第七章糖蜜发酵生产味精

第七章糖蜜发酵生产味精第一节概述 学名 L 型谷氨酸单钠分子式 C5H8O4NNa H2O1 味精的作用是一种重要的调味料 具有强烈的肉鲜味 在pH6 8时鲜味最为显著 如在味精中添加2 12 的肌酸钠或鸟苷酸钠 其鲜味提高3 9倍 称为复合味精 主要在日本生产 2 发展情况发酵法生产味精于40年代后期开始 直到1957年 日本协和发酵公司采用直接发酵法生产味精 世界产量76 在亚洲 主要是日本 中国 20 在欧美 70年代未出现了以甜菜糖蜜为原料 哈尔滨糖厂 80年代用甘蔗糖蜜为原料生产味精 试产成功 之后 福建和广东还引进国外技术 建造甘蔗糖蜜味精厂 使味精生产在原料消耗和生产成本方面有较大幅度的降低 第二节谷氨酸发酵机理 谷氨酸生产菌必需具备以下的主要生化特性 1 生产菌的 酮戊二酸脱氢酶的活性必须极低或缺失 这样才有可能使 酮戊二酸得以累积而利于谷氨酸形成 2 生产菌的谷氨酸脱氢酶的活性必须很高 以免被低浓度产物谷氨酸所抑制 3 菌体细胞膜对谷氨酸产物具有较高的通透性 以利于谷氨酸的分泌 如 油酸缺陷型硫殖短杆菌D 248 二 谷氨酸发酵机理谷氨酸生产菌合成谷氨酸的途径可以包括以下三步 第一步 葡萄糖转化为丙酮酸 第二步 丙酮酸转化为 酮戊二酸 第三步 酮戊二酸通过还原性氨基化 加氨 合成谷氨酸 详见97 98页 第三节糖蜜生产味精的流程图解 甘蔗糖蜜发酵制取味精主要包括发酵 提取和精制三个流程 一 发酵流程1 发酵工艺流程如图1 7 2 99页 说明 将培养扩大后的菌种接入发酵罐 并连续流加糖液 营养液 清水 通入无菌空气 控制一定的pH和发酵液浓度 待发酵成熟后 将成熟醪送去提取流程 二 提取流程从发酵液提取谷氨酸的方法有 等电点离子交换法 锌盐点 一次冷冻等电点法 双柱离子交换法 浓缩等电点法等 1 等电点离子交换法将发酵液用盐酸调节至谷氨酸等电点 PH3 3 2 使谷氨酸沉淀析出 2 锌盐法在发酵法中加入ZnSO4使谷氨酸生成难溶的谷氨酸锌沉淀 再用盐酸溶解并调节pH值至谷氨酸等电点使谷氨酸沉淀析出 3 一次冷冻等电点法本法根据谷氨酸的溶解度随温度下降而减小的性质 以冷冻盐水作冷却剂 将发酵等电液降温至0 5 使结晶析出 4 浓缩等电点法此法是将发酵液加热除菌体后真空浓缩至一定浓度 然后调节等电点 冷冻结晶 为提高收得率 菌体经处理 过滤得到的滤清液返回至真空浓缩 其流程如图1 7 3所示 101页 三 精制流程精制过程是将提取过程获得的粗谷氨酸制成符合产品要求的谷氨酸单钠 味精 的过程 从发酵液提取出来的只是粗谷氨酸结晶 其中仍夹杂有少量杂质 色素等 必须进一步除杂提纯才能获得成品味精 精制流程如图1 7 4 101页 流程说明 1 中和中和的目的就是用碱调整溶液的pH值 至中性 使谷氨酸的电解离子平衡发生改变 最大限度生成L型 谷氨酸单钠 2 脱色可用活性炭吸附 然后过滤除去 或用离子交换法达到脱色目的 3 除铁目前许多味精厂是应用硫化钠与中和液中的铁离子反应生成硫化亚铁沉淀而达到除铁目的的 4 蒸发结晶蒸发浓缩一般在真空蒸发罐内进行 浓缩至浓度约500g L 结晶则在强制内循环结晶罐中进行 5 助晶 分离 干燥 筛选得到成品味精 分离的母液进行回收 第四节影响谷氨酸发酵的因素 一 供氧量谷氨酸生产菌是需氧微生物 在谷氨酸发酵的菌体生长期和谷氨酸形成时期 必须适量供氧才能获得高产 二 温度谷氨酸产生菌的最适生长温度是30 32 产生谷氨酸的最适温度为34 37 根据这一特点 发酵前期长菌体阶段的温度应控制在30 32 发酵中 后期的温度则应控制在34 37 三 pH谷氨酸发酵过程控制在中性和微碱性条件下 pH7 0 8 0 有利于谷氨酸的生成 在生产操作上 一般在发酵前期pH控制稍高些 在7 5左右 对抑制杂菌有利 因谷氨酸脱氢酶的最适pH为7 0 7 2 故在发酵中 后期控制pH在7 2左右 四 氨离子浓度当氨离子浓度不足时 酮戊二酸还原氨基化量减少 谷氨酸产量就减少 当氨离子浓度过高时 谷氨酸则会进一步生成酰胺 谷氨酸产量也减少 因此氨离子浓度在发酵液中要控制适量 五 生物素培养液中生物素含量是影响谷氨酸发酵的最重要因素 目前认为 生物素的主要作用是改变细菌细胞膜的通透性 过多的生物素会降低细胞膜的通透性 造成谷氨酸排出障碍 实验结果证明 发酵培养液中的生物素必须控制在亚适量水平 2 5 g L 才能保证发酵液中有大量的谷氨酸积累 甘蔗糖蜜中含有过剩的生物素 每公斤甘蔗糖蜜含生物素高达1 2 3 2mg 为解决其对谷氨酸分泌的障碍 目前采取的方法有 1 对糖蜜进行有效的预处理活性炭处理法 用活性炭吸附除掉生物素 水解 活性炭处理法 先用盐酸水解糖蜜 再用活性炭吸附 树脂处理法 用非离子化脱色树脂除去生物素 亚硝酸处理法 用亚硝酸破坏生物素 2 添加青霉素发酵法在生产菌的生长初期 培养开始后的数小时 添加青霉素G 以便使谷氨酸在菌体外部大量积累 一般认为 由于青霉素阻止了细胞壁的合成 因而控制了菌体增殖 同时也清除了代谢产物的通透性障碍的缘故 3 添加表面活性剂发酵法在发酵的适当时间添加适量的表面活性剂 可起到像添加青霉素一样的作用 达到增加谷氨酸对糖收率的目的 例如 添加非离子系 如吐温60 吐温40 阳离子系 如烷基胺 阴离子系 如氯化十六烷基三甲胺 等表面活性剂以及饱和脂肪酸蔗糖酯 硬脂酸的酯和C16 C18的饱和脂肪酸 均能达到增产谷氨酸的目的 4 采用非生物素营养缺陷型突变菌株发酵法采用油酸缺陷型突变菌株发酵 能从遗传上解除生物素对谷氨酸积累的控制 在以甘蔗糖蜜为原料