味精的生產(chǎn)技術(shù) L 谷氨酸鈉 精化1121 郭如海 主要內(nèi)容 認(rèn)識(shí)產(chǎn)品追根求源生產(chǎn)技術(shù) 1分子結(jié)構(gòu) 一產(chǎn)品的認(rèn)識(shí) L 谷氨酸單鈉的一水化合物 俗稱味精 2產(chǎn)品性質(zhì) 物理性質(zhì) 白色柱狀或粉末狀結(jié)晶純晶的分子量為147 13密度1 538g ml 化學(xué)性質(zhì) 高溫下 易變?yōu)榻构劝彼徕c堿性或強(qiáng)酸性溶液中 沉淀或難于溶解 生物性質(zhì) 作為腦組織的能源降低血液中氨中毒 H2O 3產(chǎn)品的功能 具有提鮮 滋補(bǔ) 開胃 助消化的能力以及治療慢性肝炎 肝昏迷 神經(jīng)衰弱 癲癇病 胃酸缺乏等病的作用 4產(chǎn)品的用途 作為日常生活中的食品調(diào)味劑食品生產(chǎn)中的添加劑治療一些疾病中的輔助藥劑 5產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn) 二追根求源 1產(chǎn)品的誕生及發(fā)展 第一階段 1866年德國(guó)人H Ritthasen 里德豪森 博士從面筋中分離到氨基酸 他們稱谷氨酸 根據(jù)原料定名為麩酸或谷氨酸 因?yàn)槊娼钍菑男←溊锾崛〕鰜?lái)的 1908年日本東京大學(xué)池田菊苗試驗(yàn) 從海帶中分離到L 谷氨酸結(jié)晶體 這個(gè)結(jié)晶體和從蛋白質(zhì)水解得到的L 谷氨酸是同樣的物質(zhì) 而且都是有鮮味的 第二階段 以面筋或大豆粕為原料通過(guò)用酸水解的方法生產(chǎn)味精 在1965年以前是用這種方法生產(chǎn)的 這個(gè)方法消耗大 成本高 勞動(dòng)強(qiáng)度大 對(duì)設(shè)備要求高 需耐酸設(shè)備 第三階段 隨著科學(xué)的進(jìn)步及生物技術(shù)的發(fā)展 使味精生產(chǎn)發(fā)生了革命性的變化 自1965年以后我國(guó)味精廠都采用以糧食為原料 玉米淀粉 大米 小麥淀粉 甘薯淀粉 通過(guò)微生物發(fā)酵 提取 精制而得到符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的谷氨酸鈉 為市場(chǎng)上增加了一種安全又富有營(yíng)養(yǎng)的調(diào)味品 用了它以后使菜肴更加鮮美可口 來(lái)自百度百科 2產(chǎn)品生產(chǎn)方法比較 3現(xiàn)在常用的生產(chǎn)方法目前主要的生產(chǎn)方法為發(fā)酵法 三生產(chǎn)技術(shù) 1原料及要求 谷氨酸發(fā)酵以糖蜜和淀粉為主要原料 糖蜜 是制糖工廠的副產(chǎn)物 分為甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜兩大類 糖蜜原料 不宜直接用來(lái)作為谷氨酸發(fā)酵的碳源 因含豐富的生物素 預(yù)處理方法 活性碳或樹脂吸附法和亞硝酸法吸附或破壞生物素 也可以在發(fā)酵液中加入表面活性劑吐溫60或添加中青霉素 淀粉 來(lái)自薯類 玉米 小麥 大米等大米進(jìn)行浸泡磨漿 再調(diào)成15Bx 調(diào)pH6 0 加細(xì)菌a 淀粉酶進(jìn)行液化 85 30min 加糖化酶60 糖化24h 