В производстве лимонной кислоты применяются три способа ферментации:
- культивирование продуцента на поверхности твердой питательной среды (твердофазная ферментация);
- поверхностное культивирование па жидкой среде;
- погруженное глубинное культивирование.
Культивирование на поверхности твердой среды. Гриб-продуцепт (A. niger) выращивают в неглубоких лотках и на поверхности влажных отрубей риса или пшеницы. Во время ферментации pH этой массы падает до 1,8 — 2,0. После окончания процесса лимонная кислота вместе с небольшим количеством одновременно образовавшихся глюкоповой и щавелевой кислот экстрагируется водой, а затем осаждается в виде соли кальция. В связи с тем, что отруби богаты железом и другими микроэлементами, используют штаммы A. niger, и чувствительные к высоким концентрациям металлов. Такой наиболее простой метод получения лимонной кислоты применяется только в Японии.
Поверхностное культивирование на жидкой среде. Этот метод широко используется для производства лимонной кислоты в странах Европы и Америки. Поверхность жидкой среды, разлитой в неглубокие кюветы, засевают конидиями гриба-продуцента. Емкости размещают и на стеллажах в термостатированных бродильных камерах. Гриб развивается в виде плотной пленки и на поверхности питательной среды, содержащей высокие концентрации сахара. Образующаяся лимонная кислота переходит из клеток мицелия в раствор, из которого после окончания процесса ее осаждают в виде кальциевой соли, а затем переводят в форму свободной кислоты и кристаллизуют.
Получение посевного материала (спор гриба) проводят в споровых цехах, имеющихся только на некоторых заводах, они обеспечивают своим продуктом все предприятия. Приготовление питательной среды и превращение сахара грибом в лимонную кислоту, а также последующее отделение мицелия осуществляются в бродильном цехе. Выделение лимонной кислоты из сброженных растворов и получение ее в кристаллическом виде происходят в химическом цехе.
В качестве продуцентов лимонной кислоты при поверхностном методе ее получения на большинстве заводов нашей страны, а также в ряде фирм за рубежом используются мутантные штаммы A. niqer(например, Р-1 и Р-3).
Производство посевного материала осуществляют в стерильных условиях следующим образом. Споры исходной коллекционной культуры высевают на поверхность агаризованной питательной среды, разлитой в алюминиевые кюветы площадью 10—12 дм2, последние помещают в термостат. На поверхности среды формируется плотная пленка мицелия, которая затем покрывается конидиями. Выращивание гриба осуществляют в плоских кюветах (высота бортов — до 20 см), расположенных одна над другой на стеллажах в бродильной камере, их может быть два и более в зависимости от размера последней. Заполнение кювет стерильной средой и слив из них сброженного раствора производятся через штуцер в дне этой емкости, соединенный шлангом с общим стояком, находящимся вне камеры.
Среду готовят в специальном отделении. В качестве источника углерода в нее вносят сахарозу. При организации первых производств лимонной кислоты сырьем служил кристаллический свекловичный сахар. Подготовленные стерильные кюветы заполняют стерилизованной средой (высота слоя жидкости — 12 см), которую засевают спорами гриба. Конидии, нанесенные па поверхность питательного раствора, прорастают, образуются мицелий гриба и прочная пленка, покрывающая всю поверхность среды. Максимальная интенсивность роста мицелия наблюдается примерно на 4-е сут, что сопровождается активным тепловыделением и образованием С02. В процессе ферментации происходит постепенное нарастание общей кислотности.