味精生产工艺课件

*,*,单击此处编辑母版标题样式,.,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第二篇 调味品的生产,民以食为天,食以味为先,西方人：理性消费，讲究营养,中国人：感性消费，讲究色、香、味,1,.,第二篇 调味品的生产,第一阶段,简单调味品酱油、醋、酱，80100鲜度味精,及天然香料,第二阶段,高浓度及新颖调味品酵母抽提物、动植物抽提物HVP、,HAP、120400鲜度味精。,我国调味品的发展历史,2,.,第一阶段简单调味品酱油、醋、酱，80100鲜度味精第二,优点：,方便、快捷、开启即食、 省时省事、增加食欲和享受感。,这阶段的调味料用途广泛，包括用于烹饪及强化风味等。,国内味精生产以粮食为原料，成本为1.2万元/吨，,国外8000元/吨。,第三阶段,复合调味料各种鸡精、牛肉精、虾精 、,食用香精香料等。,3,.,优点：这阶段的调味料用途广泛，包括用于烹饪及强化风味等。国内,第四章 味精生产,第一节 概述,一、味精及其生理作用,1. 味精的种类,按谷氨酸的含量分类：,99%、95%、90%、80%四种,按外观形状分类：,结晶味精、粉末味精,4,.,第四章,2.,味精的生理作用和安全性,（1）参与人体代谢活动：,合成氨基酸,（2）作为能源,（3）解氨毒,谷氨酸 + NH3,谷氨酰胺 + 水,味精的毒性试验表明是安全的。,5,.,2.味精的生理作用和安全性 （1）参与人体代谢活动：合成氨,第一代鲜味料,6,.,第一代鲜味料6.,第二代鲜味料,7,.,第二代鲜味料7.,第三代鲜味料,8,.,第三代鲜味料8.,二、味精的生产方法,味精的生产方法：,水解法、发酵法、合成法和提取法。,1.水解法,原理：,蛋白质原料经酸水解生成谷氨酸，利用谷氨酸盐酸盐,在盐酸中的溶解度最小的性质，将谷氨酸分离提取出来，再经,中和处理制成味精。,生产上常用的蛋白质原料,面筋、大豆及玉米等。,水解 中和、提取,蛋白质原料 谷氨酸,味精,9,.,二、味精的生产方法 味精的生产方法：水解法、发酵法、合成,2.发酵法,原理：,淀粉质原料水解生成葡萄糖，或直接以糖蜜或醋酸为,原料，利用谷氨酸生产菌生物合成谷氨酸，然后中和、提取,制得味精。,淀粉质原料糖液谷氨酸发酵中和 ,味精,10,.,2.发酵法 原理：淀粉质原料糖液谷氨酸发酵,3.合成法,4.提取法,丙烯氧化、氨化丙烯睛谷氨酸,味精,原理：,石油裂解气丙烯氧化氨化生成丙烯腈，通过羰化、,氰氨化、水解等反应生成消旋谷氨酸，再经分割制成L-谷氨酸，,然后制成味精。,原理：,以废糖蜜为原料，先将废糖蜜中的蔗糖回收，再将废液,用碱法水解浓缩，提取谷氨酸，然后制得味精。,水解、浓缩 中和,废糖蜜谷氨酸,味精,提取,11,.,3.合成法 4.提取法 丙烯,第二节 淀粉水解糖液的制备,一、制备方法,1.酸解法,原理：,以无机酸或有机酸为催化剂，在高温高压下将淀粉转化,为葡萄糖的方法。,优点：,生产方便、设备要求简单、水解时间短、,设备生产能力大。,缺点：,要求设备耐腐蚀、耐高温、耐高压，,对原料要求严格、易发生付反应、淀粉转化率低。,12,.,第二节 淀粉水解糖液,2.酸酶法,原理：,先将淀粉水解成糊精或低聚糖，再用糖化酶将其水解成,葡萄糖。,适用性：,淀粉颗粒较坚硬，用酶水解需较长时间的原料。,如玉米、小麦等谷物淀粉。,特点：,酸液化速度快，产品颜色浅、糖液质量高，但水解时间较长。,13,.,2.酸酶法 原理：适用性：特点：13.,3.