【正文】 量衡算為 Q 總 = Q 最大 24 50 140= 109[kJ/（ m3發(fā)酵液總體積（ m3） = 68869（ 4520）247。（ 4520）247。 3=（ t/h） =40300(kg/h) 200 924 231 57900 108 6873 唐 山 學 院 畢 業(yè) 設 計 20 2．培養(yǎng)液冷卻水用量 參照圖 8， 120℃熱料通過與生料熱交換，降至 80℃，用水冷卻至 35℃。 19%= 滅菌加熱過程中用 蒸汽（ 表壓） I=2743KJ/kg，使用板式換熱器將物料由 20℃預熱至 75℃ ,在加熱至 120℃ .冷卻水由 20 升至 45℃。 發(fā)酵車間的熱量衡算 通過冷卻水帶走的熱量 進行計算 。故這項無菌空氣耗量為： V、 =25%V=231（ m3/h） 每年用氣量為： V、 a=25%Va 50=25% 9110640 50=113883000（ m3/h） 式中 50—— 發(fā)酵罐的個數(shù) Vmax=50（ V+ V、 ） =50（ 924+231） =57900（ m3/h） Vt=50 290（ V+ V、 ） 34= 108（ m3） 發(fā)酵車間無菌空氣單耗 根據(jù)設計，實 際味精年產(chǎn)量為： G=230 50/（ 99% 2） 320=（ t/a） 故發(fā)酵車間無菌空氣單耗為： Vo=Vt/G=6873（ m3/t） 無菌空氣衡算表 根據(jù)以上計算結果，可以得出 80000t/a 味精廠無菌空氣用量衡算表，如表 4所 示。 單罐發(fā)酵過程空氣用量（常壓空氣） V=200 70% 60=924（ m3/h） 單罐年用氣量 Va=V 34 =290=9110640 （ m3） 式中 290—— 每年單罐發(fā)酵批次 二級種培養(yǎng)是在種子罐中進行的，可以根據(jù)接種量、通氣速率、培養(yǎng)時間等進行計算。 物料名稱 生產(chǎn) 1t 味精（ 99%）的物料量 80000t/a 味精生產(chǎn)的物料量 每日物料量 發(fā)酵液（ m3） 105 783 二級種液（ m3） 4695 發(fā)酵水解用糖（ kg） 2349 107 105 二級種培養(yǎng)用糖（ kg） 105 水解糖總量（ kg） 107 105 淀粉 (kg) 107 105 尿素（或液氨） 106 104 糖蜜（ kg） 106 3495 氯化鉀（ kg） 105 磷酸氫二鈉（ kg） 104 硫酸鎂（ kg） 105 479 泡敵（ kg） 105 470 植物油（ kg） 105 1175 唐 山 學 院 畢 業(yè) 設 計 18 200 m3規(guī)模的通氣攪拌發(fā)酵罐的通氣速率 vvm=～ 取低限，如通風量變大， Pg 會小，為安全。 具體計算結果如表 3 發(fā)酵車間無菌空氣用量衡算 谷氨酸發(fā)酵無菌空氣平衡示意圖如圖 7 所示 圖 7 谷氨酸發(fā)酵無菌空氣 平衡示意圖 谷氨酸發(fā)酵工藝技術指標及基礎數(shù)據(jù) 80000t/a 味精發(fā)酵工藝技術指標物料平衡計算結果詳見 根據(jù)表 2和表 3給出的基礎數(shù)據(jù)及物料衡算結果，列出與空氣消耗有關的基本數(shù)據(jù)有：生產(chǎn) 1t 味精的 發(fā)酵液量為 （ m3） 二級種液： （ m3） 發(fā)酵時間： 34h 發(fā)酵周期（含清洗、滅菌等）： 48h 發(fā)酵罐公稱容積： 200（ m3）（ 50 個） 空氣 壓縮 過濾除菌 種子罐 發(fā)酵罐 滅菌培養(yǎng) 成熟發(fā)酵醪 送提取 滅菌消泡劑 滅菌尿素 唐 山 學 院 畢 業(yè) 設 計 17 發(fā)酵罐裝料系數(shù)： 70% 表 3 80000t/a 味精廠發(fā)酵車間的物料衡算 發(fā)酵過程無菌空氣用量計算 發(fā)酵車間無菌空氣消耗主要用于谷氨酸發(fā)酵過程通風供氧， 其次為種子培養(yǎng)的通氣以及培養(yǎng)基的壓料輸送也需要壓縮空氣 。 7H2O）耗量 G3 ? ?kgVG 13 ?? （ 11）硫酸鎂（ MgSO4 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。 （ 4）發(fā)酵培養(yǎng)基（ g/L） 水解糖 150，糖蜜 4，硫酸鎂 ，氯化鉀 ，磷酸氫二鈉 ，硫酸亞鐵 ，硫酸錳 ，尿素（總尿） 40，泡敵 ，植物油 。 具體計算結果如表 1 表 1 總物料衡算結果 物料名稱 生產(chǎn) 1t 味精（ 99%）的物料量 生產(chǎn) 80000t味精（ 99%）的物料量 每日物料量 工業(yè)原 料（ t） 5256800 糖液（ t） 20503200 谷氨酸（ 90%）（ t） 2351200 MSG(100%)（ t） 2475200 7735 排除含 %谷氨酸廢母液（ m3） 49178400 谷氨酸發(fā)酵車間物料衡算 谷氨酸發(fā)酵工藝流程圖 唐 山 學 院 畢 業(yè) 設 計 13 谷氨酸發(fā)酵采用淀粉原料，雙酶法糖化，中糖發(fā)酵，一次等電點提取工藝，其工藝流程示意圖如圖 6所示 圖 6 谷氨酸發(fā)酵工藝流程示意圖 ． 2 工藝技術指標及基礎數(shù)據(jù) （ 1）查《發(fā)酵工廠工藝設計概論》 P326 表 3 味精行業(yè)國家企業(yè)標準 ［ 3］ ，選用 主 要指標如表 2 （ 2）主要原材料質(zhì)量指標 淀粉原料的淀粉含量為 80%，含水 14%。 =(t)( 為發(fā)酵液的相對密度 ) 4）提取 Glu 量： 純 Glu 量 86%=（ t/d）；折算為 90%的 Glu 量： /90%=（ t/d） 5） Glu 廢母液量（采用等 電點 離子回收法，以排 出 廢母液含 /dl 計算）： （ － ） /%=（ m3/d） 總物料衡算結果 由上述生產(chǎn) 10000t 味精廠全廠的物料衡算結果，可求得 80000t/a 味精廠全廠的物料平衡衡算結果。 d精制加工過程損耗及生產(chǎn)焦谷氨酸鈉等。 b發(fā)酵過程中部分糖消耗于長菌體及呼吸代謝；殘?zhí)歉?；滅菌損失；產(chǎn)生其他產(chǎn)物。物料衡算是進入系統(tǒng)的全部物料重量等于離開該系統(tǒng)的全部物料重量 ，即 ： ∑ F=∑ D+W 式中 F—— 進入系統(tǒng)的物料量（ kg） D—— 離開系統(tǒng)的物料量（ kg） 濕味精 味精母液 篩選 包裝 晶體味精 粉碎 包裝 粉體味精 混鹽 報裝 含鹽味精 谷氨酸中和 谷氨酸中和 脫色除鐵 濃縮結晶 分離 干燥 次品味精 食鹽 谷氨酸 水 純堿 唐 山 學 院 畢 業(yè) 設 計 11 W—— 損失的物料量（ kg） 生產(chǎn)過程總物料衡算 生產(chǎn)能力 以年產(chǎn)商品 MSG10000t 為實例。也有的廠家使用唐 山 學 院 畢 業(yè) 設 計 10 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更好些。 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。 谷氨酸制造味精生產(chǎn)工藝流程如圖 5 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。 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。 目前谷氨酸發(fā)酵常用的消泡劑有：花生油、豆油、玉米油、棉子油、泡敵和硅酮等。 因此，控制 OD 值的增長，是保證菌體在胞外大量蓄積谷氨酸的重要手段 （ 5）泡沫的控制 泡沫過多培養(yǎng)基溶解氧減少，氣體交換受阻，影響菌的呼吸和代謝，還影響裝料系數(shù)等。當培養(yǎng)基的生物素將被耗盡時，細菌就停止增殖。當細胞進入平衡期后， OD 值已達到最大值，此時細胞數(shù)不再增加，但因為細胞個體還會繼續(xù)伸長增大，所以 OD值會略有上升。 （ 4） OD 值的控制 OD 值是細菌個數(shù)、菌體大小和發(fā)酵液色澤深淺的綜合反應。在實際生產(chǎn)唐 山 學 院 畢 業(yè) 設 計 9 中，攪拌轉(zhuǎn)速固定不變，通常用調(diào)節(jié)通風量來改變供氧水平。發(fā)酵過程中，由于菌體不斷利用氨，以及有機酸和谷氨酸等代謝產(chǎn)物進入發(fā)酵液，使 N源不足和發(fā)酵液 pH 下降，需再次流加尿素 。一般發(fā)酵前期 pH 控制在 左右，發(fā)酵中、后期 pH 控制在 ～ ，調(diào)低 pH 的目的在于提高與谷氨酸合成有關的酶的活力。 