過(guò)濾后可供配制培養(yǎng)基 以及氮源料 尿素或氨水 2生產(chǎn)原理 谷氨酸鈉發(fā)酵生產(chǎn)工藝流程圖 3工藝流程 1 玉米為原料生產(chǎn)味精工藝概述及工藝流程圖玉米為原料生產(chǎn)味精全過(guò)程可劃分為四個(gè)工藝階段 1 原料的預(yù)處理及淀粉水解糖的制備 2 菌種的活化及種子液的制備 3 發(fā)酵 4 谷氨酸制取味精及成品加工 2 原料預(yù)處理及淀粉水解糖制備2 1原料的預(yù)處理此工藝操作的目的在于初步破壞原料結(jié)構(gòu) 以便提高原料的利用率 同時(shí)去除固體雜質(zhì) 防止機(jī)器磨損 用于除雜的設(shè)備為篩選機(jī) 常用的是振動(dòng)篩和轉(zhuǎn)筒篩 其中振動(dòng)篩結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單 使用方便 用于原料粉碎的設(shè)備除盤磨機(jī)外 還有錘式粉碎機(jī)和輥式粉碎機(jī) 盤磨機(jī)廣泛用于磨碎大米 玉米 豆類等物料 而錘式粉碎機(jī)應(yīng)用于薯干等脆性原料的中碎和細(xì)碎作用 輥式粉碎機(jī)主要用于粒狀物料的中碎和細(xì)碎 2 2淀粉水解糖制備在工業(yè)生產(chǎn)上將玉米淀粉水解為葡萄糖的過(guò)程稱為淀粉的糖化 所制得的糖液稱為淀粉水解糖 由于谷氨酸生產(chǎn)菌不能直接利用淀粉或糊精作碳源 因而必須將淀粉水解為葡萄糖 才能供發(fā)酵使用 目前 國(guó)內(nèi)許多味精廠采用雙酶法制糖工藝 首先 淀粉先要經(jīng)過(guò)液化階段 然后在與 淀粉酶作用進(jìn)入糖化階段 首先利用 淀粉酶將淀粉漿液化 降低淀粉粘度并將其水解成糊精和低聚糖 應(yīng)為淀粉中蛋白質(zhì)的含量低于原來(lái)的大米 所以經(jīng)過(guò)液化的混合液可直接加入糖化酶進(jìn)入糖化階段 而不用像以大米為原材料那樣液化后需經(jīng)過(guò)板筐壓濾機(jī)濾去大量蛋白質(zhì)沉淀 液化過(guò)程中除了加淀粉酶還要加氯化鈣 整個(gè)液化時(shí)間約30min 一定溫度下液化后的糊精及低聚糖在糖化罐內(nèi)進(jìn)一步水解為葡萄糖 淀粉漿液化后 通過(guò)冷卻器降溫至60 進(jìn)入糖化罐 加入糖化酶進(jìn)行糖化 糖化溫度控制在60 左右 pH值4 5 糖化時(shí)間 4工藝流程說(shuō)明及主要工藝參數(shù) 18 32h 糖化結(jié)束后 將糖化罐加熱至80 85 滅酶30min 過(guò)濾得葡萄糖液 經(jīng)過(guò)壓濾機(jī)后進(jìn)行油水分離 一冷分離 二冷分離 再經(jīng)過(guò)濾后連續(xù)消毒后進(jìn)入發(fā)酵罐 3 菌種的活化及種子液的制備從試管斜面出發(fā) 經(jīng)活化培養(yǎng) 搖瓶培養(yǎng) 擴(kuò)大至一級(jí)乃至二級(jí)種子罐培養(yǎng) 最終向發(fā)酵罐提供足夠數(shù)量的健壯的生產(chǎn)種子 3 1菌種選擇玉米為原料發(fā)酵生產(chǎn)味精常用菌株有 谷氨酸棒桿菌 黃色短桿菌 乳糖發(fā)酵短桿菌 嗜氨小桿菌 硫殖短桿菌等 國(guó)產(chǎn)菌株有 北京棒桿菌AS1 299 北京棒桿菌7338 北京棒桿菌D110 棒桿菌S 944 鈍齒棒桿菌AS1 542 