【正文】 發(fā)酵培養(yǎng)基的組成 谷氨酸發(fā)酵培養(yǎng)基 ：水解糖 15％，糖蜜 %，玉米漿 %， MgSo4 %,KCl %,Na2HPO4 %,尿素 4%，消泡劑 %。 培養(yǎng)時間 ：培養(yǎng)時間不宜太長，以 7~8h 為好，掌握對 數(shù)生長期作為種子接入發(fā)酵罐。 含有豐富的氮源，足夠的生物素，少量的碳源，以利于菌體生長。 要使微生物在數(shù)十小時的較短時間內(nèi)完成如此巨大的發(fā)酵轉(zhuǎn)化的任務(wù) ,那就必須具備數(shù)量巨大的微生物細胞群體才行 。 液化工藝流程：淀粉 → 調(diào)漿 → 配料 → 一次噴射液化 → 液化保溫 → 二次噴射 → 高溫維持 → 二次液化 → 冷卻。再加熱 100℃ 滅酶 15min。每 100 份淀粉能得到 108 份葡萄糖，已接近理論產(chǎn)率 111 份葡萄糖 。其酸用量少，產(chǎn)品顏色淺，糖液質(zhì)量高，但是適用于淀粉顆粒緊密的原料。由于谷氨酸生產(chǎn)菌不能直接利用淀粉或者糊精做碳源，因而必須將淀粉水解為葡萄糖，才能供發(fā)酵菌使用。淀粉來自糧食 原料，通常利用各種各樣的淀粉，如北方常用玉米淀粉，南方常用番 薯淀粉等。由于廢水中含有有機物，屬于中等濃度的有機廢水，故 適合用生物處理法，使用厭氧 好氧二段生物處理法，建立廢水車間，降低廢水的 COD，達標(biāo)后可以循環(huán)使用。味精生產(chǎn)全過程可分為四個工藝階段：原料的預(yù)處理和淀粉水解糖的制備， 種子的擴大培養(yǎng)與谷氨酸的發(fā)酵，谷氨酸的提取，谷氨酸制取味精以及味精成品加工 . 廠址選擇及規(guī)模 廠址選在大連開發(fā)區(qū)， 距開發(fā)區(qū) 7 海里 就是大連港 ，始建于 1899 年，是中國第三大港，也是中國最大的對外貿(mào)易口岸之一 ，港闊水深，不淤不凍 ， 距開發(fā)區(qū)中心區(qū)約 8 公里 即大窯港灣 ，是中國北方最大的集裝箱運輸中轉(zhuǎn)基地。設(shè)計必須結(jié)合實際，因地制宜，體現(xiàn)設(shè)計的通常性和獨立性相結(jié)合的原則。加強廢水治理和綜合利用，提高環(huán)境效益 ， 味精廢 水排放標(biāo)準已頒布，各廠應(yīng)達標(biāo)排放，提高環(huán)境效益。采用新工藝、新技術(shù)、提高技術(shù)水平降低成本，增加經(jīng)濟效益的關(guān)鍵是提高技術(shù)水平。 根據(jù)國家統(tǒng)計局統(tǒng)計的數(shù)據(jù) ， 2020 年前 8 個月，我國味精制造行業(yè)的總資產(chǎn)達到 億元 ， 同比增長 %，總銷售收入為 5 億元，同比增長了 %。 80 年我國味精產(chǎn)量只有 萬噸到 91 年已經(jīng)發(fā)展到 200 多家企業(yè)，味精產(chǎn)量達到 萬噸。它還能與血氨結(jié)合，形 成對機體無害的 谷氨酰胺，解除組織代謝過程中所產(chǎn)生的氨的毒性作用。味精是鮮味 調(diào)味品類烹飪原料，以小麥、大豆、玉米等含蛋白質(zhì)較多的原料經(jīng)水解法制得或 以淀粉為原料經(jīng)發(fā)酵法加工而成的一種粉末狀或結(jié)晶狀的調(diào)味品，也可用甜菜、 蜂蜜等通過化學(xué)合成制作。 相對分子質(zhì)量： ， 味精是無色無味至百色的柱狀結(jié)晶 或白色的結(jié)晶性粉末。 1991 年我國的味精總產(chǎn)量為 27 萬噸，是 1965 年的 倍。盡管我國味精工藝技術(shù)指標(biāo)水平進步很快，但與國際先進水平仍有較大差距 。發(fā)酵過程中應(yīng)事先自動控制，避免人工操作誤差，這是穩(wěn)定生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，尤其是溫度、 pH、風(fēng)量、風(fēng)量、罐壓、流加糖等計數(shù)操作應(yīng)自動控制。 