表面发酵法生产柠檬酸钠的工艺
利用表面发酵法生产柠檬酸钠,一般的原始工艺内容是简单的。真菌菌丝体像织网一样生长在液体培养基表面,培养基盛在数目众多的浅盘内,每盘容积50~100 L。表面积约5 m2,深度在5~20 cm之间。盘子由高纯铝或不锈铜制成,通常能由两个男人举起。盘子于隔室内的架子上叠放,以保证在一个相对无菌的条件下操作。虽然最初使用了各种不同的糖源,但不久蔗糖糖蜜和甜菜糖蜜成为常用的糖源。糖蜜被稀释需要的浓度(通常为15 o/60),调节pH 5~7,在灭菌之后,培养基泵入浅盘,然后以孢子直接接种,或加入悬浮种液接种,也可采用气流吹带孢子接种。发酵隔室通气对于氧的传递和热扩散十分重要,通气量大小取决于微生物的不同生长阶段。最初12小时无菌空气的通气速率较低,主要用于防柠檬酸钠止孢子萌发过程污染。后来,当微生物在对数期生长时,通气量要加大到每立方米培养基每分钟10 m3以保证热扩散。产生的热量相当可观,大约每立方米培养基每小时产1 kJ(1 kJ h‘1 m。3),而培养基和表面理想温度大约是28,~30℃。此阶段不必通入高流量无菌空气,因为在24小时培养之后,一旦pH值下降,污染不再成为问题。pH值降到2,或者略低于2,保持在这个水平直到发酵结束。因此,制造高质量耐酸腐蚀的盘子是必要的。入口空气湿度约40%~60%,以防止培养基表面空间湿度损失。发酵周期8~15天,目标是最短周期,最大生产率。虽然发酵周期、生产效率和产率的细节被严格保密,但订单上能反映出每天每平方米产lkg酸的生产效率和75%的糖酸转化产率。发酵结束点通过测定总酸或者经验判断。结束发酵后的菌丝团过滤去除,然后洗涤直到含有总酸的15%。酸液用氢氧化钙于90℃处理,生成柠檬酸钠三钙四面体盐沉淀。虽然有可能在纯糖醪液中实现结晶,但直接自粗糖蜜培养介质中结晶柠檬酸钠是不可能的。洗涤柠檬酸钙沉淀,然后以硫酸酸解钙盐生成硫酸钙和柠檬酸钠,柠檬酸钠溶液可进一步按工艺要求处理。
表面发酵工艺生产柠檬酸钠虽然商业上获利多年,但劳动强度大而且空间利用效率差,一个大浅盘能够被举起的高度是有限的!表面发酵工艺于20世纪40年代初受到深层发酵工艺的挑战。当Shu和Johnson发表了有关培养介质成分及其浓度在深层发酵时对柠檬酸钠生产的影响的研究工作时,深层发酵基础工艺技术就已经在工业规模得到了开发(Shu和Johnson,1948a,1948b)。