味精工艺设计

1、精选优质文档-倾情为你奉上摘  要 : 味精的主要成分是谷氨酸钠，是一种鲜味剂。本设计是年产味精5.9万吨(其中99%味精1.77万吨，80%味精4.13万吨)，折合纯味精5.0563万吨，年生产日为320天每天生产味精158吨。发酵车间选用18个发酵罐，日运转9个发酵罐，每天装9罐。等电点灌车间选用18个等罐，日运转9个等电点罐，每天装9罐。等电点提取的发酵方法生产味精。以大米为原料，经糖化、发酵、提取、中和、精制工艺制成商品味精。谷氨酸发酵受温度、pH、排气通风量等因素的影响，整体操作要在无菌的条件下进行。本设计从工艺流程，物料和热量衡算，用水量，设备选型，主

2、要设备工艺尺寸的计算。  关键词：谷氨酸钠  发酵  工艺 Abstract : The main composition of MSG is monosodium glutamate, is a kind of freshness. This design is an annual output of 59000 tons of monosodium glutamate (99% of monosodium glutamate, 17700 tons of monosodium glutamate, 41300

3、tons), or pure monosodium glutamate, 50563 tons of annual production for the production of monosodium glutamate, 158 tons a day, 320 days. Selects 18 fermentation tank, fermentation workshop day nine fermentation tank, running every day 9 cans. Isoelectric point selection of filling workshop in 18,

4、pot, nine days running isoelectric point cans, 9 pot every day.Isoelectric point extraction methods of fermentation production of MSG.Using rice as raw materials, saccharification, fermentation, extraction, neutralization, refined workmanship goods monosodium glutamate. Glutamic acid fermentation te

5、mperature, pH, exhaust ventilation rate, the influence of such factors as the overall operation under aseptic conditions. The design process, from material and heat balance, water consumption, equipment type selection, the calculation of main equipment process size, the fermentation workshop design.

6、 Keywords: monosodium glutamate fermentation process1设计产品种类1.1味精的主要性质 味精的主要成分是谷氨酸钠盐（MSG），又名谷氨酸钠、味素等，它具有强烈的鲜味，是食品中添加的增鲜剂1。此外味精还含有少量食盐、水分、脂肪、磷、铁、糖等其他物质。味精是一种具有肉类鲜味的物质，食用后受胃酸的作用，通过化学反应生成谷氨酸。谷氨酸具有较高的营养价值，不仅是组成人体蛋白质的主要成分，而且还参与体内许多其他代谢过程。 味精的中文化学名称：L-谷氨酸单钠一水化物；L-氨基戊二酸1，5单钠一水化物。 味精的商品名称：味精、味

7、素、俗称麸酸钠、谷氨酸钠。 味精的英文名称：Monosodium L-glutamate，简写：MSG；Monosodium L-glutamate monohydrate；Gourmet powder 1.1.1味精的物理性质 性状：无臭，有特殊鲜味，是一种无色至白色的柱状结晶或白色的结晶性粉末。 分子式：C5H8NO4Na·H2O 结构式：HOOC-CH2-CH2-CH（NH2）-COONa·H2O  分子量：187.13 密度：粒子相对密度1.635

8、；视相对密度0.800.83 结晶系：斜方晶系柱状八面体 pH：7.0 熔点：1950（在1250以上容易失去结晶水） 溶解度：味精易溶于水，不溶于乙醚丙酮等有机溶剂，难溶于纯酒精。 1.1.2味精的化学性质 味精可在水中解离；在盐酸作用下可生成谷氨酸（Glu）或谷氨酸盐酸盐（Glu·HCl）；在强碱作用下可生成谷氨酸二钠盐，但加酸后仍可生成谷氨酸钠；在水溶液中长时间加热，可脱水生成吡咯烷酮羧酸钠，它在酸或碱的作用下仍可水解成谷氨酸钠或谷氨酸，谷氨酸钠水溶液在不同温度、时间下的脱水状况不同。 味精的化学式是C5H8

