Существует три распространенных метода производства лимонной кислоты: прямая экстракция, химический синтез и биоферментация. Прямая экстракция предполагает извлечение лимонной кислоты непосредственно из овощей и фруктов с высоким содержанием лимонной кислоты. Однако из-за высокой стоимости и низкого выхода этот метод не получил широкого распространения. Химический синтез редко используется в промышленном производстве, поскольку многие химические реагенты токсичны, сырье дорогое, а процесс синтеза сложен. В настоящее время наиболее распространенным методом в промышленности является микробная ферментация, которая, в свою очередь, подразделяется на поверхностную ферментацию, твердофазную ферментацию и погружную жидкостную ферментацию, причем погружная жидкостная ферментация является наиболее распространенной.

В настоящее время наиболее широко используемым высокопродуктивным штаммом лимонной кислоты на предприятиях является *Aspergillus niger*. *Aspergillus niger* — это распространенный в природе гриб рода Aspergillus, широко встречающийся в почве, воздухе и зерновых культурах. Это распространенный промышленный ферментационный штамм, часто используемый для производства лимонной кислоты, амилазы, целлюлазы, кислой протеазы, глюкозооксидазы, пектиназы, галловой кислоты и глюконовой кислоты. *Aspergillus niger* хорошо растет при температуре 37℃ и оптимальной относительной влажности 88%. Он обладает сильной способностью к кислотообразованию, производя большое количество лимонной кислоты даже в кислых условиях. Процесс производства кислоты не образует токсичных побочных продуктов и может использовать несколько источников углерода, что дает ему конкурентное преимущество, недостижимое для других штаммов.

Рассмотрим в качестве примера технологию жидкостной ферментации Aspergillus niger для производства лимонной кислоты. В качестве сырья используется крахмал. Отруби кодзи активируются для получения суспензии спор. Затем крахмал разжижается и осахаривается для получения осахаренной жидкости. Весь процесс занимает приблизительно 24 часа. Затем добавляется определенная концентрация источника азота и неорганических солей для приготовления основной культуральной среды. В качестве источника азота обычно используется кукурузный экстракт или дрожжевой экстракт. После высокотемпературной стерилизации и охлаждения суспензию спор инокулируют. Споры Aspergillus niger размножают в затравочном резервуаре, а затем инокулируют в ферментер для ферментации. Цикл периодической ферментации составляет приблизительно 60-80 часов. После ферментации лимонная кислота получается путем бактериально-жидкостного разделения, осаждения и очистки ферментационной среды.

В обычных средах для ферментации лимонной кислоты загрязнение другими микроорганизмами, помимо ферментирующего штамма *Aspergillus niger*, называется загрязнением. Хотя pH ферментационной среды быстро падает ниже 2,0 во время ферментации лимонной кислоты по мере накопления продукта, что препятствует размножению многих микроорганизмов в кислой среде, высокий pH и богатое содержание питательных веществ на ранних стадиях ферментации делают ее восприимчивой к загрязнению. После возникновения загрязнения оно представляет значительную угрозу для производства лимонной кислоты. В последние годы индустрия лимонной кислоты постоянно развивается, предъявляя все более высокие требования к предотвращению загрязнения во время ферментации. В данном анализе рассматриваются причины, типы и факторы, влияющие на загрязнение лимонной кислоты.

Причины заражения: 

(1) Обработка загрязнений: Операторы должны знать асептические методы, обладать базовыми знаниями в области микробиологии и уметь проводить дезинфекцию и стерилизацию. Ферментация лимонной кислоты требует различных процедур стерилизации, таких как периодическое опорожнение и стерилизация ферментера, а также фактическая стерилизация каждого резервуара с культуральной средой. Независимо от того, идет ли речь о стерилизации опорожненного ферментера или о фактической стерилизации культуральной среды, операторы должны строго соблюдать температуру и давление стерилизации. 

(2) Загрязнение затравочного резервуара: Ферментация лимонной кислоты в основном представляет собой двухэтапное культивирование, и исходную культуру сначала необходимо размножить в затравочном резервуаре. Затравочный резервуар также легко загрязняется микроорганизмами в процессе культивирования. В обычных условиях затравочный резервуар следует проверять на наличие различных бактерий перед подключением к ферментеру, и загрязненные затравочные резервуары использовать не следует. 

(3) Загрязнение вспомогательными материалами: К основным вспомогательным материалам в процессе ферментации лимонной кислоты относятся мочевина, сульфат аммония, пенообразователи и сахарифицирующие ферменты. Как правило, питательные вещества и другие вспомогательные материалы добавляются до стерилизации культуральной среды, чтобы любые загрязнения во вспомогательных материалах были уничтожены в процессе стерилизации. Из-за характеристик культуральной среды и необходимости вентиляции ферментационная среда склонна к пенообразованию во время ферментации лимонной кислоты, что может привести к переливу, особенно во время логарифмической фазы роста Aspergillus niger, когда его метаболизм интенсивен. Как правило, пеногаситель необходимо добавлять каждые несколько минут. Поскольку пеногаситель необходимо добавлять в процессе ферментации, если пеногаситель и связанные с ним трубопроводы не будут тщательно стерилизованы, это может легко привести к загрязнению во время ферментации. 

(4) Загрязнение из воздуха: Ферментация лимонной кислоты является аэробной, и для обеспечения того, чтобы растворенный кислород в ферментационной среде соответствовал требованиям роста Aspergillus niger, необходима постоянная вентиляция в процессе ферментации. Поэтому сжатый воздух необходимо фильтровать и стерилизовать перед подачей в ферментационный резервуар. Неправильная установка или использование фильтра, а также неполная стерилизация перед использованием могут привести к загрязнению во время ферментации. 

(5) Утечки оборудования и гигиена: В процессе брожения лимонной кислоты выделяется большое количество тепла. В бродильных емкостях обычно используются встроенные змеевики и циркулирующая вода для контроля температуры брожения. Из-за вибрации, создаваемой емкостью, сварной шов змеевика циркулирующей воды может треснуть или протечь во время использования, что приведет к попаданию циркулирующей воды в бродильную жидкость, загрязнению бродильной жидкости и возникновению загрязнения брожения.