Биотехнология ответственный редактор академик И. И. Гительзон

Получение лимонной кислоты
Лимонная кислота (СН
2
– СООН – СОНСООН – СН
2
СООН) – трех-
основная оксикислота, широко распространенная в плодах и ягодах. Она 
широко применяется в пищевой промышленности при производстве кон-
дитерских изделий и напитков, в фармацевтической, химической и тек-
стильной промышленности. Лимонная кислота была идентифицирована в 
качестве продукта метаболизма плесневых грибов в 1893 г. Вемером. В 
настоящее время это кислота по объемам производства (свыше 350 тыс. 
т/г) занимает первое место среди всех органических кислот. 
У микроорганизмов синтез лимонной кислоты реализуется в цикле ди-
карбоновых кислот и осуществляется в результате конденсации кислоты с 
четырьмя атомами углерода и двумя карбоксильными группами и кислоты 
с одной карбоксильной группой. Образуемая в результате гликолиза пи-
ровиноградная кислота связывается с углекислотой; синтезируемая при 
этом щавелевоуксусная кислота реагирует с уксусной кислотой с образо-
ванием лимонной кислоты, то есть образование лимонной кислоты вклю-
чает реакции гликолиза и ряд реакций цикла Кребса. При каждом обороте 
40
80
120
160
200
240
280
7.0
6.0
5.0
4.0
3.0
2.0
1.0
кисл
от
а
, г
/г
доюав
л
енног
о
сах
ара
несб
ро
ж
енный
са
ха
р, 
г/200 
мл
время, часы
м
асса
м
ице
л
ия
, г
/2
00
м
л
1
2
3
5
4
Рис. 2.4. Рост Aspergillus niger и образование лимонной кислоты (по Прескот и Дэн, 1952).
1 – титруемая кислотность среды (в пересчете на лимонную кислоту), 2 – лимонная кислота,
3 – сахар в среде, 4 – масса мицелия, 5 – рН среды. 

---

69 
цикла молекула щавелевоуксусной кислоты взаимодействует с уксусной, 
образуя лимонную кислоту:
СН СОСООН
Пируват
3
СН - СО - S - КоА
Ацетил-КоА
3
НООС - СН - СО - СООН
Оксалацетат
2
СН - СООН - СОНСООН - СН СООН
Лимонная кислота
2
2
С Н О
Глюкоза
6
12
6
СО
2
Производство лимонной кислоты методом ферментации плесневых 
грибов принадлежит к числу давних биотехнологических процессов. Пер-
вое производство было реализовано в конце XIX века. Совершенствова-
ние процесса получения лимонной кислоты тесно связано с разработкой 
многих фундаментальных аспектов микробиологии (борьбой с микроб-
ным загрязнением производственной культуры, оптимизацией состава 
питательных сред, селекцией высокопродуктивных штаммов и др.).
В промышленном производстве лимонной кислоты в качестве проду-
цента в основном используют Aspergillus niger, но также применяют и A. 
wentii. Процесс ферментации достаточно сложен, так как лимонная кисло-
та, является продуктом первичного метаболизма грибов, и даже незначи-
тельное выделение данного продукта в окружающую среду свидетельст-
вует о выраженном дисбалансе клеточного метаболизма. Рост продуцента 
и синтез кислоты обычно регулируют составом среды (сахара, P, Mn, Fe, 
Zn). Сверхсинтез лимонной кислоты реализуется при больших концентра-
циях сахаров в среде (14–24 %) и является ответной реакцией продуцента 
на дефицит фосфора, а также других металлов, хотя их роль до конца не 
ясна. Это, видимо, и подавление анаболизма, и влияние на свойства по-

---

70 
верхности и морфологию гиф. Оптимум рН на стадии кислотообразования 
составляет 1.7–2.0. В более щелочной среде процесс сдвигается в сторону 
накопления щавелевой и глюконовой кислот. В качестве основы среды 
обычно используют глюкозный сироп, гидролизаты крахмала или мелас-
су. Последнюю предварительно разбавляют до требуемого уровня сахаров 
и обрабатывают с целью снижения содержания металлов. Источником 
азота служат соли аммония (0.2 %); концентрация фосфатов (0.01–0.-2 %). 
В качестве пеногасителей используют природные масла с высоким содер-
жанием жирных кислот. Очень существенное значение имеет уровень 
аэрации культуры.
В производстве лимонной кислоты применяют несколько вариантов 
процесса. Поверхностный способ реализуется на твердой сыпучей среде и 
в жидкой фазе. При жидкофазной поверхностной ферментации питатель-
ную среду разливают в кюветы слоем от 8 до 18 см. Кюветы размещают 
на стеллажах в предварительно простерилизованной парами формалина 
бродильной камере. Через специальные воздуховоды с током стерильного 
воздуха поверхность среды засевают исходной музейной культурой. В 
качестве посевного материала используют предварительно полученные 
также в условиях поверхностной культуры и высушенные споры (кони-
дии) из расчета 50–75 мг конидий на 1 м
2
площади кювет. Известно не-
сколько вариантов процесса: бессменный, бессменный с доливами и метод 
пленок. При бессменном режиме процесс осуществляется на одной среде 
от момента засева спор до завершения стадии кислотообразования. При 
использовании метода пленок через 7 суток после завершения кислотооб-
разования сброженный раствор мелассы сливают из кювет, мицелий про-
мывают стерильной водой; и в кюветы заливают новую среду. Бессмен-
ный способ с доливом характеризуется дробными добавками мелассы под 
пленку гриба на стадии кислотообразования (30–35 % от исходного объе-
ма), так называемый режим с подпиткой субстратом. Это позволяет повы-
сить выход лимонной кислоты на 15–20 % с единицы поверхности при 
сокращении затрат сахаров на 10–15 % по сравнению с другими метода-
ми. В ходе стадии ферментации на первом этапе (первые 24–36 ч) проис-
ходит интенсивный рост мицелия. Температура среды в этот период ста-
билизируется на уровне 32–34
°C, интенсивность аэрации составляет 3–4 
м
3
воздуха в ч/м мицелия. В период активного кислотообразования подачу 
воздуха увеличивают в 5–6 раз. В результате более интенсивного термо-
генеза температуру снижают до 30–32
°. По мере снижения процесса ки-
слотообразования режим аэрации становится менее интенсивным. Кон-
троль процесса ведут по показателям титруемой кислотности среды. Про-
цесс считают завершенным при остаточной концентрации сахаров около 1–
2 % и уровне титруемой кислотности 12–20 %. Содержание лимонной ки-
слоты от уровня всех кислот достигает 94–98 %. Сброженный раствор сли-

