味精的生产工艺

味精的生产工艺第1页/共25页

味精的制作第2页/共25页一实验目的1掌握谷氨酸发酵的原理及发酵过程的控制和操作2掌握培养基的配制和灭菌的基本技术、谷氨酸菌种制备及种子扩大培养。3了解用等电法从发酵液回收谷氨酸的方法。4掌握由谷氨酸制备谷氨酸钠的方法。

二实验原理味精,也称味素,因味精起源于小麦,俗称麸酸钠、谷氨酸钠（分子式C5H8NO4Na）。谷氨酸是由谷氨酸棒杆菌以葡萄糖为原料生产的一种呈味氨基酸，其代谢机理为：葡萄糖经糖酵解（EMP）和单磷酸己糖途径（HMP）生成丙酮酸，一方面丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA，另一方面经CO2固定作用生成草酰乙酸，两者合成柠檬酸进入三羧酸循环（TCA循环），由三羧酸循环的中间产物α-酮戊二酸在谷氨酸脱氢酶的催化下，还原氨基化合成谷氨酸。由于谷氨酸棒杆菌为生物素缺陷型突变株，要在培养基中添加亚适量（浓度应在5g/L左右）生物素维持细胞正常生长和控制细胞膜的透性达到高产谷氨酸的目的。回收的谷氨酸又称麸酸，并无鲜味，将其进行中和精制得到味精。第3页/共25页等电点法提取谷氨酸原理谷氨酸具有两性电解质性质，溶于水呈离子状态，解离方式取决于溶液pH，在不同pH溶液中，谷氨酸可解离成GA+、GA±、GA-和GA2+四种不同离子状态。谷氨酸等电点是3.22，故当溶液的pH为3.2时，溶液中大部分是GA±两性离子，其分子内部正负电荷相等,并含有等量的带不同电荷的阳离子(GA+)和阴离子(GA-),因此溶液中总静电荷等于零。由于谷氨酸分子之间相互碰撞,再通过静电引力的作用,结合成较大的聚合体而被沉淀析出,因而处于等电点时GA的溶解度最小。谷氨酸在不同条件下结晶，会形成两种不同晶形，一种为α型斜方晶体，颗粒大，容易结晶析出，纯度高；一种为β型鳞片状结晶，比重轻，不宜沉淀分离，往往夹有杂质与胶体结合，浮于液面或母液中，纯度低。等点操作中应尽量控制β型晶体的形成。又由于温度对GA的溶解度影响很大,温度越低溶解度越小,生产上多采用0～4℃。第4页/共25页第5页/共25页三实验用品一）仪器：试管、三角烧瓶、纱布、吸管、接种环、试管、烧杯、752（7200）分光光度计、高压灭菌锅、电子天平、超静工作台、10L自动发酵罐、高压灭菌锅、生化培养箱、摇床、旋转蒸发仪等二）菌种谷氨酸棒杆菌（实验室提供）三）培养基

1.斜面培养基（g/L）酵母粉0.5，蛋白胨1，氯化钠0.5，pH7.0121℃灭菌30min第6页/共25页2种子培养基（g/L）：葡萄糖25，玉米浆30（23~30），MgSO40.5，K2HPO41.5，MnSO40.02，FeSO40.02，尿素5。pH值7.0～7.2121℃灭菌30min3发酵培养基（g/L）：葡萄糖140、糖蜜2.0（玉米浆6）Na2HPO41.0，KCl1.2，MgSO40.8，MnSO40.02，FeSO40.02，VB10.2mg，pH7.0～7.2。4补料溶液：葡萄糖600g/L，质量分数40%尿素（氨水25%）5消泡剂0.01%（消泡剂配制后经灭菌、冷却后备用)第7页/共25页四实验内容