酶解法,4.双酶法,原理：,先将淀粉乳用-淀粉酶液化，然后用酸将其水解成,葡萄糖。,适用性：,适于大米或粗淀粉原料，可省去其精制过程，避免淀粉在加工过程中的流失。,原理：,先用淀粉酶将原料水解成糊精或低聚糖，再用糖化酶,将后者水解成葡萄糖。,特点：,水解条件温和，不要求设备耐腐蚀、耐高、耐高压，,对原料要求粗放，但生产周期长。,14,.,3.酶解法 4.双酶法原理：先将淀粉乳用-淀粉酶液化，然,二、酸解法制糖工艺,1.酸解法制糖原理,以酸为催化剂，在高温条件下，淀粉发生水解反应，,-1，4糖,苷键和 -,1，6,糖苷键被切断，淀粉链逐渐变短，淀粉先变为糊精、低聚糖、麦芽糖，最后生成葡萄糖。,在整个水解过程中，由于受酸和热的作用，一部分葡萄糖,发生复合反应和分解反应，如下所示：,复合反应 分解反应,复合低聚糖 葡萄糖 有机酸、有色物,淀粉,15,.,二、酸解法制糖工艺 1.酸解法制糖原理,2.淀粉酸水解工艺,工艺流程,原料（淀粉、水、酸）调浆糖化冷却中和、脱色,滤除杂糖液,水解条件,在淀粉酸解过程中，必须先将淀粉原料调成,粉浆,，保持一定,的,浓度和酸度,，然后将料液泵入糖化锅，在一定条件下进行,水解糖化。,16,.,2.淀粉酸水解工艺,淀粉乳浓度的选择,淀粉水解时，淀粉乳的浓度越低，水解液的葡萄糖值越高，,糖液色泽越浅。淀粉乳的浓度高，易发生复合分解反应，,故一般控制在1011,Be。,酸的种类和影响,常用的酸：,盐酸、硫酸和草酸。,催化效率：,盐酸最强，其次是硫酸、草酸。,17,.,淀粉乳浓度的选择淀粉水解时，淀粉乳的浓度越低，水解,催化能力强，但中和后产生氯化物，,增加糖液灰分，影响结晶、分离和收率。颜色浅。,催化能力较强，但用硫酸钙中和时,生成,的硫酸钙在蒸发时易生成结垢，影响传热。,催化能力较低，用碳酸钙中和时，生成的草酸可基本钙本除去，糖液纯度高，,颜色浅。,盐 酸,硫 酸,草 酸,18,.,催化能力强，但中和后产生氯化物，催化能力较强，但用硫酸钙中和,酸的添加方法,添加方法不同，对水解有很大影响。一般是先将1/3左右的酸,用水稀释后放入锅内，其余酸放入粉浆中，再泵入糖化锅进,行糖化。,酸的添加量和添加法,加酸量,以淀粉乳的pH值为指标，当采用1011,Be的淀粉,乳时，控制pH值在1.5左右。,19,.,酸的添加方法 酸的添加量和添加法加酸量以淀粉乳的p,压力和时间的选择,糖化压力与水解反应速度成正比，压力升高，水解反应速度,加快，反应时间短；反之，压力降低，反应时间加长。,高温短时间是最佳的水解方法，蒸汽压力一般为245392KPa。, 糖化设备的选择,糖化锅的结构对糖液质量有直接的影响。若糖化锅的体积,太大，进出料的时间长，使淀粉水解时间差别大，部分先水解,的生成的葡萄糖易发生复合分解反应。,因此，一般味精厂采用的糖化锅径高比为1：1.52.5。,20,.,压力和时间的选择 糖化压力与水解反应速度成正比,水解糖液的中和、脱色和除杂,在淀粉水解的同时，淀粉原料中的其它物质，如蛋白质、,脂肪、纤维素、无机盐等也发生变化，所生成的物质影响糖液的纯度。如氨基酸能与葡萄糖的分解产物反应，形成色素，使糖液色泽加深。故水解糖液必须加以中和、脱色和除杂。,中和,淀粉水解糖化后，糖化液温度很高（140150），经冷却后,才能中和。,中和的目的是,降低糖化液酸度,，调节pH值。生产中常用的中和剂有纯碱、氢氧化钠溶液，中和温度控制在80，终点pH控制在4.05.0。