---

71 
вают в сборник и направляют на обработку; промытый мицелий используют 
в кормопроизводстве.
Твердофазная ферментация имеет много общего с поверхностно-
жидкофазным процессом. Разработанный в Японии процесс Коджи преду-
сматривает использование в качестве среды пористого материла (багасса, 
картофель, пульпа сахарной свеклы, пшеничные отруби). Материал пред-
варительно стерилизуют, после охлаждения инокулируют суспензией 
спор. Ферментация происходит в лотках при 25–30
°C в течение 6–7 дней. 
Образованную лимонную кислоту экстрагируют водой. В Японии 20 % 
общего объема производства лимонной кислоты получают методом Код-
жи.
Начиная с 1950 г., промышленные процессы получения лимонной ки-
слоты стали переводить в условия глубинной культуры. Стабильный про-
цесс возможен при его организации в две стадии: рост мицелия на полной 
среде в ходе первой стадии и на второй (при отсутствии фосфора в среде) 
– образование лимонной кислоты. Глубинная ферментация проводится в 
аппаратах емкостью 50 м
3
с заполнением на 70–75 %. В качестве посевно-
го материала используют мицелий, подрощенный также в условиях глу-
бинной культуры. В производственном аппарате, куда подрощенный ми-
целий передается по стерильной посевной линии, питательная среда со-
держит 12–15 % сахаров. Ферментацию проводят при 31–32
° при непре-
рывном перемешивании. В ходе процесса кислотообразования (5–7 суток) 
реализуют интенсивный режим аэрации (до 800–1000 м
3
/ч) с дробным 
добавлением сахаров, 2–3 подкормки. Выход лимонной кислоты состав-
ляет от 5 до 12 %, остаточная концентрация сахаров – 0.2–1.5 %, доля 
цитрата – 80–98 % от суммы всех органических кислот.
В 60-е годы начали разрабатывать процессы получения лимонной ки-
слоты на основе жидких углеводородов (С
9
–С
30
) с использованием в каче-
стве продуцентов дрожжей (Candida) и бактерий (Brevibacterium, 
Corynebacterium, Arthrobacter), а также с применением метода проточных 
культур. Эти технологии, пока не реализованные в промышленных мас-
штабах, обещают в будущем определенные технологические перспективы.
Готовый продукт – высокоочищенную кристаллическую лимонную 
кислоту получают в ходе постферментационной стадии. В сброженных 
растворах содержатся, помимо целевой кислоты, также глюконовая и ща-
велевая кислоты, остатки несброженных сахаров и минеральные соли. Для 
выделения лимонной кислоты из данного раствора ее связывают гидро-
окисью кальция с образованием труднорастворимого цитрата кальция:
2 С
6
Н
8
О
7
+ 3 Са(ОН)
2
= Са
3
(С
6
Н
5
О
7
)
2
+ 6 Н
2
О.
Одновременно образуются кальциевые соли глюконовой и щавелевой 
кислот, глюконат кальция Са(С
6
Н
11
О
7
)
2
и оксалат кальция СаС
2
О
4
. Каль-
циевые соли лимонной и щавелевой кислот выпадают в осадок, а глюко-

---

72 
нат кальция и основная часть органических и минеральных компонентов 
мелассы остаются в растворе. Осадок отделяется на вакуум-фильтре, про-
мывается и высушивается. Далее для перевода лимонной кислоты в сво-
бодное состояние и освобождения от оксалата кальция осадок обрабаты-
вают серной кислотой с последующей фильтрацией. Раствор лимонной 
кислоты фильтруют, концентрируют вакуум-выпаркой и затем подверга-
ют кристаллизации при медленном охлаждении до 8–10
°. Полученные 
кристаллы отделяют в центрифуге от маточника и высушивают в пневмати-
ческих сушилках при 30–35
°. Готовый продукт содержит не менее 99.5 % 
лимонной кислоты (в пересчете на моногидрат), зольность – не выше 0.1– 
0.35 %.