【正文】 解離 子 交 換 處 理粗 谷 氨 酸 溶 液 中 和 制 味 精過 濾除 鐵脫 色濃 縮 結(jié) 晶離 心小 顆 粒 大 顆 粒干 燥 過 篩拌 鹽 粉 碎顆 粒 味 精過 篩粉 狀 味 精淀 粉 水 解 糖 圖 31 味精生產(chǎn)總工藝流程圖 生產(chǎn)谷氨酸的菌株 由味精生產(chǎn)企業(yè)、行業(yè)專家和有相關(guān)專業(yè)刊物的報道看，我國現(xiàn)有生產(chǎn)谷氨酸的菌種有 3 種：生物素亞適量型菌種、高生物素及表面活性劑型菌種、溫度敏感型菌種。 總的來講，各谷氨酸生產(chǎn)企業(yè)經(jīng)濟效益還是相當(dāng)可觀的。用于原料粉碎的設(shè)備除盤磨機外，還內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 17 有錘式粉碎機和輥式粉碎機。 淀 粉 調(diào) 漿 配 料 過 濾 液 化 滅 酶 糖 化 滅 酶 壓 濾 糖 化 液濾 渣糖 化 酶堿 液 、 氯 化 鈣 、α 淀 粉 酶 圖 33 雙酶法制糖工藝 種子擴大培養(yǎng) 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(shè)置有種子站，完成生產(chǎn)菌種的擴大培養(yǎng)任務(wù)。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 18 培養(yǎng)條件：在 1000ml 三角瓶中，裝入一級種子培養(yǎng)基 180200ml，滅菌后接種，然后置搖床上，放于搖床上在 30~32℃振蕩培養(yǎng) 10~12h。發(fā)酵液通入 179。 （ 1）發(fā)酵 培養(yǎng)基的控制 與種子培養(yǎng)基不同，發(fā)酵培養(yǎng)基不僅是供給菌體生長繁殖所需要的營和能內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 19 源，而且是構(gòu)成谷氨酸的碳架來源，要 積累大量谷氨酸，就要有足夠多的碳源和氮源，其量大大地高于種子培養(yǎng)基，對于菌體繁殖所必需的因子 — 生物素卻要控制其用量。 ③ 無機鹽 微生物對無機鹽的需要量很少，但無機鹽含量對菌體生長和代謝產(chǎn)物的合成影響很大。生物素過量，發(fā)酵向乳酸發(fā)酵轉(zhuǎn)換。 （ 4） 發(fā)酵過程 pH 值變化及控制 在谷氨酸發(fā)酵過程中，由于菌體對培養(yǎng)基中的營養(yǎng)成分的利用和代謝產(chǎn)物的積累，使得培養(yǎng)液的 pH 值不斷變化。若長菌期溫度偏高，菌體在短時間生長可能會快，但容易衰老，表現(xiàn)為 OD 值增長不高，前期短時間內(nèi)耗糖快，很快耗糖速度下降，發(fā)酵周期長，谷氨酸生產(chǎn)少；若長菌期溫度偏低，菌體生長緩慢，導(dǎo)致發(fā)酵周期長。當(dāng)菌體生長速度達最大值，如果再提高供氧，不但造成浪費，而且由于高氧水平抑制生長且不能有效地產(chǎn)生谷氨酸?？?△ OD 控制在 ~。一般生產(chǎn)上流加糖濃度范圍是 280600g/L，選擇流加糖的濃度要結(jié)合接種量、生物素濃度、發(fā)酵初糖濃度及發(fā)酵初始體積進行綜合考慮。 低溫等電點 — 離子交換法 提取谷氨酸是在發(fā)酵液經(jīng)等電點提取谷氨酸以后，將母液通過離子交換柱進行吸附，洗脫回收，使洗脫所得的高流分與發(fā)酵液合并，進行等電點提取。 谷氨酸的提取 谷氨酸的提取一般采用低溫等電點 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。盡量少加，每次流加量以能夠把泡沫消除為宜。人工控制操作，可采用梯形控制，兩頭小中間大，開始分 2~3 次提風(fēng)， △ OD 為 時提一次風(fēng)， △ OD 為 ～ 時添加青霉素后提一次風(fēng)， △ OD 為 ~ 時再提至最大風(fēng)量。供氧量不足，菌體呼吸受到抑制而影響生長。