发酵法生产味精的生产工艺.ppt

发酵法生产味精的生产工艺 一、产品的认识1.分子结构 L-谷氨酸单钠的一水化合物，俗称味精2 产品性质 物理性质：白色柱状或粉末状结晶 纯晶的分子量为147.13 密度 1.538g/ml 化学性质：高温下，易变为焦谷氨酸钠 碱性或强酸性溶液中，沉淀或难于溶解 生物性质：作为脑组织的能源降低血液中氨中毒3 产品的功能：具有提鲜、滋补、开胃、助消化的能力以及治疗慢性肝炎、肝昏迷、神经衰弱、癫痫病、胃酸缺乏等病的作用 4 产品的用途：作为日常生活中的食品调味剂，食品生产中的添加剂，治疗一些疾病中的辅助药剂5 产品的标准：见下表单位单位9999味精味精9595味精味精9090味精味精8080味精味精晶状晶状粉状粉状谷谷氨氨酸酸钠钠99999999959590908080水分水分0.20.20.30.30.50.50.70.71.01.0氯化钠氯化钠0.150.150.50.55.05.010102020透光率透光率95959090858580807070外观外观白白色色有有光光泽晶体泽晶体白白色色粉粉状状白白色色粉粉状状或或混盐晶体混盐晶体白白色色粉粉状状或或混盐晶体混盐晶体白白色色粉粉状状或或混盐晶体混盐晶体砷砷ppmppm0.50.50.50.50.50.50.50.50.50.5铅铅ppmppm1.01.01.01.01.01.01.01.01.01.0铁铁ppmppm5555101010101010锌锌ppmppm5555555555二、追根求源(1)产品的诞生及发展：第一阶段：1866年德国人HRitthasen(里德豪森)博士从面筋中分离到氨基酸，他们称谷氨酸，根据原料定名为麸酸或谷氨酸（因为面筋是从小麦里提取出来的）。1908年日本东京大学池田菊苗试验，从海带中分离到L谷氨酸结晶体，这个结晶体和从蛋白质水解得到的L谷氨酸是同样的物质，而且都是有鲜味的。第二阶段：以面筋或大豆粕为原料通过用酸水解的方法生产味精，在1965年以前是用这种方法生产的。这个方法消耗大，成本高，劳动强度大，对设备要求高，需耐酸设备。第三阶段：随着科学的进步及生物技术的发展，使味精生产发生了革命性的变化。自1965年以后我国味精厂都采用以粮食为原料（玉米淀粉、大米、小麦淀粉、甘薯淀粉）通过微生物发酵、提取、精制而得到符合国家标准的谷氨酸钠，为市场上增加了一种安全又富有营养的调味品，用了它以后使菜肴更加鲜美可口。生生 产产方法方法生产原料生产原料生产原理生产原理优点优点缺点缺点改进方法改进方法提提 取取法法 海带等海带等直直接接从从海海带带中中提提取取谷谷氨氨酸酸中中和和精精制得到味精制得到味精原原料料容容易易取取得得成成本本太太高高，设设备要去高备要去高综综合合的的利利用用海海带带的的多多种种成分成分蛋蛋 白白质质 水水解法解法面面 筋筋、豆豆饼饼、玉玉 米米蛋蛋 白白，盐盐酸酸有有植植物物蛋蛋白白水水解解得得到到谷谷氨氨酸酸再再结结晶晶中中和和精精制制得得到到味精味精水水解解操操作作易易于控制于控制原原料料来来源源少少，价价格格高高对对设设备备腐蚀性大腐蚀性大可可以以用用酶酶解解取取代代，或或开开发发多多种种水水解解产品产品合合 成成法法碳碳 化化 物物、丙丙 烯烯 腈腈、丙丙 烯烯 醛醛、糠醛糠醛在在高高压压下下得得到到谷谷氨氨酸酸中中和和精精制制得得到味精到味精不不用用粮粮食食原原料料需需要要高高温温高高压压，设设备备要要求求高高、严严密密性性好好，不不使使用用一一般般工工厂厂生产生产改改变变反反应应条条件件，或或改改变变原原料料去去利利用用无无毒毒无无害害的的原料原料发发 酵酵法法玉玉 米米、大大米米制制得得淀淀粉粉经经水水解解种种子子培培养养发发酵酵提提取精制得到味精取精制得到味精原原料料来来源源丰丰富富，得得率率高高，成成本本低低有有利利于于机机械械化化制制动化生产动化生产生产要求高生产要求高去去选选择择高高性性能能的的更更好好的的菌菌种种，或或利利用用计计算算的的方方法法三、生产技术-生化法生产味精技术1、原料及要求2、生产原理3、工艺流程4、工艺流程说明及主要参数5、主要生产设备6、生产的关键过程与关键技术7、该技术的优、缺点8、该技术的改进之处1、原料及要求 1 原料及要求谷氨酸发酵以淀粉为主要原料。