【正文】 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)種子擴(kuò)大培養(yǎng)及谷氨酸發(fā)酵； (3)谷氨酸的提??； (4)谷氨酸制取味精及味精成品加工。 1956年，日本木下祝郎發(fā)表了用細(xì)菌發(fā)酵葡萄糖生成的論文， 1958 年利用菌種生產(chǎn)味精的發(fā)酵技術(shù)開發(fā)成功，由此開創(chuàng)了味精生產(chǎn)的新時(shí)代。用石油或醋酸為原料也能發(fā)酵生產(chǎn)味精，但消費(fèi)者擔(dān)心石油殘留物會(huì)致癌，未能投產(chǎn)。發(fā)酵法可用廣泛存在的淀粉質(zhì)為原料，不局限于面筋的蛋白質(zhì)，周期短，收率高，成本低，是目前世界上各國采用的主要方法。 味精的生產(chǎn)方法 (1)化學(xué)水解法 蛋白質(zhì)原料 (如面筋 )加鹽酸水解，利用谷氨酸鹽在鹽酸溶 液中溶解度最小的特點(diǎn)，經(jīng)過濾、中和、脫色、結(jié)晶而制得。 味精的合理選購 味精是家庭生活常用的調(diào)味品，科學(xué)合理地選用優(yōu)質(zhì)味精，不但能讓人們享受到美食，而且可以達(dá)到增進(jìn)健康的目的 。 美國食品藥品管理局（ FDA）在搜集了9000 種以上的文獻(xiàn)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)后，又追加以新的動(dòng)物試驗(yàn)，得出了 “ 在現(xiàn)在的使用 量 、 使用方法條件下，長期食用味精對(duì)人體沒有任何障礙 ” 的結(jié)論 [4]。 味精的安全評(píng)價(jià) 味精在長期使用的 過程中曾一度蒙受 “ 不白之冤 ”。 （ 2）能與體內(nèi)血氨結(jié)合成無毒的谷氨酰氨，使血氨下降，從而減輕肝昏迷癥狀 。谷氨酸作為風(fēng)味劑可用于增強(qiáng)飲料和食品的味道，不僅能增強(qiáng)食品風(fēng)味，對(duì)動(dòng)物性食品有保鮮作用。 ① 與酸、堿反應(yīng) 與鹽酸作用生成顧氨鹽酸鹽： C5H8NO4Na + HCl = C5H9O4N + NaCl C5H9O4N + HCl = C5H9O4N?HCl 與堿作用生成谷氨酸二鈉鹽： C5H8NO4Na + NaOH = C5H7O4NNa2 + H2O ② 味精等電點(diǎn)： pI= 谷氨酸鈉的水溶性很好，在 100 毫升水中可以溶解 74 克谷氨酸鈉。 結(jié)構(gòu)如下： 性質(zhì) 味精呈無色或白色柱狀結(jié)晶或白色的結(jié)晶性粉末。 (6)保證系統(tǒng)能適應(yīng)和抑制外部 擾動(dòng)的影響，達(dá)到整套系統(tǒng)的可能性。 (3)充分考慮各種明顯的和隱在危險(xiǎn)，保證生產(chǎn)人員的健康和安全，如生物反應(yīng)器等壓力容器，易燃、易爆、揮發(fā)性溶劑的管理以及菌種等微生物擴(kuò)散等。 味精的結(jié)構(gòu)和性質(zhì) 結(jié)構(gòu) 味精（谷氨酸鈉）是 α 氨基戊二酸（ L谷氨酸）的鈉鹽的一水化合物 。 味精熔點(diǎn) 195℃，無吸濕性，對(duì)光穩(wěn)定，水溶液加溫也較穩(wěn)定。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 8 味精的應(yīng)用價(jià)值 食品方面 味精廣泛用于食品調(diào)味劑，既可單獨(dú)使用，又能與其它氨基酸等并用。 