味精的發(fā)酵生產(chǎn)工藝.ppt

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1、第五章 味精生產(chǎn) 第一節(jié) 概述 一、味精及其生理作用 1. 味精的種類 按谷氨酸的含量分類： 99%、 95%、 90%、 80%四種 按外觀形狀分類： 結(jié)晶味精、粉末味精 2.味精的生理作用和安全性 （ 1）參與人體代謝活動(dòng)： 合成氨基酸 （ 2）作為能源 （ 3）解氨毒 谷氨酸 + NH3 谷氨酰胺 + 水 味精的毒性試驗(yàn)表明是安全的。 第一代鮮味料 第二代鮮味料 第三代鮮味料 二、味精的生產(chǎn)方法 味精的生產(chǎn)方法： 水解法、發(fā)酵法、合成法和提取法。 1.水解法 原理： 蛋白質(zhì)原料經(jīng)酸水解生成谷氨酸，利用谷氨酸鹽酸鹽 在鹽酸中的溶解度最小的性質(zhì)，將谷氨酸分離提取出來(lái)，再經(jīng) 中和處理制成味精。

2、 生產(chǎn)上常用的蛋白質(zhì)原料 面筋、大豆及玉米等。 水解 中和、提取 蛋白質(zhì)原料 谷氨酸 味精 2.發(fā)酵法 原理： 淀粉質(zhì)原料水解生成葡萄糖，或直接以糖蜜或醋酸為 原料，利用谷氨酸生產(chǎn)菌生物合成谷氨酸，然后中和、提取 制得味精。 淀粉質(zhì)原料 糖液 谷氨酸發(fā)酵 中和 味精 3.合成法 4.提取法 丙烯 氧化、氨化 丙烯睛 谷氨酸 味精 原理： 石油裂解氣丙烯氧化氨化生成丙烯腈，通過(guò)羰化、 氰氨化、水解等反應(yīng)生成消旋谷氨酸，再經(jīng)分割制成 L-谷氨酸， 然后制成味精。 原理： 以廢糖蜜為原料，先將廢糖蜜中的蔗糖回收，再將廢液 用堿法水解濃縮，提取谷氨酸，然后制得味精。 水解、濃縮 中和 廢糖蜜 谷氨酸

3、味精 提取 第二節(jié) 淀粉水解糖液的制備 一、制備方法 1.酸解法 原理： 以無(wú)機(jī)酸或有機(jī)酸為催化劑，在高溫高壓下將淀粉轉(zhuǎn)化 為葡萄糖的方法。 優(yōu)點(diǎn)： 生產(chǎn)方便、設(shè)備要求簡(jiǎn)單、水解時(shí)間短、 設(shè)備生產(chǎn)能力大。 缺點(diǎn)： 要求設(shè)備耐腐蝕、耐高溫、耐高壓， 對(duì)原料要求嚴(yán)格、易發(fā)生付反應(yīng)、淀粉轉(zhuǎn)化率低。 2.酸酶法 原理： 先將淀粉水解成糊精或低聚糖，再用糖化酶將其水解成 葡萄糖。 適用性： 淀粉顆粒較堅(jiān)硬，用酶水解需較長(zhǎng)時(shí)間的原料。 如玉米、小麥等谷物淀粉。 特點(diǎn)： 酸液化速度快，產(chǎn)品顏色淺、糖液質(zhì)量高，但水解時(shí)間較長(zhǎng)。 3.酶解法 4.雙酶法 原理： 先將淀粉乳用 -淀粉酶液化，然后用酸將其水解成 葡

4、萄糖。 適用性： 適于大米或粗淀粉原料，可省去其精制過(guò)程，避免淀粉在加工 過(guò)程中的流失。 原理： 先用淀粉酶將原料水解成糊精或低聚糖，再用糖化酶 將后者水解成葡萄糖。 特點(diǎn)： 水解條件溫和，不要求設(shè)備耐腐蝕、耐高、耐高壓， 對(duì)原料要求粗放，但生產(chǎn)周期長(zhǎng)。 二、酸解法制糖工藝 1.酸解法制糖原理 以酸為催化劑，在高溫條件下，淀粉發(fā)生水解反應(yīng)， -1， 4糖 苷鍵和 -1， 6糖苷鍵被切斷，淀粉鏈逐漸變短，淀粉先變?yōu)楹?精、低聚糖、麥芽糖，最后生成葡萄糖。 在整個(gè)水解過(guò)程中，由于受酸和熱的作用，一部分葡萄糖 發(fā)生復(fù)合反應(yīng)和分解反應(yīng)，如下所示： 復(fù)合反應(yīng) 分解反應(yīng) 復(fù)合低聚糖 葡萄糖 有機(jī)酸、有色物

5、 淀粉 2.淀粉酸水解工藝 工藝流程 原料（淀粉、水、酸） 調(diào)漿 糖化 冷卻 中和、脫色 濾除雜 糖液 水解條件 在淀粉酸解過(guò)程中，必須先將淀粉原料調(diào)成 粉漿 ，保持一定 的 濃度和酸度 ，然后將料液泵入糖化鍋，在一定條件下進(jìn)行 水解糖化。 淀粉乳濃度的選擇 淀粉水解時(shí)，淀粉乳的濃度越低，水解液的葡萄糖值越高， 糖液色澤越淺。淀粉乳的濃度高，易發(fā)生復(fù)合分解反應(yīng)， 故一般控制在 1011Be。 酸的種類和影響 常用的酸： 鹽酸、硫酸和草酸。 催化效率： 鹽酸最強(qiáng)，其次是硫酸、草酸。 催化能力強(qiáng)，但中和后產(chǎn)生氯化物， 增加糖液灰分，影響結(jié)晶、分離和收率。 顏色淺。 催化能力較強(qiáng)，但用硫酸鈣中和時(shí)

6、,生成 的硫酸鈣在蒸發(fā)時(shí)易生成結(jié)垢，影響傳熱。 催化能力較低，用碳酸鈣中和時(shí)，生成 的草酸可基本鈣本除去，糖液純度高， 顏色淺。 鹽 酸 硫 酸 草 酸 酸的添加方法 添加方法不同，對(duì)水解有很大影響。一般是先將 1/3左右的酸 用水稀釋后放入鍋內(nèi)，其余酸放入粉漿中，再泵入糖化鍋進(jìn) 行糖化。 酸的添加量和添加法 加酸量 以淀粉乳的 pH值為指標(biāo)，當(dāng)采用 1011 Be的淀粉 乳時(shí)，控制 pH值在 1.5左右。 壓力和時(shí)間的選擇 糖化壓力與水解反應(yīng)速度成正比，壓力升高，水解反應(yīng)速度 加快，反應(yīng)時(shí)間短；反之，壓力降低，反應(yīng)時(shí)間加長(zhǎng)。 高溫短時(shí)間是最佳的水解方法，蒸汽壓力一般為 245392KPa。

7、糖化設(shè)備的選擇 糖化鍋的結(jié)構(gòu)對(duì)糖液質(zhì)量有直接的影響。若糖化鍋的體積 太大，進(jìn)出料的時(shí)間長(zhǎng)，使淀粉水解時(shí)間差別大，部分先水解 的生成的葡萄糖易發(fā)生復(fù)合分解反應(yīng)。 因此，一般味精廠采用的糖化鍋徑高比為 1： 1.52.5。 水解糖液的中和、脫色和除雜 在淀粉水解的同時(shí)，淀粉原料中的其它物質(zhì)，如蛋白質(zhì)、 脂肪、纖維素、無(wú)機(jī)鹽等也發(fā)生變化，所生成的物質(zhì)影響糖液的 純度。如氨基酸能與葡萄糖的分解產(chǎn)物反應(yīng)，形成色素，使糖液 色澤加深。故水解糖液必須加以中和、脫色和除雜。 中和 淀粉水解糖化后，糖化液溫度很高（ 140150 ），經(jīng)冷卻后 才能中和。 中和的目的是 降低糖化液酸度 ，調(diào)節(jié) pH值。生產(chǎn)中常用

