【正文】 由的鈉離子和谷氨酸鹽離子（谷氨酸鹽離子是谷氨酸的陰離子，谷氨酸則 是一種天然氨基酸）。在堿性環(huán)境中，味精會(huì)起化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生一種叫谷氨酸二鈉的物質(zhì)。用于食品內(nèi)，有增香作用。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。 科 學(xué)證明，味精進(jìn)入人體后可以完全被消化吸收，并參與到正常的新陳代謝中，不會(huì)發(fā)生沉積 。 因此食用味精不僅能起到調(diào)味增進(jìn)食欲的作用，還能補(bǔ)充人體一定的營養(yǎng)素 。 醫(yī)藥方面 谷氨酸在體內(nèi)具有重要的生理功能 。 （ 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 。 腦組織能氧化谷氨酸，而不能氧化其它氨基酸，當(dāng)葡萄糖供應(yīng)不足時(shí)，谷氨酸可作為腦組織的能源， 改進(jìn)和維持大腦機(jī)能 [2][3]。 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)。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。 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 ”。 一些人進(jìn)餐后感到頭痛 、 胸悶 、 惡心 、 嘔吐 、 心悸 、 腹痛等不適就歸咎于味精，稱之為 “ 味精癥狀 ”。 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。 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） 。 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]。 味精的合理使用 味精具有很強(qiáng)的鮮味，用水稀釋 3000 倍，仍能感到其鮮味，味閾值為 %。 孕婦及嬰幼兒不宜吃味精 ,因味精可能會(huì)引起胎兒缺陷；老人和兒童也不宜多食 。 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]。 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 。 優(yōu)質(zhì)味精其顆粒形狀一致，顏色潔白有光澤，顆粒間呈散粒狀態(tài)，用水稀釋至 1∶ 100的比例后，口嘗仍感到有鮮味；而劣質(zhì)味精顆粒形狀不統(tǒng)一，大小不一致，顏色發(fā)烏發(fā)黃，甚至顆粒成團(tuán)結(jié)塊，用水稀釋至 1∶ 100的比例后，只能嘗到苦味 、 咸味或有甜味但無鮮味 。 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 。 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。此法由于原料來源少，收率低，周期長，設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，勞動(dòng)條件差，成本高等，現(xiàn)已被淘汰。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。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)。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。淀粉水解為葡萄糖后，加適量有機(jī)氮源和尿素，在適當(dāng)?shù)耐L(fēng)、攪拌下，葡萄糖經(jīng)細(xì)菌作用，經(jīng)過三羧酸循環(huán)，在谷氨酸脫氫酶的作用逆反應(yīng)下，在還原性輔酶Ⅱ的存在下，α 酮戊二酸進(jìn)行還原、氨化反應(yīng)生成大量 L谷氨酸。若中和至 以上，則生成完全無鮮味的谷氨酸二鈉。 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。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)。此法需20MPa 的高壓， 120℃以上高溫。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 12 味精的發(fā)展及趨勢(shì) 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。 1890年沃爾夫利用α 酮戊酸經(jīng)溴化后合成DL谷氨酸。 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。 味精產(chǎn)業(yè) 20xx 年的全球市場約為 170 萬噸， 20xx 年增長到 210 萬噸。 發(fā)展趨勢(shì) 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(duì)味精認(rèn)識(shí)的普遍提高，味精的需求量不斷增大，人均消費(fèi)水平逐年提高，我國華東、中南、西南、華南地區(qū)人均年消費(fèi)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(fèi)水平不足 增長到現(xiàn)在的人 均 左右。 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)。 第三章 味精的生產(chǎn)工藝 概述 味精生產(chǎn)全過程可劃分為四個(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。與這四個(gè)工藝階段相對(duì)應(yīng)味精生產(chǎn)廠家一般都設(shè)置了糖化車間、發(fā)酵車間、提取車間和精制車間作為主要生產(chǎn)車間。 (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(jì)效益好等優(yōu)點(diǎn)。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。 (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。據(jù)調(diào)查，只有山東鈴蘭和河南周口兩家在使用溫度敏感型菌種，尚處于生產(chǎn)試驗(yàn)階段；安徽豐源原設(shè)計(jì)用溫度敏感型菌種，設(shè)計(jì)能力年產(chǎn) 6000t 谷氨酸，據(jù)業(yè)內(nèi)人士介紹，豐源廠已轉(zhuǎn)產(chǎn)為賴氨酸。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(jì)效益好。 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。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(jìn)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。