77-92-9 / 一種重要的有機強酸–檸檬酸

檸檬酸是一種重要的有機酸，屬強酸，具有多元酸的性質，可以生成酯、鹽和酰胺，但不能生成酸酐;其羧基和羥基也可以和金屬離子形成絡合物或螯合物；對碳鋼有強腐蝕作用，但對不銹鋼無腐蝕作用;遇強氧化劑(如高錳酸鉀)可被氧化，生成草酸;與氫氧化鉀熔融時，分解為草酸及乙酸;遇熱可以分解。

【結構特點】
檸檬酸既含有羧基，又含有羥基，故其具有酸和醇的雙重性質;檸檬酸既是α-羥基酸，又是β-羥基酸，故它又兼具α-和β-羥基酸的特性，無臭，有很強的酸味，易溶于水和乙醇，不溶于醚、苯和氯仿，其鈣鹽在冷水中比熱水中易溶解，此性質常用來鑒定和分離檸檬酸。結晶時控制適宜的溫度可獲得無水檸檬酸。對無機鞣具有良好的蒙囿作用。

分子式：HOC(CH2COOH)2COOH
別名：2－羥基－1,2,3－丙烷三羧酸、枸櫞酸。

檸檬酸以游離狀態存在于多種植物果實，如檸檬、菠蘿、葡萄、醋栗、覆盆子中。其中以檸檬汁內含量最多，約占6％～10％。檸檬酸也存在于動物組織里，它是生物體內糖、脂肪和蛋白質代謝過程中的產物之一。

【發酵機理】
自1940年H.A.克雷伯斯提出三羧酸循環學說以來，檸檬酸的發酵機理逐漸被人們所認識。已經證明，糖質原料生成檸檬酸的生化過程中，由糖變成丙酮酸的過程與酒精發酵相同,亦即通過E-M途徑（雙磷酸己糖途徑）進行酵解，然后丙酮酸進一步氧化脫羧生成乙酰輔酶A，乙酰輔酶A和丙酮酸羧化所生成的草酰乙酸縮合成為檸檬酸并進入三羧酸循環途徑。
檸檬酸是代謝過程中的中間產物。在發酵過程中,當微生物的烏頭酸水合酶和異檸檬酸脫氫酶活性很低，而檸檬酸合成酶活性很高時，才有利于檸檬酸的大量積累。

【用途和用法】
(1)在鋯鞣中用作蒙囿劑，用量為1molZrO2不超過0.25mol蒙囿劑。
(2)配制檸檬酸鈉用于鋁鞣。
(3)配制高堿度的氧化鋁鞣液時加入適量檸檬酸可以在高達 75%的堿度下保持鞣液穩定。
(4)用于鈦鞣作蒙囿劑，用量0.2mol比1molTiO2，沉淀點 pH4.2～4.4，其效果好于酒石酸、蘋果酸。
(5)作為成鹽親水物質用于陰離子型聚氨酯乳液的制備。
(6)鍋爐清洗劑、管道清潔劑、無公害洗滌劑等。

【食品添加劑】
檸檬酸的用途十分廣泛。檸檬酸產量的70％用作食品制造的調味劑。
一分子結晶水檸檬酸主要用作清涼飲料、果汁、果醬、水果糖和罐頭等的酸性調味劑，也可用作食用油的抗氧化劑。
無水檸檬酸大量用于固體飲料。檸檬酸的鹽類如檸檬酸鈣和檸檬酸鐵是某些食品中需要添加鈣離子和鐵離子的強化劑。
檸檬酸的酯類如檸檬酸三乙酯可作無毒增塑劑，制造食品包裝用塑料薄膜。
我國GB2760—1996規定檸檬酸為允許使用的食品用酸度調節劑。用作螯合劑、分散劑、抗氧化劑、增效劑、增香劑、酸味劑、香料、pH調節劑等，用于清涼飲料、果汁、果凍、果醬、罐裝水果、蔬菜汁和糖果，用量約1%;用于水果罐頭可改進風味、防止變色、防腐，加入量約0.1%～0.15%;用于干酪、冰淇淋作為穩定劑、乳化劑，加入量約0.2%～0.3%;用于糕點等的增香劑，用量約為0.2%;此外，還可用于混成酒、果脯等;檸檬酸的甘油單、雙酸酯是常用的食品乳化劑;檸檬酸的鈉鹽、鉀鹽、鐵鹽、銅鹽作為醫藥可分別用作防血凝劑及利尿劑、解酸劑、補血劑、收斂劑;
近年來，為了保護環境，在洗滌劑中減少了磷酸鹽的用量，而代之以檸檬酸，使本品得到大量應用;
用于化妝品pH值調節劑;假牙清洗劑組分，可加強尼泊金甲酯的防腐作用;
作為吸收劑，可從廢氣中回收二氧化硫;
用作鍋爐、機械和金屬的清洗;增塑劑原料;電鍍液添加劑，農藥原料、螯合劑、染色助劑、保濕劑;
檸檬酸酯可用作分散劑、乳化劑、消泡劑;
直接用作飼料添加劑;
照相紙上漿時的pH調節劑;
混凝土的緩凝劑;
皮革工業脫毛助劑;
煙草添加劑;
實驗室用作分析試劑。

