学习情境1调味品-味精生产.ppt

1、 接受工作任务1.1 工作任务介绍1.1.1 味精的理化性质1.1.2 味精的起源1.1.3 味精的用途,1.2 接收生产任务书 本学习情景的工作任务是以北京棒杆菌AS1.299为菌种，以玉米淀粉、葡萄糖为碳源，以豆饼粉、尿素为氮源，以MgSO4.7H2O 、KH2PHO4等为无机盐，以玉米浆为生长素，各成分按一定比例混合作培养基，通过菌种的扩大培养，把扩大培养的合格种子液接种到已经灭菌的通风搅拌发酵罐中进行发酵，发酵醪液通过预处理后，再经过等电点和不溶盐法提取谷氨酸，谷氨酸再用Na2CO3中和制成谷氨酸钠，通过脱色、浓缩结晶精制、产品气流干燥等生产过程，制得产品味精。,生产任务书,2 工作任务分析 味精成分为谷氨酸单钠盐，带有分子的结晶水，学名叫-氨基戊二酸钠，分子式为 C5H8O4NNaH2O，CAS号 142-47-2，是一种无嗅无色的晶体，熔点225。谷氨酸钠的水溶性很好，在100毫升水中可以溶解74克谷氨酸钠。 所以，我们首先了解谷氨基酸。,2.1 生产原料 谷氨酸生产原料有碳源、氮源、无机盐和生长因子等。 如玉米、小麦、甘薯、大米等，其中甘薯和淀粉最为常用,培养基,1、碳源：是构成菌体和谷氨酸的碳骨架和能源。有淀粉（玉米、甘薯）、糖蜜、醋酸、乙醇、烷烃 碳源浓度过高时，对菌体生长不利，氨基酸的转化率降低。 菌种性质、生产氨基酸种类和所采用的发酵操作决定碳源种类。,2、氮源：是合成菌体蛋白质、核酸及谷氨酸的原料。85用来合成谷氨酸。碳氮比（100：20），主要有铵盐、尿素、氨水；尿素一般作为氮源流加，同时调整pH值。尿素灭菌时形成磷酸铵镁盐，须单独灭菌。可分批流加。 氨水用pH自动控制连续流加。 3、无机盐：是微生物维持生命活动不可缺少的物质。,磷酸盐：对发酵有显著影响。不足时糖代谢受抑制，转向缬氨酸。 镁：是已糖磷酸化酶、柠檬酸脱氢酶和羧化酶的激活剂，并促进葡萄糖-6-磷酸脱氢酶活力。 钾：促进糖代谢。谷氨酸产酸期钾多利于产酸，钾少利于菌体生长。,钠：调节渗透压作用，一般在调节pH值时加入。 锰：是许多酶的激活剂。 铁：是细胞色素、细胞色素氧化酶和过氧化氢酶的活性基的组成分，可促进谷氨酸产生菌的生长。 铜离子：对氨基酸发酵有明显毒害作用。,4、生长因子：谷氨酸发酵需生物素作为生长因子。因产酸菌几乎都是生物素缺陷型。 作用：影响细胞膜透性和代谢途径。 浓度：过多促进菌体生长，氨基酸产量低。过少菌体生长缓慢，发酵周期长。一般在“亚适量”利于产酸 与其它培养条件的关系：氧供给不足，生物素过量时，发酵向其它途径转化 种类：玉米浆、麸皮水解液、甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜为来源。,谷氨酸的生产原理及工艺,谷氨酸生产菌以葡萄糖为碳源，经过EMPH途径和TCA循环生成谷氨酸，在与碱中和而成。总的过程分为五部分： 1淀粉水解糖的抽取 2种子的扩大培养 3谷氨酸发酵 4谷氨酸提取 5由谷氨酸制味精。 味精是谷氨酸的单钠盐。,氨基酸生产菌都不能直接利用淀粉和糊精作碳源，必须把淀粉变成葡萄糖。 淀粉水解为葡萄糖的过程称为淀粉糖化。 淀粉水解糖制备方法： 1酸水解法：酸作催化剂，经高温、高压把淀粉转化为葡萄糖。 2酶水解法：利用淀粉酶将淀粉转化成糊精及低聚糖，增加淀粉溶解性，再用糖化酶将糊精、低聚糖转化为葡萄糖。,3酸酶结合水解法：将淀粉先酸化成糊精、低聚糖，再用糖化酶水解成葡萄糖。,谷氨酸发酵的工艺控制,pH 温度 溶氧,pH对氨基酸发酵的影响及其控制,作用机理：主要影响酶的活性和菌的代谢 控制pH方法：流加尿素和氨水 流加方式：根据菌体生长、pH变化、糖耗情况和发酵阶段等因素决定。 