0～ 12h 的發(fā)酵前期，主要是長菌階段；發(fā)酵 12h 后，菌體進入平衡期，增殖速度變得緩慢；溫度提高到 34～ 36℃，谷氨酸的生成量就增加。在北方地區(qū)由于空氣濕度小、溫度低，還可采用空氣壓縮、冷卻過濾流程，省去一級冷卻設備 [2] 發(fā)酵條件控制 （ 1）溫度的控制 發(fā)酵過程中，谷氨酸產(chǎn)生菌的生長繁殖與谷氨酸的合成都是在酶的催化下進行的酶促反應，不同的酶促反應其反應溫度不同。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)。 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。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)。培養(yǎng)基滅菌后冷卻至 30℃左右 ， 即可接入種子進行發(fā)酵。 2 培養(yǎng)基滅菌 唐 山 學 院 畢 業(yè) 設 計 8 谷氨酸發(fā)酵培養(yǎng)基一般采用淀粉水解糖為主要碳源，實罐滅菌條件是105?110℃保溫 6min。因為： ， ?酮戊二酸生成量減少。 a:作為催化脂肪酸生物合成最初反應的關鍵酶乙酰 CoA 的輔酶，參與脂肪酸的生物合成，進而影響磷酯的合成。 (4)生長因子：生物素。過多： ，不利于谷氨酸排出。 唐 山 學 院 畢 業(yè) 設 計 7 （ 3）無機鹽：磷酸鹽、鎂、鉀、鈉、鐵、錳、銅，其中磷酸鹽對發(fā)酵有顯著 圖 4 由葡萄糖生物合成谷氨酸的代謝途徑 影響。產(chǎn)酸階段： NH4+不足：使 ?酮戊二酸蓄積而很少有谷氨酸生成。 通常工業(yè)發(fā)酵（ C/N）為 100：（ ?2）而谷氨酸發(fā)酵為（ C/N）＝ 100：（ 15?21），實際高達 100： 28 原因有以下兩方面： a:用于調(diào)整 pH。所以在配制培養(yǎng)基時，應綜合考慮以上問題，選擇適當濃度。但實際上，糖的濃度超過一定范圍時反而不利于細菌細胞的增殖 和谷氨酸的合成。這里的碳源主要指葡萄糖由葡萄糖合成谷氨酸的反應如下式： C12H12O6+NH3+23 O 2 C5H9NO4+CO2+3H2O 上面反應式表示，一分子葡萄糖生成一分子谷氨酸，兩者之間存在定量關系。由葡萄糖生物合成谷氨酸的代謝途徑如圖 4 谷氨酸發(fā)酵工藝 1發(fā)酵培養(yǎng)基 谷氨酸發(fā)酵培養(yǎng)基主要成分有碳源、氮源、生長因子和無機 鹽等。轉(zhuǎn)化過程如圖 2 圖 2 氨基轉(zhuǎn)移作用 （ 2）還原氨基化作用 NH4+和供氫體 [還原性輔酶 II（ NADPH2） ]存在的條件下， α 一酮戊二酸在谷氨酸脫氫酶的催化下形成谷氨酸 。發(fā)酵液內(nèi)主要有菌體、細菌的代謝產(chǎn)物和培養(yǎng)基的殘留成分，這些物質(zhì)的量因菌株和發(fā)酵工藝條件的不同而不同，通 常發(fā)酵液中谷氨酸銨鹽含量 5%~8%,其他氨基酸（天冬氨酸、丙氨酸等）的含量不超過 %，殘?zhí)堑陀?1%銨鹽在 %左右，鈉離子，鎂離子、鉀離子、氯離子、硫酸根離子和磷酸根離子等的含量很少，濕菌體占 2%以上，同時含有一定量 的有機酸、色素以及殘存的消泡劑。 發(fā)酵 菌種 斜面培養(yǎng) 搖瓶擴大培養(yǎng) 種子罐擴大培養(yǎng) 原料 預處理 水解 淀粉水解糖 配料 空氣 空氣壓縮機 冷卻 氣液分離 過濾除菌 等電點調(diào)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 細谷氨酸 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 唐 山 學 院 畢 業(yè) 設 計 5 谷氨酸發(fā)酵 谷氨酸發(fā)酵屬細菌發(fā)酵，培養(yǎng)基的主要成分時葡萄糖、尿素和磷酸鹽等，因此發(fā)酵液較稀薄，不粘稠。 (3)正處在對數(shù)期的細胞，其活力最高， 一般以此階段的細胞做種子，因此這就需要掌握好種子的培養(yǎng)時間。 (2)在種子培養(yǎng)過程中通風攪拌要恰當。 唐 山 學 院 畢 業(yè) 設 計 4 圖 1 味精生產(chǎn)總工藝流程圖 (1)種子對溫度變化