,21,.,水解糖液的中和、脱色和除杂 在淀粉水解的,脱色和除杂,水解糖液中的杂质不仅对谷氨酸发酵不利，而且影响谷氨酸的,提纯。,糖液脱色方法,活性炭吸附法,离子交换树脂脱色法。,活性炭的用量为0.2%0.8%，脱色温度为7080。,在脱色过程中要保证一定时间的搅拌，使活性炭充分起作用。,22,.,脱色和除杂水解糖液中的杂质不仅对谷氨酸发酵不利，而且影响谷,三、双酶法制糖工艺,双酶法制糖工艺主要包括淀粉的液化和糖化两个步骤。,1.淀粉的液化,在,-淀粉酶的作用将淀粉水解生成糊精和低聚糖。,升温液化法,将淀粉乳（30%40%）调整pH为6.06.5，加入CaCl,2,，使Ca,2+,达到0.01mol/l，加入定量的液化酶，在保持剧烈的搅拌下，加热,到8090，保持30min左右，达到所需的液化程度，然后升温至,100，灭酶10min。,淀粉液化的方法,升温液化法、高温液化法、喷射液化法和分段液化法。,23,.,三、双酶法制糖工艺 双酶法制糖工艺主要包括淀粉,2.糖化,高温液化法,将淀粉调整好pH和Ca,2+,浓度，加入所需的液化酶，用泵将其,打入液化桶（桶内有90的热水），淀粉受热糊化、液化。由,桶低流入保温桶，90保温40min ,达到所需的液化程度。,糖化温度和pH,取决于所用糖化剂的性质，若用曲霉糖化剂，温度 控制在60， pH 为4.04.5；若用根霉糖化剂，温度,控制在55， pH 为5.0以下。,在实际生产中，根据酶的特性，尽量选用较高的糖化温度，,这样可以加快糖化速度，减少杂菌污染的机会。,24,.,2.糖化 高温液化法糖化温度和pH,第三节 谷氨酸发酵菌,短杆菌属,细胞为短的不分支的直杆菌，大多数不运动，革兰氏染色阳性。,一、谷氨酸发酵菌的特征和分类,谷氨酸发酵菌分属于棒杆菌属、短杆菌属、小节菌属和节杆,菌属中的细菌。,棒杆菌属,细胞为直或微弯的杆菌，常呈一端膨大的棒状，不运动，革兰氏染色阳性。例如，AS.1.299，AS.1.542等。,25,.,第三节,节杆菌属,主要特点是在培养过程中出现细胞形态由球菌变杆菌，由杆菌变球菌。一般不运动。,小节菌属,为杆状菌，形状和排列都和棒杆菌相似，有时呈球杆菌状。,我国谷氨酸发酵生产中使用的菌株主要有北京棒杆菌AS.1.299,钝齿棒杆菌AS.1.542、HU7251、672等。,26,.,节杆菌属 小节菌属 我国谷氨酸发酵生产中,二、谷氨酸菌种的扩大培养,培养基成分 AS.1.299 AS1.542 HU7251或B9 672,蛋白胨（%） 1 1 1 1,牛肉膏（%） 1 0.5 1 1,氯化钠（%） 0.5 0.5 0.5 0.5,葡萄糖（%） 0.1 0.1 ,琼脂（%） 2 2 2.7 2,pH 7.07.2 7.0 7.07.2 7.0,普遍采用二级种子培养流程:,即 斜面菌种一级种子培养二级种子培养发酵罐,1.菌种的扩大培养,斜面菌种培养：32培养1824h,27,.,二、谷氨酸菌种的扩大培养 培养基成分,一级种子的培养,二级种子的培养,将培养好的培养基分装于1000ml三角瓶中，每瓶装200250ml,液体培养基，瓶口用6层纱布加一层绒布包扎，在0.1MPa的蒸,汽压下灭菌30min。每只斜面菌种接种3只一级种子三角瓶。,接种后，32振荡培养12h。培养好的一级种子放在4冰箱备用。,通常使用种子罐培养，种子罐的大小是根据发酵罐的容积配套,确定的。二级种子的数量是发酵培养液体积的1%。二级种子,的培养温度为32，时间为710h。,28,.,一级种子的培养 二级种子,2.、种子的质量要求,镜检菌体健壮，排列整齐，大小均匀，呈单个或八字形排列。