8、的中和 劑有純堿、氫氧化鈉溶液，中和溫度控制在 80 ，終點(diǎn) pH控制 在 4.05.0。 脫色和除雜 水解糖液中的雜質(zhì)不僅對(duì)谷氨酸發(fā)酵不利，而且影響谷氨酸的 提純。 糖液脫色方法 活性炭吸附法 離子交換樹(shù)脂脫色法。 活性炭的用量為 0.2%0.8%，脫色溫度為 7080 。 在脫色過(guò)程中要保證一定時(shí)間的攪拌，使活性炭充分起作用。 三、雙酶法制糖工藝 雙酶法制糖工藝主要包括淀粉的液化和糖化兩個(gè)步驟。 1.淀粉的液化 在 -淀粉酶的作用將淀粉水解生成糊精和低聚糖。 升溫液化法 將淀粉乳（ 30%40%）調(diào)整 pH為 6.06.5，加入 CaCl2，使 Ca2+ 達(dá)到 0.01mol/l，加入定量

9、的液化酶，在保持劇烈的攪拌下，加熱 到 8090 ，保持 30min左右，達(dá)到所需的液化程度，然后升溫至 100 ，滅酶 10min。 淀粉液化的方法 升溫液化法、高溫液化法、噴射液化法和分段液化法。 2.糖化 高溫液化法 將淀粉調(diào)整好 pH和 Ca2+濃度，加入所需的液化酶，用泵將其 打入液化桶（桶內(nèi)有 90 的熱水），淀粉受熱糊化、液化。由 桶低流入保溫桶， 90 保溫 40min ,達(dá)到所需的液化程度。 糖化溫度和 pH 取決于所用糖化劑的性質(zhì)，若用曲霉糖化劑，溫度 控制在 60 ， pH 為 4.04.5；若用根霉糖化劑，溫度 控制在 55 ， pH 為 5.0以下。 在實(shí)際生產(chǎn)中，根

10、據(jù)酶的特性，盡量選用較高的糖化溫度， 這樣可以加快糖化速度，減少雜菌污染的機(jī)會(huì)。 第三節(jié) 谷氨酸發(fā)酵菌 短桿菌屬 細(xì)胞為短的不分支的直桿菌，大多數(shù)不運(yùn)動(dòng)，革蘭氏染色陽(yáng)性。 一、谷氨酸發(fā)酵菌的特征和分類 谷氨酸發(fā)酵菌分屬于棒桿菌屬、短桿菌屬、小節(jié)菌屬和節(jié)桿 菌屬中的細(xì)菌。 棒桿菌屬 細(xì)胞為直或微彎的桿菌，常呈一端膨大的棒狀，不運(yùn)動(dòng)，革蘭 氏染色陽(yáng)性。例如， AS.1.299， AS.1.542等。 節(jié)桿菌屬 主要特點(diǎn)是在培養(yǎng)過(guò)程中出現(xiàn)細(xì)胞形態(tài)由球菌變桿菌，由桿菌變 球菌。一般不運(yùn)動(dòng)。 小節(jié)菌屬 為桿狀菌，形狀和排列都和棒桿菌相似，有時(shí)呈球桿菌狀。 我國(guó)谷氨酸發(fā)酵生產(chǎn)中使用的菌株主要有北京棒桿菌

11、AS.1.299 鈍齒棒桿菌 AS.1.542、 HU7251、 672等。 二、谷氨酸菌種的擴(kuò)大培養(yǎng) 培養(yǎng)基成分 AS.1.299 AS1.542 HU7251或 B9 672 蛋白胨（ %） 1 1 1 1 牛肉膏（ %） 1 0.5 1 1 氯化鈉（ %） 0.5 0.5 0.5 0.5 葡萄糖（ %） 0.1 0.1 瓊脂（ %） 2 2 2.7 2 pH 7.07.2 7.0 7.07.2 7.0 普遍采用二級(jí)種子培養(yǎng)流程 : 即 斜面菌種 一級(jí)種子培養(yǎng) 二級(jí)種子培養(yǎng) 發(fā)酵罐 1.菌種的擴(kuò)大培養(yǎng) 斜面菌種培養(yǎng)： 32 培養(yǎng) 1824h 一級(jí)種子的培養(yǎng) 二級(jí)種子的培養(yǎng) 將培養(yǎng)好的培養(yǎng)基

12、分裝于 1000ml三角瓶中，每瓶裝 200250ml 液體培養(yǎng)基，瓶口用 6層紗布加一層絨布包扎，在 0.1MPa的蒸 汽壓下滅菌 30min。每只斜面菌種接種 3只一級(jí)種子三角瓶。 接種后， 32 振蕩培養(yǎng) 12h。培養(yǎng)好的一級(jí)種子放在 4 冰箱備用。 通常使用種子罐培養(yǎng)，種子罐的大小是根據(jù)發(fā)酵罐的容積配套 確定的。二級(jí)種子的數(shù)量是發(fā)酵培養(yǎng)液體積的 1%。二級(jí)種子 的培養(yǎng)溫度為 32 ，時(shí)間為 710h。 2.、種子的質(zhì)量要求 鏡檢菌體健壯，排列整齊，大小均勻，呈單個(gè)或八字形排列。 革蘭氏染色陽(yáng)性。 二級(jí)種子的活菌濃度要求達(dá)到 108109個(gè) /ml。 要求二級(jí)種子活力旺盛，對(duì)數(shù)期種子的呼

13、吸強(qiáng)度（ QO2） 大于 1000lO2/mlh。 平板檢查，菌落蛋黃色，中間隆起，表面濕潤(rùn)，有光澤， 邊緣整齊，呈半透明狀。 小搖瓶發(fā)酵試驗(yàn)，產(chǎn)酸穩(wěn)定，并在高峰。 第四節(jié) 谷氨酸發(fā)酵機(jī)制及工藝控制 一、谷氨酸生物合成途徑 谷氨酸發(fā)酵是糖的需氧氧化和氨同化的生物化學(xué)過(guò)程， 包括 糖解途徑（ EMP途徑），磷酸己糖途徑（ HMP途徑）， 三羧酸循環(huán)途徑（ TCA循環(huán)），乙醛酸循環(huán)， CO2固定反應(yīng) 等。 在谷氨酸發(fā)酵時(shí)，糖酵解經(jīng)過(guò) EMP及 HMP兩個(gè)途徑進(jìn)行。 生物素充足菌 HMP途徑所占的比例是 38% 生物素亞適量 EMP途徑所占的比例更大 74%。 HMP途徑所占比例約為 26。 由葡萄