9、O4NNa·H2O，是一种外观白色的结晶粉末，与酸、碱都能反应。 与盐酸作用生成谷氨盐酸盐： C5H8NO4Na+HCl      C5H9O4N+NaCl               +HCl    C5H9O4N·HCl  与碱作用生成谷氨酸二钠盐： C5H8O4NNa+Na

10、OH      C5H7O4NNa2+H2O 味精的等电点：pI=6.96。谷氨酸钠是一种氨基酸的钠盐。在某一pH的溶液内，氨基酸解离呈阴、阳离子的趋势相同，呈电中性，所带的净电荷为零，此时的溶液pH就是该氨基酸的等电点。 1.1.3味精的鲜味和化学结构 L-谷氨酸钠（MSG）有非常浓的鲜味，它的鲜味的强度与pH值有关，中性时鲜味最强，酸性或碱性情况下鲜味均降低2。在酸性氨基酸中，羧基以-COOH的形式存在，在碱性氨基酸中，氨基以-NH2的形式存在，氨基与羧基之间的静电吸引减少，所以鲜味消失。 

11、1.2味精与人体健康 谷氨酸普遍存在于人的体内，人体蛋白质的20%是谷氨酸盐。味精不仅能起到调味的作用，而且还能为人体补充谷氨酸钠。味精味道很鲜美，有健身补脑功效，可用于药膳调料，能提高鲜味、增进人们的食欲。对于体质虚弱的人，能起到增加营养吸收和消化的作用，使消化系统得到改善。 人体食用味精后，味精可以经过胃酸作用，转化为谷氨酸，谷氨酸又被消化吸收构成蛋白质，有很高的营养价值。谷氨酸虽然是一种非必需氨基酸，但是在人体内一些反应中起着重要的作用。谷氨酸对于中枢神经和大脑皮质有益，食用后大约有96%在人的体内被吸收。 脱氨基作用。经过辅酶的作用，谷氨酸反应生成-酮戊二

12、酸，-酮戊二酸进入三羧酸循环（TCA Cycle），成为碳水化合物和蛋白质的中间代谢的一个连接者。 谷氨酸能在人体内转化为糖，然后再进入糖代谢。 1.3味精的应用 1.3.1食品工业 味精在食品类方面可以作为一种添加剂，能够产生“鲜味”是其重要的功能。此外，味精还可以改善食品的自然风味，使食品克服异味。随着国家现代化、社会化的发展，食品加工业也在不断地壮大，同时对味精的需求量也越来越大。味精在罐头、冷藏食品、熟食品加工、小食品和快餐调料等方面的应用也日益广泛。 然而，我们在使用味精时，应该注意使用温度和烹饪方法。烧菜时，不要过早地放入

13、味精。当烹调加热至120以上时，谷氨酸钠会发生化学变化，生成焦谷氨酸钠，既失去了鲜味，又对人体没有营养价值，而且还会有轻微的毒害作用。所以平时炒菜、做汤时，应该在临出锅时放入味精，并且不要把它放在有小苏打或碱的菜中，以免味精中的谷氨酸反应生成谷氨酸二钠，从而失去其鲜味。炒菜、做汤时，加点味精可以使菜、汤更加鲜美，但是，味精也不是越多越鲜，放多了反而会使舌头发麻，产生一种似咸非咸、似涩非涩的怪味。 1.3.2医药工业 谷氨酸钠进入到胃肠后，会很快分解出的谷氨酸，并且立即参与人体内正常物质代谢的过程；当人体内葡萄糖供应不足时，谷氨酸还能及时替补葡萄糖，作为脑组织活动的能源，改善

14、大脑组织的一些机能；谷氨酸能与人体内血氨结合生成无毒的谷氨酰胺，具有保肝的重要生理功能并辅助治疗肝病、肝功能不全、肝功能受损及肝昏迷；谷氨酸钠在临床上用于治疗某些精神病疾患、增强记忆、安定情绪及对神经衰弱等有明显的效果和辅助治疗精神分裂症和癫痫病，谷氨酸钠已被列入许多国家的药典2。 1.3.3制造工业 焦谷氨酸钠（味精脱水后生成的产物），具有很好的吸湿性，能够保持皮肤湿润，防止皮肤干燥，并且可以增强皮肤、毛发的柔软性和弹性。日本已经有以谷氨酸钠（或谷氨酸）作为原料生产的化妆品、高级人造革和洗涤剂等产品。 1.3.4农业领域 谷氨酸作为植物生长调节剂，可以

