檸檬酸是重要的化工產品，當前主要采用發酵法生產。檸檬酸提取方法主要包括鈣鹽提取法、改良鈣鹽提取法和色譜提取法。鈣鹽提取法是指先固液分離去除檸檬酸發酵液中的菌體渣等固形物，再經復濾等工藝澄清發酵液，加熱后用碳酸鈣等含鈣化合物進行酸堿中和，形成檸檬酸鈣晶體，通過固液分離收集液體進入下段工藝后繼續純化，由此固液分離后的溶液即為廢糖水。色譜提取法是指通過固液分離去除檸檬酸發酵液中的菌體渣等，經膜過濾等工藝澄清發酵液，然后用色譜分離系統進行分離，得到檸檬酸提取液，在此分離過程中產生的廢液即為色譜殘液。每噸檸檬酸產生的廢水中的COD達350kg·t-1，濃度為10000～15000ppm。廢糖水和色譜殘液成分比較相近，主要含有纖維、菌體、有機酸、糖、蛋白質膠體物質、色素、礦物質及其他代謝產物等，這些物質對廢水的COD影響特別大，因此，廢糖水和色譜殘液回收利用對于環境保護、節約資源、實現清潔生產與資源循環利用有極其重要的現實意義。
1、材料與方法
1.1 菌種適應性進化及穩定性考察
檸檬酸廢糖水中存在一定濃度的色素、金屬離子等物質，對黑曲霉有一定的抑制作用，導致發酵前期菌體生長停滯、產酸緩慢、延滯期長。以廢糖水為培養基主要成分，篩選對廢糖水耐受力強的菌株。提高廢糖水中菌種適應性，研究工藝如圖1所示。
將菌株在廢糖水斜面上進行5次傳代，分別得到1～5代斜面，并接入廢糖水搖瓶發酵培養基中搖床培養，以原始菌株為對照，考察篩選出的菌株的發酵結果及穩定性，。搖瓶發酵條件為35℃，320r·min-1，培養72h后檢測數據。
1.2 檸檬酸廢水回流工藝
用廢糖水和色譜分離過程產生的殘液替代自來水用于玉米粉調漿，用氫氧化鈣調節pH，加入酶進行噴射液化;過濾液化后的料液，并去渣，然后進行發酵投料、實消;用廢糖水適應性研究得到的菌種，根據移種標準在種子罐中進行轉種培養;發酵結束后，對發酵液進行固液分離得到清液，通過鈣鹽或色譜分離工序得到廢糖水或色譜殘液，并繼續用于液化調漿，以實現廢水的循環利用，具體工藝流程如圖2。
1.3 廢糖水回流工藝液化試驗
1.3.1 儀器設備
主要儀器包括400m3、5m3、500L、50L及15L發酵罐，配套pH和DO電極;兆光科技中試液化系統裝置;搖床、生物傳感儀、電子天平、顯微鏡、血球計數板、高壓滅菌鍋和板框壓濾機等。
1.3.2 分析方法
對液化、發酵、提取工段進行分析，采用顯微鏡觀察及血球板計數法對孢子進行計數;采用菲林試劑滴定法測定總糖、還原糖及葡萄糖值(DE);采用凱氏定氮法測定總氮;用NaOH滴定法測定酸度;用鹵素水分儀測定水分;用光電比色法測定檸檬酸鈣中的易碳化物(RCS);采用EDTA滴定法測定鈣離子含量。
2、結果與討論
2.1 適應性進化菌株穩定性考察
根據1.1中的方法在廢水環境中篩選出適應性進化菌株G2100。對其生長與代謝穩定性進行搖瓶發酵研究，結果如表1所示。由表1可知，將篩選出的G2100菌株接入廢糖水培養基中，生長良好，其產酸效果與原始菌株接入正常配料的培養基中發酵效果接近，說明G2100能夠在廢糖水中正常生長、發酵。經過5次傳代后，菌種的產酸性狀保持穩定，說明該菌株穩定性較好，可以用于生產。可對G2100進行擴大培養并保藏，供后續研究用。
2.2 廢糖水回流對液化的影響
廢糖水單次回流對液化的影響如表2所示。經3次中試液化試驗可以看出，廢糖水配料與工藝水配料的各項指標均比較接近;并且3次實驗中混液總糖、清液總糖、濾渣總糖比較穩定，葡萄糖值(DE)值變化較小，說明廢糖水配料對液化影響較小，總體液化效果比較穩定，可以進行廢糖水回流循環利用研究。
2.3 廢糖水回流對發酵的影響
對廢糖水單次回流發酵生產檸檬酸的工藝進行中試可行性研究，分別采用工藝水和廢糖水發酵，結果如圖3。由圖3可知，采用廢糖水回流發酵，前期菌體生長停滯、產酸緩慢，發酵延滯期和周期顯著增長，說明廢糖水對黑曲霉的生長有一定的抑制作用。
2.4 廢糖水回流對提取工段的影響
中試發酵工段采用廢糖水回流發酵液，并進行后續的固液分離、中和、檸檬酸鹽過濾等提取實驗，結果如表3所示。可以看出，廢糖水回流發酵液的過濾速度、復濾速度、中和鈣鹽水分、中和料液壓濾速度和廢糖水鈣離子，與對照實驗水平比較接近，波動幅度較小，說明廢糖水回流工藝對提取工段沒有顯著影響。通過液化、發酵和提取工段的實驗比較發現，廢糖水回流工藝對液化和提取工段沒有顯著影響，由于廢糖水對菌種的抑制作用，使發酵延滯期和周期延長，轉化率偏低。
3、結論
廢糖水循環利用過程中，液化效果比較穩定;發酵產酸、殘糖、周期和發酵轉化率等指標波動較小，維持在較高的水平;中和提取相對穩定。生產規模工業化試驗，表明廢糖水回收利用可行。(來源：江蘇國信協聯能源有限公司)
