《味精的生产技术》PPT课件

味精的概述味精的概述 基本介绍基本介绍 味精又称味素，是调味料的味精又称味素，是调味料的一种，主要成分为谷氨酸钠。要注意的是一种，主要成分为谷氨酸钠。要注意的是如果在如果在100以上的高温中使用味精，鲜味以上的高温中使用味精，鲜味 剂谷氨酸钠会转变为对人体有致癌性的焦剂谷氨酸钠会转变为对人体有致癌性的焦谷氨酸钠。还有如果在碱性环境中，味精谷氨酸钠。还有如果在碱性环境中，味精会起化学反应产生一种叫谷氨酸二钠的物会起化学反应产生一种叫谷氨酸二钠的物质。所以要适当地使用和存放。谷氨酸钠质。所以要适当地使用和存放。谷氨酸钠是一种氨基酸谷氨酸的钠盐。是一种无嗅是一种氨基酸谷氨酸的钠盐。是一种无嗅无色的晶体，在无色的晶体，在232C时解体熔化。谷氨时解体熔化。谷氨酸钠的水溶性很好，在酸钠的水溶性很好，在100毫升水中可以溶毫升水中可以溶解解74克谷氨酸钠。克谷氨酸钠。味精的概述味精的概述 化学名称化学名称谷氨酸钠（谷氨酸钠（C5H8NO4Na），又叫麸氨），又叫麸氨酸钠。是氨基酸的一种，也是蛋白质的最后分解产酸钠。是氨基酸的一种，也是蛋白质的最后分解产物。物。味精是采用微生物发酵的方法由粮食制成的现味精是采用微生物发酵的方法由粮食制成的现代调味品。代调味品。谷氨酸的来源谷氨酸的来源 谷氨酸是一种普遍的氨基酸：谷氨酸是一种普遍的氨基酸：人体自产谷氨酸，它主要以络合状态存在于富含蛋人体自产谷氨酸，它主要以络合状态存在于富含蛋白质的食物中，如蘑菇、海带、西红柿、坚果、豆白质的食物中，如蘑菇、海带、西红柿、坚果、豆类、肉类，以及大多数奶制品。部分食物中的谷氨类、肉类，以及大多数奶制品。部分食物中的谷氨酸以自由形态存在；并且只有这种自由形态的酸以自由形态存在；并且只有这种自由形态的谷氨酸盐能够增强食物的鲜味。西红柿、发酵的大谷氨酸盐能够增强食物的鲜味。西红柿、发酵的大豆制品、酵母提取物、某些尖奶酪，以及发酵或水豆制品、酵母提取物、某些尖奶酪，以及发酵或水解蛋白质产品（如酱油或豆酱）所能带来的调味作解蛋白质产品（如酱油或豆酱）所能带来的调味作用中，部分归功于谷氨酸的存在。用中，部分归功于谷氨酸的存在。生产原料生产原料 发酵生产谷氨酸的原料有发酵生产谷氨酸的原料有 淀粉质原料：玉米、小麦、甘薯、大米等。其中甘薯和淀粉淀粉质原料：玉米、小麦、甘薯、大米等。其中甘薯和淀粉最为常用；最为常用；大米进行浸泡磨浆，再调成大米进行浸泡磨浆，再调成15Bx，调，调pH6.0，加细菌，加细菌a-淀粉酶进行液化淀粉酶进行液化，85 30min，加糖化酶，加糖化酶60 糖化糖化24h，过滤后可供配制培养基。，过滤后可供配制培养基。糖蜜原料：甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜；糖蜜原料：甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜；糖蜜原料：不宜直接用来作为谷氨酸发酵的碳源，因含丰富的生物素糖蜜原料：不宜直接用来作为谷氨酸发酵的碳源，因含丰富的生物素。预处理方法：活性碳或树脂吸附法和亚硝酸法吸附或破坏生物素。也预处理方法：活性碳或树脂吸附法和亚硝酸法吸附或破坏生物素。也可以在发酵液中加入表面活性剂吐温可以在发酵液中加入表面活性剂吐温60或添加中青霉素。或添加中青霉素。氮源料：尿素或氨水。氮源料：尿素或氨水。国内常用的谷氨酸生产菌种（1）北京棒杆菌）北京棒杆菌AS1.299（2）北京棒杆菌）北京棒杆菌7338 （3）北京棒杆菌）北京棒杆菌D110 (4)棒杆菌棒杆菌S-914 （5）钝齿棒杆菌）钝齿棒杆菌AS1.542 （6）钝齿棒杆菌）钝齿棒杆菌HU7251 （7）钝齿棒杆菌）钝齿棒杆菌B9 （8）钝齿棒杆菌）钝齿棒杆菌B9-17-36 （9）黄色短杆菌）黄色短杆菌T6-13 (10)黄色短杆菌黄色短杆菌FM84-415这些菌株多数具有产酸高、耐高温、生长快、转化这些菌株多数具有产酸高、耐高温、生长快、转化率高、生产周期短的特点。