我國的味精均采用玉米 、 大米等糧食作物發(fā)酵釀制，純度能達(dá)到 %，為純天然發(fā)酵提取的綠色食品 [1]。谷氨酸可用于生發(fā)劑，能被頭皮吸收，預(yù)防脫發(fā)并使頭發(fā)新生，對(duì)毛乳頭、毛母細(xì)胞有營養(yǎng)功能，并能擴(kuò)張血管，增強(qiáng)血液循環(huán)，有生發(fā)防脫落功效。 但國際上許 多權(quán)威機(jī)構(gòu)都做過味精的各種毒理試驗(yàn)，到目前為止，還未發(fā)現(xiàn)味精在正常使用范圍內(nèi)對(duì)人體有任何危害的依據(jù)，即證明食用味精是安全的 。 高血壓患者若食用味精過多，會(huì)使血壓更高 。 谷氨酸鈉含量高，色澤潔白的，其質(zhì)量就好 [8]。這是因?yàn)樘鸩颂且褐泻泄劝滨０罚谥铺沁^程中變成吡咯烷酮羧酸，與堿供熱即水解為 L谷氨酸。此法每生產(chǎn) 1 噸 99%味精耗用淀粉 噸。 1872年赫拉西維茨等用酪蛋白也制得谷氨酸。我國味精的主內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 13 要消費(fèi)群體在城市，城市居民年消費(fèi)量占到總產(chǎn)量的 70%以上，農(nóng)村市場的發(fā)展?jié)摿薮蟆，F(xiàn)在全國味精行業(yè)近百家生產(chǎn)廠所用的生物素亞適量菌種為 S9114 和 FM415 兩種，基本各占 50%。此設(shè)計(jì)選用生物素亞適量型菌種。 淀粉水解糖的制備 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。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)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。 旋轉(zhuǎn)式搖床偏心距為 5cm，轉(zhuǎn)速為 220r/min。因此，發(fā)酵培養(yǎng)基應(yīng)含有足夠多的碳源和氮源，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源不同而異。在一定的范圍內(nèi)，谷氨酸產(chǎn)量隨糖濃度的增加而增加，但是糖濃度過高，由于滲透壓增大，對(duì)菌體生長和發(fā)酵都不利。鎂離子含量過少，影響基質(zhì)的 氧化。 （ 2） 青霉素添加的時(shí)間和濃度的控制 青霉素添加的時(shí)間和濃度是影響產(chǎn)酸的關(guān)鍵。谷氨酸生產(chǎn)菌的最適 pH 值因菌株而異，一般為 ，在中性和微堿性條件下積累谷氨酸，在酸性 條件下形成谷氨酰胺和 N乙酰谷氨酰胺。一般控制在發(fā)酵開始的溫度上，每隔 56h 升 1℃ 即可。與菌體生長期相比，谷氨酸生產(chǎn)期需要大量的氧氣，谷氨酸發(fā)酵在細(xì)胞最大呼吸速率時(shí)，谷氨酸產(chǎn)量大，因此，在谷氨酸 生產(chǎn)期要求充分供氧，以滿足細(xì)胞最大呼吸的需氧量。通常采用基礎(chǔ)料中加入消泡劑與中間流加消泡劑相結(jié)合的方法來控制泡沫。間歇流加法一般在發(fā)酵殘?zhí)菨舛葹?050g/L 時(shí)進(jìn)行第一次流加 ，流加糖量控制在使殘?zhí)菨舛壬仙?2030g/L 為宜，由于菌體不斷耗糖，當(dāng)殘?zhí)橇肯陆档揭欢舛葧r(shí)再進(jìn)行流加。其工藝流程圖見圖 35。