【正文】 搖瓶擴大培養(yǎng) 種子罐擴大培養(yǎng) 原料 預處理 水解 過濾 淀粉水解糖 配料 發(fā) 酵 空氣 空氣壓縮機 冷卻 氣液分離 過濾除菌 等電點調節(jié) 沉淀 離心 粗谷氨酸 溶解 中和制味精 母液 離子交換處理 粗谷氨酸溶液 粗谷氨酸 除鐵 過濾 脫色 濃縮結晶 離心 小結晶 干燥 拌鹽粉碎 粉狀味精 大結晶 干燥 過濾 成品味精 武漢工程大學本科畢業(yè)設 計 （論文） 4 振動篩結構較為簡單，使用方便。 用于原料粉碎的設備除盤磨機外，還有錘式粉碎機和輥式粉碎機。盤磨機廣泛用于磨碎大米、玉米、豆類等物料，而錘式粉碎機應用于薯干等脆性原料的中碎和細碎作用，輥式粉碎機主要用于粒狀物料的中碎和細碎。 淀粉水解糖制備 在工業(yè)生產(chǎn)上將淀粉水解為葡萄糖的過程稱為淀粉的糖化，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，國內(nèi)許多味精廠采用雙酶法制糖工藝。 種子擴大培養(yǎng)及谷氨酸發(fā)酵 種子擴大培養(yǎng)為保證谷氨酸發(fā)酵過程所需的大量種子，發(fā)酵車間內(nèi)設置有種子站，完成生產(chǎn)菌種的擴大培養(yǎng)任務。從試管斜面出發(fā)，經(jīng)活化培養(yǎng)，搖瓶培養(yǎng)，擴大至一級乃至二級種子罐培養(yǎng)，最終向發(fā)酵罐提供足夠數(shù)量的健壯的生產(chǎn)種子。 谷氨酸發(fā)酵開始前，首先必須配制發(fā)酵培養(yǎng)基，并對其作高溫短時滅菌處理。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，流動性差，容易將維持管堵塞，同時真空冷卻器及薄板加熱器的加工制造成本較高，因而應用較少。 發(fā)酵設備，國內(nèi)味精廠大多采用機械攪拌通風通用式發(fā)酵罐，罐體大小在 50m3 到200m3 之間。對于發(fā)酵過程采用人工控制，檢測儀表不能及時反映罐內(nèi)參數(shù)變化，因而發(fā)酵進程表現(xiàn)出波動性，產(chǎn)酸率不穩(wěn)定。 由于谷氨酸發(fā)酵為通風發(fā)酵過程，需供給無菌空氣，所以發(fā)酵車間還有一套空氣過濾除菌及供給系統(tǒng)。首先由高空采氣塔采集高空潔凈空氣，經(jīng)空氣壓縮機壓縮后導入冷凝器、油水分離 器兩級處理，再送入貯氣罐，進而經(jīng)焦炭、瓷環(huán)填充的主過濾器和纖維分過濾器除菌后，送至發(fā)酵罐使用。在北方地區(qū)由于空氣濕度小、溫度低，還武漢工程大學本科畢業(yè)設 計 （論文） 5 可采用空氣壓縮、冷卻過濾流程，省去一級冷卻設備。 谷氨酸的提取 谷氨酸的提取一般采用等電點 — 離子交換法，國內(nèi)有些味精廠還采用等電點 — 鋅鹽法、鹽酸水解 — 等電點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，技術難度大等問題，應用上受到限制 。 谷氨酸制取味精及味精成品加工 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。 味精中和液的脫色過程，除使用碳柱外，還可使用離子交換柱，利用離子交換樹脂的吸附色素。味精的干燥過程，國內(nèi)許多廠家還采用箱式烘房干燥，設備簡單，投資低，但操作條件差，生產(chǎn)效率低，不適應大規(guī)模生產(chǎn)的要求。