檸檬酸發(fā)酵過程調(diào)控的研究

楊儒文

摘 要：檸檬酸是一種有機酸，主要應(yīng)用在我國食品領(lǐng)域。我國檸檬酸的制備起步比較晚，前期檸檬酸發(fā)酵主要是利用砂糖等原質(zhì)進(jìn)行表面發(fā)酵。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，研究出了新的發(fā)酵方法，即淀粉原質(zhì)進(jìn)行深層發(fā)酵的方法。為了研究出高效制備檸檬酸的方法，文章以黑曲霉CO827為菌種；以玉米粉為原質(zhì)，并液化為培養(yǎng)基；然后對菌種進(jìn)行培養(yǎng)發(fā)酵。通過對培養(yǎng)過程中的菌種的呼吸商數(shù)值，判斷檸檬酸的轉(zhuǎn)化率。從而研究出高效制備的條件。

關(guān)鍵詞：檸檬酸發(fā)酵；黑曲霉；發(fā)酵液

檸檬酸是動植物體內(nèi)三羧酸循環(huán)代謝的中間產(chǎn)物，是非常有應(yīng)用價值的產(chǎn)品。檸檬酸具有易溶于水、安全無毒、pH調(diào)節(jié)范圍廣等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于食品領(lǐng)域、醫(yī)藥領(lǐng)域以及其他工業(yè)領(lǐng)域。作為發(fā)酵產(chǎn)品，檸檬酸位居世界第二，其供應(yīng)需求隨著經(jīng)濟(jì)全球化的發(fā)展而逐年增多。目前我國檸檬酸的發(fā)酵主要運用黑曲霉培養(yǎng)法。因此，如何開發(fā)一種高效制備檸檬酸的方法，是目前市場的迫切需求。

1 材料與方法

1.1 菌種

檸檬酸生產(chǎn)菌種選用黑曲霉CO827。

1.2 培養(yǎng)基

檸檬酸的制備主要是通過淀粉酶解液進(jìn)行發(fā)酵。因此，培養(yǎng)基選用玉米粉為原質(zhì)。干玉米粉和水調(diào)漿，得到玉米粉醪液，玉米粉含量為23%，水含量為77%；利用 Ca（OH）2控制醪液pH值在6.0左右；添加-淀粉酶，以相對淀粉重量份的0.6‰來添加；迅速升溫到96℃，在該溫度下進(jìn)行攪拌、保溫液化，當(dāng)?shù)庠嚍榈獗旧珪r停止液化，得到玉米液化混液，過濾后得到玉米液化清夜[1]。

種子培養(yǎng)基：玉米淀粉混液。

發(fā)酵培養(yǎng)基：玉米淀粉混液和清夜與水按照比例配置。

1.3 實驗儀器

恒溫培養(yǎng)箱、超低溫冰箱、顯微鏡、MAX3000-LG質(zhì)譜儀、梅特勒檢測系統(tǒng)、高壓液相色譜、冷凍立式離心機、冷凍干燥機、精密pH計、發(fā)酵罐、滅菌鍋等。

1.4 菌種培養(yǎng)方法

對檸檬酸發(fā)酵過程調(diào)控的研究，是通過呼吸商對黑曲霉的生長情況進(jìn)行判斷，是否適合接下來的發(fā)酵過程。實驗過程中將黑曲霉呼吸商保持在0.7至1.5數(shù)值內(nèi)，時間維持在2h至8h。具體實施方式如下：

將玉米液化混液加水稀釋，達(dá)到總糖重量的10%，然后投入到種子罐中，加入氮源，氮源的加入量達(dá)到培養(yǎng)基溶液重量的0.35%后，進(jìn)行加熱消毒，加熱溫度控制在121℃，維持25分鐘后迅速降溫到常溫36℃。將黑曲霉CO827接種到培養(yǎng)基上，在溫度36℃、通氣量為0.4/體積條件下進(jìn)行培養(yǎng)。接入質(zhì)譜儀，通過對培養(yǎng)過程中尾氣中的氧氣消耗和二氧化碳釋放的速率等檢測，計算出黑曲霉的呼吸商數(shù)值[2]。

菌種培養(yǎng)過程中，停止對菌種培養(yǎng)的情況分為以下幾種：①呼吸商數(shù)值為0.75，且維持時間為7h；②呼吸商數(shù)值為0.90，且維持時間為3h；③呼吸商數(shù)值為1.00，且維持時間為5h；④呼吸商數(shù)值為1.30，且維持時間為2h。

為了確保實驗數(shù)據(jù)的可靠性，在上述菌種培養(yǎng)的條件下，停止對菌種培養(yǎng)的方法還可以是，通過對pH值、酸度值等檢測，對黑曲霉的生長情況進(jìn)行觀察，實驗中以pH值達(dá)到2.5，酸度達(dá)到1%，且菌球均勻、菌絲粗壯時，停止對菌種的培養(yǎng)。

將培養(yǎng)好的黑曲霉菌種加入到發(fā)酵罐中進(jìn)行發(fā)酵。利用質(zhì)譜儀對菌種呼吸商進(jìn)行在線檢測，從而判斷呼吸商的取值范圍。在37℃、通風(fēng)量為0.4/體積條件下進(jìn)行培養(yǎng)60h。發(fā)酵結(jié)束，檸檬酸發(fā)酵液的提取通過固液分離方法來進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

根據(jù)《食品添加劑 檸檬酸》（GB 1987-2007），規(guī)定了食用工業(yè)加工檸檬酸的分析方法、檢驗規(guī)則等，對上述實驗中的黑曲霉菌種發(fā)酵后的發(fā)酵液濃度，也稱之為酸度進(jìn)行計算，并對相應(yīng)的檸檬酸的轉(zhuǎn)化率進(jìn)行計算，計算公式如下[3]：

轉(zhuǎn)化率（%）=發(fā)酵液的濃度×發(fā)酵液的體積/總糖的重量×100%

根據(jù)公式，對上述五個實驗的發(fā)酵液的濃度以及檸檬酸的轉(zhuǎn)化率計算結(jié)果如表1。

從表1數(shù)據(jù)中可以明顯的看出，黑曲霉菌種培養(yǎng)好以后，在發(fā)酵過程中的發(fā)酵效率比較高，而且種子質(zhì)量幾乎不受人為因素的影響，保證了不同批次的黑曲霉菌種培養(yǎng)的穩(wěn)定性。

另外，從實驗數(shù)據(jù)中表明，黑曲霉菌種停止培養(yǎng)條件以呼吸商數(shù)值在0.85至1.0之間，維持時間在3h至5h之間為最佳，這個條件培養(yǎng)出的菌種，在發(fā)酵過程中能夠更高效的生產(chǎn)檸檬酸。

3 總結(jié)

檸檬酸因為其安全無毒、易溶于水、pH值范圍廣等特點，被廣泛應(yīng)用與我國食品行業(yè)、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域等。為了對檸檬酸發(fā)酵過程進(jìn)行調(diào)控，文章運用黑曲霉菌種的培養(yǎng)方法，來制備檸檬酸。通過呼吸商數(shù)值來判斷最高效的檸檬酸發(fā)酵條件。這一研究方法既能提高檸檬酸的發(fā)酵效率，還能縮短發(fā)酵周期。對于我國檸檬酸高效制備上起到了推動作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫科，周鳳俠.黑曲霉XSY0607以纖維素為原料發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸培養(yǎng)基優(yōu)化研究[J].食品工業(yè)科技，2014.36（10）：72-74.

[2]周永生，張嗣良，周勇.一種檸檬酸的制備方法：CN，102373242B[P]，2014.