发酵前期PH为7.5-8.0。如PH低长菌不产酸；如PH高菌体生长慢，发酵周期长。 发酵中、后期PH7.O7.6,对产酸有力。,控制： （1）菌体生长或耗糖慢时，少量多次流加尿素，避免pH过高 （2）菌体生长或耗糖过快时，流加尿素可多些，以抑制菌体生长。 （3）发酵后期，残糖少，接近放罐时，少加或不加尿素，以免造成氨基酸提取困难。 （4）氨水对pH影响大，应采取连续流加。,温度对氨基酸发酵的影响及其控制,菌体生长达一定程度后再开始产生氨基酸，因此菌体生长最适温度和氨基酸合成的最适温度是不同的。 前期32，温度过高，则菌体易衰老。 后期3437 ，因菌体生长基本结束，适当提高温度，利于产酸。 采取措施：少量多次流加尿素，维持最适生长温度，减少风量等，促进菌体生长。,氧对氨基酸发酵的影响及其控制,供氧量对菌体生长和谷氨酸积累影响较大 发酵前期，菌体生长，以低通风量为宜。供氧过量可抑制菌体生长； 发酵中后期，以高通风量为宜。此阶段偌供氧量不足，发酵产物有谷氨酸变为乳酸。,4.谷氨酸产生菌（全是细菌） 棒杆菌属 北京棒杆菌 C. pekinense Corynebacterium 钝齿棒杆菌 C. crenatum 谷氨酸棒杆菌 C. glutamicum 短杆菌属 黄色短杆菌 B. flvum Brevibacterium 产氨短杆菌 B. ammoniagenes 小杆菌属 嗜氨小杆菌 M. ammoniaphilum Microbacterium 节杆菌属 球形节杆菌 A. globiformis Arthrobacter,产生菌株特点： 革兰氏阳性 不形成芽胞 没有鞭毛，不能运动 需要生物素作为生长因子 在通气条件下才能产生谷氨酸。,谷氨酸生产菌以葡萄糖为碳源，经过EMPH途径和TCA循环生成谷氨酸，在与碱中和而成。总的过程分为五部分： 1淀粉水解糖的抽取 2种子的扩大培养 3谷氨酸发酵 4谷氨酸提取 5由谷氨酸制味精。 味精是谷氨酸的单钠盐。,谷氨酸生产工艺,一、淀粉水解糖的制备：酸水解或酶水解 1、调浆：干淀粉用水调成10-11Bx的淀粉乳，加盐酸0.5-0.8至pH1.5。 2、糖化：蒸汽加热，加压糖化25min。冷却至80下中和。 3、中和：烧碱中和，至pH4.0-5.0 4、脱色：活性炭脱色和脱色树脂。活性炭用量为0.6-0.8，在70及酸性条件下搅拌后过滤。,酶法糖化：以大米或碎米为原料时采用 大米进行浸泡磨浆，调pH6.0，加a-淀粉酶进行液化，8530min，加糖化酶60糖化24h，过滤后可供配制培养基。,二、菌种扩大培养 1、斜面培养：主要产生菌是棒状杆菌属、短杆菌属、小杆菌属、节杆菌属。 我国各工厂目前使用的菌株主要是钝齿棒杆菌和北京棒杆菌及各种诱变株。 生长特点：适用于糖质原料，需氧，以生物素为生长因子。 斜面培养基：蛋白胨、牛肉膏、氯化钠组成的pH7.0-7.2琼脂培养基，32培养18-24h。,2、一级种子培养：由葡萄糖、玉米浆、尿素、磷酸氢二钾、硫酸镁、硫酸铁及硫酸锰组成。pH6.5-6.8。1000ml装200-250ml振荡，32 ,一级种的种龄为1112h。 3、二级种子培养：用种子罐培养，料液量为发酵罐投料体积的1，用水解糖代替葡萄糖，于32 进行通气搅拌二级种龄控制在7-10h。 种子质量要求：二级种子培养结束时，无杂菌或噬菌体污染，菌体大小均一，呈单个或八字排列。活菌数为108-109 /ml。 接种量为1。过多菌体弱，产酸少； 过少菌体生长慢，发酵周期长。,三、谷氨酸发酵,1、适应期：尿素分解出氨使pH上升。糖不利用。2-4h。 措施：接种量和发酵条件控制使期缩短。 