發(fā)展高科技 如： 用重組 DNA 技術(shù)選育高產(chǎn)優(yōu)良菌種；電子計算機和各種傳感器控制發(fā)酵生產(chǎn)過程；利用固定化微生物生產(chǎn)谷氨酸 ； 以 CO 2 和 N 2 為原料，酶法合成谷氨酸 等。 可行性分析與廠址選擇 產(chǎn)品需求初步預(yù)測 由于我國人民的生活水平不斷提高，對味精的需求量也在不斷增加，我國自 2020 年味精產(chǎn)量突破百萬噸，工業(yè)總產(chǎn)值達到 150 億元之后，味精產(chǎn)量 和銷售收入一直呈線性增長。而廠內(nèi) 將 設(shè)有鍋爐車間，可以保證集中供熱供汽。噪音污染及控制 ： 味精企業(yè)主要的噪音來源于發(fā)酵罐、空壓機、高速離心機、干燥機以及大功率的攪拌設(shè)備等。預(yù)處理的主要目的是為了降低生物素的含量，因為預(yù)處理主要是糖蜜的 處理，糖蜜中含有過量的生物素，會導(dǎo)致菌體不產(chǎn)谷氨酸的后果，從而影響谷氨酸的積累和提取。而且對淀粉原料要求嚴格，不能 受用 粗淀粉，而要求純度較高的精制淀粉。雙酶法可分為兩步：第一步是液化過程，用 α — 淀粉酶將淀粉液化，轉(zhuǎn)化為糊精及低聚糖 ， 使淀粉的可溶性增加。間歇液化法：液化是在密閉的液化鍋內(nèi)進行，把 調(diào)節(jié) 淀粉乳濃度，用純堿溶液調(diào) pH 至 ~，加入適量氯化鈣 ， 使鈣離子濃度為 。采用該法液化均勻，完全，可實現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)。從板式換熱器出來的熱水供配料和洗濾渣用。這些純種培養(yǎng)物稱為種子。 接種量 ： 接種量過少，菌體增長緩慢，適應(yīng)期長 ， 培養(yǎng)時間，影響種子活力。它是建立在容易變動的代謝平衡上的，經(jīng)常收到環(huán)境條件的影響。在谷氨酸發(fā)酵前期長菌階段采用與種子擴大培養(yǎng)時相應(yīng)的溫度，以滿足菌體生長最適溫度。種量 ： 是指培養(yǎng)好的種子液數(shù)量占接人發(fā)酵培養(yǎng)基數(shù)量的百分比。發(fā)酵中期至后期，通風(fēng)需下降，才能保持排氣中二氧化碳在 13％ 左右，發(fā)酵后期可降到 10％，最后放罐前控制在 8％以上，絕不能降到 0，以免后期通風(fēng)過大而影響產(chǎn)酸。 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。利用機械攪拌，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、繁殖和代謝的需求。 V 全 =V’ 全 ， 符合設(shè)計要求，可行 16 冷卻面積的計算 對谷氨酸發(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。 3= (m ) 盤踞 d i = Di = 1. 3 = (m ) 葉弦長 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。 17 將數(shù)代入上式： Re m = 178。 = 144 kW 計算通風(fēng)時的軸功率 Pg Pg = 10 179。現(xiàn)取 ；則 Q=10 6=10 6（ ml/min） Q = 10 6 = 代入上式： Pg = (kW ) 。ND179。 10 ﹣179。以等 P0/V 為基準放大求得： N 2 = N1﹙ D 1247。的發(fā)酵罐，每天裝 5 罐 ， 每罐實際裝液量為 V 液 =（ m 179。h) 。