在發(fā)酵過程中根據(jù) pH 值變化流加液氨或氨水調(diào)節(jié) pH值， 保持一定的 NH4+/GA 比 ， 同時作為氮源。 （ 3） 初糖、接種量和生物素的控制 采用較低初糖（ 8~10%），滲透壓低利于長菌；接種 量大（ 10%）、高生物素（ 50~100 ug /L），使菌生長快，發(fā)酵前期菌體多，添加青霉素后，又同步進行生產(chǎn)型，故產(chǎn)酸速度很快。生物素濃度對菌體生長和谷氨酸積累都影響，大量合成谷氨酸所需要的生物素濃度比菌體生長的需要量低，即為菌體生長需要的“亞適量”。氮源有無機氮和有機氮，菌體利用無機氮源比較迅速，利用有機氮比較緩慢。這種代謝異?；木陮Νh(huán)境條件是敏感的。種子罐的培養(yǎng)基裝量為罐體積的 70%，種子罐的徑高比為 1∶ 2，攪拌器為二檔六彎葉渦輪型，葉徑比為 1∶（ ~） [7]。一級種子培養(yǎng)基應(yīng)該營養(yǎng)豐富，有利于菌體的生長繁殖；其組分與斜面培養(yǎng)基相同。 糖化結(jié)束后，將糖化罐加熱至 8085℃ ， 滅酶 30min。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 16 葡 萄 糖6 磷 酸 葡 萄 糖6 磷 酸 果 糖 6 磷 酸 葡 萄 糖 酸1 , 6 二 磷 酸 果 糖 5 磷 酸 戊 糖3 磷 酸 甘 油 酯乙 酰 輔 酶 A丙 酮 酸C O2草 酰 乙 酸檸 檬 酸順 烏 頭 酸異 檸 檬 酸草 酰 琥 珀 酸α 酮 戊 二 酸琥 珀 酸延 胡 索 酸蘋 果 酸乳 酸乙 醛 酸乙 酰 輔 酶 AN A D H2N A D+C O2N A D P+N A D P H2N A D+N A D H2N A D H2C O2C O2C O2N A D+N A D H2( 或 N A D P )( 或 N A D H2)C O2谷 氨 酸N A D H2N A D+①②③④⑤⑥⑦⑧⑨ 圖 32 由葡萄糖生成 合成谷氨酸的代謝途徑 ①蘋果酸酶；②丙酮酸羧化酶；③丙酮酸脫羧酶；④異檸檬酸脫氫酶； ⑤異檸檬酸裂解酶；⑥α 酮戊二酸脫氫酶；⑦谷氨酸脫氫酶；⑧蘋果酸脫氫酶；⑨乳酸脫氫酶 谷氨酸的發(fā)酵技術(shù) 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，同時去除固體雜質(zhì)，防止機器磨損。 (3)溫度敏感型菌種 溫度敏感型菌種是現(xiàn)在 一種新興的菌種，此菌種的優(yōu)點是發(fā)酵產(chǎn)酸率高和糖酸轉(zhuǎn)化率高，但是提取收率低和提取困難是困擾其優(yōu)勢成果轉(zhuǎn)化的主要原因。如圖 31。 我國味精生產(chǎn)已經(jīng)有多年的生產(chǎn)歷史 ， 從 1923年我國面筋水解法生產(chǎn)味精到1958年利用淀粉糖發(fā)酵法生產(chǎn)味精研究開始 ， 我國利用發(fā)酵法生產(chǎn)味精 ， 已經(jīng)走過了 50年的歷程 ， 使發(fā)酵產(chǎn)酸發(fā)生了很大變化 ， 味精發(fā)酵生產(chǎn)技術(shù)也在不斷變革 ，80年代以前 ， 我國大部分味精廠采用淀粉糖發(fā)酵法 ， 一般發(fā)酵工藝采用生物素亞適量進行發(fā)酵控制 ， 發(fā)酵產(chǎn)酸一般在 5~6％ 左右 ， 糖酸轉(zhuǎn)化率在 50％ 左右 ， 70年代開始新疆石河子味精廠首先利用甜菜甜蜜 ， 采用高生物素 、 大種量 、 高通風(fēng)的發(fā)酵技術(shù)進行發(fā)酵生產(chǎn) ， 使發(fā)酵產(chǎn)酸達到 ％ 左右 ， 糖酸轉(zhuǎn)化率在 60~65％ ， 90年代后期 ， 我國部分味精廠在淀粉味精發(fā)酵行業(yè)開始進行以適量高生物素 、 大種量 、 高通風(fēng)的發(fā)酵技術(shù)實驗 ， 加上我國大專院校 、 科研機構(gòu)對淀粉制糖工藝 、 發(fā)酵菌種以及工藝控制方法及裝備水平進行大量研究和改進 ,發(fā)酵產(chǎn)酸率和糖酸轉(zhuǎn)化率都發(fā)生了巨大變化 ,發(fā)酵產(chǎn)酸一般 12～ 14%左右 ， 糖酸轉(zhuǎn)化率在 56~60%。 (4)合成法 石油裂解氣丙烯經(jīng)羰化、氨化稱為丙烯腈，再經(jīng)氰胺化為 α 氨基戊二腈，以 NaOH 水解、 H2SO4 酸化成 DL 型谷氨酸，再經(jīng)光學(xué)拆分為 L谷氨酸。所用的細(xì)菌有短桿菌，棒桿菌，小桿菌和節(jié)桿菌。每生產(chǎn) 1 噸 99%味精好用面筋 噸。 而使用假冒偽劣味精，不僅影響到人們的正常飲食，而且可能會危及到人體健康和安全，為此在選購味精時應(yīng)注意識別真假 、 優(yōu)劣 。 1999年，我國完成了味精的長期毒理試驗，這是我國首次獨立完成對國內(nèi)味精的試驗，試驗得出與國際上一致的結(jié)論，即使用味精是安全的 。 由于人們對味精的營養(yǎng)特性缺乏全面 、 科學(xué)的了解，認(rèn)為味精沒有營養(yǎng)，甚至對人體有害 。 （ 3）參與腦內(nèi)蛋白質(zhì)和糖的代謝，促進腦細(xì)胞氧化過程 。味精具有很強的鮮味 (閾值為 ％ )，能夠增加菜肴的色、香、味，促進食欲。純的味精外觀為一種白色晶體狀粉末。無臭，有特殊鮮味。 設(shè)計范圍 根據(jù)設(shè)計任務(wù)書，本設(shè)計的生產(chǎn)規(guī)模為年產(chǎn) 2600 噸味精。 (2)依據(jù) 相關(guān)資料，對味精生產(chǎn)工藝進行簡述和論證，對工藝流程和條件參內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 6 數(shù)進行優(yōu)化，達到資金、原材料、公共設(shè)施和人員投入?yún)f(xié)調(diào)，經(jīng)濟最優(yōu)。它是增強食品風(fēng)味的增味劑，主要呈現(xiàn)鮮味，也稱鮮味劑。其 pH 為 ，氮含量占%。在堿性環(huán)境中，味精會起化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生一種叫谷氨酸二鈉的物質(zhì)。 因此食用味精不僅能起到調(diào)味增進食欲的作用，還能補充人體一定的營養(yǎng)素 。 日用化妝品方面 谷氨酸是世界上氨基酸產(chǎn)量最大的品種，可作為營養(yǎng)物作用于皮膚和毛發(fā)。 1973 年 FAO/WHO 食品添加劑專家聯(lián)合組織一度規(guī)定，味精的 ADI 值0mg~120mg，即攝入量每天每千克人體體重不得超過 120mg。 孕婦及嬰幼兒不宜吃味精 ,因味精可能會引起胎兒缺陷；老人和兒童也不宜多食 。 市場上銷售的味精，在包裝上都標(biāo)明谷氨酸鈉的含量，一般可分為 99%、 95%、 90%、 80% 4種規(guī)格，除 99%以外，其他 3種分別加 5%、 10%、 20%食鹽 。從糖蜜中回收蔗糖后的廢液，稱為司蒂芬廢液，經(jīng)濃縮，用 50%的 NaOH 溶液水解可制得味精。若中和至 以上，則生成完全無鮮味的谷氨酸二鈉。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 12 味精的發(fā)展及趨勢 發(fā)展歷程 1866年德國里坦森用硫酸分解小麥中的面筋，最先分離出谷氨酸。 發(fā)展趨勢 就國內(nèi)市場來講，隨著我國人民生活水平提高和膳食結(jié)構(gòu)的改變，以及對味精認(rèn)識的普遍提高，味精的需求量不斷增大，人均消費水平逐年提高，我國華東、中南、西南、華南地區(qū)人均年消費量已上升為 左右，近年來西北地區(qū)也從原來的人均年消費水平不足 增長到現(xiàn)在的人 均 左右。 (1)生物素亞適量型菌種 它是谷氨酸發(fā)酵較為普遍使用的菌種，具 有產(chǎn)酸穩(wěn)定、提取收率高、發(fā)酵周期短、不易染菌、放管體積小和經(jīng)濟效益好等優(yōu)點。從現(xiàn)在的谷氨酸市場考察情況看，谷氨酸的利潤空間還是很大的，生物素亞適量型菌種發(fā)酵和提取整體工藝配套成熟、可靠應(yīng)用廣泛，經(jīng)濟效益好。