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柠檬酸发酵废菌体的资源化利用摘要：柠檬酸发酵废菌体是柠檬酸发酵工业中主要的有机固体废弃物，含有蛋白质、纤维素、脂肪、微量元素、酶等有机成分，是一种营养丰富、价格低廉且资源丰富的原料。文章对柠檬酸发酵废菌体的资源化利用工艺及进展进行综述。前言我国是全球最大的柠檬酸生产国，年产能占世界的68%左右，年产量占世界的80%左右。2013年我国柠檬酸（盐）产能为170万吨，全年柠檬酸总产量约为121万吨[1]。黑曲霉菌体是柠檬酸生产的主要副产物，1m3成熟发酵醪可得到湿菌体(含水70%):表面法为160～200 kg，深层法为100～120 kg，浓醪发酵时生物量更多[2-3]，菌渣中保留多种营养物质，包括蛋白质、纤维素、脂肪、微量元素及多种细胞内酶等有机成分[4]，分析其中成分为：粗蛋白8%-10%，粗脂肪14%--16%，粗纤维(纤维素、甲壳素、葡聚糖等)21%--23%，无氮浸出物37.23%灰分8%-10%[5]如果直接排放，不仅浪费资源，而且将严重污染环境，若对其加以妥善处理和综合利用，就能变废为宝，在保护环境和提高经济效益方面有着显著的意义[6]。柠檬酸发酵废菌体可作如下几个方面的利用。1 提取壳聚糖壳聚糖，又被称为脱乙酰甲壳素，是一种天然高分子氨基葡萄糖聚合物，。由于其具有无毒、可被生物降解、良好的生物相容性和成膜性等特性，已在医药、农业、环保、纺织、印染、造纸、催化、食品、日用化妆品等领域广泛应用[7-9]. 目前壳聚糖主要从虾、蟹壳中得到，原料质量不稳定，收集困难，容易腐烂，生产受季节影响大，使壳聚糖的生产受到了限制。而从菌体细胞壁中提取壳聚糖则不受资源量的限制，可大规模生产[10]。柠檬酸生产的废菌体中，甲壳素含量为菌丝体干重的20%～22%。如能将其充分利用，不仅可以有效解决环境污染难题，也可以提供大量吸附性能好、纯度高的壳聚糖[11]。在国内，利用柠檬酸工厂废菌体提取壳聚糖研究大多采用酸碱法l12-14]。首先用酸碱交替处理菌体，使细胞壁破裂并去除蛋白质得到甲壳素，然后脱去甲壳素上的乙酰基，最终获得甲壳素。工艺流程图如图1所示。图1 酸碱法从柠檬酸废菌体中提取壳聚糖何灏彦[15]等，通过单因素试验和正交试验分析了反应时间、碱液浓度和温度对壳聚糖脱乙酰度和产率的影响。得出了制备高脱乙酰度壳聚糖的最优条件为:NaOH浓度40%，反应温度110℃，反应时间6小时，在此条件下制备的壳聚糖脱乙酰度可达80%以上。李光[16]等，对黑曲霉废茵丝体提取壳聚糖的工艺条件进行探索，确定了最佳脱乙酰的工艺:碱浓度30％，温度 120℃，反应时间 2h，制得脱乙酰度89.3％的壳聚糖。赵继伦[17]等，用柠檬酸发酵后的废菌体作原料制备几丁质和壳聚糖，在100°C的条件下用50%的浓碱液脱乙酰基，获得脱乙酰度83. 9%，粘度86. 5mPa·s，水分6.52%，灰分0. 423%，含氮量7. 85%， pH7.2，得率72. 9%的壳聚糖产品，与进口壳聚糖品质相当。魏子昊[18]等，在单因素实验基础上，采用响应面法考察了破壁温度、破壁时间和盐酸浓度对壳聚糖得率的影响，并优化了破壁工艺。结果表明，最佳破壁工艺为: 破壁温度100℃，破壁时间1.6小时，盐酸浓度2.1%，壳聚糖实际得率为10.87%（理论值11.06%）。孙红杰[18]通过正交试验和单因素试验确定的脱乙酰的最佳工艺，氢氧化钠浓度50%，，室温浸泡24小时后，120℃反应时间2小时，水洗至中性，用2%的稀醋酸抽提，最终可以得到脱乙酰度93.62%，粘度5.92mpa.s，水分6.23%，灰分0.68%，得率13.26%的壳聚糖产品。酸碱法从废菌体中提取壳聚糖具有工艺简单、操作方便等特点，但该工艺NaOH的用量太大，需要增加后处理工艺，会给环境带来较大的污染[19-20]。郦和生[19]等，利用微渡技术并通过加入乙醇降低碱浓度的工艺进行了研究。确定的最优提取条件为:菌丝体:碱液体积= 1:10。微波火力为 48uW。消解时间为 20min。碱浓度为 20％，醇水比为1: 1，获得壳聚糖的脱乙酰度为88％，特性粘数为1132 dL/g。蔡俊[20]等，对酶法和化学法提取柠檬酸废菌体中壳聚糖进行了对比，结果表明，采用酶法提取的壳聚糖的分子量和收率比化学法高；两种方法的脱乙酰度接近，壳聚糖的结构相似。2 加工成饲料柠檬酸生产废菌体中所含的蛋白质，有动物需要的所有必需氨基酸，蛋白质消化率可达50%左右，另外还有营养价值的物质包括糖类、脂肪、无机盐和维生素，所以黑曲霉菌体是良好的饲料添加剂，它所提供的蛋白质可以占饲料总蛋白质的30%。饲料中添加这种强化剂以后，可以增加动物食欲，加快生长速度[5，21]。干菌体的饲料效价约为1400饲料单位/t。如果在发酵液中添加钴盐，还可以增加维生素B