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 即 N 1 =8 取公稱體積為 100m3發(fā)酵罐 8 個，留 1 個備用 實際產(chǎn)量驗算： 118 5 824247。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。 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，比細胞裂解所造成的 OD 下 降可早 24 小時，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。種量過少，菌體增長緩慢，導(dǎo)致發(fā)酵周期拉長，容易染菌 ， 不利于提??；種量增加時，適應(yīng)期縮短，發(fā)酵周期短，設(shè)備利用率高。谷氨酸發(fā)酵在不同階段對 pH 值的要求不同，發(fā)酵前期幼齡菌對氮的利用率高，pH 值變化大。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。糖蜜發(fā)酵加種量要大于淀粉質(zhì)原料 。 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 %。 種子擴大培養(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 。不過，近幾年推廣應(yīng)用連續(xù)噴射法。用碘液檢查打到液化完全為止。此法所得糖液純度高， DE值可達 98%以上。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。 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。 第二章 工藝設(shè)計 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。生產(chǎn)廢水因含較多的谷氨酸等有機物，存在一定的營養(yǎng)物質(zhì)，故不能直接排出，同時也會降低味精產(chǎn)率，增大生產(chǎn)成本。 產(chǎn)品方案及擬建規(guī)模 計劃每年生產(chǎn) 8000 噸純度為 99%的味精，每年工作日為 300 天，實行 3班制，發(fā)酵周期為 40 小時，生產(chǎn)周期為 48 小時。設(shè)計工作必須認真進行調(diào)查研究，要學(xué)會查閱文獻，搜集設(shè)計必須的技 術(shù)基礎(chǔ)資料，加強技術(shù)經(jīng)濟的分析工作，深入調(diào)查，與同類型廠的先進技術(shù)的經(jīng)濟指標(biāo)相比較，要善于從實際出發(fā)去研究分析碰到的問題。 引 進世界生產(chǎn)的較先進高速離心機，提高收率，灌水含水可 達 8%連續(xù)操作，減輕勞動強度。同時搞好廢水治理，提高環(huán)境和社會效益。目前我國味精主要 集 中在十幾家大 型企業(yè) ， 山東 、 河南、河北三地產(chǎn)量占全國總產(chǎn)量近 80%。 味精工業(yè)發(fā)展歷程 味精不但是人民生活中的主要調(diào)味品， 而且是食品工業(yè)中的一種高利稅產(chǎn)品 ， 尤其是受原材料市場充裕，價格便宜的誘發(fā) ,自 80 年代以來 ， 它吸引著國內(nèi)許許多 多生產(chǎn)者，整個行業(yè)呈現(xiàn)突飛猛進的勢態(tài)。因為味精里含有大量的谷氨酸，是人體所需要的一種 氨基酸， 96％能被人體吸收，形成人體組織中的蛋白質(zhì)。據(jù)研究；味精可以增進人們的食欲，提高人體對其他各種食物的吸收能力，對人體有一定的滋補作用。