15、增加柑橘果实的含糖量，降低酸度。另外，谷氨酸钠还可用于制备农药。谷氨酸钠不仅是西红柿的保护性杀菌剂，还是防治果树腐烂病的杀菌剂。它还可以用做微肥的载体，发挥微量元素的效果。 1.4味精工业的发展及现状 1.4.1世界味精工业的发展历程 味精既是我们生活中不可缺少的调味品，又是食品工业中的一种高利税产品。原材料市场充裕，价格便宜是其最大的特点。 味精作为商品问世，发展到现在已经有100年的历史。味精发展的初期，是德国的立好生从小麦面筋（醇的可溶部分）硫酸分解物之酸性氨基酸中最先单离出谷氨酸。随后人们对谷氨酸的结构和旋光性有了科学的了解。到1909年，日本的

16、池田与铃木三郎创建了味之素公司，商品味精开始问世，从此诞生了味精工业。味精发展的转换期是1936年到1966年，美国国际化学药品公司以甜菜废糖液为原料，利用抽出法生产味精。中国沈阳味精厂以脱脂大豆粕生产味精。后来又出现了发酵法、合成法。20世纪60年代到今天，是味精的发展期，1962年韩国的味元和第一制糖公司以发酵法生产味精。1963年法国的傲桑（ORSAN）公司以甜菜糖蜜原料生产味精。19641965年，中国的上海、沈阳、天津等厂以淀粉原料发酵生产味精。1972年朝鲜平壤味精厂用粗砂糖为原料以发酵法生产味精。1974年印尼与韩国合资以糖蜜生产味精。1975年美国Stauffer化学公司以糖蜜

17、原料制造味精，1983年停产。此外，泰国、意大利、法国、巴西、马来西亚等国的味精厂在60年代后也逐步兴起，均用发酵法生产味精 。 味精最初是利用大豆、面筋为原料水解生产的，随着发酵技术的发展，发酵生产味精使味精生产成本显著下降了。到了六、七十年代，开始试用糖蜜为原料进行味精的生产。至本世纪八十年代，糖蜜味精发酵生产已经使味精产业成本很低，成为世界味精生产发展的趋势，并占领和垄断了味精市场。 1.4.2我国味精工业的发展史 我国味精生产始于1923年，到现在已经有80多年的历史了。中国味精的发展经历了创建期、转换期和发展期三个历史阶段。上海天厨味精厂的创办

18、是我国味精工业的开端。起初以面筋作为原料，用水解法生产味精。后来逐渐发展为用糖、淀粉、粮食等为原料，采用发酵工艺生产味精。到了现阶段，我国味精生产原料多样化，工艺装备水平不断改进提高，产量骤增。 我国的工业味精生产，近十几年来得到了很大的发展。1992年，我国年产味精只有34万吨，到2001年，我国味精年产量已经达到了71.4万吨，可以说味精产量以每年10%的速度迅速递增。目前，我国的味精总产量已经居世界第一位，但是人均消费水平却仍然较低，日本、韩国、法国的年人均消费味精量达800克以上，而我国年人均消费量只有400克左右。随着我国人民生活水平的提高，味精消费量一定会持续增长。按年人

19、均消费600克计算，我国每年需求味精量72万吨，再加上食品、医药及其它工业的需要，味精市场需求潜力是非常大的。 1.4.3我国味精工业的发展现状 味精在我国的生产和消费有着悠久的历史，味精行业经过几十年的不断革新创造，中国工业味精的生产能力及相关技术均得到了较大提高。我国现有味精生产厂200多家，味精年产量居世界首位4。现阶段我国味精厂大部分是以粮食为原料经发酵工艺制取的。淀粉质原料经水解成为葡萄糖，再经过谷氨酸棒杆菌发酵而生成谷氨酸，然后经碱中和生成谷氨酸钠结晶5。 目前我国味精生产技术与世界先进技术比较，还存在以下问题：规模小；技术水平低；生产过程自动水平低，

