柠檬酸发酵过程调控的研究

杨儒文

摘 要：柠檬酸是一种有机酸，主要应用在我国食品领域。我国柠檬酸的制备起步比较晚，前期柠檬酸发酵主要是利用砂糖等原质进行表面发酵。经过几十年的发展，研究出了新的发酵方法，即淀粉原质进行深层发酵的方法。为了研究出高效制备柠檬酸的方法，文章以黑曲霉CO827為菌种；以玉米粉为原质，并液化为培养基；然后对菌种进行培养发酵。通过对培养过程中的菌种的呼吸商数值，判断柠檬酸的转化率。从而研究出高效制备的条件。

关键词：柠檬酸发酵；黑曲霉；发酵液

柠檬酸是动植物体内三羧酸循环代谢的中间产物，是非常有应用价值的产品。柠檬酸具有易溶于水、安全无毒、pH调节范围广等优点，被广泛应用于食品领域、医药领域以及其他工业领域。作为发酵产品，柠檬酸位居世界第二，其供应需求随着经济全球化的发展而逐年增多。目前我国柠檬酸的发酵主要运用黑曲霉培养法。因此，如何开发一种高效制备柠檬酸的方法，是目前市场的迫切需求。

1 材料与方法

1.1 菌种

柠檬酸生产菌种选用黑曲霉CO827。

1.2 培养基

柠檬酸的制备主要是通过淀粉酶解液进行发酵。因此，培养基选用玉米粉为原质。干玉米粉和水调浆，得到玉米粉醪液，玉米粉含量为23%，水含量为77%；利用 Ca（OH）2控制醪液pH值在6.0左右；添加-淀粉酶，以相对淀粉重量份的0.6‰来添加；迅速升温到96℃，在该温度下进行搅拌、保温液化，当碘试为碘本色时停止液化，得到玉米液化混液，过滤后得到玉米液化清夜[1]。

种子培养基：玉米淀粉混液。

发酵培养基：玉米淀粉混液和清夜与水按照比例配置。

1.3 实验仪器

恒温培养箱、超低温冰箱、显微镜、MAX3000-LG质谱仪、梅特勒检测系统、高压液相色谱、冷冻立式离心机、冷冻干燥机、精密pH计、发酵罐、灭菌锅等。

1.4 菌种培养方法

对柠檬酸发酵过程调控的研究，是通过呼吸商对黑曲霉的生长情况进行判断，是否适合接下来的发酵过程。实验过程中将黑曲霉呼吸商保持在0.7至1.5数值内，时间维持在2h至8h。具体实施方式如下：

将玉米液化混液加水稀释，达到总糖重量的10%，然后投入到种子罐中，加入氮源，氮源的加入量达到培养基溶液重量的0.35%后，进行加热消毒，加热温度控制在121℃，维持25分钟后迅速降温到常温36℃。将黑曲霉CO827接种到培养基上，在温度36℃、通气量为0.4/体积条件下进行培养。接入质谱仪，通过对培养过程中尾气中的氧气消耗和二氧化碳释放的速率等检测，计算出黑曲霉的呼吸商数值[2]。

菌种培养过程中，停止对菌种培养的情况分为以下几种：①呼吸商数值为0.75，且维持时间为7h；②呼吸商数值为0.90，且维持时间为3h；③呼吸商数值为1.00，且维持时间为5h；④呼吸商数值为1.30，且维持时间为2h。

为了确保實验数据的可靠性，在上述菌种培养的条件下，停止对菌种培养的方法还可以是，通过对pH值、酸度值等检测，对黑曲霉的生长情况进行观察，实验中以pH值达到2.5，酸度达到1%，且菌球均匀、菌丝粗壮时，停止对菌种的培养。

将培养好的黑曲霉菌种加入到发酵罐中进行发酵。利用质谱仪对菌种呼吸商进行在线检测，从而判断呼吸商的取值范围。在37℃、通风量为0.4/体积条件下进行培养60h。发酵结束，柠檬酸发酵液的提取通过固液分离方法来进行。

2 结果与分析

根据《食品添加剂 柠檬酸》（GB 1987-2007），规定了食用工业加工柠檬酸的分析方法、检验规则等，对上述实验中的黑曲霉菌种发酵后的发酵液浓度，也称之为酸度进行计算，并对相应的柠檬酸的转化率进行计算，计算公式如下[3]：

转化率（%）=发酵液的浓度×发酵液的体积/总糖的重量×100%

根据公式，对上述五个实验的发酵液的浓度以及柠檬酸的转化率计算结果如表1。

从表1数据中可以明显的看出，黑曲霉菌种培养好以后，在发酵过程中的发酵效率比较高，而且种子质量几乎不受人为因素的影响，保证了不同批次的黑曲霉菌种培养的稳定性。

另外，从实验数据中表明，黑曲霉菌种停止培养条件以呼吸商数值在0.85至1.0之间，维持时间在3h至5h之间为最佳，这个条件培养出的菌种，在发酵过程中能够更高效的生产柠檬酸。

3 总结

柠檬酸因为其安全无毒、易溶于水、pH值范围广等特点，被广泛应用与我国食品行业、医学领域等。为了对柠檬酸发酵过程进行调控，文章运用黑曲霉菌种的培养方法，来制备柠檬酸。通过呼吸商数值来判断最高效的柠檬酸发酵条件。这一研究方法既能提高柠檬酸的发酵效率，还能缩短发酵周期。对于我国柠檬酸高效制备上起到了推动作用。

参考文献：

[1]孙科，周凤侠.黑曲霉XSY0607以纤维素为原料发酵生产柠檬酸培养基优化研究[J].食品工业科技，2014.36（10）：72-74.

[2]周永生，张嗣良，周勇.一种柠檬酸的制备方法：CN，102373242B[P]，2014.