一、液化處理階段
1、流程：玉米→粉碎→調(diào)漿拌料→噴射液化→發(fā)酵罐。
1）采用風(fēng)選除去原料中多余的石塊雜質(zhì)以避免對(duì)粉碎機(jī)的損害。
2）采用實(shí)罐滅菌，主要考慮設(shè)備的投資，采用該法后設(shè)備固定無需再投資。
2、 工藝參數(shù)的選擇和論證
1）粉碎粒度：采用錘式粉碎機(jī)，其結(jié)構(gòu)簡單，占地少，生產(chǎn)能力大，操作彈性大。根據(jù)粉碎要求，采用60目篩網(wǎng)，同時(shí)也要根據(jù)液化法的要求。貯存玉米的倉庫為鋼板倉，附有鼓風(fēng)系統(tǒng)，定期鼓風(fēng)。首先經(jīng)刮板、提升等設(shè)備輸入至粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎，加工成60目以上的細(xì)顆粒，通過引風(fēng)機(jī)引風(fēng)將粉碎過的玉米提升至玉米粉刮板機(jī)，然后進(jìn)入調(diào)漿槽。粉碎機(jī)采用布袋除塵器。
2）配水比
配水比一般采用3.0～4.0，因?qū)嵐逌缇鷷?huì)產(chǎn)生冷凝水（由蒸汽而來），使溶液稀釋，可根據(jù)生產(chǎn)能力計(jì)算配水比。
3）氯化鈣與的添加：
（1）氯化鈣：取1g/l。氯化鈣的添加主要為保護(hù)酶活性（鈣離子的保護(hù)作用），因?yàn)闇囟鹊纳呤姑富盍p失加快，添加鈣離子提高了酶的作用溫度與穩(wěn)定性。
（2）α-：取8～10單位/g（淀粉），此處采用8單位/g。
與氯化鈣添加時(shí)需要用溫水溶化均勻再添加，以便更好的發(fā)揮其效力。
4）液化工藝參數(shù)
（1）溫度：90～115℃，取105℃。
（2）時(shí)間：35～45min，取40min。
液化時(shí)間在實(shí)際操作中應(yīng)用0.1％碘液檢測，不顯藍(lán)色或微淡藍(lán)色為準(zhǔn)。
5、所用主要設(shè)備：配料罐，液化罐，調(diào)配罐，發(fā)酵罐。
二、菌種的擴(kuò)大培養(yǎng)[9]
1、采用co827發(fā)酵菌種。
2、工藝參數(shù)的選擇與論證：
1）一級(jí)斜面培養(yǎng)：
（1）培養(yǎng)基：采用米曲汁瓊脂培養(yǎng)基：一份米曲加四份重量水于55℃糖化3～4h后煮沸過濾，加水調(diào)至100bx°調(diào)ph至6.0，加瓊脂20g/l。
（2）管20×200mm，裝液量1/4管長，0.1mpa（表壓）條件下滅菌30min。
（3）培養(yǎng)溫度：32℃。
（4）培養(yǎng)時(shí)間：菌種保藏3～4d，直接使用5～6d。
2）二級(jí)培養(yǎng)：
（1）茄子瓶500ml，裝液量80ml，0.1mpa（表壓）條件下滅菌30min，斜面放置，32℃培養(yǎng)一天，無污染方可使用。
（2）接種培養(yǎng)：32±1℃，6～7d。
3）三級(jí)培養(yǎng)：
（1）培養(yǎng)基：麩曲培養(yǎng)基。
（2）三角瓶1000ml，裝50g濕麩皮，八層紗布封口，0.1mpa（表壓）條件下滅菌40min，35℃培養(yǎng)一天，無污染可用。
（3）接種培養(yǎng)：30～32℃，14～16h翻曲一次，再經(jīng)6～8h翻曲一次，再經(jīng)數(shù)小時(shí)扣瓶，培養(yǎng)3～4d可用。
4、主要用設(shè)備為菌種培養(yǎng)罐，種子罐，微生物培養(yǎng)罐，微生物滅菌罐。
三、檸檬酸的發(fā)酵