20、劳动生产率低；主要原材料价格过高，生产成本高；经营管理机制不健全，还不能完全适应改革开放的新形势，从而影响技术水平的发挥和生产稳定。 1.4.4我国味精市场的前景 现在，全世界的味精产量有150万吨左右。中国2003年的味精产量就已经达到了119万吨，产量居世界第一位，我国已经成为世界味精生产的中心，其主要的技术经济指标，已经进入了世界的先进行列。我国生产技术水平在不断提高，生产成本有所下降，已经扭转了味精出口亏损的局面，成为味精出口大国6。 1.4.4.2彻底根治废水污染 多数厂家已经认识到，生产应该把环保放在第一位。味精生产过程中，主要污染物是废水。

21、生产废水一定要根治达标。经过许多年的努力，我国已经找出了一条有效可靠的治理味精废水的途径。高浓度废水经提取蛋白饲料后，再浓缩造粒，制成复混肥料；低度废水用厌氧-好氧生化处理，然后达标排放。此方法可以变废为宝，废水治理由以前的投入型转变为效益型。这样，不仅解决了废水治理难的问题，又带来了十分可观的经济效益6。 当前我国味精行业要提高经济效益，就应该做到以下几点：合理利用原材料；采用新菌种、新工艺、新技术、新设备，提高技术水平，防止噬菌体污染，节能降耗；逐步实现自动控制，提高劳动生产率，全面降低成本，参与国际竞争；同时要搞好废水治理，提高环境和社会效益。2味精生产工艺2.1生产方法的选择

22、味精制造方法分为水解提取法、合成法和发酵法三大类。现在水解提取法（蛋白质水解法和从废糖蜜中提取法）与合成法已停用。目前世界生产味精的厂商都在采用发酵法生产味精。 2.1.1水解提取法 水解提取法包括植物蛋白质水解法和从甜菜糖蜜提取法。植物蛋白质水解法是生产味精的传统工艺，是以豆粕或面筋等植物蛋白为原料，加酸水解，使蛋白质水解成多种氨基酸，然后单离出谷氨酸，再制成味精。从甜菜糖蜜提取法，在制糖的过程中，用石灰石处理甜菜糖蜜，谷氨酸转化为焦谷氨酸，焦谷氨酸水解后可转化为谷氨酸，由于此方法收率低，而且不经济，已经停止使用。 2.1.2合成法 合成法是以丙烯腈、

23、糠醛、环戊二烯或其他物质为原料来合成谷氨酸，再加工制成味精。化学合成方法制造味精有10多种方法，我国也曾经进行过合成法的小中型试验，但是没有工业化。 2.1.3发酵法 发酵法生产味精，是以糖蜜或淀粉为原料，经糖化、发酵、提取、中和和精制一系列工艺制成味精。 2.2味精生产工艺流程            2.2.1 味精生产工艺流程图 原料的预处理及淀粉水解糖的制取    谷氨酸生产菌种子的扩大培养

24、谷氨酸发酵  谷氨酸的提取与分离  由谷氨酸制成味精及味精成品加工2.2.2发酵法生产味精工艺概述 味精生产总工艺流程图 发酵法生产味精的总工艺流程7如图2-2所示。味精的生产全过程可以分为四个工艺阶段： (1)原料预处理和淀粉水解糖制备； (2)种子扩大培养与谷氨酸发酵； (3)提取谷氨酸； (4)谷氨酸制取味精。 由这四个工艺阶段，味精生产厂家一般就把味精生产分为以下四个车间: (1)糖化车间； (2)发酵车间； (3)提取车间； (4)精制车间。 2.3淀粉糖