14、糖生物合成谷氨酸的代謝途徑見(jiàn)下圖 。 由 葡 萄 糖 生 物 合 成 谷 氨 酸 二、谷氨酸生產(chǎn)原料 包括 碳源、氮源、無(wú)機(jī)鹽和生長(zhǎng)因子 等。 發(fā)酵原料的選擇原則 首先考慮菌體生長(zhǎng)繁殖的營(yíng)養(yǎng)； 考慮到有利于谷氨酸的大量積累； 還要考慮原料豐富，價(jià)格便宜； 發(fā)酵周期短，產(chǎn)品易提取等因素。 1.碳源 它是構(gòu)成微生物細(xì)胞和合成谷氨酸的碳架及能量的 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。谷氨酸產(chǎn)生菌是異養(yǎng)型微生物，只能從有 機(jī)化合物中取得碳素，并以氧化分解有機(jī)化合物產(chǎn)生 的能量供給細(xì)胞生長(zhǎng)需要。 碳源的種類很多，常用的有 糖類、脂肪、有機(jī)酸、 某些醇類和烴類。 2.氮源 一般的發(fā)酵工業(yè) 碳氮比 為 100： 0.2 2，谷氨酸發(fā)

15、酵的 碳氮比為 100： 0.5 2.0，當(dāng)碳氮比為 100： 0.5 2.0時(shí)， 只能合成菌體，而不產(chǎn)谷氨酸。碳氮比在 100： 11l以上時(shí)， 才開(kāi)始積累谷氨酸。 氮源種類： 無(wú)機(jī)氮和有機(jī)氮 。 無(wú)機(jī)氮有 氨水、尿素、硫酸銨、碳酸銨、氯化銨；硝酸銨 等。 菌體利用無(wú)機(jī)氮源較有機(jī)氮源迅速，銨氮、尿素氮比硝基氮優(yōu)越， 目前生產(chǎn)上多采用尿素為氮源，采用分批流加，其初尿用量是根 據(jù)菌種的脲酶的強(qiáng) 弱及耐尿程度決定。 注： 尿素流加時(shí)溫度不宜過(guò)高 (不超過(guò) 45) ，否則游離氨過(guò)多， 使初 pH過(guò)高，抑制菌體生長(zhǎng)。發(fā)酵初尿流加應(yīng)在培養(yǎng)液冷卻至室溫 后加入，以防止溫度高，尿素分解， pH升高，生成不溶

16、性磷酸銨 鎂鹽。 3.無(wú)機(jī)鹽 微生物所需要的無(wú)機(jī)鹽有硫酸鹽、磷酸鹽、氯化物以及含鉀、 鈉、鎂、鐵的化合物等。有的還需要微量元素，如鐵、錳、鋅、 銅、鈷、硼等。 工業(yè)生產(chǎn)上常用的 無(wú)機(jī)磷有 K2HP043H20或 Na2HP0412H20。 鎂是很多酶促反應(yīng)中的無(wú)機(jī)激活劑。 硫是構(gòu)成蛋白質(zhì)和某些酶的活性基。 鈉在培養(yǎng)基中起著調(diào)節(jié)滲透壓的作用。 錳是許多酶的激活劑，其需要量極少，一般培養(yǎng)基中使用 MnS044H20其濃度為 2mg/kg。 4.生長(zhǎng)因子 微生物生長(zhǎng)所不可缺少的微量的有機(jī)物稱為生長(zhǎng)因子，包括 氨基酸、嘌呤、維生素 等，一般谷氨酸產(chǎn)生菌絕大多數(shù)為生物 素缺陷型，以生物素為生長(zhǎng)因子。 三

17、、谷氨酸發(fā)酵條件的控制 谷氨酸發(fā)酵條件包括 溫度、 pH、菌齡及接種量、通風(fēng)及攪拌、 氧的傳遞、泡沫的控制 等。用發(fā)酵條件來(lái)控制發(fā)酵過(guò)程中各種 化學(xué)及生物化學(xué)反應(yīng)的方向和速度，以達(dá)到預(yù)期的生產(chǎn)目的。 1.溫度的控制 各種微生物在一定的條件下都有一個(gè)最適生長(zhǎng)溫度范圍。所謂 最適生長(zhǎng)溫度 是生物化學(xué)反應(yīng)速度最高，酶蛋白的鈍化最低的協(xié) 調(diào)平衡溫度。微生物種類不同，所要求的溫度范圍不同；同一種 微生物，在不同培養(yǎng)條件下其最適溫度也往往不同。 谷氨酸菌的最適生長(zhǎng)溫度與產(chǎn)物生成所需溫度不同。其最 適生長(zhǎng)溫度為 30 32C，谷氨酸形成的最適溫度為 34 37C。在 谷氨酸發(fā)酵前期，若溫度過(guò)高，菌種易衰老，

18、耗糖慢，谷氨酸 產(chǎn)量低。因此，前期溫度上升要緩慢。在發(fā)酵中期，溫度上升要 快，后期逐漸緩和。在發(fā)酵中、后期，若發(fā)酵溫度太低，則發(fā)酵 周期長(zhǎng)，且利于產(chǎn)酸。所以，在生產(chǎn)上可根據(jù)菌種特點(diǎn)，采用二 級(jí)或三級(jí)管理溫度，即發(fā)酵前期長(zhǎng)菌體階段控制在 30 32 ，發(fā) 酵中、后期為 34 37 。 2.發(fā)酵過(guò)程中 pH的控制 谷氨酸發(fā)酵在中性和微堿性條件下可積累谷氨酸，而在酸性條 件下則容易形成谷酰胺和 N 乙酰谷酰胺。發(fā)酵過(guò)程中，培養(yǎng)液 中的糖分被利用，氧化成中間產(chǎn)物有機(jī)酸， pH下降。有機(jī)氮被利 用，釋放氨，則 pH升高。因此，由于菌種的新陳代謝，培養(yǎng)液成 分不斷變化， pH有時(shí)升高，有時(shí)降低。 pH的變

19、化： 發(fā)酵前期 pH低，菌體生長(zhǎng)旺盛，只長(zhǎng)菌不產(chǎn)酸。 發(fā)酵前期 pH過(guò)高 (8 0以上 )，則對(duì)菌體生長(zhǎng)不利，糖代謝緩 慢，發(fā)酵時(shí)間延長(zhǎng)。但在發(fā)酵前期 pH稍高些，對(duì)抑制雜菌生 長(zhǎng)有利。因此發(fā)酵前期應(yīng)控制 pH為 7 5左右。發(fā)酵中、后期 控制 pH7 2左右，因?yàn)楣劝彼崦摎涿傅淖钸m作用 pH為 7 0 7 2，氨基轉(zhuǎn)移酶的最適作用 pH為 7 2 7 4。若發(fā)酵后期 pH較高 (7 5 8 0)，菌體自溶，谷氨酸轉(zhuǎn)成谷氨酰胺。通 常采用氨水流加法和尿素流加法調(diào)節(jié) pH。 3.菌齡及接種量的控制 菌齡是指種子的培養(yǎng)時(shí)間。微生物的生長(zhǎng)大致可分為適 應(yīng)期、對(duì)數(shù)期、穩(wěn)定期、衰老期。所接的菌種處于哪個(gè)

20、生 長(zhǎng)階段對(duì)適應(yīng)期的長(zhǎng)短有很大影響，若用處于活力旺盛的 對(duì)數(shù)期的谷氨酸菌種為種子，可縮短適應(yīng)期。若菌齡過(guò)長(zhǎng)，則 菌種活力降低，代謝產(chǎn)物增多。 種齡： 一級(jí)種子菌齡控制在 11 12h，二級(jí)種子菌齡為 7 8h。 種量： 指接入發(fā)酵罐內(nèi)種子的量占發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵培養(yǎng)基量的百 分比。接種量的多少對(duì)適應(yīng)期的延續(xù)時(shí)間也有很大的影響。接 種量一般以 1 為好。種量過(guò)多，使菌體生長(zhǎng)速度過(guò)快，菌體 嬌嫩，不強(qiáng)壯，提前衰老自溶，后期產(chǎn)酸不高；如果接種量過(guò) 少，則菌體增長(zhǎng)緩慢，會(huì)導(dǎo)致發(fā)酵時(shí)間延長(zhǎng)，容易染菌。 4.通風(fēng)量與攪拌速度的控制 谷氨酸產(chǎn)生菌是兼性好氧菌，它進(jìn)行呼吸和合成細(xì)胞物質(zhì)時(shí)需 要氧氣。因此，在進(jìn)行谷氨