淀粉：来自大米等大米进行浸泡磨浆，再调成15Bx，调pH6.0，加细菌a-淀粉酶进行液化，85 30min，加糖化酶60 糖化24h，过滤后可供配制培养基。以及氮源料：尿素或氨水 列表说明序号序号名称名称要求要求供应商供应商价格价格联系方式联系方式1大米a.粳米，详解见下北京风强亿佳粮油经营部4.6元/公斤130411351232盐酸b.电解盐酸（同上）韶关市威博有限公司380元/吨0751-82257113纯碱c.详解见下广州市福宁翔化工有限公司1400/吨133800988184尿素d.详解见下济南市历城区利鑫广源化工1800元/吨13954133339原料要求及补充a.大米水分14.03%纤维素 0.26%纯淀粉73%纤维素0.01%蛋白质0.42%矿物质0.64%脂肪10.025b.盐酸HCL含量31%Fe含量0.01%硫酸根含量0.007%AS含量2PPmc.纯碱碳酸钠98%氯化钠1.0%不溶物溶解时，允许轻微混浊铁0.02%d.尿素氮含量46%以上水分1.5%以下不溶物0.5%以下铁0.05%以下2、生产原理 过程：过程：1.大米经过浸泡研磨生成米浆，大米经过浸泡研磨生成米浆，米浆经过液化糖化和酶制剂的催化生米浆经过液化糖化和酶制剂的催化生成糖浆，糖浆经过压滤生成葡萄糖液。成糖浆，糖浆经过压滤生成葡萄糖液。2.葡萄糖在谷氨酸棒状杆菌中经过一葡萄糖在谷氨酸棒状杆菌中经过一系列的生物转化，在系列的生物转化，在 酮戊二酸与酮戊二酸与铵根离子在还原酶的作用下，转化成铵根离子在还原酶的作用下，转化成谷氨酸再透过细胞膜生成谷氨酸谷氨酸再透过细胞膜生成谷氨酸 3、工艺流程图4、工艺流程说明及主要工艺参数1.大米为原料生产味精工艺概述大米为原料生产味精全过程可划分为四个工艺阶段:(1)原料的预处理及淀粉水解糖的制备；(2)菌种的活化及种子液的制备；(3)发酵；(4)谷氨酸制取味精及成品加工。2.原料预处理及淀粉水解糖制备 2.1 原料的预处理 此工艺操作的目的在于初步破坏原料结构，以便提高原料的利用率，同时去除固体杂质，防止机器磨损。2.2 淀粉水解糖的制备双酶法制糖工艺，首先淀粉先要经过液化阶段，然后在与淀粉酶作用进入糖化阶段。首先利用淀粉酶将淀粉浆液化，降低淀粉粘度并将其水解成糊精和低聚糖，因为淀粉中蛋白质的含量低于原来的玉米，所以经过液化的混合液可直接加入糖化酶进入糖化阶段。一定温度下液化后的糊精及低聚糖在糖化罐内进一步水解为葡萄糖。淀粉浆液化后，通过冷却器降温至60进入糖化罐，加入糖化酶进行糖化。糖化温度控制在60左右，p值4.5，糖化时间1832h。糖化结束后，将糖化罐加热至8085，灭酶30min。过滤得葡萄糖液，经过压滤机后进行油水分离（一冷分离，二冷分离），再经过滤后连续消毒后进入发酵罐 3.菌种的活化及种子液的制备从试管斜面出发，经活化培养，摇瓶培养，扩大至一级乃至二级种子罐培养，最终向发酵罐提供足够数量的健壮的生产种子。3.1菌种选择 玉米为原料发酵生产味精常用菌株有谷氨酸棒杆菌 黄色短杆菌 乳糖发酵短杆菌 嗜氨小杆菌 硫殖短杆菌 北京棒杆菌AS1.299 北京棒杆菌7338 北京棒杆菌D110 棒杆菌S-944 钝齿棒杆菌AS1.542 钝齿棒杆菌HU7251 （本工艺选用谷氨酸棒状杆菌）3.2菌种的活化 把保藏在斜面上的菌体移接到活化斜面（培养基中添加0.1%葡萄糖）上，在3032下恒温培养1824h，取出后存放于4冰箱内，随时取用。