浅谈农业秸秆发酵生产柠檬酸的研究

于有良 蔡鲁纳 刘家印 王学冰 邵明军 庄丽萍

摘  要：目前黑曲霉發酵生产柠檬酸主要以淀粉质类玉米为原料，近期由于玉米价格的持续上涨，导致生产柠檬酸的成本大幅提高，近几年掀起了以生物质类纤维素酶解液为原料发酵柠檬酸的研究。本文主要对农业秸秆生产柠檬酸的研究进展进行综述，浅谈当前的发展情况及今后的研究方向。

关键词：农业秸秆;发酵;柠檬酸;研究进展

柠檬酸又名枸橼酸，是生物体内重要的代谢产物之一，自然界中柠檬、无花果、柑橘等的果实中含量较为丰富。在食品、医药、化工等领域应用广泛，较早的柠檬酸发酵原料主要为：纯糖溶液、甜菜或甘蔗糖蜜等，目前黑曲霉发酵生产柠檬酸主要以淀粉质类玉米为主，由于玉米价格的上涨，导致柠檬酸生产成本的大幅提高，近几年掀起了以生物质类纤维素酶解液为原料发酵柠檬酸的研究。

我国是一个农业大国，农业秸秆十分丰富，其主要成分为纤维素，纤维素经预处理可以产生可发酵性糖，目前在生产功能糖和化工醇等行业产业化效果良好。目前国内报道的农业秸秆为原料生产柠檬的研究较多，本文主要对农业秸秆生产柠檬酸的研究进展进行简要综述，浅谈目前的发展情况及今后的研究方向。

1 农业秸秆的预处理

在农业秸秆转化过程中，预处理是必不可少的。淀粉类原料很容易水解，而纤维质物质的水解则受到纤维素的结晶度、底物与酶的接触面积和木质素的含量等几方面的限制。目前报道的预处理的方法主要有：机械法、热法、化学法和生物法，如表1所示从处理机制、形成的抑制物和对柠檬酸生产的影响方面进行了比较，发现用生物法处理后的农业秸秆不形成抑制物，并能整体提高柠檬酸的产量。

2 农业秸秆生产柠檬酸的发酵方法

发酵法是生产柠檬酸最常用的方法，分为浅盘发酵、深层发酵和固态发酵，近年来，人们从经济性和实用性等方面进行了讨论，如表2所示。用丰富的可再生农业秸秆为原料，优化发酵参数，根据发酵类型和柠檬酸的生产情况选择不同的发酵底物，提高柠檬酸的产量。

3 展望

随着柠檬酸生产能耗的升高和成本的日益增长，应用的广泛和市场需求的增长，需要探索新的高效生产的工艺和方法。固态发酵可以有效的提高柠檬酸的生产率，相应的柠檬酸的生产菌种也需要提高，而如今，生产天然产品可能会成为一种趋势。事实上，这样的创新策略可以降低生产成本、提高收率，降低对环境的污染。农业秸秆为原料生产柠檬酸可有效的降低生产成本，但还需加强中试研究和产业化推广。

参考文献

[1]  Jae-Kwan，H.，Jung-Sun，C.，Chul-Jin，K.，& Chong-Tai，K.（1998）. Solubilization of apple pomace by extrusion. Journal of Food Processing and Preservation，22，477～491.

[2]  Hendriks，A. T. W. M.，& Zeeman，G.（2009）. Pretreatments to enhance the digestibility of lignocellulosic biomass. Bioresource Technology，100，10–18.

[3]  Alizadeh，H.，Teymouri，F.，Gilbert，T. I.，& Dale，B. E.（2005）. Pretreatment of switchgrass by ammonia fiber explosion（AFEX）. Applied Biochemistry and Biotechnology，121～124，1133～1141.

[4]  Tengerdy，R. P.，& Szakacs，G.（2003）. Bioconversion of lignocelluloses in solid substrate fermentation. Biochemical Engineering Journal，13，169～179.

[5]  Soccol，C. R.，& Vandenberghe，L. P. S.（2003）. Overview of applied solid-state fermentation in Brazil. Biochemical Engineering Journal，13，205～218.

[6]  Vandenberghe，L. P. S.，Soccol，C. R.，Pandey，A.，& Lebeault，J. M.（1999）. Review：Microbial production of citric acid. Brazilian Archives of Biology and Technology，42，263～276.

[7]  Susana，R. C.，& Sanroman，M. A.（2006）. Application of solid-state fermentation to food industry—A review. Journal of Food Engineering，76，291～302.