21、酸發(fā)酵時(shí)，需要大量供給菌體生長(zhǎng)及 發(fā)酵所需的氧。谷氨酸菌只能利用溶解氧，而氧是難溶于水的氣 體，所以在發(fā)酵過(guò)程中，需要不斷補(bǔ)充無(wú)菌空氣。不同的種齡、 接種量，培養(yǎng)基成分，發(fā)酵階段及發(fā)酵罐，要求通風(fēng)量不同。 菌體生長(zhǎng)繁殖期： 要求溶氧系數(shù) Kd為 (46) 10-7molO2 (mLminatm)； 谷氨酸形成階段： 溶氧系數(shù)為 (1.5 1.8) 106mol02 (mLminatm)。 在長(zhǎng)菌階段，若供氧過(guò)量，在生物素限量下，抑制菌體生長(zhǎng)， 表現(xiàn)為耗糖慢，長(zhǎng)菌慢， pH偏高，且不易下降。在發(fā)酵產(chǎn)酸階 段，需要大量供氧，如通氣量不足，往往表現(xiàn)出 pH低，耗糖快， 長(zhǎng)菌不產(chǎn)酸，而積累乳酸和琥珀酸

22、。而這時(shí)通氣量過(guò)大，也不 利于 r酮戊二酸進(jìn)一步還原氨基化，而大量積累 -酮戊二酸。因 此，只有在適量通氣條件下，才有可能大量積累谷氨酸。 溶解氧的控制： 大小是由 通風(fēng) 與 攪拌 兩方面決定的，與攪 拌器的型式、直徑大小、攪拌轉(zhuǎn)速、攪拌器在發(fā)酵罐內(nèi)的相對(duì) 位置因素等有關(guān)。一般攪拌器直徑大，轉(zhuǎn)速快，溶氧系數(shù)大。 所以，增大攪拌轉(zhuǎn)速比增加通風(fēng)量對(duì)溶氧系數(shù)提高更為顯著。 具體操作： 發(fā)酵前期，以低通風(fēng)量為宜； 發(fā)酵中、后期，以高通風(fēng)量為好。 當(dāng)培養(yǎng)基濃度高、營(yíng)養(yǎng)豐富、生物素用量大時(shí)，應(yīng)采用高通 風(fēng)量。當(dāng)菌體生長(zhǎng)緩慢、 pH偏高時(shí)，應(yīng)減少通風(fēng)量，或停止攪拌， 以利于長(zhǎng)菌。當(dāng)菌體生長(zhǎng)快、耗糖快時(shí)，應(yīng)提

23、高通風(fēng)量，以抑制 生長(zhǎng)和滿足合成谷氨酸所必須的足夠能量。 5.泡沫的控制 在好氣發(fā)酵中，由于通風(fēng)和攪拌產(chǎn)生一定量的小氣泡，泡沫 過(guò)多會(huì)帶來(lái)一系列的問(wèn)題，影響發(fā)酵的正常進(jìn)行。所以，需要 控制泡沫的產(chǎn)生。 消除泡沫的方法： 一是機(jī)械消泡 即借助機(jī)械力將泡沫打破，或借壓力變化使泡 沫破裂。它的優(yōu)點(diǎn)是不用在發(fā)酵液中加其他物質(zhì)，節(jié)省原料 (消泡 劑 )，減少污染機(jī)會(huì)。但此法不能從根本上消除引起泡沫的因素， 消泡效果不如化學(xué)消泡好。 二是化學(xué)消泡劑消泡 利用消泡劑進(jìn)行消泡，其作用機(jī)理是當(dāng) 消泡劑與氣泡膜面接觸時(shí)，使泡膜局部的表面張力降低，力的平 衡受破壞，氣泡破裂，產(chǎn)生氣泡合并，最后導(dǎo)致泡沫破滅。 常用的

24、消泡劑 ： 植物油 (豆油、花生油等 )、礦物油 (石蠟油 )、 合成消泡劑 (泡敵 )。該法的優(yōu)點(diǎn)是消泡效果好，作用迅速，用量 少。缺點(diǎn)是消泡劑選擇不當(dāng)會(huì)影響菌體生長(zhǎng)繁殖或影響代謝產(chǎn)物 的積累，操作上增加染菌的機(jī)會(huì)。 四、提高谷氨酸發(fā)酵產(chǎn)率的措施 1.選育高產(chǎn)菌種 選育高產(chǎn)菌種是提高谷氨酸發(fā)酵產(chǎn)率的主要途徑。國(guó)內(nèi)外都很 重視菌種的選育工作。高產(chǎn)菌株的選育可通過(guò)菌種自發(fā)突變過(guò)程 中挑選出來(lái)；也可利用物理或化學(xué)誘變劑處理微生物細(xì)胞群，促 使其突變，然后采用快速、高效的篩選方法，挑選出符合育種目 的的突變株；還可采用體外 DNA重組、原生質(zhì)體融合等技術(shù) “ 創(chuàng)造 ” 出高產(chǎn)菌。例如，近年來(lái)在棒狀桿

25、菌中已檢出若干種質(zhì)粒，如 pAM4286， pAM330， pAMl519等。用重組 DNA技術(shù)提高短桿菌和棒 桿菌的谷氨酸產(chǎn)量已獲得成功。所得的轉(zhuǎn)化子比供體菌提高一倍。 此外，通過(guò)原生質(zhì)體融合技術(shù)也獲得比親株谷氨酸產(chǎn)量有所提高 的融合子。 高產(chǎn)谷氨酸菌株應(yīng)具備以下特征： 喪失 -酮戊二酸脫氫酶的氧化能力； 谷氨酸脫氫酶活力強(qiáng)； 氧化還原氨基化反應(yīng)強(qiáng)； C02固定反應(yīng)強(qiáng)； 異檸檬酸脫氫酶活力強(qiáng)； 不分解和利用谷氨酸； 耐高糖、高濃度谷氨酸。 2.根據(jù)菌種特性控制最適宜的發(fā)酵條件 控制最適宜的環(huán)境條件是提高發(fā)酵產(chǎn)率的重要條件。在谷氨酸 發(fā)酵中，應(yīng)根據(jù)菌種特性，控制好 生物素、磷、 N源、 pH、

26、氧傳遞 速率、排氣中 CO2和 02含量、氧化還原電位以及溫度 等，從而 控制好菌體繁殖及產(chǎn)物形成、能量代謝與產(chǎn)物合成，副產(chǎn)物與主 產(chǎn)物合成等關(guān)系，使底物最大限度地被用來(lái)合成主產(chǎn)物。為了實(shí) 現(xiàn)發(fā)酵過(guò)程工藝條件最佳化，國(guó)外利用電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行資料收集， 數(shù)據(jù)解析、程序控制，從而準(zhǔn)確地取樣、檢測(cè)，并及時(shí)處理數(shù)據(jù)， 使操作條件最佳化。 3.追加糖液法 追加糖液的發(fā)酵法是谷氨酸發(fā)酵法普遍采用的一種方法。即采 用 較低的初糖濃度和大接種量 ，以利于菌體迅速繁殖，獲得生產(chǎn) 需要的足夠強(qiáng)壯的菌體。然后創(chuàng)造有利條件，使菌體從長(zhǎng)菌階段 轉(zhuǎn)入產(chǎn)酸階段，縮短發(fā)酵時(shí)間。當(dāng)菌體處在生長(zhǎng)對(duì)數(shù)期的末期， 追加糖液，維持一定的

