玉米生產檸檬酸生產工藝改進

摘 要:近年來，隨著農業的發展和生化發酵工藝研究的深入，以玉米作為新興原料生產檸檬酸的工藝受到檸檬酸生產企業的青睞。與以薯干為原料的傳統的檸檬酸生產工藝相比，以玉米為原料除了能產出高質量的檸檬酸，還具有減少有害物的排放和大大降低檸檬酸的生產成本等諸多優點。所以，研究和改進以玉米為原料的檸檬酸生產工藝是有重要意義的。

關鍵詞:玉米 檸檬酸 發酵 黑曲霉

中圖分類號:TQ921.1文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)10(c)-0133-01

1 玉米生產檸檬酸工藝介紹

檸檬酸是世界上產量較大的一種有機酸，且是一種無水物，檸檬酸的生產工藝主要有生物發酵法、水果提取法和化學合成法這三種。

采用玉米粉為原料生產檸檬酸利于實現低能耗、低污染、高效益的目標。過濾玉米渣和過剩的蛋白質后轉向發酵程序，將菌種和糖液混合通入無菌空氣進行深層發酵，發酵罐保持適宜的溫度35～37℃環境下生長，相對于傳統以薯干為原料而言，以玉米作為新興原料生產檸檬酸具有產酸快、發酵周期短、成本低、溶氧能力強等優點。一般來說，產酸收益整體上能提高10%左右。

2 玉米粉發酵生產工藝的改進

傳統的檸檬酸生產都是以薯干作為原材料，經過生物發酵和鈣鹽提取工藝制作的，這種方法生產的產品質量差而且成本高，環境污染嚴重，為了進一步擴大經濟效益，提高生產效率，實現清潔無污染的生產，需要對檸檬酸生產提取工藝加以改進。在原料方面，目前研究出了玉米粉、稻米以及秸稈等，工藝上采用工業離子色譜法、母液凈化處理以及循環利用廢糖液技術，這樣不僅有效地降低了成本，而且對于檸檬酸生產剩余的副產物，要通過優化工藝的方式加以合理的利用，廢物排放量少有利于環境保護。

2.1 對玉米中的其他營養物質的開發

玉米生產檸檬酸時，用到的只是玉米中的淀粉。可以在生產過程中對玉米中的其他營養物質進行回收、提純和開發，生產出玉米蛋白粉、纖維飼料和高附加值的玉米油等副產品，這樣的“吃干榨盡”的生產思想有效提高了經濟效益。

2.2 清液發酵和培養基的調整

為了提高培養基的溶氧效果，在生產過程中適時除去培養基中的雜質(固形物)和過剩的營養物，這樣培養基會呈現一種清液狀態，溶氧能力增強，同時也縮短了發酵周期。另外，天然培養基經過合理調整后無須加入微量元素、生長素、氮源、無機鹽等成分，這樣各種成分比例合適的培養基大大提高了轉化率和產酸率。

2.3 低溫液化技術

在常壓的條件下，采用低溫液化技術，不僅能保證培養基的質量，還能達到徹底液化的工藝要求。

2.4 利用高科技的生產工藝

在培育玉米時，采用誘變育種的方式，從中選擇適宜生產檸檬酸(比如淀粉含量較高的誘變品種)的玉米品種和進行大量培育，采用高濃度玉米粉檸檬酸性平板馴化的高新技術，培育和選擇具有高轉化率、發酵周期短和高產酸率的優質菌株。將高科技手段運用到大規模的發酵生產工藝中，實現經濟效益和環境效益的雙重收獲。

2.5 母液的凈化

檸檬酸母液凈化的一種改進工藝是先用濃硫酸凈化母液(除去母液中的易碳物質)，除去雜質后，再通入酸解工序中進行酸解(除去酸解液中的鈣離子)，這樣提高了硫酸的利用率。這樣的工藝改進能有效降低硫酸的消耗量和排放量。

2.6 檸檬酸提取工藝改進

目前國內檸檬酸生產廠家大部分采用鈣鹽法。主要有兩種改進方法，一是把過濾后的檸檬酸液和碳酸鈣反應生成檸檬酸氫鈣再用硫酸進行復分解反應得到高濃度的檸檬酸液;二是，在濃縮完成之后需加一個過濾裝置，除去濃縮過程中析出的碳酸鈣微粒，有效提高離子交換樹脂的利用率，減輕離子交換的負擔，提升檸檬酸產品質量。

2.7 對廢糖液的循環利用

檸檬酸生產中是將檸檬酸先轉化為廢糖液，然后進行發酵工序，在這里，介紹一種廢糖液的利用方法，即是將廢糖液重新用于原料的調漿，這樣做大大減少了廢糖液的排放量，使得污水處理成本大大降低，節約用水的同時還能保證檸檬酸的收益率、質量和提取進度。

2.8 鈣鹽離子交換法

鈣鹽法是我國生產檸檬酸的一種傳統方法隨著今年的科技進步，在工藝和設備方面得到優化和改進，基本上實現了生產自動化。

工藝流程如圖1所示。

2.9 電滲析技術

電滲析是一種高效的膜分離技術，其原理是利用陰陽離子交換膜的選擇透過性的電場力的作用下，使檸檬酸根和氫離子結合為檸檬酸，整個過程中檸檬酸的損失少，平均收率達到92.7%。相對于傳統檸檬酸提取工序中酸化沉淀的檸檬酸鈣方法而言，這種改進后的工藝不需要添加鈣成分，更加簡單，便于實現自動化生產，對環境影響小，生產周期短容易進行自動化生產。其缺點在于會增加檸檬酸的生產成本(電滲析的膜費較高)，消耗的電能較多。

3 使用玉米清液發酵檸檬酸

傳統工藝使用粗玉米粉生產檸檬酸時，由于粗玉米粉中的蛋白質含量豐富，在發酵時無用成分較多且易于造成菌體瘋長，不利于產酸。而用玉米清夜進行檸檬酸的發酵時有明顯的優勢。

3.1 玉米清夜發酵檸檬酸的優點

將玉米粉液化后，制成清夜，清夜中蛋白質含量低，固形物等雜質得以有效去除，清液中脂肪含量低，提高了轉化率和溶氧量，并且縮短了生產周期。

3.2 以玉米清液作為原料的發酵工藝的研究

這里研究以玉米清液為原料，用300M3容量的發酵罐，采用黑曲霉為菌種進行發酵，探討檸檬酸發酵的優化工藝條件。采用斜面培養基，使用玉米漿作為氮源，加入15%的玉米清液和25%的玉米粉，發酵溫度定為37℃，通風比1∶0.3，接種量12%，發酵罐轉速90r/min，pH值調至5～6，運行64小時，糖酸平均轉化率高達98%。此檸檬酸發酵的優化條件下，黑曲霉菌株菌絲飽滿、伸展均勻、松緊適中。

4 結語

作為檸檬酸發酵的新原料，玉米的成本較低，且采用玉米生產檸檬酸的發展和工藝改進潛力較大，企業在保證產出高質量的檸檬酸的前提下，應積極進行工藝的研究和探索，從外界引進新工藝和新技術用于生產，最終目標是實現低成本和綠色環保的雙重收益。

參考文獻

[1]陳堅，堵國成，等.發酵工程實驗技術[M].北京:化學工業出版社，2003.

[2]王博彥，金其榮，發酵有機酸生產與應用手冊.中國輕工業出版社，2007.