（一）工艺流程

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→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（二）实验步骤1斜面菌种制备：接种针挑取1环原始菌种，于斜面培养基划线，在恒温培养箱32℃培养18-24h。2液体种子培养：接一环生长良好的斜面种子至装有50ml种子培养基的500ml三角瓶（1000ml装200-250ml），放在冲程为8cm的往复式摇瓶柜上培养，转速为96r／min，温度32℃，培养8-9h。一级种子质量标准：pH6.5光密度△OD0.75以上残糖0.5%以下镜检：菌体生长均匀、粗壮，革兰氏阳性，无杂菌，八字形占95%以上由于发酵罐的容积较小，所以省略了二级种子的培养。第8页/共25页3-1发酵培养——发酵罐培养1培养基配制按发酵培养基配制，用自来水定容至发酵罐容积的60%，pH调至7.0-7.2。2）灭菌①空消及空气过滤系统灭菌灭菌前检查发酵罐及相关管路气密性，121℃灭菌30min，灭菌过程打开各路排气阀门，空气过滤系统灭菌后通压缩空气吹干备用。(罐小，可省略)2）实消发酵罐加入培养基后，通过夹套预热至80℃，直接通蒸汽灭菌，121℃灭菌20min，再关闭蒸汽，改用自来水冷却至32℃。灭菌完毕通无菌空气保持罐内正压，防止染菌。第9页/共25页3）发酵工艺条件采用火焰接种法接种，接种量10%罐压控制在0.05MPa转速200~750r/min，调节转速及通气量控制溶氧在20%以上当pH降到7.0~7.1左右，及时流加尿素（氨水）。前期pH7.5~8.0，中期降到7.1~7.4，后期7.0，在发酵结束前6小时停止流加尿素（氨水），接近放罐时pH约6.5~6.8温度：0-5h34℃；5-10h35℃；10-18h36℃；18h~26h37℃；26h后37℃第10页/共25页OD净增控制:总△OD=0.75～0.8。残糖浓度通过流加葡萄糖液（残糖在5%~2.0%时是流加糖最佳时机）控制在10-15g/L。发酵周期在36h内，放罐时残糖应低于5g/L。流加糖占总投糖的60%~70%时产酸和转化率较为理想。开始流加时机应以残糖量、耗糖速度、菌体的活力和转型情况为依据泡沫控制：在发酵产生一定泡沫时，流加一定量的消泡剂，每次流加约40g/m3。第11页/共25页4）放罐发酵结束后，将发酵液加热至80℃维持15min灭菌，并清洗发酵罐及补料瓶。从发酵4小时开始，每间隔2小时测定OD，pH，糖含量，镜检3-2发酵培养——摇瓶发酵取种子培养液以10%接种量接种至装有25mL发酵培养基的500mL三角瓶中，8层纱布封口，置巡回式摇床(220r/min)上振荡培养36h。添加2滴1%苯酚红指示剂，间歇流40％加尿素控制pH在7.0左右。温度：前期32～33℃，后期34～37℃。转速：前期100r／min，后期220r/min。第12页/共25页第13页/共25页发酵过程参数测定幻灯片9还原糖的测定谷氨酸的测定菌体形态观察菌体浓度测定发酵过程参数的控制DO值pH温度搅拌速度发酵发酵液冷却接种三角瓶培养固体斜面培养上罐实消培养基的配制谷氨酸发酵的工艺流程简图第14页/共25页

6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

晶种

4h↓↓发酵液→菌体分离→清液（浓缩）→育晶点→停酸搅拌两小时→边冷却边缓慢调酸→↑

2MHCL

等电点→低速搅拌结晶6~8h→4℃静置沉降4h→湿谷氨酸→离心分离→谷氨酸↓母液1)发酵液预处理采用金属过滤膜过滤设备去除菌体及固形物杂质，必要时可在膜过滤前添加絮凝剂沉淀蛋白质杂质，添加发酵液体积1.5%的粉末活性炭在80℃下对发酵液脱色20min，在510nm下透光值达到75%以上。第15页/共25页2）发酵液浓缩采用旋转蒸发仪70℃、-0.1MPa真空度下浓缩发酵液体积至原体积的50%。3）等点结晶采用2MHCL调节谷氨酸浓缩液pH至3.2，并缓慢搅拌育晶8h4）晶体分离及干燥采用真空抽滤设备分离谷氨酸晶体，60℃烘干并称重。7谷氨酸制味精谷氨酸用适量的NaCO3溶液中和后，再经过过滤、浓缩、离心分离等步骤、最终制成味精。工艺条件：湿谷氨酸：水：纯碱：活性炭=1：2：（0。3~0.34）：0.01