連續(xù)流加法一般在發(fā)酵殘?zhí)菨舛葹?1015g/L 時(shí)開始流加糖，用流量計(jì)計(jì)量流量，控制流加糖的流量，使殘?zhí)菨舛染S持在 1015g/L，在 發(fā)酵 結(jié)束前的最后 12h 停止流加，讓菌體消耗掉殘?zhí)?，確保發(fā)酵放罐時(shí)殘?zhí)?在 4g/L 以下。在 發(fā)酵過程中，采用中間流加消泡劑的方法。 發(fā)酵過程最好實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。 （ 6） 定容的控制 開始定容 45～ 50%，以便留出較大的流加糖空間，最后定容至 80%。發(fā)酵前期若 pH 值偏低，菌體生長旺盛，消耗營養(yǎng)快，菌體轉(zhuǎn)入正常代謝，繁殖菌體而不產(chǎn)谷氨酸；若 pH 值偏高，抑制菌體生長，糖代謝緩慢，發(fā)酵時(shí)間延長。一般掌握在發(fā)酵 ～ 、 OD 凈增 ～ 時(shí)，加入青霉素 3～ 5 國際單位 / ml 發(fā)酵液，加入后 OD 值再凈增一倍，菌體經(jīng)過繁殖保持穩(wěn)定。 ④ 生長因子 以糖質(zhì)原料為碳源的谷氨酸產(chǎn)生菌均為生物素缺陷型，以生物素為生長因子。因此，谷氨酸 發(fā)酵需要的氮源比一般的發(fā)酵工業(yè)高。因此為了積累特定的氨基酸，必須用某些方法使微生物代謝調(diào)節(jié)異常化。 培養(yǎng)條件：二級(jí)種子是在種子罐里培養(yǎng)的培養(yǎng)二級(jí)種子的接種量為~%，溫度為 32~34℃，培養(yǎng)時(shí)間為 6~8h。 121℃滅菌 30min(傳代和保藏斜面不加葡萄糖 )。淀粉水解方法有：酸水解法，酶水解法，酸酶水解法和酶酸水解法。圖 32 是以谷氨酸棒桿菌為實(shí)驗(yàn)材料所證實(shí)的谷氨酸合成途徑。污水處理采用離交流出液等高濃度污水，提取菌體蛋白后做復(fù)合肥，其余污水做厭氧 好氧處理后，達(dá)到國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)排放。 由此可見，味精行業(yè)在食品和其他工業(yè)中將占據(jù)重要的地位，味精的消費(fèi)市場開拓是很有前景的。 1908年日本池田菊苗在研究海 帶汁的鮮味時(shí)，證實(shí)此鮮味物質(zhì)即為L谷氨酸一鈉。所以要改用耐生物素的油酸、甘油缺陷性和溫度敏感型菌種；或者添加青霉素適當(dāng)阻止細(xì)胞壁合成；添加表面活性劑以增加細(xì)胞膜透性等才能提高產(chǎn)量。 (3)發(fā)酵法 1956 年，日本木下祝郎發(fā)表了用細(xì)菌發(fā)酵葡萄糖生成的論文， 1958 年利用菌種生產(chǎn)味精的發(fā)酵技術(shù)開發(fā)成功，由此開創(chuàng)了味精生產(chǎn)的新時(shí)代。 盡量使用含谷氨酸鈉 99%的純味精 。 味精的 ADI 值 0～ 120 mg，即攝入量每天每千克人體體重不得超過 120 mg，但味精在 pH5 以下的酸性條件長時(shí)間受熱，都會(huì)發(fā)生分子內(nèi)脫水生成焦性谷氨酸，導(dǎo)致鮮味消失，還會(huì)產(chǎn)生輕微毒性，所以食用味精一定要注 意食用量的限制。隨后在 1987年荷蘭海牙舉行的第 19屆聯(lián)合國糧農(nóng)及世界衛(wèi)生組織食品添加劑法規(guī)委員會(huì)會(huì)議正式宣布，取消對(duì)味精食用加以限量的有關(guān)規(guī)定，并一致認(rèn)為味精是食品風(fēng)味的增強(qiáng)劑，使用是安全的 。