关于用糖质原料发酵柠檬酸的生化过程已基本阐明，它是糖需氧氧化过程中的一种中间产品。在发酵过程中，当微生物缺少某些酶或对发酵条件加以控制，使柠檬酸继续氧化的酶受到抑制后，柠檬酸便大量地积累起来。
糖质原料主要包括含淀粉的农副产品和糖蜜。淀粉质原料则需要经过淀粉酶的作用变成葡萄糖；糖蜜原料则在蔗糖酶的作用下变为葡萄糖和果糖。微生物就是利用这些单糖进行柠檬酸的合成。
直接利用薯千原料生产柠檬酸，就是利用黑曲霉产生的淀粉酶，把淀粉糖化，然后合成柠檬酸。
(一)淀粉的糖化 ‘
I．淀粉分子的结构
淀粉是一种多糖，是由许多葡萄糖脱水缩合而成的，因此，当把淀粉水解成葡萄糖时，理论得率约为111％。从结构上看，可分为糖淀粉(直链淀粉)与胶淀粉(枝链淀粉)。糖淀粉是长链式的，其葡萄糖残基之间是以糖苷键在第一碳原子与第四碳原子问相连接的(图2—1)。胶淀粉除第一碳原子与第四碳原子之间相连接外，还存在第一碳原子与第六原子的结合(图2—2)，因而形成分枝，
2．淀粉的糖化
由于淀粉的结构不同，以及酶的高度专一性，把淀粉变成葡萄糖是由许多种酶协同作用的结果。淀粉酶的分极广，对于不同的机体，存在着某些差别。就黑曲霉而言，产生的淀粉酶已知的主要有cc一淀粉酶，淀粉一1，4葡萄糖苷酶，淀粉-1，6葡萄糖苷酶、麦芽糖酶等。黑曲霉产生的淀粉酶要比其它生物体产生的淀粉酶耐酸性强，可以在较低的pH值下进行糖化。各种淀粉酶的作用如下；
(1)a一淀粉酶这种酶作用于淀粉时，可任意分解a-1，4葡萄糖苷键，但不能分解a-1，6葡萄糖苷键，其产物为小分子糊精及少量的麦芽糖、葡萄糖等，其作用点如图2—3所示。淀粉被a一淀粉酶作用后，粘度迅速降低，故又称为液化酶。生产柠檬酸使用的黑曲霉产生的这种酶很少，但液化性能很强，在发酵培养基蒸煮后，粘度很大，经过此酶的作用后，很快变稀，对改善培养基的流动性和热交换都有好处。
(2)淀粉一1，4葡萄糖苷酶又称为葡萄糖产生酶，黑曲霉的糖化作用主要依靠这种酶。它能够分解淀粉一1，4葡萄糖苷键，由非还原性末端依次把葡萄糖分解出来，但它不能分解淀粉-1，6葡萄糖苷键，可绕过这种结构继续对1，4键进行作用。
(8)麦芽糖酶此酶的作用是把麦芽糖分解成葡萄糖。
黑曲霉中含有丰富的分解淀粉的酶类，当然不只限于上述几种，这里只是把研究比较多的起主要糖化作用的酶作了简单的介绍。在这些酶的协同作用下，使淀粉最终变成了葡萄糖，这是柠檬酸发酵的第一步，即糖化过程。在这～过程中，由于黑曲霉中尚含有另一种酶，即转移葡萄糖苷酶，给发酵带来了不利因素，它能以醪液中的麦芽糖为供与体，以醪液中的葡萄糖为受容体，在Co—oH位置上进行结合，产生异麦芽糖，同时也能以麦芽糖为供与体和受容体，于非还原性基Ct一0H位置进行a一结合，产生潘糖。这两种糖都属于非发酵性糖，因而这种酶的存在是造成淀粉利用率低、残糖较高的原因之一。姐这种酶与上述几种酶不同，其作用是可逆的，如何改变发酵条件，使之向相反方向反应，也是值得研究的。
除了上述这些酶之外，黑曲霉中还含有纤维素酶、果胶酶等，能够把薯干粉中含有的这些碳水化合物分解成单糖，可以提高原料的利用率。