鈍齒棒桿菌HU7251 本工藝選用谷氨酸棒狀桿菌3 2菌種的活化把保藏在斜面上的菌體移接到活化斜面 培養(yǎng)基中添加0 1 葡萄糖 上 在30 32 下恒溫培養(yǎng)18 24h 取出后存放于4 冰箱內(nèi) 隨時(shí)取用 3 3一級(jí)種子培養(yǎng)為了獲得大量健壯的細(xì)胞 一級(jí)種子培養(yǎng)基應(yīng)該營(yíng)養(yǎng)豐富 有利于菌體的生長(zhǎng)繁殖 為了避免培養(yǎng)過(guò)程中因產(chǎn)生有機(jī)酸引起培養(yǎng)基ph下降而造成菌體老化 所以培養(yǎng)基的含糖量要低 一般在2 5 左右 3 3二級(jí)種子培養(yǎng)通過(guò)一級(jí)種子擴(kuò)大培養(yǎng)后 種量仍不能滿足發(fā)酵用的需要 因此需要進(jìn)一步擴(kuò)大培養(yǎng) 二級(jí)培養(yǎng)基方面組成應(yīng)與發(fā)酵培養(yǎng)基原料組成一致 只是配比上可有差異 這樣就保證了二級(jí)種子接到發(fā)酵罐后能很快適應(yīng)環(huán)境 經(jīng)過(guò)二級(jí)種子培養(yǎng)之后 一般來(lái)說(shuō) 種量能夠滿足需求 但是有些要求高種量還可以采用三級(jí)種子培養(yǎng) 4 發(fā)酵過(guò)程與控制種子擴(kuò)大培養(yǎng)為保證谷氨酸發(fā)酵過(guò)程所需的大量種子 發(fā)酵車間內(nèi)設(shè)置有種子站 完成生產(chǎn)菌種的擴(kuò)大培養(yǎng)任務(wù) 從試管斜面出發(fā) 經(jīng)活化培養(yǎng) 搖瓶培養(yǎng) 擴(kuò)谷氨酸發(fā)酵開始前 首先必須配制發(fā)酵培養(yǎng)基 并對(duì)其作高溫短時(shí)滅菌處理 用于滅菌的工藝除采用連消塔 維持罐一噴淋冷卻系統(tǒng)外 還可采用噴射加熱器 維持管 真空冷卻系統(tǒng)或薄板換熱器滅菌系統(tǒng) 但由于糖液粘度較大 流動(dòng)性差 容易將維持管堵塞 同時(shí)真空冷卻器及薄板加熱器的加工制造成本較高 因而應(yīng)用較少 發(fā)酵設(shè)備 國(guó)內(nèi)味精廠大多采用機(jī)械攪拌通風(fēng)通用式發(fā)酵罐 罐體大小在50m3到200m3之間 對(duì)于發(fā)酵過(guò)程采用人工控制 檢測(cè)儀表不能及時(shí)反映罐內(nèi)參數(shù)變化 因而發(fā)酵進(jìn)程表現(xiàn)出波動(dòng)性 產(chǎn)酸率不穩(wěn)定 由于谷氨酸發(fā)酵為通風(fēng)發(fā)酵過(guò)程 需供給無(wú)菌空氣 所以發(fā)酵車間還有一套空氣過(guò)濾除菌及供給系統(tǒng) 首先由高空采氣塔采集高空潔凈空氣 經(jīng)空氣壓縮機(jī)壓縮后導(dǎo)入冷凝器 油水分離器兩級(jí)處理 再送入貯氣罐 進(jìn)而經(jīng)焦炭 瓷環(huán)填充的主過(guò)濾器和纖維分過(guò)濾器除菌后 送至發(fā)酵罐使用 在北方地區(qū)由于空氣濕度小 溫度低 還可采用空氣壓縮 冷卻過(guò)濾流程 省去一級(jí)冷卻設(shè)備 4 1發(fā)酵培養(yǎng)基發(fā)酵培養(yǎng)基不僅提供菌體生長(zhǎng)繁殖所需要的營(yíng)養(yǎng)和能量 而且是形成谷氨酸的物質(zhì)來(lái)源 