27、糖濃度，繼續(xù)發(fā)酵，則產(chǎn)酸率和轉(zhuǎn)化率會(huì) 大為提高。 另外，還有添加青霉素流加糖法，以甜菜、糖蜜為原 料添加吐溫法等。 第五節(jié) 噬菌體與雜菌的防治 一、谷氨酸發(fā)酵中噬菌體的污染與防治 噬菌體對(duì)發(fā)酵的危害 在谷氨酸發(fā)酵過(guò)程中，若菌體受到噬 菌體的侵染，一般會(huì)發(fā)生溶菌、發(fā)酵遲緩或停止等現(xiàn)象，結(jié)果造 成不再積累谷氨酸，嚴(yán)重的會(huì)引起倒罐，甚至連續(xù)倒罐。為防止 噬菌體的侵染，首先要了解谷氨酸噬菌體的特性，從而加以防治， 確保谷氨酸發(fā)酵順利進(jìn)行。 (一 )谷氨酸噬菌體的主要特征 1具有非常專一的寄生性。 2不耐熱性 (在 70C， 5min均死亡 )。 3 pH的穩(wěn)定性。 pH7 9時(shí)，穩(wěn)定；低于 6或高于

28、10時(shí)，失活； 小于 4時(shí)完全失活。 4嗜氧性。在低溶氧情況下，抑制生長(zhǎng)。 5對(duì)干燥的穩(wěn)定性。環(huán)境越干燥，噬菌體越不易死。在潮濕情 況下，易死亡。 6不耐藥性。在甲醛 0 5、苯酚 0 5、漂白粉 1 5、石 灰水 1下均可殺死噬菌體。 (二 )谷氨酸發(fā)酵污染噬菌體后的異?，F(xiàn)象 1發(fā)酵液光密度在初期開(kāi)始上升，而后又下降或不上升。 2發(fā)酵液 pH逐漸上升， 4 8h內(nèi)可達(dá) 8 0以上，且不下降， 3不耗糖或耗糖緩慢。 4泡沫大、黏度大、有時(shí)呈膠狀；可拔絲。 5發(fā)酵周期長(zhǎng)，產(chǎn)酸低或不產(chǎn)酸。 6鏡檢時(shí)，菌體減少，缺少八字排列，菌體變胖，革蘭氏染 色呈紅色片狀。嚴(yán)重時(shí)呈網(wǎng)狀或魚翅狀，幾乎看不到完整的細(xì)

29、胞 7發(fā)酵中后期，周期稍有延長(zhǎng)，溫度緩慢上升，谷氨酸產(chǎn) 量有所提高 (菌體破裂釋放出谷氨酸 )。 8平板檢查時(shí)，有噬菌斑。搖瓶發(fā)酵，發(fā)酵液稀而清。 9發(fā)酵液殘?zhí)歉?、顏色渾、發(fā)灰、發(fā)紅、有刺激性臭味，黏 度大，泡沫多，難中和，過(guò)濾困難。 (三 )防治噬菌體污染的主要措施 1.嚴(yán)格控制活菌體的排放 搖瓶液、取樣液、廢棄菌液或發(fā)酵液均應(yīng)先滅菌，后排放。已 經(jīng)污染了噬菌體的發(fā)酵液或種子液應(yīng)先滅菌 (80C， 5min)，再進(jìn)行 提取或排放。提取的母液不能亂扔，應(yīng)經(jīng)密閉陰溝或遠(yuǎn)離空壓機(jī)房 和發(fā)酵車間，才可排放。 必須建立工廠環(huán)境清潔衛(wèi)生制度，要定期使用藥劑沖刷地面。 2.嚴(yán)防噬菌體進(jìn)入種子罐或發(fā)酵罐 種

30、子室要遠(yuǎn)離發(fā)酵車間，嚴(yán)防種子帶人噬菌體，制定檢查噬菌 體的制度。各級(jí)種子的制備要嚴(yán)格滅菌。輪換使用菌種或使用抗 噬菌體的菌株均可防止噬菌體污染。還可進(jìn)行藥物防治或選育抗 鏈霉素突變株。進(jìn)行藥物防治可添加金屬螯合劑 (抑制噬菌體的吸 附或 DNA的注入 )、表面活性劑 (作用于細(xì)菌表面，抑制噬菌體的吸 附 )、抗生素 (抑制噬菌體蛋白質(zhì)合成 )等。 3發(fā)酵罐中污染噬菌體后的搶救 谷氨酸發(fā)酵前期感染了噬 菌體后，可以采用一系列搶救措施，以減少損失。 (1)抗性菌法。 發(fā)現(xiàn)噬菌體后，應(yīng)停止攪拌，小通風(fēng)，降低 pH， 立即培養(yǎng)抗性種子，然后接人發(fā)酵液中；并補(bǔ)加 1 3的不調(diào) pH 的玉米漿。 (2)輪

31、換菌種法。 發(fā)現(xiàn)噬菌體后，停止攪拌，小通風(fēng)，降低 pH， 輪換使用菌種，如 672換 Asl.299、 Asl.299換 Asl.542、 Asl.542 換 Asl.299。不加初尿，并補(bǔ)充 30 40的玉米漿 (不調(diào) pH)， 適當(dāng)加磷、鎂 (為正常量的 1 3)。若 pH仍偏高，可停止攪拌，適 當(dāng)通風(fēng)，至 pH正常， OD值增長(zhǎng)后再開(kāi)始攪拌。 (3)滅噬菌體法。 發(fā)現(xiàn)污染噬菌體后，停攪拌，小通風(fēng)，降低 pH，在罐內(nèi)用夾層 (或冷卻管 )加熱至 70 8012，并自頂蓋通人 蒸人 2的種子，繼續(xù)發(fā)酵。汽，自排汽口排出。因噬菌體不耐 熱，加熱可殺死發(fā)酵液內(nèi)的噬菌體，通蒸汽可殺死發(fā)酵罐空間 及

32、管道內(nèi)的噬菌體。冷卻后，若 pH過(guò)高，停止攪拌，小通風(fēng)， 降低 pH，接大二倍量的原菌種，至 pH正常后開(kāi)始攪拌。 (4)放罐重消毒。 發(fā)現(xiàn)噬菌體后，放罐，調(diào) pH，補(bǔ)加 1 2的玉 米漿和 1 3的水解糖，重新滅菌，適當(dāng)降低溫度，不加初料，然 后接入 2%的種子，繼續(xù)發(fā)酵。 二、谷氨酸發(fā)酵中雜菌的污染與防治 谷氨酸發(fā)酵要求純種培養(yǎng)，若遭受了雜菌的污染，輕者影響 產(chǎn)量或質(zhì)量，重者可能導(dǎo)致倒罐，甚至停產(chǎn)。因此，在谷氨酸發(fā) 酵中，雜菌污染的檢查與防治是十分重要的。 (一 )檢查雜菌的方法 所謂染菌，是指在發(fā)酵培養(yǎng)基中侵入了阻礙生產(chǎn)的其他微生 物。檢查雜菌的方法要求準(zhǔn)確、快速、盡早發(fā)現(xiàn)、及時(shí)采取措施