25、化工艺 糖化工艺是指将淀粉质原料转化为葡萄糖的过程。糖化液称为淀粉糖或者淀粉水解糖。淀粉糖的主要成分是葡萄糖，还有许多其他的复合糖类。分为原料及其预处理和淀粉水解糖的制备两个过程。 2.3.1原料及其预处理  谷氨酸发酵生产的原料主要是淀粉，其次还有非粮食淀粉原料。淀粉的主要来源是粮食，工业上通常利用各种各样的谷物淀粉或薯类淀粉。例如，北方常用玉米淀粉，南方常用番薯淀粉等。非粮淀粉原料，主要是指甜菜或甘蔗糖蜜，以及醋酸、乙醇、正烷烃（如液体石蜡）等。 非粮食原料一般均不需要预处理（糖蜜除外），就可以直接用来配制培养基。但是糖蜜中的生物色素含量过

26、高，虽然不影响生产菌正常生长，但是会导致生产菌光长菌体，不产谷氨酸。所以，如果采用蜜糖为原料进行谷氨酸发酵生产，就需要对糖蜜进行预处理。许多谷氨酸发酵菌都不能直接利用淀粉和糊精，如果谷氨酸发酵生产是以淀粉质为原料，就需要先将淀粉水解成葡萄糖，然后才能供发酵使用。将淀粉质原料（如淀粉、大米等）转化为葡萄糖的过程就是糖化工艺。 2.3.2淀粉水解糖制备 淀粉糖化可分为酶解法、酸解法和酶酸法三种。三种糖化工艺，各有其优缺点。从糖液质量、收得率、耗能以及对粗淀粉原料的适应情况来看，以酶解法最为优越，酶酸法次之，酸解法最差。但是酶解法糖化设备较庞大，生产周期长。下面简单介绍一下酶解法

27、。 酶解法又称双酶法。它是利用淀粉酶和糖化酶两种酶，将淀粉转化为葡萄糖。 3工艺计算：3.1设计依据：生产能力年产味精5.9万吨(其中99%味精1.77万吨，80%味精4.13万吨)，折合纯味精5.0563万吨，年生产日为320天。主要技术指标 发酵产酸率：4.5% 提取收率： 85%精制收率： 90%谷氨酸制味精转化率：3.2物料衡算3.2.1发酵罐：每立方米发酵液产100%味精：年产发酵液：每天生产发酵液：发酵罐装料系数80%，发酵作业周期（包括空消、实消或连消、进料、出料、清洗等）共48h。所需要发酵罐容积为：，因此选用500m3的发酵罐18台。每日投料灌次：3.2.2种子罐取

28、发酵液量400m3，接种量为1%，培养时间12h，辅助时间4h，每灌需要种子量，因此选用5m3的种子罐18台。一级摇瓶种子每天一瓶8001000ml，接种量为0.570.7%。3.2.3尿素罐总尿以3%计算，每天需用尿素：尿素水溶液平均浓度为50%，装料系数80%，每灌需用尿素溶液：，每天总尿素溶液：因此选用300m3尿素罐1台。3.2.4淀粉水解锅每罐初糖浓度1111.5%，灭菌损耗约5%，以初糖12%计算：纯糖 400×12%=48（m3）则20%糖液为水解时间共0.5h，每班2批次，每天一班，装料系数为80%，每灌需用水解液每天所需水解液量：(m3)因此选用500m3的水解锅3

29、台。3.2.5等电点罐一般情况下，等电点罐的个数等于发酵罐的个数，有发酵罐18台，所以等电点罐也取18台。发酵液400 m3，高流分及盐酸约20%，共480 m3。3.2.6离子交换柱离子交换上柱母液480 m3，谷氨酸含量1.6%，NH4+含量为0.5%，选用mm离子交换柱2台。3.2.7离心机 湿谷氨酸（湿纯90%），每天约选用SS1500型离心机，960r/min，三足式，不锈钢或衬胶离心机6台。4热量衡算：4.1液化工序热量衡算：4.1.1液化加热蒸汽量：加热蒸汽消耗量（D）有下式计算：式中，G-淀粉浆量（kg/h） C-淀粉浆比热容kJ/(kg/k) -浆料初温（20+273=293