3.3 一级种子培养 为了获得大量健壮的细胞，一级种子培养基应该营养丰富，有利于菌体的生长繁殖。为了避免培养过程中因产生有机酸引起培养基ph下降而造成菌体老化，所以培养基的含糖量要低，一般在2.5%左右。3.4二级种子培养 通过一级种子扩大培养后，种量仍不能满足发酵用的需要，因此需要进一步扩大培养，二级培养基方面组成应与发酵培养基原料组成一致，只是配比上可有差异，这样就保证了二级种子接到发酵罐后能很快适应环境。经过二级种子培养之后，一般来说，种量能够满足需求，但是有些要求高种量还可以采用三级种子培养4、谷氨酸发酵从试管斜面出发，经活化培养，摇瓶培养，扩谷氨酸发酵开始前，首先必须配制发酵培养基，并对其作高温短时灭菌处理。大多采用机械搅拌通风通用式发酵罐，罐体大小在50m3到200m3之间。对于发酵过程采用人工控制，检测仪表不能及时反映罐内参数变化，因而发酵进程表现出波动性，产酸率不稳定由于谷氨酸发酵为通风发酵过程，需供给无菌空气，所以发酵车间还有一套空气过滤除菌及供给系统。首先由高空采气塔采集高空洁净空气，经空气压缩机压缩后导入冷凝器、油水分离器两级处理，再送入贮气罐，进而经焦炭、瓷环填充的主过滤器和纤维分过滤器除菌后，送至发酵罐使用。4.1发酵培养基发酵培养基不仅提供菌体生长繁殖所需要的营养和能量，而且是形成谷氨酸的物质来源，因此，要求发酵培养基含有足够的碳源和氮源，其量比种子培养基中含量要高出很多，发酵培养基的组成和配比，因菌种，设备，工艺条件和原料来源不同而异。通常可以采用以下配比（百分比）进行发酵：菌种采用 谷氨酸棒状杆菌 水解糖：1214 氯化钾：（KCL）0.05 尿素：0.50.8 MgSO4：0.06 玉米:0.6ml pH:7.0 Na2HPO4:0.174.2谷氨酸发酵参数与控制 过滤的滤液冷却到32，进入发酵罐发酵，用冷却水调温，每隔12小时升温12，当发酵时间接近34h时，温度升至37。加水使糖化液浓度为14%，发酵时间为34h，发酵菌种的产酸量与葡萄糖量之比为50。具体来说有温度，pH，氧溶量，菌种种龄、种量，泡沫的控制。4.2.1温度的控制 国内常用菌株的最适生长温度为30-34，产生谷氨酸的最适温度为3436。012h的发酵前期，主要是长菌阶段；发酵12h后，菌体进入平衡期，增殖速度变得缓慢；温度提高到3436，谷氨酸的生成量就增加。4.2.2 pH的控制 一般发酵前期pH控制在7.5-8.5左右，发酵中、后期pH控制在7.07.2，调低pH的目的在于提高与谷氨酸合成有关的酶的活力。尿素被谷氨酸生产菌细胞的脲酶所分解放出氨，因而发酵液的pH会上升。发酵过程中，由于菌体不断利用氨，以及有机酸和谷氨酸等代谢产物进入发酵液，使N源不足和发酵液pH下降，需再次流加尿素。4.2.3溶解氧的控制 谷氨酸产生菌是兼性好氧菌，故控制适当的氧溶量十分重要。在实际生产中，搅拌转速固定不变，通常用调节通风量来改变供氧水平。通风比（m3/m3.min）：每分钟向1m3的发酵液中通入0.1cm3无菌空气，用1:0.1表示。4.2.4种龄和种量的控制 微生物的生长大致可分为适应期、对数期、稳定期、衰老期。种龄：一级种子菌龄控制在1112h，二级种子菌龄为78h。种量：指接入发酵罐内种子的量占发酵罐内发酵培养基量的百分比。接种量的多少对适应期的延续时间也有很大的影响。接种量一般以1为好。种量过多，使菌体生长速度过快，菌体娇嫩，不强壮，提前衰老自溶，后期产酸不高；如果接种量过少，则菌体增长缓慢，会导致发酵时间延长，容易染菌。4.2.5泡沫的控制 生产上为了控制泡沫，除了在发酵罐内安装机械消泡器外，还在发酵时加入消泡剂。目前谷氨酸发酵常用的消泡剂有：花生油、豆油、玉米油、棉子油、泡敌和硅酮等。