33、。 1.顯微鏡檢查 用革蘭氏染色法染色、鏡檢。若發(fā)現(xiàn)有芽孢菌、 革蘭氏陰性菌、長(zhǎng)桿菌、球菌、菌體碎片等情況，說(shuō)明發(fā)酵液已經(jīng) 染菌，應(yīng)及時(shí)采取措施。 2.培養(yǎng)皿畫線檢查 平板檢查時(shí)，先將滅菌后的培養(yǎng)基倒人培 養(yǎng)皿內(nèi)，冷卻，接種，于 37C下培養(yǎng) 24h，鏡檢。 3.肉湯培養(yǎng)檢查法 此法主要用于檢查空氣系統(tǒng)及培養(yǎng)基是否 帶菌。具體做法是將培養(yǎng)液裝在吸氣瓶中，滅菌 30min，在 37C下 培養(yǎng) 24h，如無(wú)混濁，說(shuō)明無(wú)雜菌污染；如 呈現(xiàn)混濁，說(shuō)明染菌。 (二 )雜菌污染的防治 要防止雜菌污染，先要弄清楚造成染菌的原因，然后進(jìn)行防治。 1雜菌污染的主要原因分析 種子帶菌。 若發(fā)酵前期染菌，可能是種子

34、帶菌所致或發(fā)酵 罐本身染菌所致。為了避免種子染菌，在斜面種子、搖瓶種子制 備過(guò)程中都必須嚴(yán)格操作，確保無(wú)雜菌污染。 罐體與管件滲漏所引起的染菌。 若罐體或管件有極其微小的 漏孔時(shí)，易引起染菌。有時(shí)漏孔用肉眼直接察覺(jué)不到，需要通過(guò) 一定的試漏方法才能發(fā)現(xiàn)。 死角。 罐或管路連接處的死角，在滅菌時(shí)其中的雜菌不易被 殺死，易造成連續(xù)染菌，影響生產(chǎn)。 空氣系統(tǒng)染菌。 好氣性發(fā)酵需連續(xù)不斷地通人大量無(wú)菌空氣。 空氣系統(tǒng)所有的設(shè)備要定時(shí)打開(kāi)排液閥排液，避免設(shè)備內(nèi)積液太 多，而帶人空氣中去，造成染菌。 環(huán)境污穢造成染菌。 車間、環(huán)境衛(wèi)生差，易引起染菌。為堵 絕雜菌的來(lái)源和繁殖機(jī)會(huì)，必須加強(qiáng)車間和環(huán)境的清潔衛(wèi)

35、生工作。 2雜菌污染的防治與挽救 污染了雜菌后，要根據(jù)具體情況， 及時(shí)采取措施加以挽救。具體措施為： (1)一級(jí)種子經(jīng)平板檢查確認(rèn)無(wú)菌后，方可接大二級(jí)種子中。 (2)二級(jí)種子冷卻，小于 10C 保壓 12 16h，平板檢驗(yàn)確認(rèn)無(wú)雜 菌后，再接入發(fā)酵罐。 (3)發(fā)酵 06h后，大幅度染菌，鏡檢發(fā)現(xiàn)球菌，應(yīng)放罐重消毒， 消毒溫度適當(dāng)降低。 (4)發(fā)酵 12h后，發(fā)現(xiàn)污染有少量芽孢或桿菌，但光密度尚正常， pH仍有升降，耗糖一般，谷氨酸產(chǎn)量在 0.2以上，則可加大通 風(fēng)量，按常規(guī)發(fā)酵到底。 (5)發(fā)酵后期確認(rèn)染球菌，則可加熱至 70 80C放罐。 (6)發(fā)現(xiàn)染菌的罐，下次空罐消毒加入甲醛后，再用蒸汽

36、熏蒸 0.120.17L m3。 (7)加強(qiáng)車間衛(wèi)生管理，防止活菌體飛揚(yáng)。 (8)選用抗藥性菌種。 第六節(jié) 谷氨酸的提取 一、概述 (一 )谷氨酸發(fā)酵液的性質(zhì) 在發(fā)酵液中，除含有谷氨酸外，還存在著菌體、殘?zhí)恰⑸亍?膠體物質(zhì)及其他發(fā)酵副產(chǎn)物。谷氨酸發(fā)酵結(jié)束后，發(fā)酵液的溫 度在 34 36 ， pH6.0 7.5，接近中性。整個(gè)發(fā)酵液外觀呈淺 黃色漿狀，表面浮有少許泡沫。 正常谷氨酸發(fā)酵液的組分如下： 1.L-型谷氨酸，一般以谷氨酸銨鹽 (C5H8O4NNH4)形式存在。 2.無(wú)機(jī)鹽 (K+、 Na+、 NH+、 Mg2+、 Ca2+、 SO42-等 )、殘?zhí)恰?色素、尿素以及消泡用的花生油、豆

37、油或合成消泡劑等。 3.大量菌體、蛋白質(zhì)等固形物質(zhì)懸浮在發(fā)酵液中，濕菌體約 占發(fā)酵液的 2 5。 4.少量發(fā)酵副產(chǎn)物，如乳酸、 r酮戊二酸和琥珀酸、天冬氨酸、 丙氨酸、纈氨酸、脯氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、谷氨酰胺等， 各種氨基酸的含量為 10。 5 0.6 0.8的銨離子、 1的殘?zhí)恰?6 核苷酸類物質(zhì)及其降解產(chǎn)物，如發(fā)酵液中含腺嘌呤 0.02 0.05，尿嘧啶約占發(fā)酵液的 0.01 0.03。 (二 )谷氨酸的提取方法 分離提純?cè)恚?利用它的兩性電解質(zhì)性質(zhì)、谷氨酸的溶解度、 分子大小、吸附劑的作用以及谷氨酸的成鹽作用等。 提取方法 ：等電點(diǎn)法、離子交換法、鋅鹽法等。為了提高提取 收率，還可采

38、用等電點(diǎn) 鋅鹽法，等電點(diǎn) 離子交換提取工藝 提取新技術(shù) ： 電滲析和反滲透法、濃縮等電點(diǎn)法、離子硅藻土 過(guò)濾等電點(diǎn)法等。 二、等電點(diǎn)法提取谷氨酸 此法操作簡(jiǎn)便、設(shè)備簡(jiǎn)單，但操作時(shí)間長(zhǎng)，占地面積多。 (一 )等電點(diǎn)法提取谷氨酸的原理 谷氨酸分子中含有兩個(gè)酸性羧基和一個(gè)堿性氨基，其解離方式 取決于溶液的 pH，在不同 pH的溶液中，以 陽(yáng)離子、兩性離子和陰 離子 等幾種不同的離子狀態(tài)存在。 當(dāng) pH 3 22， -羧基的解離受到抑制，谷氨酸主要以陽(yáng)離子 形式存在，帶正電荷； 當(dāng) pH 3 22時(shí)，谷氨酸主要以兩種不同的陰離子形式存在， 帶負(fù)電荷； 當(dāng) pH 3 22時(shí)，谷氨酸呈電中性，絕大部分以偶