,革兰氏染色阳性。,二级种子的活菌浓度要求达到10,8,10,9,个/ml。,要求二级种子活力旺盛，对数期种子的呼吸强度（Q,O2,）,大于1000,lO,2,/mlh。,平板检查，菌落蛋黄色，中间隆起，表面湿润，有光泽，,边缘整齐，呈半透明状。,小摇瓶发酵试验，产酸稳定，并在高峰。,29,.,2.、种子的质量要求 镜检菌体健壮，排列整齐，大小均匀，呈,第四节 谷氨酸发酵机制及工艺控制,一、谷氨酸生物合成途径,谷氨酸发酵是糖的需氧氧化和氨同化的生物化学过程，,包括,糖解途径（EMP途径），磷酸己糖途径（HMP途径），,三羧酸循环途径（TCA循环），乙醛酸循环，CO2固定反应,等。,30,.,第四节 谷氨酸发酵机制,在谷氨酸发酵时，糖酵解经过EMP及HMP两个途径进行。,生物素充足菌HMP途径所占的比例是38%,生物素亚适量EMP途径所占的比例更大74%。,HMP途径所占比例约为26。,由葡萄糖生物合成谷氨酸的代谢途径见下图 。,31,.,在谷氨酸发酵时，糖酵解经过EMP及HMP两个途径进行。31.,由葡萄糖生物合成谷氨酸,32,.,由葡萄糖生物合成谷氨酸32.,二、谷氨酸生产原料,包括,碳源、氮源、无机盐和生长因子,等。,发酵原料的选择原则,首先考虑菌体生长繁殖的营养；,考虑到有利于谷氨酸的大量积累；,还要考虑原料丰富，价格便宜；,发酵周期短，产品易提取等因素。,33,.,二、谷氨酸生产原料33.,1.碳源,它是构成微生物细胞和合成谷氨酸的碳架及能量的营养物质。谷氨酸产生菌是异养型微生物，只能从有机化合物中取得碳素，并以氧化分解有机化合物产生的能量供给细胞生长需要。,碳源的种类很多，常用的有,糖类、脂肪、有机酸、某些醇类和烃类。,34,.,1.碳源34.,2.氮源,一般的发酵工业,碳氮比,为100：0.22，谷氨酸发酵的碳氮比为100：0.52.0，当碳氮比为100：0.52.0时，只能合成菌体，而不产谷氨酸。碳氮比在100,：11l以上时，才开始积累谷氨酸。,氮源种类：,无机氮和有机氮,。,无机氮有,氨水、尿素、硫酸铵、碳酸铵、氯化铵；硝酸铵,等。,菌体利用无机氮源较有机氮源迅速，铵氮、尿素氮比硝基氮优越，,目前生产上多采用尿素为氮源，采用分批流加，其初尿用量是根,据菌种的脲酶的强,弱及耐尿程度决定。,35,.,2.氮源 氮源种类：无机氮和有机氮。35.,注：,尿素流加时温度不宜过高(不超过45)，否则游离氨过多，,使初pH过高，抑制菌体生长。发酵初尿流加应在培养液冷却至室温,后加入，以防止温度高，尿素分解，pH升高，生成不溶性磷酸铵,镁盐。,3.无机盐,微生物所需要的无机盐有硫酸盐、磷酸盐、氯化物以及含钾、,钠、镁、铁的化合物等。有的还需要微量元素，如铁、锰、锌、,铜、钴、硼等。,36,.,注：尿素流加时温度不宜过高(不超过45)，否则游离氨过,工业生产上常用的,无机磷有,K,2,HP0,4,3H,2,0,或,Na,2,HP0,4,12H,2,0,。,镁是很多酶促反应中的无机激活剂。,硫是构成蛋白质和某些酶的活性基。,钠在培养基中起着调节渗透压的作用。,锰是许多酶的激活剂，其需要量极少，一般培养基中使用,MnS0,4,4H,2,0,其浓度为2mg/kg。,4.生长因子,微生物生长所不可缺少的微量的有机物称为生长因子，包括,氨基酸、嘌呤、维生素,等，一般谷氨酸产生菌绝大多数为生物素缺陷型，以生物素为生长因子。