1.滅菌工藝參數(shù)：
1）玻璃器及膠管：121℃，0.1mpa（表壓）飽和蒸汽水，1h。
2）斜面培養(yǎng)基：121℃ ，0.1mpa，30min。
3）麩面培養(yǎng)基：121 ℃，0.1mpa，30min。
4）種子罐：121℃，30min；
5）發(fā)酵罐： 121℃，30min；
6）接種管道、料管：2.5～3.0kgf/cm2，121℃，20min。
7）總空氣管道：120～150℃，2.5～3.0kgf/cm2，1h，每月一次。
8）無菌室：每周甲醛消毒一次，每天藥物消毒一次，每次使用前用紫外燈消毒20min。
9）注意隨時(shí)用漂白粉或其他藥物維持環(huán)境不污染。
2、種子罐：
1）溫度控制：35±1℃。
2）(nh4)2so4：添加量：5kg/m3。
3）接種量104個(gè)/ml：接種量過大，則球體微小，發(fā)酵速度快，產(chǎn)酸活力高，但形成菌體多；接入孢子偏少，產(chǎn)酸活性差。
4）通風(fēng)控制：0～6h，36～40m3/h；7～11h，漸增至72m3/h；12～15h，漸增至144m3/h；16～19h，180m3/h；20～24h，280～288m3/h：24h后，360m3/h；加大風(fēng)量，可使產(chǎn)酸速率加快，但菌體呼吸強(qiáng)度和雜菌生成量可能增加。
5）培養(yǎng)時(shí)間：18～28h。
6）攪拌速率：100r/min。
7）種子培養(yǎng)液的要求：
a．顯微鏡檢：菌絲生成健壯，結(jié)成菌花形小球，球直徑不超過100μm，每含菌個(gè)數(shù)在1～2萬，無異味，無染菌現(xiàn)象。
b．ph：2～2.5。
c．酸度：1.5～2％。
d．種齡：20～30h；對(duì)培養(yǎng)成熟不能及時(shí)接入發(fā)酵罐的培養(yǎng)液，可降溫至20～25℃，維持罐壓50～100kpa。
3、發(fā)酵罐：
1）溫度：35±1℃。
2）接種量：1:10(每100m3發(fā)酵罐對(duì)應(yīng)10m3種子罐)。
3）罐壓：0.1mpa(表壓)。
4）風(fēng)量控制：0～18h，0.08v.v.m；18～30h，0.1v.v.m；30h，0.12v.v.m。
5）攪拌轉(zhuǎn)速：85r/min。
6）ph控制：長菌期：ph2.5～4.0；產(chǎn)酸期：ph≤3.0。
7）發(fā)酵周期：80h。
8）放罐條件：酸不再增加或糖不再降低。
9）發(fā)酵過程控制：發(fā)酵后半小時(shí)測總糖一次，以后每班測殘?zhí)呛退岫纫淮?，最后?h測一次。
4、需要注意的事項(xiàng)：
1）溫度：低溫長菌，產(chǎn)酸緩慢，而高溫導(dǎo)致菌種和雜菌形成量過多，呼吸作用加強(qiáng)，影響產(chǎn)酸，故溫度控制在35℃左右。
2）ph值：黑曲霉發(fā)育溫度ph在1.5～11之間，但3～7宜，起始ph過低會(huì)影響其發(fā)育。
3）維持一定的風(fēng)壓力可防止染菌。
4）通風(fēng)與攪拌：此二參數(shù)不僅影響溶氧水平，而且影響發(fā)酵體系傳質(zhì)和菌體的形態(tài)。通風(fēng)量的增加導(dǎo)致溶氧水平的增加，但對(duì)于易起泡的液體會(huì)導(dǎo)致泡沫增多，當(dāng)機(jī)械消泡不湊效時(shí)，需要使用消泡劑，這會(huì)降低溶氧速率，因而通風(fēng)量的增加是有限的。
5）停電事故：這意味著通氧的中斷，菌體產(chǎn)酸活力遭到不可逆的破壞，此時(shí)應(yīng)加大通風(fēng)量。若供氣系統(tǒng)故障，應(yīng)減少各罐風(fēng)量，降低發(fā)酵速度。