39、極離子存在， 其分子內(nèi)部正負(fù)電荷相等，溶液中的總靜電荷等于零。 谷氨酸分子之間相互碰撞，并通過(guò)靜電引力的作用結(jié)合成較大 的聚合體而沉淀，此時(shí)溶液的 pH，稱谷氨酸的等電點(diǎn)，習(xí)慣上 以 pI表示。在等電點(diǎn)時(shí)，谷氨酸的溶解度最小。味精生產(chǎn)中正 是利用了這一特性提取谷氨酸。 1.谷氨酸結(jié)晶的性質(zhì) 谷氨酸結(jié)晶屬斜方晶系離子晶體， 具有多晶型性質(zhì)。在不同的條件下，可以得到 -型谷氨酸結(jié) 晶和 -型谷氨酸結(jié)晶。 -型結(jié)晶的晶軸長(zhǎng)短接近，晶體粗 壯，呈顆粒狀，且顆粒大，質(zhì)量高，易沉淀分離，是一種理 想的結(jié)晶。 -型谷氨酸結(jié)晶晶軸長(zhǎng)短不一，呈針狀或鱗片狀， 晶粒微細(xì)、純度低、質(zhì)量輕、不易沉淀析出。因此，在操作

40、 中要控制結(jié)晶條件，以利于形成 -型結(jié)晶。 2.影響晶型的因素 影響谷氨酸晶體晶型的因素有發(fā)酵液中 谷氨酸的含量、結(jié)晶析出溫度、殘?zhí)菨舛鹊取Ｔ谑覝刈匀焕鋮s條 件下，隨谷氨酸含量的升高， -型谷氨酸結(jié)晶增多，水分增多， 分離困難。 當(dāng)結(jié)晶析出的溫度超過(guò) 30 時(shí)， -型谷氨酸結(jié)晶增加。因此， 在采用等電點(diǎn)法提取谷氨酸時(shí)，必須把發(fā)酵液溫度降到 30 以下， 避免形成 -型結(jié)晶。發(fā)酵液中殘?zhí)菨舛雀撸?-型結(jié)晶增加，殘 糖越低，則有利于形成 -型結(jié)晶。 3.影響谷氨酸結(jié)晶析出的主要因素 谷氨酸含量。 用等電點(diǎn)法提取谷氨酸時(shí)，要求谷氨酸含量 在 4以上，否則，可先濃縮或加晶種后，再用等電點(diǎn)法提取谷 氨酸

41、。若谷氨酸含量大于 8，易形成 -型結(jié)晶。 溫度及降溫速度。 谷氨酸的溶解度隨溫度的降低而變小， 使谷氨酸從發(fā)酵液中結(jié)晶析出。為了有利于形成 -型結(jié)晶，結(jié) 晶溫度要低于 30 。且降溫要緩慢，以形成較大的結(jié)晶顆粒。 投晶種與育晶。 在晶核形成以前，適時(shí)投放一定量的晶種， 有利于收率的提高。生產(chǎn)上根據(jù)發(fā)酵液中谷氨酸的含量和 pH來(lái) 確定投種時(shí)間，一般谷氨酸含量在 5左右、 pH4.0 4.5時(shí)投晶 種；谷氨酸含量在 3.5 4.0、 pH為 3.54.0時(shí)投晶種。投種 量一般為發(fā)酵液的 0.2 0.3。 加酸。 加酸的主要目的是調(diào)節(jié)發(fā)酵液的 pH，使其達(dá)到谷氨 酸的等電點(diǎn)。加酸速度的快慢對(duì)晶體的

42、大小影響很大。在生產(chǎn) 上，一般要求前期加酸稍快，中期 (晶核形成前 )加酸要緩，后 期加酸要慢，使 pH緩慢降到等電點(diǎn)為止。 攪拌。 適當(dāng)攪拌有利于晶體長(zhǎng)大，使菌體大小均勻一致。攪 拌還可以減少結(jié)晶粒子的互相黏接，避免晶簇的形成。攪拌轉(zhuǎn)速 與設(shè)備直徑和攪拌漿葉大小有關(guān)，一般以 2030r min為宜。 (二 )等電點(diǎn)提取工藝的操作要點(diǎn) 1.加酸調(diào)等電點(diǎn) 將發(fā)酵液排入等電桶后，測(cè)量溫度、 pH和 谷氨酸含量，然后攪拌冷卻，待液溫降至 30C時(shí)，加鹽酸調(diào) pH。 前期加酸稍快， 1h左右將發(fā)酵液的 pH調(diào)至 5.0。中期加酸要緩慢， 約經(jīng) 2h，發(fā)酵液的 pH接近 4.0-4.5時(shí)，觀察晶核形成情

43、況。當(dāng) 菌體。 發(fā)酵液中殘存菌體的大小及多少，因菌種的不同而 異。 AS.l.542菌的菌體大，數(shù)量少，質(zhì)量輕，相對(duì)地說(shuō)，容易 同谷氨酸結(jié)晶分離。 發(fā)酵液若染噬菌體，色澤深灰甚至發(fā)紅，黏度增大，泡沫 多谷氨酸的純度和收率較低。 能目視發(fā)現(xiàn)晶核時(shí)，要停止加酸，育晶 1 2h，使晶核壯大。此 后加酸速度要慢，直到 pH為 3.0-3.2時(shí)，停止加酸，繼續(xù)攪拌 20h 結(jié)束。整個(gè)中和溫度要緩慢下降，不能回升。 最終溫度越低越好。 2.沉降分離 將中和好的發(fā)酵液靜置沉淀 4 6h，放出上清液， 然后將谷氨酸結(jié)，晶沉淀層表面的少量菌體細(xì)麩酸清除，放另一 缸中回收利用，底部的谷氨酸結(jié)晶取出后，離心分離。

44、第七節(jié) 由谷氨酸制成味精 一、谷氨酸的中和、脫色和除鐵 （一） 谷氨酸的中和 1.谷氨酸一鈉的等電點(diǎn) 谷氨酸中和反應(yīng)的 pH應(yīng)控制在谷氨酸第二等電點(diǎn) pH6.96。當(dāng) pH 高時(shí)，生成的谷氨 酸二鈉增多，而谷氨酸二鈉沒(méi)有鮮味。將谷氨酸 溶于水中，加熱、加堿進(jìn)行中和。隨著堿的不斷加入，溶液的 pH 逐步升高，谷氨酸的電離平衡發(fā)生移動(dòng)，當(dāng)絕大多數(shù)的谷氨酸都 變成陰離子形式時(shí)，即為中和生成谷氨酸一鈉的等電點(diǎn)。 2.操作 中和劑： 在味精生產(chǎn)中，中和谷氨酸可用 氫氧化鈉 ，也可用 純堿 (Na2C03)，一般不用液堿，因?yàn)橐簤A甲含雜質(zhì)氯化鈉較多， 最后會(huì)影響結(jié)晶味精成品的質(zhì)量。 谷氨酸中和時(shí)，先把谷氨

45、酸加入水中，制成飽和溶液，然后加 堿中和。注意加堿速度要緩慢，用 pH試紙測(cè)其 pH。邊加堿邊攪拌。 中和溫度控制在 65 左右。 在中和時(shí)，要控制投料比適當(dāng)，即濕谷氨酸與水之比為 1： 2， 濕谷氨酸與純堿之比為 1： 0.3 0.4。中和溫度夏天為 60C，冷天 為 65C。中和液濃度為 2123Be。中和反應(yīng)控制 pH為 6.7 7.0。若 超過(guò) 7.0以上，溶液中谷氨酸二價(jià)陰離子逐漸增多，易生成谷氨 酸二鈉。 (二 )中和液的除鐵 由于生產(chǎn)原料不純、生產(chǎn)設(shè)備腐蝕及生產(chǎn)工藝等原因，使中和液 中的鐵、鋅離子超標(biāo)，必須將其除去。目前除鐵、鋅離子的方法主 要有 硫化鈉 和 樹(shù)脂法 兩種。 硫化