率高、生产周期短的特点。谷氨酸的发酵机理谷氨酸的发酵机理 谷氨酸发酵机理主要有糖酵解途谷氨酸发酵机理主要有糖酵解途径（径（EMP途径）、磷酸己糖途径途径）、磷酸己糖途径（HMP途径）、三羧酸循环（途径）、三羧酸循环（TCA）、乙醛酸循环、伍德）、乙醛酸循环、伍德-沃克沃克曼反应（曼反应（CO2的固定反应）等。的固定反应）等。谷氨酸发酵技术谷氨酸发酵技术 一、淀粉水解糖制取一、淀粉水解糖制取 淀粉的水解方法有：酸水解法、酶水解法、酸酸水解法、酶水解法、酸酶水解法酶水解法和酶酸水解法酶酸水解法4种。1、酸解法、酸解法1）淀粉的酸解反应）淀粉的酸解反应以无机酸为催化剂，使淀粉发生水解反应生成葡萄糖的过程，称以无机酸为催化剂，使淀粉发生水解反应生成葡萄糖的过程，称为淀粉的酸解。为淀粉的酸解。2）葡萄糖的复合反应）葡萄糖的复合反应淀粉酸解过程中生成的葡萄糖，在酸、加热和催化作用下，主要淀粉酸解过程中生成的葡萄糖，在酸、加热和催化作用下，主要通过通过-1，6糖苷键连接成异麦芽糖和经糖苷键连接成异麦芽糖和经-1，6糖苷键连接成龙胆糖苷键连接成龙胆二糖，这种反应称为复合反应。二糖，这种反应称为复合反应。3）葡萄糖的分解反应）葡萄糖的分解反应4）酸解淀粉工艺流程）酸解淀粉工艺流程5）糖化条件的控制）糖化条件的控制（包括：淀粉乳浓度的控制、酸的种类和用（包括：淀粉乳浓度的控制、酸的种类和用量、糖化温度和时间、糖化锅结构、加酸方式、糖化终点的判断量、糖化温度和时间、糖化锅结构、加酸方式、糖化终点的判断、酸解液的中和除杂、酸解液的中和、水解糖液的质量要求）、酸解液的中和除杂、酸解液的中和、水解糖液的质量要求）2、酶水解法酶水解法-淀粉酶将淀粉水解成糊精和低聚糖，然后再用糖化淀粉酶将淀粉水解成糊精和低聚糖，然后再用糖化酶将糊精和低聚糖进一步水解成葡萄糖的方法，称为酶将糊精和低聚糖进一步水解成葡萄糖的方法，称为酶解法。酶解法。1）淀粉的液化）淀粉的液化（1）-淀粉酶的水解作用淀粉酶的水解作用（2）液化条件）液化条件（生产上采用30%-35%淀粉乳浓度，加酶同时加入一定量Ca离子，然后再85-90下进行液化）（3）液化方法（）液化方法（国内目前较为普遍采用的是一次升温液化法和连续进出料液化法）（4）液化程度的控制）液化程度的控制（液化程度应控制在20-30个葡萄糖单位的底物分子为宜，根据糖化酶对底物分子大小的要求，应以液化液与碘液显棕色反应为液化终点）2）糖化）糖化（1）糖化酶的水解作用）糖化酶的水解作用（2）糖化酶的来源）糖化酶的来源（工业上生产的糖化酶，主要来源于曲霉、根霉和拟内孢霉。曲霉中以黑曲霉产酶活力较高，酶的稳定性也好，能在较高温度和较低pH条件下进行反应)（3）糖化工艺）糖化工艺将30%淀粉乳的液化泵入带有搅拌器和保温装置的开口桶内，按每1g淀粉加80-100U糖化酶计算加入糖化酶，然后在一定pH和一定温度下进行糖化，48h后，用无水酒精检查糖化是否完全。糖化结束，升温至80，加热20min，杀灭糖化酶。糖化时的温度和pH取决于糖化酶制剂的性质。3）酸酶水解法 针对坚硬的果料：针对坚硬的果料：-淀粉酶短期内很难使坚硬果料液化淀粉酶短期内很难使坚硬果料液化完全。用酸酶水解法可以提高液化速度，缩短淀粉水解完全。用酸酶水解法可以提高液化速度，缩短淀粉水解时间。时间。酸酶法的操作工艺：酸酶法的操作工艺：将30%淀粉乳在ph2.5、0.25MPa压力下，酸解25-30min，用碘液检验酸解终点。