1890年,在意大利柑橘類水果產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)上,開始了工業(yè)規(guī)模的檸檬酸生產(chǎn),用熟石灰(氫氧化鈣)處理果汁以沉淀檸檬酸鈣,然后分離檸檬酸鈣并用稀硫酸將其轉(zhuǎn)化為檸檬酸 [9]。
1917年,美國食品化學(xué)家詹姆斯-庫里(James Currie)發(fā)現(xiàn),黑曲霉的某些菌株可以地生產(chǎn)檸檬酸,兩年后,輝瑞制藥公司開始使用這種技術(shù)進行工業(yè)化生產(chǎn) [10]。1929年,Citrique Belge公司也開始使用這種技術(shù)進行生產(chǎn)。這種生產(chǎn)技術(shù)至今仍是檸檬酸的主要工業(yè)化生產(chǎn)途徑,在這種技術(shù)中,黑曲霉培養(yǎng)物在含蔗糖或葡萄糖的培養(yǎng)基上進行喂養(yǎng),以生產(chǎn)檸檬酸。糖的來源是玉米浸液、糖蜜、水解玉米淀粉或其他廉價的含糖溶液。從生成的溶液中過濾出霉菌后,用氫氧化鈣沉淀檸檬酸,生成檸檬酸鈣鹽,再用硫酸處理,從中再生檸檬酸,就像直接從柑橘果汁中提取檸檬酸一樣 [11]。
1977年,Lever Brothers公司獲得了在高壓條件下從烏頭鈣鹽或異檸檬酸鈣鹽(又稱異檸檬酸鈣鹽)開始化學(xué)合成檸檬酸的專利。這似乎是一種逆向的、非酶的三羧酸循環(huán)反應(yīng),可產(chǎn)生接近定量的檸檬酸 [12]。
2018年,全球產(chǎn)量超過200萬噸。其中50%以上產(chǎn)自中國 [13]。50%以上用作飲料中的酸度調(diào)節(jié)劑,約20%用于其他食品應(yīng)用,20%用于洗滌劑應(yīng)用,10%用于食品以外的應(yīng)用,如化妝品、藥品和化工行業(yè) [9]。
在檸檬酸的工業(yè)生產(chǎn)中都采用微生物發(fā)酵法,而有價值的只有幾種曲霉菌和酵母菌,其中黑曲霉菌是工業(yè)中具有競爭力的菌種,酵母中競爭力強的有解脂假絲酵母和季也蒙赤酵母等。
黑曲霉是在瓊脂上培養(yǎng)的,在瓊脂上成局限菌落,在室溫下培養(yǎng)10~14天,成為豐富密集的孢子梗,菌落為黑色,有時也為深褐黑色??紤]到檸檬酸生產(chǎn)菌應(yīng)具有產(chǎn)酸能力強和耐檸檬酸濃度高的特點,可采用酸性濾紙法、變色圈法和單孢子移植法將黑曲霉分離出來,以避免其他雜菌干擾,使其成為生產(chǎn)檸檬酸用黑曲霉。酵母的培養(yǎng)可用于檸檬酸生產(chǎn)的酵母有解脂假絲酵母和季也蒙假絲酵母2種。前者有很強的分解脂肪的能力,較好的炭源是正烷烴。后者可由烷烴發(fā)酵生成檸檬酸,也可由糖類發(fā)酵生成檸檬酸,酵母發(fā)酵pH值為3.5~4.0。 [20]
發(fā)酵
檸檬酸是通過微生物發(fā)酵生產(chǎn)的有機酸,在洗滌劑生產(chǎn)當(dāng)中進行應(yīng)用比較廣泛,其自身的特異性以及螯合作用發(fā)揮起到了積極作用。檸檬酸在實際的使用過程中,有著良好的性能體現(xiàn),主要就是在安全性方面比較,制備檸檬酸的原料都是來源于糧食,這是安全的食品級微生物。檸檬酸的使用對環(huán)境不會造成影響,在微生物以及熱等作用下比較容易降解,其自身的螯合能力也比較強,主要及時檸檬酸鹽對錳離子以及鐵離子等有著比較強的螯合能力,使用效果也比較。洗滌劑中的檸檬酸使用性能中的緩蝕性也比較,酸洗作為化學(xué)清洗中的一個比較重要的環(huán)節(jié),和無機酸相比較而言,檸檬酸的酸性相對比較弱,所以對設(shè)備所產(chǎn)生的腐蝕性也比較小,檸檬酸清洗的安全可靠性比較強,廢液也比較容易處理,對人體不會造成危害 [24]。檸檬酸清洗機理