برای دانستن اینکه اسید سیتریک در چه دمایی تولید می شود ، با متن زیر همراه شوید. در سال های اخیر، اسید سیتریک به طور تجاری توسط تخمیر قارچ توسط Aspergillus تولید شده است. اسید سیتریک با استفاده از مواد اولیه مختلف ارزان قیمت نیز مانند ملاس، عصاره غلاف خرنوب، روغن هسته کلزا، بلال ذرت، تفاله سیب و انگور، پوست میوه کیوی، نارنج نارنگی و زباله های آبجوسازی و به راحتی در دسترس تجاری تولید می شود. تخمیر غوطه ور رایج ترین روش برای تولید اسید سیتریک است. این متداول ترین روش است و تخمین زده می شود که حدود 80٪ از تولید جهانی اسید سیتریک با تخمیر غوطه ور به دست می آید. دمای محیط تخمیر یکی از عوامل مهمی است که تأثیر زیادی بر تولید اسید سیتریک دارد. حداکثر دمای تولید اسید سیتریک، دمای 30 درجه سانتی گراد است. با افزایش یا کاهش دما از 30 درجه سانتیگراد، تجمع اسید سیتریک در محیط تولید کاهش پیدا می کند. هنگامی که دمای محیط کم شود، فعالیت آنزیم نیز کم می شود و در نتیجه تولید اسید سیتریک افزایش نمیابد. در مطالعات حاضر دمای 30 درجه سانتیگراد بهترین دما برای تخمیر اسید سیتریک است. هنگامی که دمای محیط به بالاتر از 30 درجه سانتیگراد افزایش پیدا کند، بیوسنتز اسید سیتریک کاهش پیدا می کند. این ممکن است به این دلیل باشد که دمای بالا می تواند باعث دناتوراسیون آنزیم سیترات سنتاز شود. پس دمای 30 درجه سانتیگراد تولید اسید سیتریک بهینه می شود. پس از دانستن این نکته که اسید سیتریک در چه دمایی تولید می شود و با دانستن رایج ترین روش تولید اسید سیتریک یعنی تخمیر غوطه وری به سراغ عوامل موثر بر تخمیر اسید سیتریک می رویم.
تجمع اسید سیتریک به ویژه در فرآیندهای تخمیر غوطه ور به شدت تحت تأثیر ترکیب محیط قرار دارد. عواملی که عمدتا بر تخمیر سیتریک تأثیر می گذارند عبارتند از: نوع و غلظت منبع کربن، محدودیت نیتروژن و فسفات، pH ، هوادهی، غلظت عناصر الکلی و مورفولوژی میکروارگانیسم تولید کننده.
منبع کربن برای تخمیر سیتریک موضوع بسیاری از مطالعات، به ویژه در مورد استفاده از پلی ساکاریدها بوده است. به طور کلی، فقط قندهایی که به سرعت توسط میکروارگانیسم جذب می شوند، عملکرد نهایی بالای اسید سیتریک را می دهند.غلظت منبع کربن برای تخمیر سیتریک بسیار مهم است. عملکرد نهایی اسید سیتریک با غلظت اولیه قند در فرآیندهای دسته ای یا میزان تغذیه با گلوکز در شیمستات افزایش می یابد، در حالی که سرعت رشد خاص یک رفتار مخالف دارد. بالاترین بهره وری معمولاً با استفاده از 14-22٪ قند حاصل می شود، زیرا چنین غلظت های بالای منبع کربن منجر به سرکوب α-ketoglutarate دهیدروژناز می شود. از طرف دیگر، در سطح گلوکز پایین، اندازه میسلیوم کاهش می یابد و شکل آن نیز تحت تأثیر قرار می گیرد.
برخی از محیط های پیچیده (مانند ملاس) سرشار از نیتروژن هستند و بندرت نیاز به تکمیل منبع نیتروژن دارند. محیط کاملاً خالص مورد استفاده در تحقیقات مقیاس آزمایشگاهی معمولاً با نمک های آمونیوم، به ویژه نیترات و سولفات آمونیوم تکمیل می شود، که به نوبه خود منجر به کاهش PH می شود که به تخمیر کمک می کند. منابع دیگر نیتروژن مانند اوره و عصاره مخمر- مالت نیز با موفقیت استفاده شده است. محدودیت توسط نیتروژن برای تولید اسید سیتریک ضروری است.
