黑麴菌能在酸鹼值2.5到3.5存活，如何降低汙染風險？

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黑麴菌的耐酸性降低發酵過程的污染風險

黑麴菌（Aspergillus niger）在工業化生產檸檬酸的歷史中扮演了關鍵角色。其獨特之處在於能在pH值介於2.5至3.5的酸性環境中存活與生長。這種極端的耐酸性，對於發酵過程中的微生物控制至關重要。相較於其他對酸敏感的雜菌，黑麴菌能在如此低的pH值下茁壯成長，這意味著它能夠有效抑制或排除那些可能與之競爭營養、影響產量，甚至產生有害物質的雜菌，從而顯著降低了發酵過程中發生污染的風險。這項特性是其能夠成功應用於大規模檸檬酸生產的關鍵因素之一。

從柑橘提煉到微生物發酵的檸檬酸生產演進

檸檬酸的工業化生產歷程可追溯至1809年，最初主要依賴從柑橘類水果中提煉。然而，這種方法不僅成本較高，且產量受限。直到1917年，美國食品化學家詹姆斯·居禮（James Currie）的研究發現，利用黑麴菌進行發酵是生產檸檬酸的一種更有效率且成本低廉的途徑。此後，檸檬酸的生產進入了快速、大量且平價的新時代，深刻地改變了食品添加劑的產業格局。早期的發酵嘗試，如1893年韋默爾（Carl Wehmer）發現的灰綠青黴，雖然開啟了發酵生產的可能性，但因效率不彰和污染問題而未能持續。

黑麴菌在檸檬酸生產中的關鍵突破

相較於早期發酵技術面臨的挑戰，黑麴菌的發現與應用是一大突破。在1913年，札霍斯基（B. Zahorsky）為一種能生產檸檬酸的新真菌申請專利，即為黑麴菌。隨後，湯姆與居禮（Thom & Currie）在1916年進一步的研究證實，黑麴菌屬的真菌皆具備生產檸檬酸的能力，其中尤以黑麴菌的效率最高。黑麴菌能在pH 2.5至3.5的環境中生存，此酸性條件有效阻礙了其他微生物的生長，大幅降低了污染的機率，為檸檬酸的大規模、穩定生產鋪平了道路。1923年，美國輝瑞大藥廠建立的全球首座以黑麴菌發酵生產檸檬酸的工廠，便是這一技術革新的里程碑。

檸檬酸生產技術的持續演進與挑戰

隨著檸檬酸的應用範圍不斷擴大，涵蓋食品、醫藥、染料等多個領域，其需求量逐年攀升，對生產技術提出了更高的要求。為了解決黑麴菌發酵消耗大量糖類與糧食的問題，科學家們轉而尋找能利用其他碳源的微生物。1968年，日本發展出利用烷烴（如正烷烴）作為碳源，透過溶脂念珠菌（Candida lipolytica）發酵生產檸檬酸的新製程。烷烴的低廉價格曾一度推動發酵工業的發展，但隨後因1973年油價上漲，烷烴不再是經濟的原料。為應對此挑戰，後續的技術演進包括利用棕櫚油、油脂，甚至石蠟作為碳源，透過溶脂念珠菌或黑麴菌的突變株進行發酵，以提高產量和效率，例如輝瑞公司在1974年便為利用石蠟生產檸檬酸的連續發酵方法申請了專利。儘管如此，生產成本的控制與原料的可持續性，至今仍是產業持續關注的議題。

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