【正文】 升，產(chǎn)生 CO 2 ，此時(shí) 8~16h 或 10~18h，此階段的細(xì)胞為轉(zhuǎn)移期細(xì)胞，生物素含量有 “ 豐富轉(zhuǎn)向貧乏 ” ，細(xì)胞開始伸長(zhǎng)、膨大，細(xì)胞形態(tài)急劇變化，由長(zhǎng)菌型細(xì)胞轉(zhuǎn)化成產(chǎn)酸型細(xì)胞；菌體細(xì)胞數(shù)量在此階段達(dá)到最大值，并保持穩(wěn) 定； 8~12h 的△ OD 反映有細(xì)胞數(shù)量增加， 12h 以后的 △ OD 主要是細(xì)胞繼續(xù)伸長(zhǎng)膨大的反映，此階段要完成谷氨酸非積累型向谷氨酸積累型細(xì)胞的轉(zhuǎn)移，是非常重要的，此階段通風(fēng)量達(dá)到最大值， OD 達(dá)到最大值并保持穩(wěn)定，放熱也達(dá)最大 值，開始產(chǎn)酸并逐漸加快產(chǎn)酸；一般來說，加大通風(fēng)量對(duì)菌體細(xì)胞伸長(zhǎng)、膨大有 促進(jìn)作用。 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。也有的廠家使用氣流干燥技術(shù)，生產(chǎn)量大，干燥速度快，干燥時(shí)間短，但干燥過程對(duì)味精光澤和外 形有影響，同時(shí)廠房建筑要求較高，這樣均不如振動(dòng)式干燥床應(yīng)用效果更好些 12 精生產(chǎn)流程 第三章 物料衡算 工藝技術(shù)指標(biāo)及基礎(chǔ)指標(biāo) 指標(biāo)名稱 單位 指標(biāo)數(shù) 指標(biāo)名稱 單位 指標(biāo)數(shù) 生產(chǎn)規(guī)模 t/a 8000 發(fā)酵初唐 Kg/m3 150 生產(chǎn)方法 中糖發(fā)酵，一次等電點(diǎn)提取 發(fā)酵周期 h 40 年生產(chǎn)數(shù) d/a 300 淀粉糖化轉(zhuǎn)化率 % 98 產(chǎn)品日產(chǎn)量 t/d 27 糖酸轉(zhuǎn)化率 % 56 產(chǎn)品質(zhì)量 純度 99% 谷氨酸提取率 % 92 倒灌率 % 味精對(duì)谷氨酸的精制率 % 112 主要原材料質(zhì)量指標(biāo) 原料淀粉的含量 86% 13 二級(jí)種子培養(yǎng)基（ g/L） 種子培養(yǎng)基 ：水解糖 25，糖蜜 20，玉米漿 10， MgSo4 , K2HPO4 1,尿素 ，消泡劑 發(fā)酵培養(yǎng)基（ g/L） 發(fā)酵培養(yǎng)基 ：水解糖 15，糖蜜 3，玉米漿 2， MgSo4 ,KCl ,Na2HPO4 ,尿素 40，消泡劑 谷氨酸發(fā)酵車間的物料衡算 首先計(jì)算生產(chǎn) 1000kg，純度為 99%的味精需消耗用的原輔材料及其他物料量 發(fā)酵液量 V 1 V 1 =1000/(150*56%*92%*%*112%) =(m 3 ) =( m 3) 式中： 150－ → 發(fā)酵培養(yǎng)基的初糖濃度（ Kg/m 3 ） 52%－ → 糖酸轉(zhuǎn)化率 90%－ → 谷氨酸提取率 %－ → 除去倒灌 %后的發(fā)酵成功率 112%－ → 味精對(duì)谷氨酸 的精制產(chǎn)率 發(fā)酵液配制需水解糖量 G 1 以純糖算： G 1 =V1 *150=*150=（ Kg） 二級(jí)種液量 V 2 V 2 =2%*V 1 =*=（ m 3 ） 二級(jí)種子培養(yǎng)液所需水解糖量 G 2 G 2 =25 V 2 =25*=（ Kg） 式中 25－ → 二級(jí)種液含糖量（ kg/m 3 ） 生產(chǎn) 1000Kg100%味精需水解糖總量 G 為 G=G1+G2=（ Kg） 耗用淀粉原料量 理論上， 100kg 淀粉轉(zhuǎn)化生成葡萄糖量為 111kg，故理論上耗用的淀粉量為 G 淀粉 為： G 淀粉 =G/（ 86%*98%*111%） =1868 kg 式中 86%－ → 淀粉原料含純淀粉量 98%－ → 淀粉糖轉(zhuǎn)化率 尿素耗用量 二級(jí)種液耗尿素量為 G 3 =*G2 =*=（ kg） 發(fā)酵培養(yǎng) 基耗尿素為 G 4 = 40*G1 =40*=（ kg） 故共耗尿素量為 : G 尿素 = G 3 +G 4 =（ kg） 甘蔗糖蜜 G 用量 二級(jí)種液耗用糖蜜量 G 5 =20* V 2 =20*=（ kg） 發(fā)酵培養(yǎng)基耗糖蜜量 G 6 = 3*V1 = 3*=（ kg） G 糖蜜 =G 5 +G 6 =（ kg） 氯化鉀耗量 G kcl G kcl =*V 1 =*=（ kg） 磷酸氫二鈉（ Na 2 HPO4 利用機(jī)械攪拌，主要能使空氣和發(fā)酵液充分混合，提高發(fā)酵液的溶解氧，供微生物生長(zhǎng)、繁殖和代謝的需求。