谷氨酸為天然植物成分，由世界上最先進(jìn)的生物酶工程技術(shù)提取，以護(hù)發(fā)生發(fā)、護(hù)膚類化妝品為日用化妝品的發(fā)展方向，用谷氨酸合成生物表面活性劑具有較大的市場。 由于其有補(bǔ)腦和保肝作用，在臨床上常用于治療某些神經(jīng)性疾患（如癲癇病 、 神經(jīng)衰弱）和肝 病（如肝昏迷 、 肝功能受損），谷氨酸的藥理作用：（ 1）味精進(jìn)入胃腸后很快就會(huì)分解出谷氨酸，在人身代謝過程中與酮酸發(fā)生氨基轉(zhuǎn)移作用合成其他氨基酸， 能解除新陳代謝過程中氨的毒害作用， 對(duì)人體有益無害 。甘氨酸具有甜味，和味精（谷氨酸鈉）協(xié)同作用能顯著提高食品的風(fēng)味。 味精的化學(xué)名稱為谷氨酸鈉，是氨基酸的一種，也是蛋白質(zhì)分解的最后產(chǎn)物，是采用微生物發(fā)酵的方法由糧食之 城的現(xiàn)代調(diào)味品。H 2 O異構(gòu)體，兩者相等時(shí)為 DL，比旋光度 ? ? 2 0 2 4 .8 ~ 2 5 .3aD ? ? ? ? ?。 (5)保證整套系統(tǒng)不僅可以正常操作，而且也能滿足開停車等非常規(guī)操作。 (4)符合國家和地方的環(huán)境保護(hù)法規(guī)，按照工業(yè)生態(tài)學(xué)減少原料和能量的使用，物料的多層多級(jí)綜合利用和廢棄物資源化循環(huán)利用的“ 3R”原則，達(dá)到清潔生產(chǎn)。 化學(xué)式： 5 6 3 2C H O NN a H O? ，相對(duì)分子質(zhì)量為 ，呈斜方晶系柱狀八面體，因有一不對(duì)稱碳原子，故有旋光性，即 D 型（右旋）和 L 型（左旋）兩種光學(xué)內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 7 H O O C C H 2 C H ( N H 2 ) C O O N a 于 100℃的溫度下加熱 3h，分解率為 %，在 120℃時(shí)失去結(jié)晶水， 150~160℃或長時(shí)間受熱，失水而發(fā)生吡咯烷酮化，生成焦谷氨酸鈉，其呈味力降低； 240℃開始熱分解， 280℃炭化。用于食品內(nèi)，有增香作用。 醫(yī)藥方面 谷氨酸在體內(nèi)具有重要的生理功能 。用于皮膚，內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 9 對(duì)治療皺紋有功效。 1973 年，聯(lián)合國食品法規(guī)委員會(huì)（ CAC）把谷氨酸鈉歸入推薦的食品添加劑的 A（ I）類（安全型類） 。 所以，高血壓患者不但要限制食鹽的攝入量，而且還要嚴(yán)格控制味精的攝入，腎炎 、 水腫等疾病的病人亦如此 [5]。 從增進(jìn)人體健康的角度出發(fā)，選購時(shí)可從產(chǎn)品名稱 、 配料表和谷氨酸鈉含量來判定產(chǎn)品是純味精（無鹽味精） 、 含鹽味精還是特鮮（強(qiáng)力）味精 。此法設(shè)備龐大，工藝復(fù)雜，而且原料有局限性，很少有工廠使用此法生產(chǎn)。 用甘蔗和甜菜制糖后的糖蜜，也可發(fā)酵生產(chǎn)谷氨酸，但糖蜜中生物素含量較高，會(huì)導(dǎo)致代謝途徑不向谷氨酸方向進(jìn)行，并使細(xì)菌細(xì)胞膜中不飽和脂肪酸和磷脂增高，阻礙谷氨酸向體外分泌。 1890年沃爾夫利用α 酮戊酸經(jīng)溴化后合成DL谷氨酸。 從全球范圍來看，味精的消費(fèi)主要集中在日本、東南亞、非洲等地，最近幾年歐洲的南美洲等地的味精需求量開始逐年增長，尤其是國外市場對(duì)味精的消費(fèi)不僅僅限于調(diào)味，而是廣泛的作為一種原材料或香料表面活性劑應(yīng)用于醫(yī)藥和化妝品行業(yè)。