46、鈉法 硫化鈉可與 Fe2+、 Zn2+反應(yīng)生成硫化鐵和硫化鋅沉淀而除去。 其總反應(yīng)式為： Na2S + Fe2+ FeS + 2Na+ Na2S + Zn2+ ZnS + 2Na+ 使用的硫化鈉要求呈橙黃色或微黃色，雜質(zhì)少。硫化鈉的用量 要適當(dāng)，并且在使用前應(yīng)先配成 13 15Be溶液。 樹(shù)脂法 樹(shù)脂除鐵是利用弱酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，吸附鐵或鋅得以除 去。用此法除鐵 (或鋅 )，不但解決了硫化鈉除鐵引起的環(huán)境污 染問(wèn)題，改善了操作條件，而且提高了味精質(zhì)量，是一種較為 理想的除鐵方法。 (三 )中和液的脫色 在味精生產(chǎn)過(guò)程中，由于各種成分的化學(xué)變化產(chǎn)生了一些有 色物質(zhì)，如焦糖、氨基糖、單寧鐵等。因

47、此，中和液需進(jìn)行脫色 處理。脫色方法有 物理吸附 和 化學(xué)脫色 兩種方法。 1.物理吸附 即采用活性炭脫色。用活性炭脫色時(shí)，溫度控制在 50-60 ， pH保持在 6.4以上，脫色時(shí)間為 30min。為了加快吸附過(guò)程的進(jìn)行， 可適當(dāng)攪拌中和液。 活性炭的用量 ：根據(jù)活性炭脫色能力的強(qiáng)弱及中和液色澤的深 淺等情況決定，一般為中和液的 2 3?；钚蕴糠譃榉勰?的藥用炭和 GH-15顆粒活性炭?jī)煞N。 用粉末活性炭脫色，一種方法是在中和過(guò)程中加炭脫色后除 鐵，另一種方法是將中和液先除鐵，用谷氨酸回調(diào) pH6.2 6.4， 蒸汽加熱 60 ，使谷氨酸全部溶解，再加入適量的活性炭脫色。 經(jīng)粉末活性炭脫色

48、后，往往透光率達(dá)不到要求，需進(jìn)入 GH 15 活性炭柱進(jìn)行最后一步脫色工序。 2.化學(xué)脫色 有離子交換樹(shù)脂脫色法。離子交換樹(shù)脂的脫色主要靠樹(shù)脂的 多孔隙表面對(duì)色素進(jìn)行吸附，即樹(shù)脂的基團(tuán)與色素的基團(tuán)形成 共價(jià)鍵，因而對(duì)雜質(zhì)起到吸附與交換作用。一般選用 弱堿性陰 離子交換樹(shù)脂 。 中和液中的雜質(zhì)，有些分子量較大，在交換過(guò)程中擴(kuò)散速度 慢。因此，脫色時(shí)流速要 適當(dāng)慢些。溫度控制在 40-50 條件下 進(jìn)行脫色較合適。 二、中和液的濃縮和結(jié)晶 (一 )中和液的濃縮 谷氨酸鈉在水中的溶解度很大，要想生成大量的結(jié)晶必須除去 大量的水分使溶液達(dá)到過(guò)飽和狀態(tài)而析出結(jié)晶。 濃縮方法： 一是降低溶液的溫度，使溶質(zhì)

49、的溶解度減小，達(dá)到 過(guò)飽和狀態(tài)；二是在溫度不變的條件下，蒸發(fā)掉溶液中的一部分 水，使溶液的濃度升高，達(dá)到過(guò)飽和狀態(tài)。 中和液的濃縮不宜在高溫下進(jìn)行，因?yàn)楣劝彼嵋烩c在高溫下容 易環(huán)化，生成焦谷氨酸鈉。 設(shè)備： 味精生產(chǎn)的濃縮過(guò)程普遍采用減壓濃縮工藝，主要設(shè)備 有減壓蒸發(fā)式結(jié)晶罐。濃縮時(shí)的工藝條件，一般控制真空度在 80kPa以上，料液的溫度控制在 70 以下。濃縮時(shí)，真空度愈高， 料液的沸點(diǎn)就越低，這樣既可加快濃縮，又可避免谷氨酸一鈉的 脫水環(huán)化形成焦谷氨酸鈉?？傊?，中和液的濃縮以 真空度高 、 料 液溫度低 ， 操作時(shí)間短 較為宜。 (二 )谷氨酸一鈉的結(jié)晶析出 結(jié)晶操作的基本過(guò)程可分為濃縮、

50、起晶、整晶、育晶、放 罐等幾個(gè)階段。 結(jié)晶味精的晶體要求顆粒大小均勻、透明、光潔。制作結(jié) 晶味精所用的中和液要求雜質(zhì)含量少，透光度在 90以上。 具體操作： 1.起晶 當(dāng)濃縮液的濃度達(dá)到 30 30.5Be(70) 時(shí)，投入 晶種，進(jìn)行起晶。起晶時(shí)溶液微混濁，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間晶種的晶 粒稍有長(zhǎng)大，并出現(xiàn)細(xì)小的新晶核 (稱假晶 )。當(dāng)料液濃度增加， 晶粒長(zhǎng)大速度反而比晶核長(zhǎng)大速度小時(shí)，需要整晶。 2.整晶 所謂整晶就是加入一定量的、與料液溫度接近的溫 水，使晶核全部溶解掉。加水量不宜過(guò)多，以溶掉新形成的小晶 核為止，防止晶種溶化。整晶后繼續(xù)濃縮，若再次出現(xiàn)新晶核就 要多次進(jìn)行整晶。 3.育晶 在結(jié)晶

51、過(guò)程中，需根據(jù)料液濃度，補(bǔ)加稀釋的脫色液 (加熱 )，以保持鍋內(nèi)濃度維持在較低的過(guò)飽和狀態(tài)，保證晶體不 斷成長(zhǎng)，又較少生成新的晶核。通過(guò)補(bǔ)料而促使晶粒長(zhǎng)大的過(guò)程 稱為育晶。補(bǔ)料結(jié)束后，待晶粒長(zhǎng)成所要求的大小時(shí)，準(zhǔn)備出料。 出料前預(yù)先加入同溫度的溫水，使?jié)舛冉档偷?29-39.5Be。出料 后放在貯精槽內(nèi)，立即進(jìn)行離心分離。離心后的母液中仍含有大 量的谷氨酸一鈉，可將其并入下批中和液中一起進(jìn)行處理。 三、干燥、包裝和成品的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 經(jīng)過(guò)離心分離后的晶體必須進(jìn)行干燥處理。目前，采用的干 燥方法有 箱式烘房干燥，真空箱式干燥、氣流干燥、傳送帶式干 燥、振動(dòng)床式干燥 。 結(jié)晶味精要求顆粒大小均勻，因此干燥好的晶體要經(jīng)過(guò)振動(dòng) 篩分，除去過(guò)大或過(guò)小的晶粒，使晶粒大小更加均勻。篩分時(shí)能 通過(guò) 10目而不通過(guò) 24目的晶粒稱為粗晶，能通過(guò) 14目而不通過(guò) 28 目的晶粒稱為細(xì)晶。味精的包裝在大部分工廠均為手工操作，生 產(chǎn)效率低。因此機(jī)械化包裝將逐步取代手工包裝。 思考題 1.淀粉水解糖液的制備方法有哪些？ 2.谷氨酸生物合成包括哪些途徑？ 3.影響谷氨酸發(fā)酵的因素有哪些？ 在生產(chǎn)中如何控制？ 4.味精的提取方法有哪些