因此 要求發(fā)酵培養(yǎng)基含有足夠的碳源和氮源 其量比種子培養(yǎng)基中含量要高出很多 發(fā)酵培養(yǎng)基的組成和配比 因菌種 設(shè)備 工藝條件和原料來(lái)源不同而異 通常可以采用以下配比 百分比 進(jìn)行發(fā)酵 菌種采用B9 T6 13菌株 水解糖12 14 氯化鉀 KCL 0 05 尿素0 5 0 8 MgSO40 06 玉米0 6ml pH7 0 Na2HPO40 17 4 2谷氨酸發(fā)酵參數(shù)與控制過(guò)濾的濾液冷卻到32 進(jìn)入發(fā)酵罐發(fā)酵 用冷卻水調(diào)溫 每隔12小時(shí)升溫1 2 當(dāng)發(fā)酵時(shí)間接近34h時(shí) 溫度升至37 加水使糖化液濃度為14 發(fā)酵時(shí)間為34h 發(fā)酵菌種的產(chǎn)酸量與葡萄糖量之比為50 具體來(lái)說(shuō)有溫度 pH 氧溶量 菌種種齡 種量 泡沫的控制 4 2 1溫度的控制國(guó)內(nèi)常用菌株的最適生長(zhǎng)溫度為30 34 產(chǎn)生谷氨酸的最適溫度為34 36 0 12h的發(fā)酵前期 主要是長(zhǎng)菌階段 發(fā)酵12h后 菌體進(jìn)入平衡期 增殖速度變得緩慢 溫度提高到34 36 谷氨酸的生成量就增加 4 2 2pH的控制一般發(fā)酵前期pH控制在7 5 8 5左右 發(fā)酵中 后期pH控制在7 0 7 2 調(diào)低pH的目的在于提高與谷氨酸合成有關(guān)的酶的活力 尿素被谷氨酸生產(chǎn)菌細(xì)胞的脲酶所分解放出氨 因而發(fā)酵液的pH會(huì)上升 發(fā)酵過(guò)程中 由于菌體不斷利用氨 以及有機(jī)酸和谷氨酸等代謝產(chǎn)物進(jìn)入發(fā)酵液 使N源不足和發(fā)酵液pH下降 需再次流加尿素 4 2 3溶解氧的控制谷氨酸產(chǎn)生菌是兼性好氧菌 故控制適當(dāng)?shù)难跞芰渴种匾?在實(shí)際生產(chǎn)中 攪拌轉(zhuǎn)速固定不變 通常用調(diào)節(jié)通風(fēng)量來(lái)改變供氧水平 通風(fēng)比 m3 m3 min 每分鐘向1m3的發(fā)酵液中通入0 1cm3無(wú)菌空氣 用1 0 1表示 4 2 4種齡和種量的控制微生物的生長(zhǎng)大致可分為適應(yīng)期 對(duì)數(shù)期 穩(wěn)定期 衰老期 種齡 一級(jí)種子菌齡控制在11 12h 二級(jí)種子菌齡為7 8h 種量 指接入發(fā)酵罐內(nèi)種子的量占發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵培養(yǎng)基量的百分比 接種量的多少對(duì)適應(yīng)期的延續(xù)時(shí)間也有很大的影響 接種量一般以1 為好 種量過(guò)多 使菌體生長(zhǎng)速度過(guò)快 菌體嬌嫩 不強(qiáng)壯 提前衰老自溶 后期產(chǎn)酸不高 如果接種量過(guò)少 則菌體增長(zhǎng)緩慢 會(huì)導(dǎo)致發(fā)酵時(shí)間延長(zhǎng) 容易染菌 4 2 5泡沫的控制生產(chǎn)上為了控制泡沫 除了在發(fā)酵罐內(nèi)安裝機(jī)械消泡器外 還在發(fā)酵時(shí)加入消泡劑 目前谷氨酸發(fā)酵常用的消泡劑有 