也有的廠家使用氣流干燥技術，生產(chǎn)量大，干燥速度快，干燥時間短，但干燥過程對味精光澤和外形有影響，同時廠房建筑要求較高，這樣均不如振動式干燥床應用效果好。 武漢工程大學本科畢業(yè)設 計 （論文） 6 三 工藝計算 發(fā)酵工藝技術指標及基本數(shù)據(jù) （ 1）查《生物工程工程設計概論》 P70 表 48 谷氨酸發(fā)酵工藝技術指標 ，選用 主要指標如表 1 表 1 谷氨酸發(fā)酵工藝技術指標 指標名稱 單位 指標數(shù) 生產(chǎn)規(guī)模 t/a 100000（味精） 生產(chǎn)方法 中糖發(fā)酵，一次等電點提取 年生產(chǎn)天數(shù) d/a 320 產(chǎn)品日產(chǎn)量 t/a 產(chǎn)品質量 純度 (%) 99 倒灌率 % 發(fā)酵周期 h 50 發(fā)酵初糖 kg/m3 150 淀粉糖化轉化率 % 108 糖酸轉化率 % 60 麩酸谷氨酸含量 % 95 谷氨酸提取率 % 93 味精對谷氨酸產(chǎn)率 % 122 （ 2）主要原材料質量指標 淀粉原料的淀粉含量 為 85%，含水 13%。 （ 3）二級種子培養(yǎng)基（ g/L） 水解糖 50，糖蜜 20，磷酸氫二鉀 ，硫酸鎂 ，玉米漿 5~10，泡敵 ，生物素 ，硫酸鎂 2mg， 硫 硫 酸亞鐵 2mg/L。 （ 4）發(fā)酵培養(yǎng)基（ g/L） 水解糖 150，糖蜜 4，硫酸鎂 ，氯化鉀 ，磷酸 ，泡敵 。 （ 5）接種量為 8% 。 谷氨酸發(fā)酵車間的物料衡算 首先計算生產(chǎn) 1000kg 純度為 100%的味精需耗用的原輔材料及其他物料量。 （ 1）發(fā)酵液量 武漢工程大學本科畢業(yè)設 計 （論文） 7 ? ?? ?31 %122%%93%602202100 mV? ?????? 式中 220—— 發(fā)酵培養(yǎng)基終 糖濃度（ kg/m3） 60%—— 糖酸轉化率 93%—— 谷氨酸提取率 %—— 除去倒灌率 %后的發(fā)酵成功率 122%—— 味精對谷氨酸的精制產(chǎn)率 （ 2）發(fā)酵液配制需水解糖量 G1 以純糖算， )( 4 7 122021 kgVG ??? （ 3）二級種液量 V2 ? ?312 5 3 %8 mVV ?? （ 4）二級種子培養(yǎng)液所需水解糖量 G2 ? ? 22 ?? VG 式中 50—— 二級種液含糖量（ kg/m3） （ 5）生產(chǎn) 1000kg 味精需水解糖總量 G 為： ? ?kgGGG 4 9 821 ??? （ 6）耗用淀粉原料量 理論上， 100kg 淀粉轉化生成葡萄糖量為 111kg，故理論上耗用的淀粉量 G 淀粉 為： ? ?? ? 93 %111%95% 56? ????淀粉G 式中 80%—— 淀粉原料含純淀粉量 95%—— 淀粉糖轉化率 （ 7）甘蔗糖蜜耗用量 二級種液耗用糖蜜量 V5 ? ?kgVV 25 ?? 武漢工程大學本科畢業(yè)設 計 （論文） 8 發(fā)酵培養(yǎng)基耗糖蜜量 V6 ? ?kgVV 16 ?? 合計耗糖蜜 （ 8）氯化鉀耗量 GKCl ? ?kgVG K C l 1 ?? （ 9）磷酸耗量 G3 ? ?kgVG 13 ?? （ 10）硫酸鎂（ MgSO4 7H2O）用量 G4 ? ? ? ?kgVVG 214 ??? （ 11）消泡劑（泡敵）耗用量 G5 ? ?kgVG 15 ?? （ 12）谷氨酸（麩酸）量 發(fā)酵液谷氨酸含量為 ： ? ? ? ?kgG %%601 ??? 