特勒根定理
[拼音]：ningmengsuan
[英文]：citric acid
一種重要的有機酸。又名枸櫞酸。無色晶體，常含一分子結晶水，無臭，有很強的酸味，易溶於水，其鈣鹽在冷水中比熱水中易溶解，此性質常用來鑑定和分離檸檬酸。結晶時控制適宜的溫度可獲得無水檸檬酸。
生產簡史
天然檸檬酸在自然界中分佈很廣。在植物如檸檬、柑橘、菠蘿等果實和動物的骨骼、肌肉、血液中都含有檸檬酸。1784年C.W.舍勒首先從柑橘中提取檸檬酸。他是通過在水果榨汁中加入石灰乳以形成檸檬酸鈣沉澱的方法制取檸檬酸的。天然檸檬酸最初產於美國加利福尼亞州、義大利和西印度群島。義大利的產量居首位。到1922年，世界檸檬酸的總銷售額的90％由美國、英國、法國等壟斷。發酵法制取檸檬酸始於19世紀末。1893年C.韋默爾發現青黴（屬）菌能積累檸檬酸。1913年B.扎霍斯基報道黑麴黴能生成檸檬酸。1916年湯姆和柯里以麴黴屬菌進行試驗，證實大多數麴黴菌如泡盛麴黴、米麴黴、溫氏麴黴、綠色木黴和黑麴黴都具有產檸檬酸的能力，而黑麴黴的產酸能力更強。如柯里以黑麴黴為供試菌株，在15％蔗糖培養液中發酵，對糖的吸收率達55％。1923年美國菲澤公司建造了世界上第一家以黑麴黴淺盤發酵法生產檸檬酸的工廠。隨後比利時、英國、 德國、 蘇聯等相繼研究成功發酵法生產檸檬酸。這樣，依靠從柑橘中提取天然檸檬酸的方法逐漸為發酵檸檬酸所取代。1950年前，檸檬酸採用淺盤發酵法生產。1952年美國邁爾斯試驗室採用深層發酵法大規模生產檸檬酸。此後，深層發酵法逐漸建立起來。深層發酵週期短，產率高，節省勞動力，佔地面積小，便於實現儀表控制和連續化，現已成為檸檬酸生產的主要方法。
中國用發酵法制取檸檬酸以1942年湯騰漢等報告為最早。1952年陳聲等開始用黑麴黴淺盤發酵製取檸檬酸。輕工業部發酵工業科學研究所於1959年完成了200l規模深層發酵制檸檬酸試驗，1965年進行了生產100t甜菜糖蜜原料淺盤發酵製取檸檬酸的中間試驗，並於1968年投入生產。1966年後，天津市工業微生物研究所、上海市工業微生物研究所相繼開展用黑麴黴進行薯乾粉原料深層發酵檸檬酸的試驗研究，並獲得成功，從而確定了中國檸檬酸生產的這一主要工藝路線。薯乾粉深層發酵檸檬酸，原料豐富，工藝簡單，不需新增營養鹽，產率高，是中國獨特的先進工藝。
中國石油發酵檸檬酸的研究起步較早。1970年，天津、上海、瀋陽、常州等地研究單位利用解脂假絲酵母(candida lipolytica)進行石蠟油（正構烷烴）發酵生產檸檬酸的試驗。1979年徐子淵等篩選出一株對氟乙酸敏感的變異株解脂假絲酵母，其烏頭酸水合酶的活性很低，檸檬酸的生成比例從原來的50％提高至80％，從而提高了石油發酵檸檬酸的產率。
隨著生物技術的進步，檸檬酸工業有了突飛猛進的發展，全世界檸檬酸產量已達0.4Mt。在檸檬酸發酵技術領域，由於高產菌株的應用和新技術的不斷開拓，檸檬酸發酵和提取收率都有明顯提高，每生產1t檸檬酸分別消耗2.5～2.8t糖蜜，2.2～2.3t薯乾粉或1.2～1.3t蔗糖。人們正在大力開發固定化細胞迴圈生物反應器發酵技術和微機控制系統，以求進一步降低成本和提高產率。
發酵機理
自1940年H.A.克雷伯斯提出三羧酸迴圈學說以來，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，然後丙酮酸進一步氧化脫羧生成乙醯輔酶A，乙醯輔酶A和丙酮酸羧化所生成的草醯乙酸縮合成為檸檬酸並進入三羧酸迴圈途徑。
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，才有利於檸檬酸的大量積累。
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。固態發酵是以薯乾粉、澱粉粕以及含澱粉的農副產品為原料，配好培養基後，在常壓下蒸煮，冷卻至接種溫度，接入種曲，裝入曲盤，在一定溫度和溼度條件下發酵。採用固態發酵生產檸檬酸，裝置簡單，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後新增糖液發酵。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裝置是發酵罐。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、空氣分佈裝置、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，並有良好的密封性。除通用式發酵罐外，還可採用帶升式發酵罐、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，通常是從不同地區採集的土壤或從腐爛的水果中分離篩選，然後通過物理和化學方法進行菌種選育。例如薯乾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，黑麴黴適合在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，這不僅有利於生成檸檬酸，減少草酸等雜酸的形成，同時可避免雜菌的汙染。檸檬酸發酵要求較強的通風條件，有利於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。採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係，若發酵後期形成正常的菌球體，有利於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，由於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新增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，成分十分複雜，必須通過物理和化學方法將檸檬酸提取出來。大多數工廠仍是採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。
用途
檸檬酸的用途十分廣泛。檸檬酸產量的70％用作食品製造的調味劑。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。無水檸檬酸大量用於固體飲料。檸檬酸的鹽類如檸檬酸鈣和檸檬酸鐵是某些食品中需要新增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，製造食品包裝用塑料薄膜。