酸解结束，将酸解液降温，并调节Ph至4.8，加入糖化酶后，在55下糖化48h，用无水酒精检验糖化终点，糖化结束，升温灭酶。4）酶酸水解法像碎米大小不一的淀粉原料，采用酸解法水解，水解像碎米大小不一的淀粉原料，采用酸解法水解，水解液不均匀，无法确定水解终点。用酸酶水解法可以解液不均匀，无法确定水解终点。用酸酶水解法可以解决这一矛盾。决这一矛盾。（1）先用自来水将碎米洗净，用水浸泡）先用自来水将碎米洗净，用水浸泡3-4h，然后磨成，然后磨成80目细粉，目细粉，调节粉浆浓度至调节粉浆浓度至23%-24%，接着加入，接着加入-淀粉酶和氯化钙，并调节淀粉酶和氯化钙，并调节ph6.2-6.4，氯化钙加入量为，氯化钙加入量为3g/L粉浆，粉浆，-淀粉酶用量以每淀粉酶用量以每1g干碎米干碎米添加添加5-8U计算。计算。（2）往液化锅内加入水底，以浸没液化锅内蒸汽加热管为度，然）往液化锅内加入水底，以浸没液化锅内蒸汽加热管为度，然后将底水加热至后将底水加热至80左右，用泵把调制好的粉浆液输到液化锅内，左右，用泵把调制好的粉浆液输到液化锅内，升温至升温至90，保温，保温20-30min，以碘液检验液化终点（显棕色反应），以碘液检验液化终点（显棕色反应）（3）液化结束，升温至）液化结束，升温至100，加热，加热5min，灭酶。然后将液化液过，灭酶。然后将液化液过滤，滤液用盐酸调节滤，滤液用盐酸调节ph至至2.0，在，在0.28MPa压力下酸解压力下酸解15min，用无，用无水酒精检验糖化终点，无白色沉淀物生成时即可出料。水酒精检验糖化终点，无白色沉淀物生成时即可出料。谷氨酸生产菌种子的扩大培养谷氨酸生产菌种子的扩大培养 为了生产大批量的谷氨酸，就需要更多的谷氨酸生产菌，因此就必须对谷氨酸生产菌进行扩大培养。只要有了足够的谷氨酸生产菌，才能得到更多的谷氨酸。培养目标培养目标将保存在砂土管、冷冻干燥管中处于休眠状态的生产菌种接入试管斜面活化后，在经过扁瓶或摇瓶及种子罐逐级放大培养而获得一定数量和质量的纯种。培养目的培养目的不但要得到纯而壮的培养物，还要获得活力旺盛的、性能稳定、接种数量足够的、纯的培养物。1、种子扩大培养的目的、种子扩大培养的目的 目的：目的：是要得到纯而壮的培养物，获得活力旺盛的、接种数量足够的培养物，缩短发酵时间、保证生产水平，为发酵罐的投料提供足够数量的代谢旺盛的种子。因为发酵时间的长短和接种量的大小有关，接种量大，发酵时间则短。将较多数量的成熟菌体接入发酵罐中，就有利于缩短发酵时间，提高发酵罐的利用率，并且也有利于减少染菌的机会。对于不同产品的发酵过程来说，必须根据菌种生长繁殖速度快慢及生产的规模决定种子扩大培养的级数。2、种子级数的定义种子罐级数、种子级数的定义种子罐级数 种子罐级数：是指制备种子需逐级扩大培养的次数。取决于：菌种生长特性、孢子发芽及菌体繁殖速度；所采用发酵罐的容积 斜面菌种一级种子培养二级种子培养发酵罐种子的扩大培养（一）斜面菌种的培养（一）斜面菌种的培养 菌种的斜面培养必须有利于菌种生长而不产酸，并要求斜面菌种绝对纯，不得混有任何杂菌和噬菌体，培养条件应有利于菌种繁殖，培养基以多含有机氮而不含或少含糖为原则。(1)斜面培养基组成 葡萄糖 0.1 蛋白陈 1.0 牛肉膏 1.0 氯化钠 0.5 琼脂 2.02.5 PH 7.0 7.2 （传代和保藏斜面不加葡萄糖）(2)培养条件：3334，培养1824h。（二）一级种子培养（二）一级种子培养一级种子培养的目的在于大量繁殖活力强的菌体，培养基组成应以少含糖分，多含有机氮为主，培养条件从有利于长菌考虑。