四、檸檬酸的提取
1、繆液的預(yù)處理
將繆液加熱至80～90℃，其作用：殺死菌絲體和雜菌，終止發(fā)酵，防止檸檬酸代謝分解；使蛋白質(zhì)等膠體物質(zhì)變性凝固，降低發(fā)酵液的粘度，有利于過濾；使菌體中的檸檬酸釋放，提高收率。
2、過濾
1）原理是利用過濾介質(zhì)兩側(cè)的壓力差，讓液相透過介質(zhì)而與固相分離。過濾用滌綸濾布。
2）過濾介質(zhì)：硅藻土。
3）過濾溫度：溫度對(duì)過濾影響較大，溫度高會(huì)降低粘度，提高過濾速度，但溫度過高，菌體可能裂解，反而增大粘度或使料液發(fā)生一些副反應(yīng)，從而影響過濾。
4）助濾劑的使用可使慮餅疏松，從而降低過濾阻力。
3、中和
1）鈣鹽提取法就是現(xiàn)將檸檬酸轉(zhuǎn)變成檸檬酸鈣，再進(jìn)行提取操作，常用的中和劑有碳酸鈣粉或石灰乳，反應(yīng)如下：
2c6h8o7·h2o+3caco3→ca3(c6h5o7)2·4h2o↓+3 co2+ h2o
ca3(c6h5o7)2·4h2o+3h2so4+4h2o→2c6h8o7·h2o +3caso4·2h2o
另外發(fā)酵液中還存在雜酸和葡萄糖酸，他們中和時(shí)可能形成鈣鹽：
草酸c2h2o4 +ca2+→ca2c2o4
葡萄糖2c6h12o7+ ca2+→ca(c6h11o7)2
在熱的中和液中，草酸鈣可以在ph3以下沉淀析出，從而先得到分離，葡萄糖鈣的溶解度很大，一直處于溶解狀態(tài)，不混合到檸檬酸鈣沉淀中。
2）工藝條件與論證
（1）中和劑：輕質(zhì)碳酸鈣
添加量：71.5kg caco3/100kg c6h8o7·h2o。
（2）ph=6～6.8，中和操作ph很大程度地影響著檸檬酸鈣的質(zhì)量。
由表可見，ph在酸度高時(shí)沉淀純度高，沉淀率較低，綜合考慮，ph確定在6～6.8之間。
表2-1：殘留酸度對(duì)檸檬酸鈣的影響
殘留酸度 檸檬酸鈣沉淀率（％） 鈣鹽沉淀中的檸檬酸
4.0 44.5 64.0
3.3 53.0 57.4
2.4 78.0 47.6
1.6 82.8 43.8
1.3 85.2 38.3
0.8 92.1 29.0
堿性反應(yīng) 95.1 11.2
（3）溫度
ph6.1的條件下，60～90℃范圍內(nèi)，檸檬酸鈣的溶解度相差不大，所以，本工藝操作初溫為70℃，加完中和劑后，于85～90℃保溫20～30min，使沉淀成熟。雖然在50℃下完成的鈣鹽沉淀需要20min，沉淀細(xì)粒對(duì)酸解有利，但考慮到檸檬酸的溶解度，工業(yè)上一般采用70℃的初溫。
表2-2：ph5.0時(shí)溫度對(duì)檸檬酸鈣沉淀的影響
碳酸鈣加入時(shí)的溫度 沉淀時(shí)間（min） 檸檬酸沉淀率（％）
20 120 70
40 40 90
50 20 100
70 2 100
80 0.5 100
100 0.5 100
（4）攪拌速度：60r/min。
（5）洗滌：考慮到溫度升高，鈣鹽溶解度降低，故用85℃以上的熱水洗滌6～10次，直至殘?zhí)窍幢M，檢驗(yàn)殘?zhí)窍幢M與否可用法檢驗(yàn)。
4、酸解
1）檸檬酸鈣用硫酸酸解的反應(yīng)如下：
ca3(c6h5o7)2·4h2o+4h2o+3h2so4→3caso4·4h2o+2c6h8o7·h2o
硫酸用量為酸解過程的關(guān)鍵，一般硫酸不能過量0.2％，否則草酸鈣溶解而轉(zhuǎn)入溶液中。
2）工藝參數(shù)的確定與論證
（1）硫酸添加量：980g h2so4/1000g caco3。