實際 生產(chǎn)的谷氨酸（提取率 80%）為： ? ? 1 9% 1 1 6 ?? 物料衡算結果 由上述生產(chǎn) 1000kg 味精（ 100%純度） 的物料衡算結果 ，可求得 100000t/a 味精廠發(fā)酵車間的物料平衡計算。 具體計算結果如 下 表 武漢工程大學本科畢業(yè)設 計 （論文） 9 發(fā)酵過程中的熱量衡算 發(fā)酵熱 的 計算 estb ??? (KJ/h) 式中 , Qb 為生物合成熱 , 每 1m3 醪液在發(fā)酵最旺盛時， 1h 的發(fā)熱量與醪液總體積的乘積 ,即 : Qb= 6000 2091= 107(KJ/h) 而機械攪拌產(chǎn)生的熱量 Qst 為 : Qst = 3600ηPst (KJ/h) 式中 , η攪拌功熱轉換系數(shù) , 為 Pst 攪拌軸功率 ,為 即計算得 : ? ?hkJPQ stst /1 0 0 8 5 0 0 6 0 03 6 0 0 ????? ? 而 Qe 為排氣使發(fā)酵液水分汽化帶出的熱焓 ,根據(jù)經(jīng)驗 ,可取 : Qe== 107(KJ/h) 故發(fā)酵熱為 : Q=Qb+Qst－ Qe= 107＋ 1008504－ 107= 107(KJ/h) 物料名稱 生產(chǎn) 1t 味精（ 100%）的物料量 100000t/a 味精生產(chǎn)的物料量 每日物料量 發(fā)酵液（ m3） 105 103 種液（ m3） 53500 發(fā)酵水解用糖（ kg） 108 105 培 養(yǎng)用糖（ kg） 106 103 水解糖總量（ kg） 108 105 淀粉 (kg) 108 105 糖蜜（ kg） 106 104 氯化鉀（ kg） 105 磷酸 105 硫酸鎂（ kg） 105 泡敵（ kg） 105 谷氨酸（ kg） 820 107 105 武漢工程大學本科畢業(yè)設 計 （論文） 10 培養(yǎng)液冷卻水用量 由培養(yǎng)液板式換熱器滅菌流程可知， 120℃ 的熱料先通過與生料進行交換，降溫至80℃ 后，再用冷卻水冷卻至 35℃ 。在此過程中冷卻水由 20℃ 升溫至 45℃ ，由此計算出冷卻水的用量： hkgW /)2045( )3580( 2???? ????冷卻 式中： 為水的平均比熱， ? ?Cj 0kgk ? 全天冷卻水用量為 天噸 /7 5 ????? dkg 發(fā)酵過程 空氣基本數(shù)據(jù) 根據(jù) 100 000 t/a 味精廠發(fā)酵工藝技術指標及物料平衡計算結果，列出與空氣消耗有關的基本數(shù)據(jù)有： 每天生產(chǎn) 味精的發(fā)酵液量為 103 m3； 種液： 102 m3； 發(fā)酵時間： 32h； 發(fā)酵周期（含清洗、滅菌等）： 40h； 發(fā)酵罐公稱容積： 500 m3（ 9 個）； 發(fā)酵罐裝罐系數(shù)： 85％。 發(fā)酵過程無菌空氣 用量計算 發(fā)酵車間無菌空氣消耗量主要用于谷氨酸發(fā)酵過程通風供氧，其次為種子培養(yǎng)的通氣以及培養(yǎng)基壓料輸送也需要壓縮空氣。此外，因設備和管路、管件等的消毒吹干以及其他損耗構成無菌空氣的耗用量。