花生油 豆油 玉米油 棉子油 泡敵和硅酮等 天然油脂類的消泡劑的用量較大 一般為發(fā)酵液的0 1 0 2 體積分?jǐn)?shù) 泡敵的用量為0 02 0 03 體積分?jǐn)?shù) 5 谷氨酸提取及谷氨酸制備工藝谷氨酸的提取一般采用等電點(diǎn) 離子交換法 國(guó)內(nèi)有些味精廠還采用等電點(diǎn) 鋅鹽法 鹽酸水解 等電點(diǎn)法及離子交換膜電滲析法提取谷氨酸 但存在廢水污染大 生產(chǎn)成本高 技術(shù)難度大等問(wèn)題 應(yīng)用上受到限制 具體來(lái)說(shuō)包括三個(gè)步驟 酸中和 堿中和 等電點(diǎn)分離 其中酸中和 堿中和過(guò)程就是向中和罐盤管內(nèi)注入冷凍鹽水 將發(fā)酵液溫度調(diào)到22 然后加硫酸中和 使其pH值從7 0降至3 2 溫度從22降至8 該過(guò)程要先以較快的速率加酸 將pH先調(diào)整至5 0 停止加酸與攪拌1 5h 保證晶體增長(zhǎng) 然后繼續(xù)緩慢加酸調(diào)整 直到pH降為3 2 溫度冷卻至8 達(dá)到等電點(diǎn) 停止中和及攪拌 過(guò)濾得谷氨酸結(jié)晶 加入溫水溶解 用碳酸鈉將谷氨酸溶液的pH值調(diào)到5 6 T 70 等達(dá)到等電點(diǎn)后 發(fā)酵液進(jìn)入等電點(diǎn)中和罐 進(jìn)入罐前使溫度降為22 由于谷氨酸等電點(diǎn)只有3 2左右 需要加硫酸調(diào)節(jié)pH值 該過(guò)程要先以較快的速率加酸 將pH先調(diào)整至5 0 停止加酸與攪拌1 5h保證晶體增長(zhǎng) 然后繼續(xù)緩慢加酸調(diào)整 直至pH降為3 2左右 溫度冷卻至8 達(dá)到等電點(diǎn)停止攪拌 谷氨酸沉淀分離之后可以獲得粗糙晶體 5 1谷氨酸鈉制取將谷氨酸凝聚物充入二次中和罐 然后加水加純堿中和成谷氨酸鈉 加水溶解溫度為40 60 Na2CO3調(diào)pH至5 6 中和溫度控制在70 以內(nèi) 接著將谷氨酸鈉鹽溶液充入活性炭脫色器脫色 分離 再進(jìn)入離子交換柱除去Ca2 Fe2 Mg2 等金屬離子 即可得到高純度的谷氨酸鈉溶液 將純凈的谷氨酸鈉溶液導(dǎo)入結(jié)晶罐 進(jìn)行減壓蒸發(fā) 當(dāng)波美度達(dá)到295波美時(shí)放入晶種 進(jìn)入育晶階段 根據(jù)結(jié)晶罐內(nèi)溶液的飽和度和結(jié)晶情況實(shí)時(shí)控制谷氨酸鈉溶液輸入量及進(jìn)水量 經(jīng)過(guò)十幾小時(shí)的蒸發(fā)結(jié)晶 當(dāng)結(jié)晶形體達(dá)到一定要求 物料積累到80 高度時(shí) 將料液放至助晶槽 結(jié)晶長(zhǎng)成后分離出味精 送去干燥和篩選 精制車間加工的谷氨酸產(chǎn)品為谷氨酸單鈉 即味精 粗品經(jīng)提純 加工 包裝 得到成品 5主要生產(chǎn)設(shè)備 表1原料預(yù)處理及制糖過(guò)程設(shè)備 表2谷氨酸發(fā)酵工藝設(shè)備 表3等電點(diǎn)離子換法提取谷氮酸工藝設(shè)備 表4味精精制設(shè)備 6關(guān)鍵過(guò)程與技術(shù) 發(fā)酵過(guò)程 菌種的選擇 溫度的控制以及pH的控制 7優(yōu)缺點(diǎn)及改進(jìn)方法 謝謝觀賞 結(jié)束