30、k） -液化温度（90+273=363k）-加热蒸汽晗，2738kJ/kg（0.3Mpa，表压）-加热蒸汽凝集水的晗，在363k时为377kJ/kg淀粉浆量G：根据物料衡算，日投工业淀粉339.72，连续液化，339.72/24=14.16（t/h），加水为1：2.5，则浆量为14.16（1+2.5）=49.56（t/h）粉浆干物质浓度：粉浆比热C：式中，-淀粉质比热容，取1.55 kJ/(kg/k) X-淀粉干物质量浓度，24.6% -水的比热容，4.18 kJ/(kg/k)则， 蒸汽用量：4.1.2灭酶蒸汽用量：灭酶时将液化液由90加热到100，在100时为419kJ/kg，则要求在20m

31、in内使液化液由90加热到100，则蒸汽高峰量为：以上两项合计平均量： 5.19+0.75=5.94（t/h）则，每天用量： 5.9424=142.56（t/d）高峰量： 5.19+2.25=7.44（t/h）4.1.3液化冷却用水量板式换热器，将物料由100降温至65，用二次冷却水，冷却水进口温度20，出口温度为58.7，需冷却水量W:4.2糖化工序热量衡算每灌20%的糖液240m3，糖化操作周期30h，其中糖化时间25h，糖化罐100 m3，装料为10075%=75m3，每罐需糖化罐：使用板式换热器，使糖化液（经灭菌后）由85降至60，用二次冷却水冷却，冷却水进口温度20，出口温度45，平

32、均用水量为：要求2h内把75m3糖液冷却至40，高峰用水量为：每日糖化罐同运转，取29罐每日放料罐次：240/75×9=28.8（灌），取29罐每日冷却水用量： 2931.6729=26634.47t/d4.3发酵工序热量衡算500 m3发酵罐装料量为400m3,使用新鲜水，冷却水进口温度10，出口温度20，冷却水用量W：根据部分味精工厂的实测和经验数，谷氨酸的发酵热高峰值约为3.0×104kJ/(m3.h)日运转9台，高峰用水量： 287.089=2583.72（t/h）日用水量： 2583.720.824=49607.42（t/d）平均用水量： 49607.42/24=

33、2066.98（t /h）式中，0.8为各罐发热状况均衡指数。4.4谷氨酸提取工序冷量计算等电点罐600 m3，装液量480 m3 ，相对密度1.06，由30降温至5，降温速度2/h，其冷量为：480 1031.0623.97=4.04106kJ/h式中，3.97为发酵液比热容kJ/(kg/k)。中和时H2SO4对水的溶解热为92kJ/mol，6h加98% H2SO45100kg，其溶解热为：每天运转9台等电点罐，总制冷量：5水平衡用水量5.1糖化工序用水量1000kg纯淀粉实际产100%MSG10001.198%50%86%92%1.27=541.60kg1000kg工业淀粉（含86%玉米粉

34、）产100%MSG：541.6086%=465.78kg1t100%MSG实际消耗工业淀粉量： 1000/465.78=2.15t年产53991t纯味精实际消耗工业淀粉量： .15=.45t则320个工作日平均每天消耗淀粉量： .45/320=339.72(t/d)则在水平衡计算过程中：配料用水量，日投工业淀粉339.72t，加水比1:2.5，用水量为：339.722.5=849.30t/d因连续生产，平均水量=高峰水量=849.30/24=35.39t/h液化液冷却水用水量： 平均量=高峰量=42.39t/h糖液冷却水用量，每日用冷却水量26634.47(t/d)平均量：26634.47/24=1109.77(t/h)高峰量：31.67(t/h)5.2用水量配料用水：（240-48）×1.00=192t 其中水的密度为1.00（t/m3）每日投料按9罐计算，需水量：192×9=1728(t/d)平均用水量：1728/24=72t/h要求在0.5h内加入192t水，所以高峰量：192/0.5=384(t/h)6等电点罐6.1罐体尺寸经验上一般取等电点罐总容积为发酵罐有效容积的1.21.3倍，即式中 等电点罐的总容积（m