1 247。 V 全 =V’ 全 ， 符合設(shè)計(jì)要求，可行 16 冷卻面積的計(jì)算 對(duì)谷氨酸發(fā)酵，每 1m 發(fā)酵液、每 1h 傳給冷卻器的最大熱量約為 6000kJ/(m 179。 ln﹙ 12247。﹙ 500 8﹚ = m 178。 3= (m ) 盤踞 d i = Di = 1. 3 = (m ) 葉弦長(zhǎng) L = Di = 1. 3 =(m ) 葉距 Y=D=4（ m） 彎葉板厚 δ=12 （ mm） 取兩擋攪拌，攪拌轉(zhuǎn)速 N2 可根據(jù) 50m 179。 ﹚ 2/3=95 r/min 攪拌軸功率的計(jì)算 淀粉水解糖液低濃度細(xì)菌醪，可視為牛頓流體 計(jì)算 Rem Re m = D 178。 17 將數(shù)代入上式： Re m = 178。 D 5ρ 式中 ： Np—— 在湍流攪拌狀態(tài)時(shí)其值為常數(shù) N—— 攪拌轉(zhuǎn)速， N=95r/min=D—— 攪拌器直徑， D= ρ —— 醪液密度， ρ=1050kg/m 179。 = 144 kW 計(jì)算通風(fēng)時(shí)的軸功率 Pg Pg = 10 179。 Q ﹚ (kW ) 式中 ： P 0—— 不通風(fēng)時(shí)攪拌軸功率（ kW） P0 178?，F(xiàn)取 ；則 Q=10 6=10 6（ ml/min） Q = 10 6 = 代入上式： Pg = (kW ) 。=179。ND179。 = 1. 58179。 10 ﹣179。 μ —— 醪液粘度， μ=10 3N以等 P0/V 為基準(zhǔn)放大求得： N 2 = N1﹙ D 1247。其示意圖如圖所示 該攪拌器的各部分尺寸與罐徑 D 有一定比例關(guān)系 ： 攪拌器葉徑 Di = D／ 3 = 4247。的發(fā)酵罐，每天裝 5 罐 ， 每罐實(shí)際裝液量為 V 液 =（ m 179。 ℃ ) 平均溫差 Δt m： Δt m =﹙ Δt 1－ Δt 2﹚／ ln﹙ Δt 1247。h) 。 24D179。每噸 100%的味精 需發(fā)酵液 m3 V 糖 ＝ 2799%= m3 設(shè)發(fā)酵罐的填充系數(shù) ф=7 5%；則每天需要發(fā)酵罐的總體積為 V 0 （發(fā)酵周期為 40h） Vα =*48/2/40= V 0= Vα σ /24φ =*40/(24*)= m3 發(fā)酵罐個(gè)數(shù)的確定 公稱體積為 100m3的發(fā)酵罐，總體積 為 V 總 為 118m3 N 1 = V 0σ /V 總 24φ = 4 0/(24**118) = 個(gè) 即 N 1 =8 取公稱體積為 100m3發(fā)酵罐 8 個(gè)，留 1 個(gè)備用 實(shí)際產(chǎn)量驗(yàn)算： 118 5 824247。7H 2 O）耗量為 G 8 G 8 =*V 2 =*=（ kg） 消泡劑耗用量 G 11 二級(jí)種液耗用糖蜜量 G 9 =* V 1 =*=（ kg） 發(fā)酵培養(yǎng)基耗糖蜜量 G 10 = *V2 = *=（ kg） G 11 = G 9 + G 10 =+=（ kg） 谷氨酸理論量 G 12 G12=G1*56%（ %） = （ kg） 實(shí)際生產(chǎn)的谷氨酸（提取率 92%） G 13 為： G 13 =G12 *92%=（ kg） 玉米漿用量 G 15 二級(jí)種液耗用糖蜜量 G 13 =10* V 1 =10*=（ kg） 發(fā)酵培養(yǎng)基耗糖蜜量 G 14 = 2*V2 = 2*=（ kg） G 15 = G 3 + G 14 =+=（ kg） 年產(chǎn) 8000 噸味精廠發(fā)酵車間的物料衡算結(jié)果 由上述生產(chǎn) 1000kg 味精（ 100%純度）的物料結(jié)果，可求得 8000t/a 味精發(fā)酵車間的物料平衡計(jì)算。