【制法方法】
①以薯干、玉米等含淀粉較多的農產品為原料，用黑曲酶進行發酵，發酵前先在高溫(115～130℃)下滅菌，再在28～30℃、pH 4.5～2.0下好氧發酵，前期維持較高pH值，糖化期維持pH3～4，產酸期維持pH2.0～2.5。發酵完成后，在過濾之前，應加熱至80～85℃，其目的是殺死各種微生物及終止發酵繼續進行，如有蛋白質，在高溫下也會凝固，然后趁熱過濾，濾液加入石灰乳(或碳酸鈣)，同時通入蒸汽，維持中和溫度為80℃，待中和完成后(99.8%的檸檬酸變成檸檬酸鈣)，進行過濾及90℃熱水洗滌，濾渣用硫酸進行酸解，生成硫酸鈣和檸檬酸，酸解也應在85℃以上進行。過濾，使檸檬酸同硫酸鈣分離，濾液(檸檬酸)經離子交換樹脂脫除雜金屬離子，再經活性炭脫色(或用脫色樹脂脫色)，脫色也可在離子交換樹脂前進行(大多數)，也可重復進行，直至流出液無色為止。將流出液立即濃縮，濃縮在高真空下進行，以免蒸發溫度過高(控制60℃以下)。濃縮完成后，在 36.6℃以下結晶(一水合物)，超過這一溫度則為無水物，結晶時的攪拌速度不宜太快，一般為 20～25r/min。結晶完成后，離心分離，在35℃ 左右進行干燥，即可制得一水合物。
②以糖蜜為原料，將糖蜜用黃血鹽、單寧、硫酸、石灰等進行澄清，除去膠體、蛋白和金屬離子后，再進行滅菌、發酵，此后的過程同①。
③ 以石油的重蠟油(C11～C19)為原料，經滅菌后發酵，也可制得 一水合物。
④ 有機合成法。以二氯乙酮為原料，經氰乙基化、水解等過程，最后也可制得檸檬酸的一水合物。

【發酵法生產過程】
檸檬酸生產分發酵和提取兩部分。
　　發酵有固態發酵、液態淺盤發酵和深層發酵 3種方法。固態發酵是以薯干粉、淀粉粕以及含淀粉的農副產品為原料，配好培養基后，在常壓下蒸煮，冷卻至接種溫度，接入種曲，裝入曲盤，在一定溫度和濕度條件下發酵。采用固態發酵生產檸檬酸，設備簡單，操作容易。液態淺盤發酵多以糖蜜為原料，其生產方法是將滅菌的培養液通過管道轉入一個個發酵盤中，接入菌種，待菌體繁殖形成菌膜后添加糖液發酵。發酵時要求在發酵室內通入無菌空氣。深層發酵生產檸檬酸的主體設備是發酵罐。微生物在這個密閉容器內繁殖與發酵。現多采用通用發酵罐。它的主要部件包括罐體、攪拌器、冷卻裝置、空氣分布裝置、消泡器，軸封及其他附屬裝置。發酵罐徑高比例一般是1:2.5，應能承受一定的壓力,并有良好的密封性。除通用式發酵罐外，還可采用帶升式發酵罐、塔式發酵罐和噴射自吸式發酵罐等。
　　為了得到產檸檬酸的優良菌種，通常是從不同地區采集的土壤或從腐爛的水果中分離篩選，然后通過物理和化學方法進行菌種選育。例如薯干粉深層發酵檸檬酸的菌種就是通過不斷變異和選育得到的。菌種適合在高濃度下發酵，產酸水平較高。
　　檸檬酸的發酵因菌種、 工藝、 原料而異，但在發酵過程中還需要掌握一定的溫度、通風量及pH值等條件。一般認為，黑曲霉適合在28～30℃時產酸。溫度過高會導致菌體大量繁殖，糖被大量消耗以致產酸降低，同時還生成較多的草酸和葡萄糖酸；溫度過低則發酵時間延長。微生物生成檸檬酸要求低pH，最適pH為2～4，這不僅有利于生成檸檬酸，減少草酸等雜酸的形成，同時可避免雜菌的污染。檸檬酸發酵要求較強的通風條件，有利于在發酵液中維持一定的溶解氧量。通風和攪拌是增加培養基內溶解氧的主要方法。隨著菌體生成，發酵液中的溶解氧會逐漸降低，從而抑制了檸檬酸的合成。采用增加空氣流速及攪拌速度的方法，使培養液中溶解氧達到60％飽和度對產酸有利。檸檬酸生成和菌體形態有密切關系，若發酵后期形成正常的菌球體，有利于降低發酵液粘度而增加溶解氧，因而產酸就高；若出現異狀菌絲體，而且菌體大量繁殖，造成溶解氧降低，使產酸迅速下降。發酵液中金屬離子的含量對檸檬酸的合成有非常重要的作用,過量的金屬離子引起產酸率的降低,由于鐵離子能刺激烏頭酸水合酶的活性，從而影響檸檬酸的積累。檸檬酸發酵用的糖蜜原料，因含有大量金屬離子，必須應用離子交換法或添加亞鐵氰化鉀脫鐵方能使用。然而微量的鋅、銅離子又可以促進產酸。
　　在檸檬酸發酵液中，除了主要產物外，還含有其他代謝產物和一些雜質，如草酸、葡萄糖酸、蛋白質、膠體物質等，成分十分復雜，必須通過物理和化學方法將檸檬酸提取出來。大多數工廠仍是采用碳酸鈣中和及硫酸酸解的工藝提取檸檬酸。除此之外，還研究成功用萃取法、電滲析法和離子交換法提取檸檬酸。

【包裝貯存】
(1)內襯塑料袋，外用編織袋包裝，凈重25kg。
(2)密封貯存于陰涼、干燥、通風處。