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)篩結(jié)構(gòu)較為簡單，使用方便。盤磨機(jī)廣泛用于磨碎大米、玉米、豆類等物料，而錘式粉碎機(jī)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(jī)主要用于粒狀物料的中碎和細(xì)碎。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。目前，國內(nèi)許多味精廠采用雙酶法制糖工藝，如圖33。過濾得葡萄糖液，經(jīng)過壓濾機(jī)后進(jìn)行油水，再經(jīng)過濾后連續(xù)消毒后進(jìn)入發(fā)酵罐。谷氨酸的發(fā)酵過程為：斜面活化→一級(jí)種子培養(yǎng)→二級(jí)種子擴(kuò)大培養(yǎng)→發(fā)酵培養(yǎng)。 (1)斜面培養(yǎng)基的組成：葡萄糖 %，牛肉膏 %，蛋白胨 %，氯化鈉%，瓊脂 %， ~。 (2)一級(jí)種子培養(yǎng)：種子擴(kuò)大培養(yǎng)的目的是為了獲得大量健壯的細(xì)胞。為了避免培養(yǎng)過程中因產(chǎn)生有機(jī)酸引起培養(yǎng)基 pH 下降而造成菌體老化，培養(yǎng)基的含糖量要低，一般在 左右。往復(fù)式搖床的沖程為 ，頻率 100 次 /min。 (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。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。 表 34 種子罐通風(fēng)量和攪拌轉(zhuǎn) 罐體積 (L) 通風(fēng)量 攪拌轉(zhuǎn)速 (r/min) 50 1∶ 350 250 1∶（ ~） 300 500 1∶ 230 表注： 1∶ 表示 1min 對(duì) 1m179。空氣 （ 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。 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。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?；?，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)。谷氨酸發(fā)酵是建立在容易變動(dòng)的代謝平衡上，是受多種條件支配的。 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(duì)谷氨酸發(fā)酵有很大影響。 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。碳氮比對(duì)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(jìn)以生長為主階段向產(chǎn)酸階段轉(zhuǎn)化。常用的無機(jī)氮源有尿素、液氨、碳酸氫銨。磷酸鹽對(duì)谷氨酸發(fā)酵影響很大，磷濃度過高時(shí)，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。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。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(shí)也影響菌體的代謝途徑。生物素過量，大量繁殖而不產(chǎn)或少產(chǎn)谷氨酸，在生長中表現(xiàn)為長菌快、耗糖快、尿素消耗多、 pH 值低。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(jì)說明書 20 代謝傾向于完全氧化。在即將添加前半小時(shí)，每隔 5 min 測(cè)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。若添加青霉素后， OD控制不住，有時(shí)還需再補(bǔ)加 1～ 2 次適當(dāng)濃度的青霉素。發(fā)酵周期可控制（一般 30~32 h），周期穩(wěn)定，上罐、放罐均可有計(jì)劃進(jìn)行，有利于生產(chǎn)管理和動(dòng)力平衡。在谷氨酸發(fā)酵過程中， pH 的變化是發(fā)酵的重要指標(biāo)。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。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(shí) pH 值 ～ 。 （ 5）發(fā)酵 過程溫度的控制 谷氨酸生產(chǎn)菌的最適宜生長溫度為 30~34℃ ，發(fā)酵產(chǎn)酸的最適宜溫度為34~38℃ 。必要時(shí)可以內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 21 加玉米漿來促進(jìn)生長。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。 （ 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。但通氣量并非越大越好。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。 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。如不能實(shí)現(xiàn)，隨時(shí)測(cè)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 。 20~22 h 降一次風(fēng)， 24~26 h 降一次風(fēng)， 28 h 再降一次風(fēng)。 （ 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(jī)械消泡器與消泡劑相結(jié)合的消泡方法。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。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(shí)間歇流加進(jìn)入發(fā)酵罐。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 22 （ 9） 流加糖的控制 采用適當(dāng)初糖濃度，在發(fā)酵過程中流加葡萄糖，有利于菌體生長和谷氨酸生產(chǎn)，從而提高單位發(fā)酵容積的產(chǎn)量。 流加的方法有間歇流加法和連續(xù)流加法。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?shì)，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)。連續(xù)流加法可實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制。但存在廢水污染大，生產(chǎn)成本高，技術(shù)難度大等問題，應(yīng)用上受到限制?；厥章士蛇_(dá) 95%左右。 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)