（1）碳源
目前常用的碳源主要有廢糖蜜、蔗糖及澱粉質原料。我國檸檬酸行業的生產基本采用以澱粉質原料進行深層發酵。
越南中部地區出產的木薯質量最好，最適宜作檸檬酸發酵的原料。我國海南、廣東、福建、廣西等地區也廣泛種植。木薯原料中所含的P，K，S等元素的量已足夠黑曲黴生長，無須專門添加。而且木薯含黏性物質少，醪液黏度小，可濃醪發酵。
（2）氮源
氮源的作用是合成細胞物質如蛋白質、氨基酸、核酸、維生素等及調節代謝，從生長角度看，黑曲黴可利用很多無機氮和有機氮。但一般以有機氮為佳。生產上常用玉米漿、麩皮、米糠作為氮源。而氨、氫氧化銨或磷酸銨可以大大提高產量，在代謝中首先形成氨基酸如穀氨酸、甘氨酸及丙氨酸，這些氨基酸促進了檸檬酸的形成。
一般檸檬酸發酵需要氮源，但不能過多，過多的氮源會導致菌絲生長過旺，過量的菌絲造成供氧相對不足，形成較大的菌球，造成菌球表麵積較小，引起菌體呼吸困難，使發酵後期糖的消耗和產酸幾乎處於停滯狀態，發酵產酸急劇下降。過少的氮量則影響菌的生長和產酸速度，對發酵不利。
（3）金屬離子
一些金屬離子如鉬、銅、鋅或鈣等對檸檬酸合成有一定抑製作用。亞鐵氰化鉀可以提高檸檬酸的產量，這是由於它可以沉澱對檸檬酸合成有抑製作用的某些金屬鹽。
Mg2+是細胞內多種酶的激活劑，Mg2+可促進生成丙酮酸，降低磷酸烯醇式丙酮酸向草酰乙酸轉化的可能，使草酰乙酸缺乏，因此添加適量的Mg2+有利於檸檬酸生成。
4）種子的擴大培養
在4～6°Bé的麥芽汁內加入25％至30％的瓊脂，然後接入黑曲黴菌種（無菌操作），在30～32℃條件下培養4d左右。這種培養方法稱為“斜麵培”。將麩皮和水以1：1的比例摻拌，再加入10％的碳酸鈣、0.5％的硫酸銨，拌勻後裝入容量為250mL的三角瓶中，用1.5kg壓力滅菌60min。接入斜麵培養法培養出的菌種，培養96～120h後即可使用。
工藝流程：保藏菌種→斜麵活化→搖瓶種子培養→種子罐→發酵罐。
5）檸檬酸發酵
（1）原料預處理
濕粉渣必須經過壓榨脫水，使含水量在60％左右；幹粉渣含水量低，應按60％的比例補足水分；結塊的粉渣需粉碎成2～4mm顆粒。然後加入2％碳酸鈣、10％～11％的米糠，摻勻後，堆放2h，再進行蒸煮。蒸煮可采用加壓蒸料和常壓蒸料兩種方式。加壓蒸料最好用旋轉式蒸鍋，常壓蒸料可用固定式蒸鍋或固定式水泥蒸鍋。先用揚麩機將蒸煮好的料破碎，再加入含抗汙染藥品的沸水。
（2）接種與發酵
當料液溫冷卻到37～40℃時，接入菌種懸浮液。接種後，送入曲室發酵（此時料溫不得低於27℃）。生產過程一定要嚴格無菌操作。發酵室要注意消毒，定期用甲醛或硫黃熏蒸，其中最好甲醛為10mL/m3，硫黃為25g/m3。
（三）檸檬酸發酵工藝控製
1）黑曲黴檸檬酸發酵的代謝控製
（1）磷酸果糖激酶的調節（Phosphofructokinase；PFK）
檸檬酸、ATP對磷酸果糖激酶有抑製作用，生產菌需要解除該抑製。而AMP、無機磷、NH+4對該酶有活化作用。因此通過NH+4能有效解除檸檬酸、ATP對該酶的抑製作用，因此生產上通常添加銨鹽來增加檸檬酸的產量。此外Mn2+的影響也至關重要，Mn2+缺乏可能幹擾蛋白質合成，導致蛋白質分解，從而NH+4水平升高，減少檸檬酸對磷酸果糖激酶的抑製。
（2）CO2固定量的調節
檸檬酸的生成速度與CO2固定量有化學計量關係，CO2固定主要是丙酮酸羧化酶催化的，生成了草酰乙酸，從而保證了草酰乙酸的供應。
（3）TCA循環上的調節
檸檬酸合成酶是一種調節酶，但在黑曲黴中沒有調節作用。順烏頭酸水合酶、以檸檬酸酶在pH2.0時失活，阻斷TCA循環，使得檸檬酸積累。順烏頭酸水合酶需要Fe2+，在發酵液中添加黃血鹽，絡合Fe2+阻斷TCA循環，積累檸檬酸。
黑曲黴除了正常呼吸鏈（產生ATP）之外，還存在有一條旁呼吸鏈（不產生ATP）。缺氧對旁呼吸鏈的損傷是不可逆的，因此在生產檸檬酸階段，一定要保證足夠的溶氧供應。
2）溫度控製
黑曲黴屬嗜熱微生物，最適生長溫度33～37℃，注意發酵過程中的溫度控製。整個發酵過程分為3個階段：第一階段為前18h，室溫為27～30℃，料溫為27～35℃；第二階段為18～60h，料溫為40～43℃，不能超過44℃，室溫要求33℃左右；第三階段為60h料溫為35～37℃，室溫為30～32℃。