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。 谷氨酸的提取 從谷氨酸發(fā)酵液中提取谷氨酸制成味精要經(jīng)過以下工藝過程：谷氨酸加水溶解，用碳酸鈉或氫氧化鈉中和，經(jīng)脫水，除鐵、鈣、鎂等離子，再經(jīng)蒸發(fā)濃縮、結(jié)晶、分離、干燥、篩選等單元操作，得到高純度的晶體粉末或粉末味精。 提前發(fā)現(xiàn) 噬菌體感染：在正常通風(fēng)條件下，二氧化碳一反常態(tài)，迅速下跌， 說明菌體污染噬菌體，菌體一死，立即停止呼吸，不再放出二氧化碳，故二氧化碳在正常通風(fēng)條件下迅速下跌，比細(xì)胞裂解所造成的 OD 下 降可早 24 小時(shí)，這樣就可以幫助我們及早采取措施防治噬菌體的感染，以減少損失。目前發(fā)酵工業(yè)上消除泡沫的方法，大都采用機(jī)械消泡器消泡與化學(xué)消泡劑消泡相結(jié)合的辦法。種量過少，菌體增長(zhǎng)緩慢，導(dǎo)致發(fā)酵周期拉長(zhǎng)，容易染菌 ， 不利于提取；種量增加時(shí)，適應(yīng)期縮短，發(fā)酵周期短，設(shè)備利用率高。種齡長(zhǎng) 短關(guān)系到種子活力強(qiáng)弱，如果接入發(fā)酵的種子所處的生長(zhǎng)階段是處于活力旺盛的對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期時(shí)；則種子活力強(qiáng)，可縮短發(fā)酵適應(yīng)期；若種齡過長(zhǎng)，則菌種活力減低，代謝產(chǎn)物增多。谷氨酸發(fā)酵在不同階段對(duì) pH 值的要求不同，發(fā)酵前期幼齡菌對(duì)氮的利用率高，pH 值變化大。發(fā)酵過程溫度的控制 ： 谷氨酸產(chǎn)生菌的最適生長(zhǎng)溫度為 3034℃ ，斜面 、一級(jí)、二 級(jí) 種子和發(fā)酵開始溫度選用 3032℃ 。故要想獲得高酸、高轉(zhuǎn)化率、高效益的谷氨酸發(fā)酵生產(chǎn)，除了選擇優(yōu)良的谷氨酸生產(chǎn)菌外，還必須按所用菌株的特性，選擇適宜的發(fā)酵工藝，控制最佳的發(fā)酵工藝條件。這種代謝異?；木N對(duì)環(huán)境條件是敏感的。糖蜜發(fā)酵加種量要大于淀粉質(zhì)原料 。 pH 值 ： 不宜過高，培養(yǎng)結(jié)束 pH 不宜過低， pH 上升后有所下降時(shí)，培養(yǎng)時(shí)間已接近結(jié)束。 種子 培養(yǎng)基組成 種子培養(yǎng)基 ：水解糖 ％，糖蜜 2%，玉米漿 1%， MgSo4 %, K2HPO4 %,尿素 %，消泡劑 %。生長(zhǎng)特點(diǎn)：適用于糖質(zhì)原料，需氧 ， 生長(zhǎng)因子。 種子擴(kuò)大培養(yǎng) 現(xiàn)代的發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模越來越大，每只發(fā)酵罐的容積有數(shù)十立方米 ,甚至數(shù)百立方米 。然后進(jìn)行二次噴射，在第二只噴射器內(nèi)料液和蒸汽直接相通， 溫度升至 120~145℃ ， 并在維持罐內(nèi)維持 5~10min， 把耐高溫 α 淀粉酶徹底殺死，同時(shí)淀粉會(huì)進(jìn)一步分散，蛋白質(zhì)會(huì)進(jìn)一步凝固。不過，近幾年推廣應(yīng)用連續(xù)噴射法。使 9 淀粉受熱液化，經(jīng)過盤管加熱保溫，液化液由鍋的底部連續(xù)流出，達(dá)到需要液化的程度。用碘液檢查打到液化完全為止。工藝流程為：原料 → 粉碎 → 加水 → 液化 → 糖化 → 淀粉水解糖。此法所得糖液純度高， DE值可達(dá) 98%以上。避免淀粉在加工過程中的大量流失，與加工成精制淀粉比較，一般可提高原料利用率 15%左右。酸酶法是先將淀粉用酸水解成糊精或者低聚糖，然后用糖化酶將其水解為葡萄糖的工藝。 