、玉米、小麥及其淀粉、糖蜜等。黑曲霉偏好生理酸性無機(jī)氮，這是因?yàn)樯硭嵝缘械匿@離子被利用后，使培養(yǎng)基變酸，可以使發(fā)酵中的黑曲霉生長(zhǎng)階段結(jié)束，進(jìn)入產(chǎn)酸階段，PH下降到較低水平有利于檸檬酸的積累。在檸檬酸發(fā)酵中，有的構(gòu)成菌體，有的促進(jìn)代謝，有的促進(jìn)產(chǎn)酸等，因此對(duì)黑曲霉的生長(zhǎng)和檸檬酸發(fā)酵具有重要的作用。7H2OCa2+Cu2+Fe2+Mn2+ 國(guó)內(nèi)黑曲霉檸檬酸生產(chǎn)菌的培養(yǎng)基培養(yǎng)基組成生孢培養(yǎng)基發(fā)酵培養(yǎng)基（1）斜面培養(yǎng)基麥芽汁蔗糖10～120Bx瓊脂2%（2）麩曲培養(yǎng)基2%麥麩（3）薯干粉約70g濕麩皮/1000mL瓶16%～20%（4）玉米液化液13%～14%NH4NO34%～5% 溫度控制 黑曲霉屬嗜熱微生物，一般認(rèn)為，深層液體發(fā)酵中，溫度低于28℃會(huì)導(dǎo)致長(zhǎng)菌和產(chǎn)酸緩慢，溫度高于37℃會(huì)導(dǎo)致菌體和雜酸形成過量，呼吸作用加強(qiáng)，影響糖酸轉(zhuǎn)化率。 PH黑曲霉檸檬酸生產(chǎn)菌生長(zhǎng)發(fā)育適宜pH為3～7。 接種量和接種方式 接種量：直接決定于進(jìn)入培養(yǎng)系統(tǒng)的孢子數(shù)量。 接種方式：采用孢子接種比菌絲接種效果好。 溶解氧的控制 黑曲霉檸檬酸生產(chǎn)菌是嚴(yán)格的好氧微生物，不管生長(zhǎng)、繁殖、還是產(chǎn)酸均需要氧。 泡沫的控制 發(fā)酵過程中會(huì)產(chǎn)生大量泡沫，可能導(dǎo)致跑液或染菌。機(jī)械消泡是借助機(jī)械力將泡打碎或借壓力使泡沫破裂，其優(yōu)點(diǎn)是不用在發(fā)酵液中加入其它物質(zhì)，節(jié)省原料，減少染菌機(jī)會(huì)，缺點(diǎn)是不能從根本上消除引起穩(wěn)定泡沫的因素，消泡效果不如化學(xué)消泡劑迅速可靠，需要一定的設(shè)備和動(dòng)力。 （4）工藝流程 種子罐←麩曲菌種←試管斜面←原始菌種 環(huán)境空氣 ↓ ↓調(diào)節(jié)好的水解糖液→冷卻→發(fā)酵罐←無菌空氣←空氣凈化系統(tǒng)←空壓機(jī)←過濾 ↓ 成熟發(fā)酵醪→去檸檬酸提取工段 檸檬酸發(fā)酵工藝流程 提取工藝檸檬酸發(fā)酵液中除含有主產(chǎn)物檸檬酸之外，還含有纖維素、菌體、有機(jī)雜酸、糖、蛋白類膠體物質(zhì)、色素、礦物質(zhì)及其他代謝產(chǎn)物等雜質(zhì)，它們或來自發(fā)酵原料、或在發(fā)酵過程中生產(chǎn)，它們或溶存或懸浮于發(fā)酵醪中。從檸檬酸發(fā)酵液中提取檸檬酸的方法主要是：鈣鹽—離子交換法、溶劑萃取法，離子交換法、離子色譜法等。 （1）檸檬酸提取方法[1]鈣鹽離子交換工藝：其理論依據(jù)是將CaCO3或Ca (OH)2 加入發(fā)酵清醪液中，形成檸檬酸鈣沉淀，然后將此沉淀與濃硫酸反應(yīng)，形成硫酸鈣沉淀，析出檸檬酸溶液，再經(jīng)過離子交換及濃縮結(jié)晶后，便可以得到檸檬酸晶體，此法工藝成熟、原材料易得、操作方便、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，而且總收率也較高。國(guó)內(nèi)的萃取工藝和設(shè)備不夠完善、反萃取水相檸檬酸濃度太低、萃余液的出路未做深入研究、存在產(chǎn)品毒性問題。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是方法簡(jiǎn)便，設(shè)備較少，勞動(dòng)強(qiáng)度不大。色譜分離（ILCS）工藝：基本原理是基于離子交換樹脂自身的轉(zhuǎn)換，使用單一離子交換樹脂為固相離子交換劑。綜上所述，本設(shè)計(jì)采用鈣鹽離子交換工藝來提取檸檬酸。原料價(jià)格低廉，發(fā)酵體系為均一液體，發(fā)酵速率高，產(chǎn)品得率高過濾后的得到的玉米殘