柠檬酸是重要的化工产品，当前主要采用发酵法生产。柠檬酸提取方法主要包括钙盐提取法、改良钙盐提取法和色谱提取法。钙盐提取法是指先固液分离去除柠檬酸发酵液中的菌体渣等固形物，再经复滤等工艺澄清发酵液，加热后用碳酸钙等含钙化合物进行酸碱中和，形成柠檬酸钙晶体，通过固液分离收集液体进入下段工艺后继续纯化，由此固液分离后的溶液即为废糖水。色谱提取法是指通过固液分离去除柠檬酸发酵液中的菌体渣等，经膜过滤等工艺澄清发酵液，然后用色谱分离系统进行分离，得到柠檬酸提取液，在此分离过程中产生的废液即为色谱残液。每吨柠檬酸产生的废水中的COD达350kg·t-1，浓度为10000～15000ppm。废糖水和色谱残液成分比较相近，主要含有纤维、菌体、有机酸、糖、蛋白质胶体物质、色素、矿物质及其他代谢产物等，这些物质对废水的COD影响特别大，因此，废糖水和色谱残液回收利用对于环境保护、节约资源、实现清洁生产与资源循环利用有极其重要的现实意义。
1、材料与方法
1.1 菌种适应性进化及稳定性考察
柠檬酸废糖水中存在一定浓度的色素、金属离子等物质，对黑曲霉有一定的抑制作用，导致发酵前期菌体生长停滞、产酸缓慢、延滞期长。以废糖水为培养基主要成分，筛选对废糖水耐受力强的菌株。提高废糖水中菌种适应性，研究工艺如图1所示。
将菌株在废糖水斜面上进行5次传代，分别得到1～5代斜面，并接入废糖水摇瓶发酵培养基中摇床培养，以原始菌株为对照，考察筛选出的菌株的发酵结果及稳定性，。摇瓶发酵条件为35℃，320r·min-1，培养72h后检测数据。
1.2 柠檬酸废水回流工艺
用废糖水和色谱分离过程产生的残液替代自来水用于玉米粉调浆，用氢氧化钙调节pH，加入酶进行喷射液化;过滤液化后的料液，并去渣，然后进行发酵投料、实消;用废糖水适应性研究得到的菌种，根据移种标准在种子罐中进行转种培养;发酵结束后，对发酵液进行固液分离得到清液，通过钙盐或色谱分离工序得到废糖水或色谱残液，并继续用于液化调浆，以实现废水的循环利用，具体工艺流程如图2。
1.3 废糖水回流工艺液化试验
1.3.1 仪器设备
主要仪器包括400m3、5m3、500L、50L及15L发酵罐，配套pH和DO电极;兆光科技中试液化系统装置;摇床、生物传感仪、电子天平、显微镜、血球计数板、高压灭菌锅和板框压滤机等。
1.3.2 分析方法
对液化、发酵、提取工段进行分析，采用显微镜观察及血球板计数法对孢子进行计数;采用菲林试剂滴定法测定总糖、还原糖及葡萄糖值(DE);采用凯氏定氮法测定总氮;用NaOH滴定法测定酸度;用卤素水分仪测定水分;用光电比色法测定柠檬酸钙中的易碳化物(RCS);采用EDTA滴定法测定钙离子含量。
2、结果与讨论
2.1 适应性进化菌株稳定性考察
根据1.1中的方法在废水环境中筛选出适应性进化菌株G2100。对其生长与代谢稳定性进行摇瓶发酵研究，结果如表1所示。由表1可知，将筛选出的G2100菌株接入废糖水培养基中，生长良好，其产酸效果与原始菌株接入正常配料的培养基中发酵效果接近，说明G2100能够在废糖水中正常生长、发酵。经过5次传代后，菌种的产酸性状保持稳定，说明该菌株稳定性较好，可以用于生产。可对G2100进行扩大培养并保藏，供后续研究用。
2.2 废糖水回流对液化的影响
废糖水单次回流对液化的影响如表2所示。经3次中试液化试验可以看出，废糖水配料与工艺水配料的各项指标均比较接近;并且3次实验中混液总糖、清液总糖、滤渣总糖比较稳定，葡萄糖值(DE)值变化较小，说明废糖水配料对液化影响较小，总体液化效果比较稳定，可以进行废糖水回流循环利用研究。
2.3 废糖水回流对发酵的影响
对废糖水单次回流发酵生产柠檬酸的工艺进行中试可行性研究，分别采用工艺水和废糖水发酵，结果如图3。由图3可知，采用废糖水回流发酵，前期菌体生长停滞、产酸缓慢，发酵延滞期和周期显著增长，说明废糖水对黑曲霉的生长有一定的抑制作用。
2.4 废糖水回流对提取工段的影响
中试发酵工段采用废糖水回流发酵液，并进行后续的固液分离、中和、柠檬酸盐过滤等提取实验，结果如表3所示。可以看出，废糖水回流发酵液的过滤速度、复滤速度、中和钙盐水分、中和料液压滤速度和废糖水钙离子，与对照实验水平比较接近，波动幅度较小，说明废糖水回流工艺对提取工段没有显著影响。通过液化、发酵和提取工段的实验比较发现，废糖水回流工艺对液化和提取工段没有显著影响，由于废糖水对菌种的抑制作用，使发酵延滞期和周期延长，转化率偏低。
3、结论
废糖水循环利用过程中，液化效果比较稳定;发酵产酸、残糖、周期和发酵转化率等指标波动较小，维持在较高的水平;中和提取相对稳定。生产规模工业化试验，表明废糖水回收利用可行。(来源：江苏国信协联能源有限公司)
