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)以避免對粉碎機的損害。
2）采用實罐滅菌，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，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)備輸入至粉碎機進行粉碎，加工成60目以上的細顆粒，通過引風(fēng)機引風(fēng)將粉碎過的玉米提升至玉米粉刮板機，然后進入調(diào)漿槽。粉碎機采用布袋除塵器。
2）配水比
配水比一般采用3.0～4.0，因?qū)嵐逌缇鷷�產(chǎn)生冷凝水（由蒸汽而來），使溶液稀釋，可根據(jù)生產(chǎn)能力計算配水比。
3）氯化鈣與淀粉酶的添加：
（1）氯化鈣：取1g/L。氯化鈣的添加主要為保護酶活性（鈣離子的保護作用），因為溫度的升高使酶活力損失加快，添加鈣離子提高了酶的最適作用溫度與穩(wěn)定性。
（2）α-淀粉酶：取8～10單位/g（淀粉），此處采用8單位/g。
淀粉酶與氯化鈣添加時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）最佳溫度：90～115℃，取105℃。
（2）時間：35～45min，取40min。
液化時間在實際操作中應(yīng)用0.1﹪碘液檢測，不顯藍色或微淡藍色為準。
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)時間：菌種保藏3～4d，直接使用5～6d。
2）二級培養(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/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，但菌體呼吸強度和雜菌生成量可能增加。
5）培養(yǎng)時間：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；對培養(yǎng)成熟不能及時接入發(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：
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，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最適宜，起始pH過低會影響其發(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，但對于易起泡的液體會導(dǎo)致泡沫增多，當機械消泡不湊效時，需要使用消泡劑，這會降低溶氧速率，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：溫度對過濾影響較大，溫度高會降低粘度，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在酸度高時沉淀純度高，沉淀率較低，綜合考慮，pH確定在6～6.8之間。

（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，沉淀細粒對酸解有利，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時溫度對檸檬酸鈣沉淀的影響
碳酸鈣加入時的溫度

（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，檢驗殘?zhí)窍幢M與否可用高錳酸鉀法檢驗。
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）終點檢測：pH=2時，采用雙管法檢測終點。
酸解時形成硫酸鈣有三種：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)量符合標準。本工藝采用先經(jīng)活性炭吸附脫色，然后再離交處理，以達到凈化的目的。
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）檸檬酸濃縮時溫度不能過高，否則檸檬酸會發(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�。�
溫度：36.6℃以下；時間：約10h；攪拌速度：25～30r/min。
2）條件論證：
① 55℃時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，還是沒有結(jié)晶析出。再慢慢降溫（每小時降溫2～3℃），當冷卻到D時，溶就立即自發(fā)生成大量晶核，同時濃度隨之降低，一直降到E點，使溶液達到飽和濃度為止。從起晶到育晶結(jié)束是在折點溫度36.6℃以下進行，故所得的晶體是帶有一個結(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?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。