該法具有工藝簡(jiǎn)單，水解時(shí)間短，生產(chǎn)效率高 ， 設(shè)備周轉(zhuǎn)快的優(yōu)點(diǎn) ； 缺點(diǎn)是在水解過程中副反應(yīng)生成的副產(chǎn)物多，影響糖液純度，使淀粉轉(zhuǎn)化率降低。 淀粉的水解糖制備 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，所制得的糖業(yè)稱淀粉水解糖。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)篩的結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，使用方便 ，用 于原料粉碎的設(shè)備有盤磨機(jī)，錘式粉碎機(jī)和輥式粉碎機(jī)。 第二章 工藝設(shè)計(jì) 味精發(fā)酵的總流程圖 原料及預(yù)處理 原料的種類 發(fā)酵生產(chǎn)谷氨酸的原料主要是淀粉，其次還有非糧食淀粉原料。使用液體石蠟與空氣隔離等措施防止其逸出，對(duì)于泄露的少量廢氣通過機(jī)械排風(fēng)和風(fēng)筒高空排放等方式，基本上可以做到不超標(biāo)。生產(chǎn)廢水因含較多的谷氨酸等有機(jī)物，存在一定的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，故不能直接排出，同時(shí)也會(huì)降低味精產(chǎn)率，增大生產(chǎn)成本。 主要原料、材料、動(dòng)力的供應(yīng) 主要原料為玉米淀粉，連同其他輔助原料資源都是非常豐富，而該項(xiàng)目所在地交通便利，能夠在本地或附近城市采購，可保證味精的持續(xù)生 產(chǎn)。 產(chǎn)品方案及擬建規(guī)模 計(jì)劃每年生產(chǎn) 8000 噸純度為 99%的味精，每年工作日為 300 天，實(shí)行 3班制，發(fā)酵周期為 40 小時(shí)，生產(chǎn)周期為 48 小時(shí)。還應(yīng)考慮采用微生物發(fā)酵工廠的獨(dú)特的要求，注意周圍環(huán)境的清潔衛(wèi)生以及工廠內(nèi)車間與車間之間對(duì)衛(wèi)生、無菌、防火等條件的相互影響。設(shè)計(jì)工作必須認(rèn)真進(jìn)行調(diào)查研究，要學(xué)會(huì)查閱文獻(xiàn)，搜集設(shè)計(jì)必須的技 術(shù)基礎(chǔ)資料，加強(qiáng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)的分析工作，深入調(diào)查，與同類型廠的先進(jìn)技術(shù)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)相比較，要善于從實(shí)際出發(fā)去研究分析碰到的問題。徹底防止噬菌體污染，采用新工藝，節(jié)能降耗，降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，提高競(jìng)爭(zhēng)能力，擴(kuò)大產(chǎn)品銷售市場(chǎng) 。 引 進(jìn)世界生產(chǎn)的較先進(jìn)高速離心機(jī)，提高收率，灌水含水可 達(dá) 8%連續(xù)操作，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。 改進(jìn)提取工藝，提高提取收率 該井等電點(diǎn)工藝，采用連續(xù)等電點(diǎn)和避免生成 β型結(jié)晶的技術(shù)措施，同時(shí)研究新 型的沉降式離心機(jī)分離菌體，結(jié)合膜濃 縮的研究，提取收率可高達(dá) 95%。同時(shí)搞好廢水治理，提高環(huán)境和社會(huì)效益。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷 進(jìn)步，味精生產(chǎn)技術(shù)也在不斷變革 ， 由創(chuàng)建之初的以面筋、豆粕為原料水解法生產(chǎn)工藝改變?yōu)楝F(xiàn)在以糖質(zhì)為原料發(fā)酵法生產(chǎn)工藝。目前我國(guó)味精主要 集 中在十幾家大 型企業(yè) ， 山東 、 河南、河北三地產(chǎn)量占全國(guó)總產(chǎn)量近