檸檬酸從1809年義大利柑橘提煉走向工業量產，關鍵轉折在哪？

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黑麴菌的發現與應用，開啟工業化檸檬酸生產的關鍵轉折

工業化生產檸檬酸的歷史可以追溯至1809年，當時義大利的產業便已開始透過提煉柑橘類水果來生產這種有機弱酸。然而，真正讓檸檬酸的生產進入快速、大量且低成本的階段，並徹底改變食品添加工業的關鍵轉折，發生在1917年。美國食品化學家居禮（James Currie）的研究揭示了利用黑麴菌（Aspergillus niger）進行發酵，相較於傳統的柑橘類水果提煉，能更有效率地生產檸檬酸，同時大幅降低生產成本。這種微生物發酵技術的突破，為檸檬酸的普及和廣泛應用奠定了基礎。

黑麴菌發酵技術的確立與產業化應用

黑麴菌的發酵生產技術並非一蹴可幾。早在1893年，德國科學家韋默爾便發現灰綠青黴（Penicillium glaucum）可透過糖類代謝製造檸檬酸，並於隔年出現了相關的發酵工廠。然而，這些早期嘗試因生產效率不彰及污染問題而終止。直到1913年，科學家札霍斯基為一種能生產檸檬酸的新真菌——黑麴菌申請專利，並在1916年，湯姆和居禮（Thom & Currie）進一步研究確認了黑麴菌屬真菌的檸檬酸生產能力，其中黑麴菌的表現尤為突出。與灰綠青黴不同，黑麴菌能在pH值2.5至3.5的酸性環境中生存，此特性有效抑制了其他雜菌的生長，顯著降低了污染風險，為大規模工業化生產掃清了障礙。基於這項技術，美國輝瑞大藥廠於1923年建造了全球首座以黑麴菌發酵生產檸檬酸的工廠，標誌著檸檬酸工業化生產進入了新紀元。

溶脂念珠菌的出現與製程的進一步演進

隨著檸檬酸的應用領域不斷擴展，不僅在食品加工業中扮演重要角色，更廣泛應用於醫藥、染料等行業，其需求量逐年攀升，黑麴菌的生產能力開始面臨瓶頸。為了解決供應短缺的問題，科學家們轉而尋找其他更具潛力的發酵菌種。1968年，日本成功開發出利用石化原料正烷烴（alkane）作為碳源，透過溶脂念珠菌（Candida lipolytica）發酵生產檸檬酸的新製程。溶脂念珠菌能夠有效利用價格低廉的烷烴，這項技術的出現極大地影響了1960至1970年代的發酵工業。儘管此製程在產量上有所提升，但伴隨產生的異檸檬酸（isocitric acid）回收問題，以及1973年後烷烴價格的顯著上漲，促使了進一步的製程改良。

以油脂為碳源的生產技術與成本考量

後續的研發方向轉向利用油脂作為碳源，以期在成本與產能之間取得更好的平衡。研究發現，以棕櫚油為碳源，透過溶脂念珠菌的突變株，生產檸檬酸的效率可超過145%。同時，亦有利用油脂作為黑麴菌唯一碳源成功生產檸檬酸的案例。儘管這些以油脂為基礎的生產技術在效率上表現優異，但其生產成本仍偏高，尚未能達到與烷烴相當的低廉價格。此外，利用石蠟作為原料，透過溶脂念珠菌生產檸檬酸的方法也獲得專利，輝瑞公司在1974年便取得了一項專利，描述了在單一生物反應器中連續加入石蠟，並連續取出發酵液的連續生產方法，宣稱產量可高達95%。這些技術的演進，持續推動著檸檬酸生產的效率與經濟性。

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