斜方晶系柱狀八面體 ， 相對密度 ，視相對密度 ~ 比旋光度：【 a】 20 D= ~ ， PH 值： ， 熔點： 1950℃ （在 1250 ℃ 以上失去結(jié)晶水） ，熱穩(wěn)定性：常溫 ~1000 ℃ 脫濕； 1000 ℃ ~1200℃ 穩(wěn)定； 1200 ℃ ~1300℃ 失去結(jié)晶水； 1300 ℃~1700℃ 穩(wěn)定； 1700℃ ~2500℃ 分子內(nèi)脫水； 2400℃ ~2800℃ 熱分解； 2800℃ 及以上炭化。近幾年更是迅猛發(fā)展 ， 2020 年產(chǎn)量達到 110 萬， 2020~2020 年味精產(chǎn)量以年平均增長率 為 %的速度增長。 我國味精行業(yè)的發(fā)展對策 當(dāng)前我國味精行業(yè)提高經(jīng)濟效益的發(fā)展對策是：合理利用原材料 ， 采用新菌種、新工藝、新技術(shù)、新設(shè)備，提高技術(shù)水平，防止噬菌體污染，節(jié)能降耗；逐步實現(xiàn)自動控制，提高勞動生產(chǎn)率全面降低成本， 參與國際競爭。選用無油潤滑的螺桿式空壓機，改造傳統(tǒng)的空氣凈化設(shè)備 .選板式換熱器用培養(yǎng)基滅菌，三只一組，節(jié)約蒸汽和冷卻水。 味精工廠的設(shè)計原則 設(shè)計工作做到精心設(shè)計，投資少，技術(shù)新，質(zhì)量好，收效快，同收期短，使設(shè)計工作符合社會主義經(jīng)濟建設(shè)的總原則。所以，我國味精行業(yè)的發(fā)展前景非常廣闊。 環(huán)保及主要污染物的處理 廢水及控制 ： 味精工廠主要的生產(chǎn)廢水為玉米浸泡和清洗、谷氨酸發(fā)酵、味精精制、設(shè)備清洗等工序產(chǎn)生的廢水以及包括工人的生活用水。 7 通過降低電機轉(zhuǎn)數(shù)，選用噪聲小的減速機，使用減振器和吸聲 罩等辦法降低噪聲 。預(yù)處理的方法：活性炭處理法：用鹽酸水解糖蜜后 再 吸附 ； 樹脂處理：通過脫色樹脂交換柱。而且要求設(shè)備耐腐蝕、耐高溫、耐壓。第二步是糖化，利用糖化酶將糊精或低聚糖進 一步水解，轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟恰?加入需要的 α 淀粉酶，攪拌均勻后，輸入液化鍋內(nèi)，在保持鍋 內(nèi)料液充分翻騰下，加熱到 88~90℃ ，保溫 20~30min 左右。 我國目前多數(shù)味精廠采用的間歇式液化法。淀粉 的糖化淀粉的糖化主要是淀粉液化液經(jīng) α 糖化酶的作用，將已水解成糊精和低聚糖等較小的分子產(chǎn)物進一步水解成葡萄糖。國內(nèi)谷氨酸發(fā)酵種子擴大培養(yǎng)普遍采用二級種子擴大培養(yǎng)的流程，即：斜面培養(yǎng) → 一級種子培養(yǎng) → 二級種子培養(yǎng) → 發(fā)酵罐。但種量過大，在拼瓿操作中易引起污染，一般 接 種量為 1%左右為宜。菌種的性能越高，使其表達接近它應(yīng)有的生產(chǎn)潛力所必須的條件就越難滿足，對環(huán)境條件波動越敏感 。pH 控制 ： 谷氨酸產(chǎn)生菌的最適 pH 值因菌株而異，一般為 pH 值 ~，在中性和微堿性條件下積累谷氨酸，在酸性條件下 (pH 值 5~6)形成谷酰胺和 N— 乙酰谷酰胺。種量的多少顯著影響發(fā)酵適應(yīng)期的延續(xù)時間、開始產(chǎn)酸的時間及發(fā)酵周期的長短?？刂婆艢庵卸趸嫉姆椒?，簡便易行，一方面可以保證供氧，另一方面還能幫助發(fā)現(xiàn)污染雜菌或噬菌體。粗品經(jīng) 提純、加工、包裝，得到成品。 發(fā)酵罐容積的確定 選用 100m3罐 生產(chǎn)能力的計算 每天生產(chǎn) 99%純度的味精 27t，谷 氨酸的發(fā)酵周期為 40h（包括發(fā)酵罐清洗、 滅菌、進出物料等輔助操作時間），則每天需糖液體積為 V 糖。 5） =8℃ 對公稱容量 100 m 179。罐，攪拌直徑 ，轉(zhuǎn)速 N1=110r/min。 1. 58 1050 247。 (P0