?工業(yè)檸檬酸主要通過微生物發(fā)酵法 生產(chǎn)，以含淀粉或糖類的原料（如薯類、谷物、糖蜜）為基礎(chǔ)，結(jié)合生物發(fā)酵和化學提純工藝。以下是詳細生產(chǎn)流程及關(guān)鍵環(huán)節(jié)解析：
一、核心生產(chǎn)工藝：微生物發(fā)酵法
1. 原料預(yù)處理
原料選擇：
淀粉質(zhì)原料：玉米、木薯、紅薯等（需先將淀粉轉(zhuǎn)化為葡萄糖）。
糖質(zhì)原料：糖蜜（甘蔗或甜菜制糖副產(chǎn)品，直接含可發(fā)酵糖）。
處理步驟：
粉碎與蒸煮：淀粉質(zhì)原料需粉碎后高溫蒸煮（120-140℃），破壞細胞壁并糊化淀粉，便于后續(xù)酶解。
酶解糖化：添加 α- 淀粉酶 和 糖化酶，將淀粉逐步水解為葡萄糖（糖液濃度通常控制在 12%-18%）。
過濾除雜：通過板框過濾或離心，去除原料中的纖維、蛋白質(zhì)等不溶性雜質(zhì)，得到澄清糖液。
2. 發(fā)酵過程
菌種選擇：
黑曲霉（Aspergillus niger） 是最常用菌種，具有產(chǎn)酸能力強、耐高糖等特性，可通過基因工程優(yōu)化菌種以提高產(chǎn)率。
發(fā)酵條件控制：
溫度：初期維持 30-32℃促進菌體生長，產(chǎn)酸期升溫至 35-37℃（需嚴格控溫，避免雜菌污染）。
pH 值：發(fā)酵初期 pH 調(diào)至 4.5-5.0，產(chǎn)酸階段降至 2.0-2.5（酸性環(huán)境抑制雜菌，促進檸檬酸積累）。
通氣與攪拌：需持續(xù)通入無菌空氣并攪拌，保證菌體有氧呼吸（黑曲霉為好氧菌），同時均勻散熱。
發(fā)酵周期：通常為 50-72 小時，終點時發(fā)酵液中檸檬酸濃度可達 120-150 g/L。
3. 提取與純化
發(fā)酵結(jié)束后，需從發(fā)酵液中分離并提純檸檬酸，具體步驟如下：
（1）中和與沉淀
中和劑：加入 碳酸鈣（CaCO?） 或 石灰乳（Ca (OH)?），與檸檬酸反應(yīng)生成 檸檬酸鈣沉淀。
操作：調(diào)節(jié) pH 至 6.0-7.0，使檸檬酸鈣充分沉淀，過濾分離沉淀（濾渣為含菌體、雜質(zhì)的 “濾泥”，濾液含可溶性雜質(zhì)）。
（2）酸解與過濾
酸解劑：向檸檬酸鈣沉淀中加入 硫酸（H?SO?），置換出檸檬酸，生成 硫酸鈣（石膏）沉淀、
操作：控制硫酸過量 5%-10%，加熱至 60-80℃促進反應(yīng)，過濾后得到 粗檸檬酸溶液（含硫酸鈣微粒、色素、膠體等雜質(zhì)）。
（3）脫色與除雜
脫色：向粗溶液中加入 活性炭，在 60-80℃下攪拌 30-60 分鐘，吸附色素和異味物質(zhì)，過濾去除活性炭。
離子交換：通過 陽離子交換樹脂（如 Na?型樹脂）去除 Ca2?、Fe3?等金屬離子，再用 陰離子交換樹脂 去除 SO?2?、Cl?等陰離子雜質(zhì)。
（4）濃縮與結(jié)晶
真空濃縮：將凈化后的溶液在減壓條件下（真空度約 80kPa）加熱濃縮至檸檬酸濃度達 80%-85%（沸點約 100-105℃）。
結(jié)晶方式：
一水檸檬酸：濃縮液冷卻至 30-35℃，析出含 1 分子結(jié)晶水的晶體（需控制攪拌速度防止顆粒過細）。
無水檸檬酸：進一步加熱至 40-50℃，減壓蒸發(fā)除去結(jié)晶水，或在較高溫度（如 60℃）下直接結(jié)晶。
離心分離：通過離心機分離晶體與母液，母液可循環(huán)回濃縮步驟以提高收率。
4. 干燥與包裝
干燥：
一水檸檬酸：晶體經(jīng)流化床干燥或氣流干燥，控制溫度 50-60℃，避免失去結(jié)晶水。
無水檸檬酸：需在更高溫度（80-100℃）下干燥，確保水分含量＜0.5%。
包裝：
采用內(nèi)襯食品級塑料袋的編織袋或紙板桶，規(guī)格多為 25kg / 袋，需密封防潮（尤其無水檸檬酸吸濕性強）。
二、關(guān)鍵技術(shù)要點
菌種優(yōu)化：
通過誘變育種或基因編輯（如 CRISPR 技術(shù)）改良黑曲霉，提高葡萄糖轉(zhuǎn)化率（目標＞90%）和耐高酸能力。
發(fā)酵控制：
實時監(jiān)測溶氧量（DO）、pH 值和有機酸濃度，通過補料系統(tǒng)（如流加葡萄糖溶液）維持穩(wěn)定代謝。
環(huán)保處理：
濾泥與石膏處理：濾泥可用于生產(chǎn)有機肥，石膏（硫酸鈣）可作為建筑材料或土壤改良劑。
廢水處理：發(fā)酵廢水需經(jīng)厭氧消化（如 UASB 反應(yīng)器）和好氧處理（如活性污泥法），降低 COD（化學需氧量）至排放標準。
三、其他生產(chǎn)方法（非主流）
化學合成法：
以乙醛、丙酮等為原料，經(jīng)多步化學反應(yīng)合成，成本高且工藝復(fù)雜，僅用于特殊領(lǐng)域（如實驗室制備）。
提取法：
從檸檬、柑橘等水果中直接提取，因原料成本高，僅用于食品添加劑等高附加值場景。