第16页/共25页1）在不锈钢内桶内加入清水及活性炭升温到65℃，开始搅拌60r/min。投入谷氨酸，成为饱和溶液。2）缓慢逐步加入NaCO3中和到pH6.4（试纸），加热到65℃，继续搅拌4）谷氨酸钠的浓缩结晶：a.将澄清的脱色液（18-20B/35℃）加到旋转式蒸发仪（加料<1/2）,真空度80kPa以上，T<70℃浓缩至34~34.5B/80℃，升温至80℃放料。放料后冷却，搅拌2~3h后开冷却水降温，降温到（室温+15℃）b.分离：抽滤（工业滤布作介质/真空抽滤设备

）c.烘干：鼓风干燥箱（T<60℃）干燥。即可得到味精原粉。注中和液除铁、除锌：硫化钠法、树脂法除铁锌。第17页/共25页

五注意事项

1菌种制备的整个过程牢固无菌概念，严防杂菌污染。2流加糖消毒灭菌温度不宜过高，切要迅速降温至30~45℃，105℃在搅拌以防止糖液的焦化产生焦糖和色素,流加过程中残糖控制量不宜忽高忽低。3等电点法提取谷氨酸注意A、发酵液纯度高：谷氨酸/残糖比值高，胶体少，提前除菌体最好；B、发酵液处理要及时；C、加酸调pH、温度、育晶时间、搅拌服从结晶规律，特别是观察到晶体后，要停搅拌2h育晶，否则产物无法沉淀。D谷氨酸结晶操作中要控制条件，避免β型结晶析出。4中和使用NaCO3，在pH7左右得到谷氨酸一钠，在pH9-10得到的是谷氨酸二钠，因此中和应严格控制反应的pH。5注意配料顺序：硫酸镁和磷酸氢二钾应分别溶解，交叉加入

第18页/共25页六实验数据处理方法1）菌体OD

：吸取0.5ml发酵液，加入9.5ml水稀释并摇匀，采用7200分光光度计于600nm下（752型620nm）测定吸光值。2）pH值:在线测定3）还原糖含量:用裴林试剂测定4）镜检：每隔6小时检测菌体的生长状况，要求无杂菌和噬菌体。5）GA含量：从发酵12小时开始，每隔4小时测定GA含量，GA用茚三酮比色法测定。6）糖酸转化率发酵液中生成的谷氨酸量和消耗的葡萄糖质量的比例。转化率=Vt×GA%/V0×初糖%(Vt—发酵放罐体积;V0—初始定容体积)第19页/共25页七实验结果分析1实验过程中每间隔2h取样一次，分别测定还原糖、溶氧、通气量、PH、菌体浓度、谷氨酸含量等指标的过程曲线，绘制谷氨酸发酵过程曲线图，并解释曲线变化的原因。2、计算谷氨酸产量、糖酸转化率、谷氨酸提取收率等指标；以发酵零小时的投入糖量除以发酵终了的谷氨酸总质量，得到谷氨酸的转化率。3比较各小组实验结果，评价本小组谷氨酸发酵及味精制作的结果，总结实验过程中的得与失。4根据所得产量，分析影响味精产量的因素。第20页/共25页八思考题1为什么以尿素为氮源的发酵控制中，增加风量和提高溶氧会造成发酵液PH的上升？2以谷氨酸发酵过程中pH值的变化规律为例，说明为什么pH值的变化是反应过程中菌体生长和产物合成的综合性指标？3发酵过程实现高的产酸，应如何防止杂菌及噬菌体感染？

第21页/共25页主要参考文献发酵工程实验指导吴根福主编高等教育出版社2006.5ISBN7-04-018619-5生物工程专业实验贾世儒主编中国轻工业出版社2004.7ISBN7-5019-4390-7固定化原生质体半连续发酵生产谷氨酸文章编号0254-5071（2010）06-0121-02

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