,37,.,工业生产上常用的无机磷有K2HP043H20或Na2HP0,三、谷氨酸发酵条件的控制,谷氨酸发酵条件包括,温度、pH、菌龄及接种量、通风及搅拌、,氧的传递、泡沫的控制,等。用发酵条件来控制发酵过程中各种,化学及生物化学反应的方向和速度，以达到预期的生产目的。,1.温度的控制,各种微生物在一定的条件下都有一个最适生长温度范围。所谓,最适生长温度,是生物化学反应速度最高，酶蛋白的钝化最低的协,调平衡温度。微生物种类不同，所要求的温度范围不同；同一种,微生物，在不同培养条件下其最适温度也往往不同。,谷氨酸菌的最适生长温度与产物生成所需温度不同。其最适生长温度为3032C，谷氨酸形成的最适温度为3437C。在谷氨酸发酵前期，若温度过高，菌种易衰老，耗糖慢，谷氨酸,38,.,三、谷氨酸发酵条件的控制 1.温度的控制38.,产量低。因此，前期温度上升要缓慢。在发酵中期，温度上升要快，后期逐渐缓和。在发酵中、后期，若发酵温度太低，则发酵周期长，且利于产酸。所以，在生产上可根据菌种特点，采用二级或三级管理温度，即发酵前期长菌体阶段控制在3032，发酵中、后期为3437。,2.发酵过程中pH的控制,谷氨酸发酵在中性和微碱性条件下可积累谷氨酸，而在酸性条件下则容易形成谷酰胺和N乙酰谷酰胺。发酵过程中，培养液中的糖分被利用，氧化成中间产物有机酸，pH下降。有机氮被利用，释放氨，则pH升高。因此，由于菌种的新陈代谢，培养液成分不断变化，pH有时升高，有时降低。,39,.,产量低。因此，前期温度上升要缓慢。在发酵中期，温度上升要快，,pH的变化：,发酵前期pH低，菌体生长旺盛，只长菌不产酸。发酵前期pH过高(80以上)，则对菌体生长不利，糖代谢缓慢，发酵时间延长。但在发酵前期pH稍高些，对抑制杂菌生长有利。因此发酵前期应控制pH为75左右。发酵中、后期控制pH72左右，因为谷氨酸脱氢酶的最适作用pH为7072，氨基转移酶的最适作用pH为7274。若发酵后期pH较高(7580)，菌体自溶，谷氨酸转成谷氨酰胺。通常采用氨水流加法和尿素流加法调节pH。,3.菌龄及接种量的控制,菌龄是指种子的培养时间。微生物的生长大致可分为适应期、对数期、稳定期、衰老期。所接的菌种处于哪个生长阶段对适应期的长短有很大影响，若用处于活力旺盛的,40,.,pH的变化：发酵前期pH低，菌体生长旺盛，只长菌不产酸。发酵,对数期的谷氨酸菌种为种子，可缩短适应期。若菌龄过长，则菌种活力降低，代谢产物增多。,种龄：,一级种子菌龄控制在1112h，二级种子菌龄为78h。,种量：,指接入发酵罐内种子的量占发酵罐内发酵培养基量的百分比。接种量的多少对适应期的延续时间也有很大的影响。接种量一般以,1,为好。种量过多，使菌体生长速度过快，菌体娇嫩，不强壮，提前衰老自溶，后期产酸不高；如果接种量过少，则菌体增长缓慢，会导致发酵时间延长，容易染菌。,4.通风量与搅拌速度的控制,谷氨酸产生菌是兼性好氧菌，它进行呼吸和合成细胞物质时需要氧气。因此，在进行谷氨酸发酵时，需要大量供给菌体生长及发酵所需的氧。谷氨酸菌只能利用溶解氧，而氧是难溶于水的气,41,.,对数期的谷氨酸菌种为种子，可缩短适应期。若菌龄过长，则菌种活,体，所以在发酵过程中，需要不断补充无菌空气。不同的种龄、接种量，培养基成分，发酵阶段及发酵罐，要求通风量不同。,菌体生长繁殖期：,要求溶氧系数Kd为(4,6)X10-7molO2(mLminatm)；,谷氨酸形成阶段：,溶氧系数为(1.51.8),X106mol02,(mLminatm)。,在长菌阶段，若供氧过量，在生物素限量下，抑制菌体生长，表现为耗糖慢，长菌慢，pH偏高，且不易下降。