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(yīng)用于 薯干等脆性原料的中碎和細(xì)碎作用，輥式粉碎機主要用于粒狀物料的中碎和細(xì)碎。谷氨酸的發(fā)酵過程為：斜面活化→一級種子培養(yǎng)→二級種子擴大培養(yǎng)→發(fā)酵培養(yǎng)。往復(fù)式搖床的沖程為 ，頻率 100 次 /min?？諝? （ 4）發(fā)酵培養(yǎng)：發(fā)酵培養(yǎng)基不僅提供菌體生長繁殖所需要的營養(yǎng)和能量，而且是形成谷氨酸的物質(zhì)來源。 ①碳源 目前所發(fā)現(xiàn)的谷氨酸產(chǎn)生菌均不能利用淀粉，只能利用葡萄糖、果糖和麥芽糖等，這里主要是將淀粉水解糖作為碳源，培養(yǎng)基中糖濃度對谷氨酸發(fā)酵有很大影響。磷酸鹽對谷氨酸發(fā)酵影響很大，磷濃度過高時，菌體的代謝轉(zhuǎn)向合成纈氨酸，但磷含量過低，菌體生長不好；鎂是某些細(xì)菌的葉綠素的組成成分，它的離子狀態(tài)是許多重要的酶的激活劑。供氧充足， 生物素過量，糖內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 20 代謝傾向于完全氧化。在谷氨酸發(fā)酵過程中， pH 的變化是發(fā)酵的重要指標(biāo)。必要時可以內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 21 加玉米漿來促進生長。只要根據(jù)細(xì)胞繁殖數(shù)量的增加適當(dāng)增加供氧即可。 （ 8） 泡沫的控制 在谷氨酸發(fā)酵中，由于通氣攪拌與菌體代謝產(chǎn)生的 CO2，使得培養(yǎng)液中產(chǎn)生大量泡沫，目前消除泡沫大多采用機械消泡器與消泡劑相結(jié)合的消泡方法。 流加的方法有間歇流加法和連續(xù)流加法?；厥章士蛇_ 95%左右。連續(xù)流加法可實現(xiàn)優(yōu)化控制。即先將消泡劑配置一定濃度，經(jīng)過滅菌、冷卻，當(dāng)發(fā)酵過程產(chǎn)生泡沫時間歇流加進入發(fā)酵罐。如不能實現(xiàn)，隨時測定排氣 CO2， CO2 宜控制在12～ 13%左右， 發(fā)酵后期可降到 10%，最后放罐前也要控制在 8%，決不能降到0，不能太低，否則通氣量過大 而影響產(chǎn)酸 。 （ 7） 通氣量與 總 △ OD 的控制 在菌體生長期，供氧必須滿足菌體呼吸的需氧量。故谷氨酸發(fā)酵在正常情況下，為了保證足夠的氮源，發(fā)酵前期控制 pH 值 左右，發(fā)酵中期控制 pH 值 左右，發(fā)酵后期控制 pH值 ，放罐時 pH 值 ～ 。若添加青霉素后， OD控制不住，有時還需再補加 1～ 2 次適當(dāng)濃度的青霉素。生物素的作用主要影響谷氨酸產(chǎn)生菌細(xì)胞膜的通透性，同時也影響菌體的代謝途徑。碳氮比對谷氨酸發(fā)酵影響很大，在發(fā)酵的不同階段，控制碳氮比以促進以生長為主階段向產(chǎn)酸階段轉(zhuǎn)化。谷氨酸產(chǎn)生菌之所以能夠在體外大量積累谷氨酸，首先是菌體的代謝異常化，即具有一定生理特性的菌株是生產(chǎn)谷氨酸的內(nèi)因和依據(jù)。種子罐的攪拌轉(zhuǎn)速和通風(fēng)量因種子罐大小而異，如表 34 所示。 (2)一級種子培養(yǎng)：種子擴大培養(yǎng)的目的是為了獲得大量健壯的細(xì)胞。目前，國內(nèi)許多味精廠采用雙酶法制糖工藝，如圖33。葡萄糖經(jīng)過EMP 和 HMP 途徑生成丙酮酸，其中一部分氧化脫羧生成乙酰輔酶 A 進入 TCA循環(huán)，另一部分固定二氧化碳生成草酰乙酸或蘋果酸，草酰乙酸與乙酰輔酶 A在檸檬酸合成酶催化下，所合成檸檬酸，再經(jīng)過還原共軛的氨基化反應(yīng)生成谷氨酸。 (2)高生物素及表面活性劑型菌種 高生物素及表面活性劑型菌種以糖蜜為原料，不具有廣泛代表，已被取代。 第三章 味精的生產(chǎn)工藝 概述 味精生產(chǎn)全過