发酵法生产味精的生产工艺PPT课件.ppt

发酵法生产味精的生产工艺 2020 1 8 1 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 2020 1 8 2 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 2020 1 8 3 2020 1 8 4 二 追根求源 1 产品的诞生及发展 第一阶段 1866年德国人H Ritthasen 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 2020 1 8 5 2020 1 8 6 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 2020 1 8 7 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 2020 1 8 8 列表说明 2020 1 8 9 原料要求及补充 a 大米 2020 1 8 10 b 盐酸 2020 1 8 11 c 纯碱 2020 1 8 12 d 尿素 2020 1 8 13 2 生产原理 过程 1 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系列的生物转化 在 酮戊二酸与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 2020 1 8 14 3 工艺流程图 2020 1 8 15 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 2020 1 8 16 2020 1 8 17 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18 32h 糖化结束后 将糖化罐加热至80 85 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 2020 1 8 18 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30 32 下恒温培养18 24h 取出后存放于4 冰箱内 随时取用 2020 1 8 19 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 2020 1 8 20 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 2020 1 8 21 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 12 14氯化钾 KCL 0 05尿素 0 5 0 8MgSO4 0 06玉米 0 6mlpH 7 0Na2HPO4 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1 2 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 2020 1 8 22 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34 36 0 12h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34 36 谷氨酸的生成量就增加 4 2 2pH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 0 7 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 2020 1 8 23 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11 12h 二级种子菌龄为7 8h 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 2020 1 8 24 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 2020 1 8 25 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 2020 1 8 26 5 主要生产设备 2020 1 8 27 2020 1 8 28 2020 1 8 29 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