2、对数生长期：糖耗快，尿素大量分解使pH上升，氨被利用pH又迅速下降。溶氧急剧下降后维持在一定水平。菌体浓度迅速增大，菌体形态为排列整齐的八字形。不产酸。12h。 措施：及时供给菌体生长必须的氮源及调节pH，在pH7.5-8.0时流加尿素；维持温度30- 32,3、菌体生长停止期：谷氨酸合成。 措施：提供必须的氨及pH维持在7.2-7.4。大量通气，控制温度34-37。 4、发酵后期：菌体衰老，糖耗慢，残糖低 措施：营养物耗尽酸浓度不增加时，及时放罐。 发酵周期一般为30h。,谷氨酸发酵控制,（1）生物素：作为催化脂肪酸生物合成最初反应的关键酶乙酰辅酶，参与脂肪酸的生物合成，进而影响磷酯的合成。 当磷酯含量减少到正常时的一半左右时，细胞发生变形，谷氨酸能够从胞内渗出，积累于发酵液中。 生物素过量，则发酵过程菌体大量繁殖，不产或少产谷氨酸，代谢产物中乳酸和琥珀酸明显增多。,（2）种龄和种量的控制 一级种子控制在11-12h，二级控制在7-8h。 种种量为1。过多，菌体娇嫩，不强壮，提前衰老自溶，后期产酸量不高。 （3）pH。 发酵前期，幼龄细胞对pH较敏感，pH过低，菌体生长旺盛，营养成分消耗大，转入正常发酵慢，长菌不长酸。 谷氨酸脱氢酶最适pH为7.0-7.2，转氨酶最适pH 7.2-7.4。在发酵中后期，保持pH不变。过高转为谷氨酰胺，过低氨离子不足。,（4）通风：不同种龄、种量，培养基成分，发酵阶段及发酵罐大小要求通风量不同。 在长菌体阶段，通风量过大，生物素缺乏，抑制菌体生长。 在发酵产酸阶段，需要大量通风供氧，以防过量生成乳酸和琥珀酸，但过大通风，则大量积累a-酮戊二酸。,防止噬菌体和杂菌的污染 从空气过滤、培养基、设备、环境等环节严格把关。,四、谷氨酸的提取,1、等电点法：操作简单，收率60。周期长，占地面积大。常采用的方法。 （1）原理：在等电点PH3.2时，谷氨酸电荷为零，此时溶解度最低，会从溶液中析出，离心、过滤可提取谷氨酸。 谷氨酸有两种：-型、-型，前者晶型粗壮，易沉淀分离，需控制条件利于-型形成。,（2）提取工艺控制 A 谷氨酸含量要在4以上，否则先浓缩。 B 为了生长-型晶体，降温速度要慢，低于30 C 加酸调PH时，前期稍快，中期要缓，后期要慢，直到等电点。 D 谷氨酸含量达到5，PH44.5，加晶种； 含量在3.5-4.0，PH3.5-4.0时，投晶种。投入量为发酵液的0.2-0.3。,E 结晶过程中，搅拌速度控制在2030r/min。 F 结晶结束，静止45h，上清液回收，沉淀离心分离得到谷氨酸粗品。,2、离子交换法：用阳离子交换树脂提取吸附谷氨酸形成的阳离子，再用热碱洗脱，收集相应流分，再加盐酸结晶。 3、锌盐法：谷氨酸锌溶解度低，将溶液中的谷氨酸一次性回收。,五 味精生产 味精是谷氨酸单钠盐，在谷氨酸基础上还 需通过中和、脱色、除铁等处理。,工艺控制 （1）中和 将谷氨酸用水溶解后，搅拌，加入碳酸钠，温度65，浓度2124Be，PH6.6-6.8 超过7易生成二钠盐。 （2）脱色 采用活性炭或离子交换脱色。 （3）除铁 加Na2S和F2+,Zn2+反应生成沉淀除去 （4）浓缩结晶 减压真空浓缩，0.075MPa，温度60，浓缩到30Be，加晶种温度维持6570 析出晶体后，离心分离。 （5）干燥包装 晶体气流干燥，配入精盐包装。,谷氨酸发酵研究新进展,继续选育各种生化突变菌株：转化率提高，或可在富含生物素的培养基中保持较高产酸水平。提高原料利用率，拓宽原料来源或简化操作工艺。 生物工程新技术的应用：体外DNA重组的基因工程和原生质体融合技术和固定化细胞技术使产量提高近1倍。 改进发酵工艺：开拓原料，改进流加工艺，通过电子计算机控制发酵条件。,