工業生產上，大發酵罐在發酵過程中一般不需要加熱，因為發酵釋放了大量的發酵熱，所以需要冷卻的情況較多。利用自動控製或手動控製調整閥門，將冷卻水注入發酵罐夾層，通過熱交換保證恒溫發酵。如果氣溫過高，冷卻水的冷卻能力不夠，達不到預定溫度，就可采用冷凍鹽水進行循環式降溫。
3）pH值的控製
發酵過程中，隨著菌種對培養基的利用和代謝產物的積累，會使得pH值產生一定的變化。黑曲黴檸檬酸生產菌的酸性糖化酶最適pH4.0～4.6，檸檬酸發酵最適pH2.0以下，這就需要保證糖化速度和產酸速度之間的銜接與平衡。
首先，考慮發酵培養基的基礎配方，使碳源和氮源比例適當，使得發酵過程的pH值在合適範圍內。其次，通過直接補加酸、堿和補料的方式來控製pH，如生理酸性物質（NH4）2SO4和生理酸性物質NaNO3。
4）溶解氧的控製
黑曲黴菌是喜空氣細菌，該發酵屬於典型的好氧發酵，對氧氣十分敏感。通風攪拌十分重要。當發酵進入產酸期，隻要幾分鍾的缺氧就會對發酵造成嚴重的影響，甚至發酵失敗。因此，供氧方麵，主要是通過調節攪拌轉速或通氣速率來控製供氧。也可采用調節溫度、液化培養基、中間補水、添加表麵活性劑等工藝措施來改善溶氧。
（四）檸檬酸的提取與精製工藝
成熟的檸檬酸發酵醪中，除含有主產物檸檬酸外，還有纖維、菌體、有機雜酸、蛋白類膠體物質、糖、色素、礦物質及其他一係列代謝衍生物等雜質。這些雜質溶存或懸浮於發酵醪中。通過各種物理和化學方法，將這些雜質清除從而得到符合國家質量標準的檸檬酸產品的全過程，即檸檬的提取與精製，也稱為檸檬酸生產的下遊工程。
1）檸檬酸的預處理
預處理是指發酵液加熱至75～90℃，可以殺死檸檬酸產生菌和其他雜菌，終止發酵。同時使發酵液中的部分蛋白變性、絮凝、降低發酵液濃度以便利於過濾。預處理加熱時間不宜過長，防止菌體破裂使料液黏度增加不利於過濾。
將曲料放入浸取缸，用溫度90℃以上的水連續浸泡5次，每次浸泡約1h。當浸液酸度低於0.5％時，停止浸泡進行出渣。將浸液倒入搪瓷鍋，加溫至90℃，保持10min後，停止加熱，讓其靜置沉澱6h。
2）過濾
過濾的目的是除去發酵液中的各種懸浮的固形物質，盡可能減少濾液的稀釋度，把檸檬酸的損失減少到最低限度。
目前常用的過濾方法有板框壓濾和真空帶式過濾。板框過濾開始階段不必加壓，待濾餅形成、濾速減慢時可適當加壓。為了提高過濾收率，可完成過濾後再用熱水進行一次複濾。
3）清液中和
將經過沉澱的清液移入中和罐，加溫至60℃後，加入碳酸鈣中和，邊加邊攪拌。檸檬酸與碳酸鈣形成難溶性的檸檬酸鈣，從發酵液中分離沉澱出來，達到與其他可溶性雜質分離的目的。加完碳酸鈣後，升溫到90℃，保持30min，待碳酸鈣反應完成後，倒入沉澱缸內，抽去殘酸，再放入離心機脫水，用95℃以上的熱水洗滌鈣鹽，以除去其表麵附著的雜質和糖分。在這裏要重點檢查糖分是否洗淨（洗淨的檸檬酸鈣鹽最好能迅速進行酸解，不要過久儲放，否則會因發黴變質造成損失。如因故不能及時處理，要晾幹後再存放），方法是將1％～2％的高錳酸鉀溶液滴一滴到20mL洗水中，3min不變色即說明糖分已基本洗淨。
在清液中和過程中，控製中和的終點很重要，過量的碳酸鈣會造成膠體等雜質一起沉澱下來，不僅影響檸檬酸鈣的質量，而且給後道工序造成困難。一般按計算量加入碳酸鈣（碳酸鈣總量=檸檬酸總量×0.714），當pH為6.5～7.0，滴定殘酸為0.1％～0.2％時即達到終點。一旦加過了碳酸鈣量，需要補加發酵或母液。
4）酸解
酸解是將已洗淨的難溶性的檸檬酸鈣與硫酸作用，生成檸檬酸與硫酸鈣，從而達到分離純化的作用。反應式為Ca（C6H5O7）2+3H2SO4=2C6H8O7+3CaSO4具體操作是把檸檬酸鈣用水稀釋成糊狀，慢慢加入硫酸（一般根據投入碳酸鈣的量來計算硫酸量，以碳酸鈣用量的92％～95％為宜），在加入計算量的80％以後，即要開始測定終點。測定方法為：取甲、乙兩支試管，甲管吸取20％硫酸1mL，乙管吸取20％氯化鈣1mL，分別加入1mL過濾後的酸解液，水浴內加熱至沸，冷卻後觀察兩管溶液，如果不產生渾濁，再分別加入1mL95％酒精，如甲、乙兩管仍不產生渾濁，即認為達到終點。甲管有渾濁，說明硫酸加量不足，應再補加一些檸檬酸鈣。酸解達到終點後，煮沸30～45min，然後放入過濾槽過濾。