天然油脂类的消泡剂的用量较大，一般为发酵液的0.1%0.2%(体积分数)，泡敌的用量为0.02%0.03%(体积分数)。5.谷氨酸提取与谷氨酸钠生产工艺谷氨酸的提取与分离等电点法提取工艺操作简单，收率60%。周期长，占地面积大。具体来说包括三个步骤，酸中和、碱中和、等电点分离。其中酸中和、碱中和过程就是向中和罐盘管内注入冷冻盐水，将发酵液温度调到22，然后加硫酸中和，使其pH值从7.0降至3.2，温度从22降至8。该过程要先以较快的速率加酸，将pH先调整至5.0，停止加酸与搅拌2h，保证晶体增长，然后继续缓慢加酸调整，直到pH降为3.2，温度冷却至8，达到等电点，停止中和及搅拌。过滤得谷氨酸结晶，加入温水溶解，用碳酸钠将谷氨酸溶液的pH值调到5.6，T=70。等达到等电点后，发酵液进入等电点中和罐，进入罐前使温度降为22，由于谷氨酸等电点只有3.2左右，需要加硫酸调节pH值，该过程要先以较快的速率加酸，将pH先调整至5.0，停止加酸与搅拌2h保证晶体增长，然后继续缓慢加酸调整，直至pH降为3.2左右，温度冷却至8，达到等电点停止搅拌，谷氨酸沉淀分离之后可以获得粗糙晶体。5、主要生产设备工艺操作工艺操作主要设备主要设备功能功能过筛筛选机去除固体杂质，是原料颗粒均匀浸泡浸泡桶使原料内部结构松软粉碎盘磨机使原料磨碎，便于液化调浆调浆桶调节淀粉乳浓度液化液化锅在淀粉酶作用下，将淀粉转化为糊精和低聚糖灭酶液化锅升温使酶失活配料配料桶用草酸调节PH至4.5糖化糖化锅利用榕化酶将糊精和低聚糖转化为葡萄糖工艺操作工艺操作主要设备主要设备功能功能配料配料桶使发酵培养基中营养物混合均匀灭菌连消塔杀灭发酵培养基中的杂菌维持维持罐协助杀菌冷却喷淋冷却器冷却至发酵温度接种发酵机械搅拌通风发酵罐完成谷氨酸发酵过程等电电中和中和桶使谷氨酸在等电点附近结晶析出淌槽沉淀池使祖谷氨酸晶体沉淀与菌体、细谷氨酸分离离心离心式甩干机将粗谷氨酸中液体初步甩干离子交换处理离子交换柱对谷氨酸母液选择吸附，与杂志分离、再经洗脱、浓缩，制取谷氨酸工艺操作工艺操作主要设备主要设备功能功能中和中和桶谷氨酸和碱反应生成味精除铁中和桶用硫化钠出去Fe过滤板框压滤机分离固体沉淀杂质脱色炭柱利用活性炭吸附作用分离中和液中的色素浓缩结晶真空煮晶锅析出味精晶体分离三足式离心机将味精晶体和母液分开干燥振动式干床、气流干燥使味精体干燥过筛振动筛将不同大小的味精颗粒分开包装分口机包装后，塑料袋封口6、生产的关键过程与技术1、菌种的选育（关键过程）关键技术：（1）菌种的选择（2）菌种摇瓶培养后投入种子罐进行扩大生产（3）空气的纯化（4）发酵液中的溶解氧(OD值)对菌体极为重要2 谷氨酸发酵（关键过程）关键技术：（1）种龄和种量的控制（2）温度的控制：012h发酵前期控制在3034 12h后发酵中后期控制在3436（3）PH的控制：发酵前期控制在7.58.5左右 发酵的中后期控制在7.07.2调低pH的目的在于提高与谷氨酸合成有关的酶的活力。(4)溶解氧的控制 (5)泡沫的控制:7、该技术的优、缺点及改进方向优点优点缺点缺点改进方向改进方向 原料来源广泛原料来源广泛 反反应应平平和和、污污染染小小发发酵酵周周期期短短、产产物易提取物易提取产产品品质质量量高高，杂杂质少质少 得得率率高高，成成本本低低有有利利于于机机械械化化生生产产 需需要要严严密密的的生生产产管管理理和和严严格格的的生生化化操作操作发发酵酵过过程程中中易易产产生泡沫，影响发酵生泡沫，影响发酵细细胞胞膜膜磷磷脂脂量量生生成成过过多多，不不利利于于谷谷氨酸排出氨酸排出需需要要理理想想的的生生产产菌种菌种在在生生产产流流程程的的主主要要阶阶段段实实行行自自动动化控制化控制分分离离时时可可采采用用膜膜分离分离优良菌种选育优良菌种选育