[科普中国]-柠檬酸钙沉淀

柠檬酸和柠檬酸钙

利用甘薯制造柠檬酸，可采用深层发酵法和固体浅盘发酵法。深层发酵法是将薯干淀粉用密封发酵罐进行搅拌通气发酵生产，此法设备较复杂，投资大，但生产效率高，大型柠檬酸生产厂多采用此法。固体发酵法(浅盘)是以薯干淀粉或薯渣为原料，先发酵生产柠檬酸钙，然后再加工成柠檬酸。此法设备简单，投资小，适于乡镇企业及小型工厂采用。以薯渣为原料固体发酵法生产柠檬酸(钙)的工艺流程见图1。

生产方法为：固体发酵生产柠檬酸钙的主要原料是薯渣，其中约含55%的淀粉，是微生物发酵的碳源。另外，发酵时还需要一定的辅料，如有机氮源(米糠、麸皮、豆饼粉等)或无机氮源(尿素、硫酸铵)以及生酸促进剂碳酸钙和水。

原料的准备和处理以甘薯渣制取柠檬酸(钙)的配料为：经粉碎过筛的薯渣每100kg加水85kg，加入氮源辅料，如用硫酸铵(用量为薯渣的0.7%)、尿素(为0.4%)、米糠或麸皮(用量为10%或16%)，并加入2%～3%的碳酸钙以稳定曲料中的酸碱度，有利于柠檬酸的产生。

制曲的薯渣可用湿渣或干渣。湿渣是甘薯提取淀粉后的残渣，经压榨脱水使含水量达70%即可供制曲使用。但湿渣易腐败霉变，不能长久及长途转运外地，如厂址设在淀粉厂附近最好，以新鲜薯渣为原料，可省去干燥、破碎、筛分等工序。如用干渣(含水15%)，应先剔除已变质败坏的部分，再洒水破碎，筛分成颗粒为2～4mm的粗料和2mm以下的细料。区分粗细料的目的是便于制曲时掌握用水量(粗料吸水多，细料吸水少)。生产柠檬酸用的黑曲霉菌在发酵时需要适量的氮源，辅料中有机氮源以米糠为最好，麸皮次之。也可用无机氮源，但制曲前必须碎成细粉。

种曲制备曲料经充分搅拌均匀后即上蒸锅，上料时应均匀撒开，然后加盖蒸1h左右，以杀死杂菌。生产柠檬酸的菌种是黑曲霉，制备种曲是要获得该菌的大量孢子作种子。种子先从斜面种到一级种、二级种逐级扩大培养。种子扩大培养基以麸皮5kg、碳酸钙500g、硫酸铵25g、水5～5.5kg的比例配制后，并匀装入广口瓶或三角瓶中，用纱布、牛皮纸封口，然后于0.15MPa加压灭菌1h。冷却摇匀后接人斜面黑曲霉，置于30～32℃的温室内培养，12～15h后摇动一次，过7～8h后再摇动一次，培养3～4d后，待瓶中曲料全呈棕黑色(黑曲孢子)，即可扩大到二级培养。种曲接种量一般约4%左右，曲料过干，可酌量加入煮沸过的温水，使曲料温度适宜。二级种培养条件与一级种相似，仅扩大种子瓶的数量。按此法配制的种曲，孢子应密集、粗壮，呈棕黑色，镜检无杂菌，即可作为发酵种子用。

制曲原料按上述要求准备好后，按50kg薯渣、5.5kg米糠或9.5kg麸皮、1.0kg碳酸钙、2.3%乙醇、40kg水(此为粗料用水，细料用水为35kg)的比例混合，洒水量要灵活掌握，以生料蒸熟后疏松，呈浅棕褐色，不黏为度。用常温水，气温低于10℃时用热水，以便加快对料的浸润。由于薯渣及辅料中含有大量杂菌，如不彻底杀灭会引起生产中杂菌污染造成损失，因此蒸料灭菌是生产成败的关键。蒸料的另一个目的是使生料变成熟料，这样原料中的淀粉加热后会膨胀、糊化，蛋白质变性，给生酸菌黑曲霉提供便于利用的碳源和氮源。

蒸料用铁制蒸锅或木质蒸笼均可。操作时盛料厚薄必须均匀，要蒸透，不能有死角。在常压下一般蒸煮90min，加压蒸煮(98～147kPa)需60min。蒸料时须排汽，使汽路通畅，火力不宜过猛，否则会引起物料焦化，破坏养分，影响产酸。

料蒸好后要出锅摊晾，接入黑曲菌种。整个过程都要进行无菌操作。物料出锅后，在用新洁尔灭消过毒的场地上摊晾，使团块疏松，待温度降至37℃以下时，立即补水接种，装盘进室。出锅料内水分含量为65%，必须将水分补足到75%。补充的水分需煮沸10min灭菌，冷却后把二级种子的黑曲霉种子用无菌水从种曲上洗脱下来，倒入补足的水分中(种子量为薯渣干料的0.2%～0.3%)，然后均匀泼洒在物料中作补水接种，温度在27～33℃。