(1)培养基组成培养基组成葡萄糖 2.5 尿素 0.5硫酸镁 0.04 磷酸氢二钾 0.1玉米浆 2.53.5(按质增减)硫酸亚铁、硫酸锰 各2ppmPH 70(2)培养条件培养条件 用1000mL三角瓶装入培养基200mI，灭菌后置于冲程7.6cm、频率96次min的往复式摇床上振荡培养12h，培养温度3334(3)一级种子质量要求一级种子质量要求种龄：12h pH值：6.4 0.1光密度：净增OD值0.5以上残糖：0.5以下 无菌检查：(-)噬菌体检查：(-)镜检：菌体生长均匀、粗壮，排列整齐革兰氏阳性反应。（三）二级种子培养（三）二级种子培养 为了获得发酵所需要的足够数量的菌体，在一级种子培养的基础上进而扩大到种子罐的二级种子培养。种子罐容积大小取决于发酵罐大小和种量比例。(1)培养基组成培养基组成 2)培养条件培养条件 接种量：0.81.0 培养温度：3234 培养时间：78h(3)二级种子的质量要求二级种子的质量要求 种龄 78h，pH 7.2左右，OD值，净增0.5左右 无菌检查 (-)噬菌体检查(-)如何防止种子染菌，一旦染菌如何检验？1）防止种子带菌种子带菌的原因：灭菌不彻底(如假压)；移种污染；养或保藏过程中污染；无菌室管理不善。谷氨酸的发酵 在发酵罐中进行。适应期，尿素分解氨使Ph上升。糖不利用。2-4小时，接种量和发酵条件控制使改期缩短。对数生长期，糖耗快，尿素大量分解使ph上升，氨被利用Ph 又迅速增大，菌体形态为排列整齐的八字形，不产酸，12H，采取流加尿素办法及时供给菌体生长必须的氮源及调节ph在7.5-8.0，维持温度30-32。菌体生长停滞期，谷氨酸合成，糖和尿素分解产生、酮茂二酸和氨用于合成谷氨酸。及时流加尿素以提供足够的氨并使ph维持在7.2-7.4.大量通气，控制温度34-37。谷氨酸发酵的环境控制谷氨酸发酵的环境控制影响因素影响因素1：生物素：生物素 谷氨酸发酵过程中，前期，菌体的增殖期，谷氨酸发酵过程中，前期，菌体的增殖期，一定量的生物素是菌体增殖所必需的；而在产物一定量的生物素是菌体增殖所必需的；而在产物合成期，则要限制生物素的浓度，以保证产物的合成期，则要限制生物素的浓度，以保证产物的正常合成。正常合成。谷氨酸发酵的环境控制谷氨酸发酵的环境控制影响因素影响因素2：供氧浓度：供氧浓度（通气量）（通气量）过量：NADPH的再氧化能力会加强，使-酮戊二酸的还原氨基化受到影响，不利于谷氨酸的生成。供氧不足：积累大量的乳酸，使发酵液的pH值下降，不利于谷氨酸的产生，同时，一部分葡萄糖转成了乳酸，影响了糖酸转化率，降低了产物的提出率。-酮戊二酸 NADPH 谷氨酸 NADPL-谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶谷氨酸发酵的环境控制谷氨酸发酵的环境控制影响因素影响因素3：NH4+浓度浓度过量过量：菌体增殖阶段会抑制菌体生长，产酸阶段谷氨酸会受谷氨酰胺合成酶作用转化为谷氨酰胺；不足不足：不利于-酮戊二酸的还原氨基化，-酮戊二酸积累，引起反馈调节谷氨酸发酵的环境控制谷氨酸发酵的环境控制影响因素影响因素4：碳源：碳源 发酵液中糖含量与谷氨酸的发酵有密切的关系。在发酵液中糖含量与谷氨酸的发酵有密切的关系。在一定范围内，谷氨酸的产量随糖含量的增加而增加，一定范围内，谷氨酸的产量随糖含量的增加而增加，但糖含量过高，渗透压过大，对菌体生长不利，谷氨但糖含量过高，渗透压过大，对菌体生长不利，谷氨酸对糖的转化率低。酸对糖的转化率低。发酵液中还原糖的含量一般应控制在发酵液中还原糖的含量一般应控制在10%10%13%13%。谷氨酸发酵的环境控制谷氨酸发酵的环境控制影响因素影响因素5：碳氮比：碳氮比 在谷氨酸发酵过程中，应正确控制碳氮比。在谷氨酸发酵过程中，应正确控制碳氮比。