PH محیط در دو مرحله از فرآیند مهم است. همه تخمیرها از هاگ ها شروع می شوند و جوانه زنی آنها به pH> 5 نیاز دارد. جذب آمونیاک توسط جوانه زدن هاگ باعث آزاد شدن پروتون ها می شود، بنابراین pH را کاهش می دهد و تولید اسید سیتریک را بهبود می بخشد. مقدار pH پایین در مرحله تولید (pH ≤ 2) خطر آلودگی توسط سایر میکروارگانیسم ها را کاهش می دهد و تولید اسیدهای آلی ناخواسته (اسیدهای گلوکونیک و اگزالیک) را مهار می کند که بهبود محصول را آسان تر می کند.
تولیدکنندگان صنعتی اسید سیتریک از مدت ها قبل می دانستند که تغییرات در میزان هوادهی می تواند تأثیر مخربی بر عملکرد داشته باشد. اگر سرعت هوادهی خیلی زیاد باشد، ممکن است فشار جزئی 2CO محلول در مایع خیلی کم باشد. دی اکسید کربن به عنوان یک بستر برای پیروات کربوکسیلاز مهم است که ذخیره اگزالو استات سیترات سنتاز را دوباره جبران می کند. CO 2کافی توسط واکنش کاتالیز شده توسط دکربوکسیلاز پیروات، منجر هوادهی بیش از حد و برخی از زیان تولید شده است. برعکس، مقادیر بالای CO 2 در گاز برای غلظت نهایی سیترات و زیست توده مضر است.
A. niger برای رشد به فلزات کمیاب کمیاب نیاز دارد. با این حال، محدودیت توسط سایر عناصر کمیاب به ویژه در تخمیر غوطه ور برای تولید اسید سیتریک لازم است. فلزاتی که باید در غلظت محدود باشند، روی، منگنز، آهن، مس و فلزات سنگین هستند. غلظت منیزیم در حد 3 میلی گرم در لیتر عملکرد اسید سیتریک را به شدت کاهش می دهد و افزودن 10 میلی گرم در لیتر منیزیم 2+ منجر به کاهش تجمع اسید سیتریک به میزان 50٪ می شود. آنابولیسم A. nigerتحت تأثیر کمبود منگنز یا محدودیت توسط نیتروژن و فسفات است. تجزیه پروتئین ها در اثر کمبود منگنز، منجر به غلظت بالای آمونیوم درون سلولی می شود که با مهار اسید سیتریک فسفوفروکتوکیناز و در نتیجه گلیکولیز در تضاد است. علاوه بر این، ترکیبی از غلظت های زیاد گلوکز و آمونیوم سنتز α-ketoglutarate دهیدروژناز را سرکوب می کند، از این رو باعث مهار کاتابولیسم اسید سیتریک در چرخه Krebs و تولید بیش از حد آن می شود. منگنز همچنین در بسیاری از عملکردهای سلولی، به ویژه در سنتز دیواره سلولی، اسپور و تولید متابولیت های ثانویه، مهم شناخته شده است. بنابراین، هنگام انتخاب مواد تشکیل دهنده محیط، از جمله مواد سازنده بیوراکتور، باید بسیار دقت شود تا اطمینان حاصل شود که آثار منگنز باعث کاهش عملکرد تخمیر نمی شود.
رابطه بین مورفولوژی قارچ و بهره وری در تخمیرهای غوطه ور مدتها پیش برقرار شده است. با وجود اختلاف نظر در مورد راحت تر بودن گلوله ها یا فرم های رشته ای برای تولید اسید سیتریک، در همه موارد، میسلیوم اسیدوژنیک A. niger حاوی شاخه های هیف کوتاه با نوک متورم است. از عوامل اصلی موثر بر مورفولوژی A. niger در کشت های زیر آب و سپس تأثیر بر عملکرد، شدت تحریک، pH متوسط، سرعت رشد، فاکتورهای تغذیه ای و نوع و غلظت تلقیح است.