然后将补水接种后的曲料立刻装盘。盘子用马口铁或搪瓷做成，不宜用木盘，因木盘不易清洗和消毒。盘内曲料应保持疏松，不可压实，厚度在4～7cm，盛料后，将盘子放在无菌曲室架上发酵培养。

保温发酵曲室应保持一定的温、湿度，才能有利于黑曲霉的生长和发酵产酸。相对湿度应保持在85%～90%，在气温低的季节，可向曲室通入蒸汽，温度高的季节，在地上洒水，以调节曲室温度。第一阶段：发酵18h前，以27～31℃为宜；第二阶段：18～48h，以38～43℃为宜；第三阶段：48～96h，以35℃为宜。正常培养过程可观察到：发酵20h，曲盘料呈浅黄色，有绒毛状菌丝；36h，有细小灰白孢子头；48h孢子转棕色，并继续转深；至96h结束，曲面孢子密集，呈棕褐色。培养48h后应每隔12h测定酸度一次，一般培养96h，柠檬酸生成量达最高，必须出曲，停止发酵。

浸取柠檬酸将发酵培养好的曲料置于水泥池(池内衬有防腐塑料软板，池边各侧底部有数个排液口)，加水浸取曲中的柠檬酸，浸曲液比为1：3或1：4(以干薯渣投料计)。曲在浸曲池中要经过多次浸取，每次浸30min。第一次浸需用50℃以上的温水，以后用常温浸曲：曲经过多次浸取后，浸曲液酸度相应降低，酸度低的浸曲液不作中和，套用作下一批曲的第一次或第二次浸曲液，以缩小中和液体积，避免因中和液酸度过低而影响柠檬酸钙的获得率和质量。每次浸曲结束后，从浸曲池底各侧排液口放液。曲渣经多次浸取后，柠檬酸含量在0.5%以下时不再进行浸取，曲渣及时清出作饲料。

去杂浸出液中常有糊精、糖、色素、曲渣、黑曲霉的孢外酶、菌体等，因此，浸出液先用自然过滤法除去曲渣等杂质，然后加热到65℃，使杂质沉淀并去除蛋白酶、菌体、曲渣等杂质。糊精、色素、糖等可溶性杂质可在中和后用热水从柠檬酸钙中洗去。

中和将去除杂质的浸出液在中和桶中加热至60%，边搅拌边徐徐加入碳酸钙中和。碳酸钙加入量应为实际柠檬酸含量的72%，或视其酸碱度接近中性即可停加。加毕后保温90℃以上，反应30min，中和终点用氢氧化钠滴定，此时反应液中柠檬酸已成钙盐析出沉淀，然后滤出清液。

洗涤将沉淀的柠檬酸钙放入离心机脱水，并在离心机上用80℃以上的热水洗涤，洗至在20mL洗水中加1～2滴1%高锰酸钾3min不退色为止：

干燥将湿柠檬酸钙放入烘房中，保持90～95℃，烘至含水量14%时，冷却后装袋即为成品柠檬酸钙。如连续生产制取柠檬酸，则将柠檬酸钙脱水洗涤后直接进入酸解净化工艺，最终制得结晶柠檬酸1。

柠檬酸钙的基本应用柠檬酸钙的溶解性好，不需要胃酸的活化就能被吸收，极易转化为离子钙形式，被人体直接吸收利用。《美国临床药学杂志》1993年的研究报告中指出，柠檬酸钙的“生物利用率”远比传统的碳酸钙好，柠檬酸钙的血钙浓度在服用钙片后的数小时内都比服用碳酸钙的高；报告还指出，柠檬酸钙对甲状旁膀素的抑制作用也比碳酸钙高出了50%，这进一步证明了柠檬酸钙会很快地在血液中出现高峰，显示出快速的吸收率，

一般而言，柠檬酸钙的“生物利用率”是碳酸钙的2.5倍。另外，碳酸钙在服斥后容易产生胃胀气，所以最好在饭后服用，并且碳酸钙没有胃酸的分解也很难被吸收。柠檬酸钙不但没有这些缺点，相反却有预防结石的优点，这是由于柠檬酸钙在血液中的溶解度比生成结石的草酸钙高，因此柠檬酸钙会抢夺结石成分中的钙，起到预防产生草酸钙结石的功能。

不过，柠檬酸钙的成本比碳酸钙要高，并且，柠檬酸钙所含的钙的比率为21%，比碳酸钙的40%低了将近1倍。所以，如果要摄取相同重量的钙，摄取柠檬酸钙的量就必须比碳酸钙多将近1倍2。