一般在菌体生长期碳氮比应大一些一般在菌体生长期碳氮比应大一些(氮低），在氮低），在产酸期产酸期,碳氮比应小些碳氮比应小些(氮高）。氮高）。在碳源和氮源的比为在碳源和氮源的比为3131时，谷氨酸棒状杆时，谷氨酸棒状杆菌会大量合成谷氨酸，但当碳源和氮源的比为菌会大量合成谷氨酸，但当碳源和氮源的比为4141时，谷氨酸棒状杆菌只生长而不合成谷氨酸时，谷氨酸棒状杆菌只生长而不合成谷氨酸。谷氨酸发酵的环境控制谷氨酸发酵的环境控制影响因素影响因素6：发酵温度：发酵温度 谷氨酸发酵谷氨酸发酵前期前期(0(012h)12h)是菌体大量繁殖阶段，是菌体大量繁殖阶段，在此阶段菌体利用培养基中的营养物质来合成核在此阶段菌体利用培养基中的营养物质来合成核酸、蛋白质等，供菌体繁殖用，而控制这些合成酸、蛋白质等，供菌体繁殖用，而控制这些合成反应的最适温度均在反应的最适温度均在30303232。在发酵在发酵中、后期中、后期，是谷氨酸大量积累的阶段，而，是谷氨酸大量积累的阶段，而催化谷氨酸合成的谷氨酸脱氢酶的最适温度在催化谷氨酸合成的谷氨酸脱氢酶的最适温度在32323636，故发酵中、后期适当提高罐温对积累谷，故发酵中、后期适当提高罐温对积累谷氨酸有利氨酸有利。谷氨酸发酵的环境控制谷氨酸发酵的环境控制影响因素影响因素7：pH值值pHpH发生变化的主要原因是培养基中营养成分的利用发生变化的主要原因是培养基中营养成分的利用和代谢产物的积累。和代谢产物的积累。如当谷氨酸棒状杆菌利用糖类物质不断生成谷氨酸如当谷氨酸棒状杆菌利用糖类物质不断生成谷氨酸时，培养液的时，培养液的pHpH就会下降。而碱性物质的消耗和氨就会下降。而碱性物质的消耗和氨的生成等则会导致培养液的的生成等则会导致培养液的pHpH上升。上升。pHpH：前期：前期pHpH（7.57.58.08.0），中后期），中后期pHpH（7.07.07.67.6）。通过采用流加尿素，氨水或液氨等办法调节。通过采用流加尿素，氨水或液氨等办法调节pHpH，补充氮源。补充氮源。谷氨酸发酵的环境控制谷氨酸发酵的环境控制 谷氨酸发酵是好气性发酵，因通风和搅拌产生谷氨酸发酵是好气性发酵，因通风和搅拌产生泡沫是正常的，但泡沫过多会带来一系列问题：泡沫是正常的，但泡沫过多会带来一系列问题：(1)(1)泡沫形成泡盖时，代谢产生的气体不能及时排泡沫形成泡盖时，代谢产生的气体不能及时排出，妨碍菌体呼吸作用，影响菌体的正常代谢；出，妨碍菌体呼吸作用，影响菌体的正常代谢；(2)(2)泡沫过多，发酵液会外溢，造成浪费和污染；泡沫过多，发酵液会外溢，造成浪费和污染；(3)(3)泡沫过多，易冲上罐顶，造成染菌。因此，在泡沫过多，易冲上罐顶，造成染菌。因此，在谷氨酸的发酵过程中控制好过多的泡沫是发酵成败谷氨酸的发酵过程中控制好过多的泡沫是发酵成败的关键。的关键。影响因素影响因素8：泡沫泡沫谷氨酸发酵的环境控制谷氨酸发酵的环境控制影响因素影响因素9：发酵时间的控制：发酵时间的控制不同的谷氨酸产生菌对糖的浓度要求也不一不同的谷氨酸产生菌对糖的浓度要求也不一样，其发酵时间也有所差异。样，其发酵时间也有所差异。低糖低糖(10%(10%12%)12%)发酵，其发酵时间为发酵，其发酵时间为363638h38h，中糖中糖(14%)(14%)发酵，其发酵时间为发酵，其发酵时间为45h45h。总结：总结：谷氨酸发酵过程中，生产菌种的谷氨酸发酵过程中，生产菌种的特性特性、生物素生物素、发酵温度发酵温度、pHpH值值、通风通风和和发酵产生发酵产生的泡沫的泡沫都是影响谷氨酸积累的主要因素。在都是影响谷氨酸积累的主要因素。在实际生产中，只有针对存在的问题，实际生产中，只有针对存在的问题，严格控严格控制工艺条件制工艺条件，才能达到稳产、高产的目的。，才能达到稳产、高产的目的。