（2）酸解溫度：85℃。
（3）攪拌速度：60r/min。
（4）終點(diǎn)檢測：ph=2時(shí)，采用雙管法檢測終點(diǎn)。
酸解時(shí)形成硫酸鈣有三種：caso4·2h2o， caso4·1/2h2o，無水 caso4。這三種形式取決于溶液的過飽和度和溫度，過飽和度過高，易形成無水物，在80℃以下，形成caso4·2h2o，在80～90℃范圍內(nèi)caso4·2h2o和 caso4·1/2h2o可以共存，90～100℃形成caso4·1/2h2o，40℃以上形成無水 caso4。酸濃度升高和溫度升高，都使溶解度降低，減少無水 caso4的溶存量。
5、凈化[10]
酸解夜中含有色素和膠體物質(zhì)，還有多種金屬陰離子和陽離子。凈化的目的就是要除去這些雜質(zhì)，使最終成品的質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)。本工藝采用先經(jīng)活性炭吸附脫色，然后再離交處理，以達(dá)到凈化的目的。
1）離子交換脫鹽的原理：
陽離子交換：rso3－·h++m+＝rso32－·m++h+
陰離子交換：rn(ch3)3+oh－ +cl－＝rn(ch3)3+cl－+oh-－
2）工藝條件的選擇與論證：
（1）脫色柱：采用gh-15活性炭，再生流程如下：
脫色柱→用至失效→水洗滌→naoh洗脫色素
↑ ↓
水洗至ph5～6←hcl處理←水洗至ph=8
其中naoh：1.0mol/l，hcl：1.0mol/l。
（2）離交柱：采用國產(chǎn)732型強(qiáng)酸型離交樹脂，再生流程如下：
離交柱→用至失效→水洗滌
↑ ↓
水洗至ph4～4.5←hcl再生
新樹脂使用前采用2mol/l鹽酸轉(zhuǎn)型，再生時(shí)仍用2mol/l鹽酸。
以上主要使用酸解罐、酶解罐、脫色罐。
五、檸檬酸的精制
1、濃縮
1）酸解凈化后的檸檬酸液的濃度只有20～25％（w/w），濃縮至70％以上才能進(jìn)行結(jié)晶。其真空度為650mmhg，溫度不超過60℃。
2）工藝條件的論證：
（1）檸檬酸濃縮時(shí)溫度不能過高，否則檸檬酸會(huì)發(fā)生分解。
（2）為使?jié)饪s過程中溫度不能過高，需維持較高的真空度。蒸發(fā)壓力不能超過14kpa（110mmhg），加熱蒸汽不能超過100kpa（表壓）。
2、結(jié)晶
1）工藝條件的選?。?br>溫度：36.6℃以下；時(shí)間：約10h；攪拌速度：25～30r/min。
2）條件論證：
① 55℃時(shí)檸檬酸的飽和濃度為73％（質(zhì)量），而在生產(chǎn)上將檸檬酸凈制液在55℃時(shí)濃縮到近81％（質(zhì)量）的濃度，沒有結(jié)晶析出。再將過飽和溶液快速冷卻到40℃（l～2h）c點(diǎn)，還是沒有結(jié)晶析出。再慢慢降溫（每小時(shí)降溫2～3℃），當(dāng)冷卻到d時(shí)，溶就立即自發(fā)生成大量晶核，同時(shí)濃度隨之降低，一直降到e點(diǎn)，使溶液達(dá)到飽和濃度為止。從起晶到育晶結(jié)束是在折點(diǎn)溫度36.6℃以下進(jìn)行，故所得的晶體是帶有一個(gè)結(jié)晶水的檸檬酸水化物結(jié)晶。
②粘度與結(jié)晶速度成正比，因而要使粘度小些[11]。
3、干燥和包裝
1）參數(shù)：干燥溫度控制在36.6℃以下；適當(dāng)?shù)靥岣吒稍锼俣?br>2）條件論證：經(jīng)過離心洗滌與母液分離后檸檬酸晶體表面附有少量水分（2～3％），為除去這部分水（4％以下）需干燥。