生物素內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 15 亞適量型菌種工藝路線是液化、糖化、發(fā)酵、提取和精致，為等電加離交的提取工藝。 谷 氨酸的發(fā)酵機(jī)理 谷氨酸發(fā)酵機(jī)理主要有糖酵解途徑（ EMP 途徑）、磷酸己糖途徑（ HMP 途徑）、三羧酸循環(huán)（ TCA）、乙醛酸循環(huán)、伍德 沃克曼反應(yīng)（ CO2 的固定反應(yīng)）等。由于谷氨酸生產(chǎn)菌不能直接利用淀粉或糊精作為碳源，因而必須將淀粉水解為葡萄糖，才能供發(fā)酵使用。 (1)斜面培養(yǎng)基的組成：葡萄糖 %，牛肉膏 %，蛋白胨 %，氯化鈉%，瓊脂 %， ~。 (3)二級(jí)種子培養(yǎng)：通過以及擴(kuò)大，種量還不能滿足發(fā)酵用的需要，因此需進(jìn)一步擴(kuò)大接種量，二級(jí)種子培養(yǎng)基的組成與原來一致，但配比上可有差異，這是因?yàn)榭杀ＷC菌種較快適應(yīng)環(huán)境，縮短發(fā)酵周期。 谷氨酸發(fā)酵 一般認(rèn)定的為無論是 野生株還是突變株，在增值旺盛，進(jìn)行正常代謝的微生物培養(yǎng)液中不存在特生物合成代謝中間產(chǎn)物大量分泌積累的現(xiàn)象。 ②氮源 氮源是合成菌體蛋白質(zhì)、核酸等含氮物質(zhì)和合成谷氨酸氨基的來源，同時(shí)，在發(fā)酵過程中一部分氨用于調(diào)節(jié) pH 值，形成谷氨酸銨鹽。培養(yǎng)基中的硫已經(jīng)在硫酸鎂中供給，不必另加；谷氨酸發(fā)酵產(chǎn)物生長所需要的鉀鹽比菌體生長需要量高。在即將添加前半小時(shí)，每隔 5 min 測定 OD、菌體重量、 pH 值等參數(shù)，嚴(yán)密注視該添加的時(shí)間與濃度。谷氨酸在發(fā)酵不同階段對(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。在發(fā)酵中期、后期菌體生長已停止，由于谷氨酸脫氫酶的最適宜溫度比菌體生長繁殖的溫度高，為促進(jìn)產(chǎn)酸性細(xì)胞積累谷氨酸，需要 適當(dāng)提高溫度，有利于提高谷氨酸產(chǎn)量。 發(fā)酵前期，采用低風(fēng)量較宜；發(fā)酵中期以高風(fēng)量為宜；發(fā)酵后期又適當(dāng)減少風(fēng)量，以促進(jìn)產(chǎn)生的 α酮戊二酸還原氨基轉(zhuǎn)化成谷氨酸，當(dāng)殘?zhí)墙档?1%，可將通風(fēng)量降到最低，以促進(jìn)中間產(chǎn)物轉(zhuǎn)換成谷氨酸。在基礎(chǔ)料中加入消泡劑主要起抑制泡沫的作用，在發(fā)酵培養(yǎng)基配置時(shí)加入 %的消泡劑，連同培養(yǎng)基一起滅菌。通常發(fā)酵中期控制流加糖以后的殘?zhí)菨舛仍?3060g/L，并且使殘?zhí)菨舛扔兄鸩较陆档内厔?，到發(fā)酵后期控制流加糖以后的殘?zhí)菨舛仍?2030g/L，注意最后一次流加的時(shí)間和流加的量，確保發(fā)酵放罐時(shí)殘?zhí)窃?4g/L 以下，才有利于谷氨酸提取和不會(huì)造成葡萄糖的浪費(fèi)。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 23 發(fā) 酵 液調(diào) 酸起 晶停 酸 攪 拌 育 晶 2 h緩 慢 調(diào)