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柠檬酸根离子会与金属阳离子形成络合物。由于螯合作用，形成这些络合物的稳定常数相当大。因此，它甚至能与碱金属阳离子形成络合物。然而，当使用全部三个羧基形成螯合络合物时，会形成7元或8元螯合环，在热力学上通常不如较小的螯合环稳定。因此，羟基可以去质子化，形成更稳定的五元环的一部分，如柠檬酸铁铵（NH4）5Fe(C6H4O7)2·2H2O。 [7]
酯化反应：
柠檬酸可在其三个羧酸基团中的一个或多个基团上进行酯化，形成各种单酯、二酯、三酯和混合酯中的任何一种。如下图所示：

1890年，在意大利柑橘类水果产业的基础上，开始了工业规模的柠檬酸生产，用熟石灰（氢氧化钙）处理果汁以沉淀柠檬酸钙，然后分离柠檬酸钙并用稀硫酸将其转化为柠檬酸 [9]。
1917年，美国食品化学家詹姆斯-库里（James Currie）发现，黑曲霉的某些菌株可以地生产柠檬酸，两年后，辉瑞制药公司开始使用这种技术进行工业化生产 [10]。1929年，Citrique Belge公司也开始使用这种技术进行生产。这种生产技术至今仍是柠檬酸的主要工业化生产途径，在这种技术中，黑曲霉培养物在含蔗糖或葡萄糖的培养基上进行喂养，以生产柠檬酸。糖的来源是玉米浸液、糖蜜、水解玉米淀粉或其他廉价的含糖溶液。从生成的溶液中过滤出霉菌后，用氢氧化钙沉淀柠檬酸，生成柠檬酸钙盐，再用硫酸处理，从中再生柠檬酸，就像直接从柑橘果汁中提取柠檬酸一样 [11]。
1977年，Lever Brothers公司获得了在高压条件下从乌头钙盐或异柠檬酸钙盐（又称异柠檬酸钙盐）开始化学合成柠檬酸的专利。这似乎是一种逆向的、非酶的三羧酸循环反应，可产生接近定量的柠檬酸 [12]。
2018年，产量超过200万吨。其中50%以上产自中国 [13]。50%以上用作饮料中的酸度调节剂，约20%用于其他食品应用，20%用于洗涤剂应用，10%用于食品以外的应用，如化妆品、药品和化工行业 [9]。

1940年，H.A.克雷伯斯提出三羧循环学说以来，柠檬酸的发酵机理逐渐被人们所认识。已经证明，糖质原料生成柠檬酸的生化过程中，由糖变成丙酮酸的过程与酒精发酵相同，亦即通过E-M途径（二磷酸己糖途径）进行酵解。然后丙酮酸进一步氧化脱羧生成乙酰辅酶A，乙酰辅酶A和丙酮酸羧化所生成的草酰乙酸缩合成为柠檬酸并进入三羧循环途径。
柠檬酸是代谢过程中的中间产物。在发酵过程中，当微生物体内的乌头酸水合酶和异柠檬酸脱氢酶活性很低、而柠檬酸合成酶活性很高时，才有利于柠檬酸的大量积累。 [21]
发酵工艺分表面发酵和固体发酵，按不同工艺制备不同原料的培养基，然后进行蒸料。蒸料的目的是将淀粉糊化，并进行灭菌。蒸料时要使物料受热均匀，蒸汽通畅，边蒸边加料，把料加在冒汽的地方，逐层加入。蒸好的物料要扬散摊凉，当温度降至37 ℃以下，即可补水接种，装盘发酵，发酵终点以酸度来决定，定期测定