在发酵产酸阶段，需要大量供氧，如通气量不足，往往表现出pH低，耗糖快，长菌不产酸，而积累乳酸和琥珀酸。而这时通气量过大，也不利于r酮戊二酸进一步还原氨基化，而大量积累。,-酮戊二酸。因此，只有在适量通气条件下，才有可能大量积累谷氨酸。,42,.,体，所以在发酵过程中，需要不断补充无菌空气。不同的种龄、接种,溶解氧的控制：,大小是由,通风,与,搅拌,两方面决定的，与搅拌器的型式、直径大小、搅拌转速、搅拌器在发酵罐内的相对位置因素等有关。一般搅拌器直径大，转速快，溶氧系数大。所以，增大搅拌转速比增加通风量对溶氧系数提高更为显著。,具体操作：,发酵前期，以低通风量为宜；,发酵中、后期，以高通风量为好。,当培养基浓度高、营养丰富、生物素用量大时，应采用高通风量。当菌体生长缓慢、pH偏高时，应减少通风量，或停止搅拌，以利于长菌。当菌体生长快、耗糖快时，应提高通风量，以抑制生长和满足合成谷氨酸所必须的足够能量。,43,.,溶解氧的控制：大小是由通风与搅拌两方面决定的，与搅拌,5.泡沫的控制,在好气发酵中，由于通风和搅拌产生一定量的小气泡，泡沫,过多会带来一系列的问题，影响发酵的正常进行。所以，需要控制泡沫的产生。,消除泡沫的方法：,一是机械消泡,即借助机械力将泡沫打破，或借压力变化使泡沫破裂。它的优点是不用在发酵液中加其他物质，节省原料(消泡剂)，减少污染机会。但此法不能从根本上消除引起泡沫的因素，消泡效果不如化学消泡好。,二是化学消泡剂消泡,利用消泡剂进行消泡，其作用机理是当消泡剂与气泡膜面接触时，使泡膜局部的表面张力降低，力的平衡受破坏，气泡破裂，产生气泡合并，最后导致泡沫破灭。,44,.,5.泡沫的控制 消除泡沫的方法：44.,常用的消泡剂,： 植物油(豆油、花生油等)、矿物油(石蜡油)、合成消泡剂(泡敌)。该法的优点是消泡效果好，作用迅速，用量少。缺点是消泡剂选择不当会影响菌体生长繁殖或影响代谢产物的积累，操作上增加染菌的机会。,四、提高谷氨酸发酵产率的措施,1.选育高产菌种,选育高产菌种是提高谷氨酸发酵产率的主要途径。国内外都很,重视菌种的选育工作。高产菌株的选育可通过菌种自发突变过程,中挑选出来；也可利用物理或化学诱变剂处理微生物细胞群，促,使其突变，然后采用快速、高效的筛选方法，挑选出符合育种目,的的突变株；还可采用体外DNA重组、原生质体融合等技术“创造”,出高产菌。例如，近年来在棒状杆菌中已检出若干种质粒，如,45,.,常用的消泡剂： 植物油(豆油、花生油等)、矿物油(石蜡油),pAM4286，pAM330，pAMl519等。用重组DNA技术提高短杆菌和棒,杆菌的谷氨酸产量已获得成功。所得的转化子比供体菌提高一倍。,此外，通过原生质体融合技术也获得比亲株谷氨酸产量有所提高,的融合子。,高产谷氨酸菌株应具备以下特征：,丧失r酮戊二酸脱氢酶的氧化能力；,谷氨酸脱氢酶活力强；,氧化还原氨基化反应强；,C02固定反应强；,异柠檬酸脱氢酶活力强；,不分解和利用谷氨酸；,耐高糖、高浓度谷氨酸。,46,.,pAM4286，pAM330，pAMl519等。用重组DNA,2.根据菌种特性控制最适宜的发酵条件,控制最适宜的环境条件是提高发酵产率的重要条件。在谷氨酸发酵中，应根据菌种特性，控制好,生物素、磷、N乩1、pH、氧传递速率、排气中CO2和02含量、氧化还原电位以及温度,等，从而,控制好菌体繁殖及产物形成、能量代谢与产物合成，副产物与主产物合成等关系，使底物最大限度地被用来合成主产物。为了实现发酵过程工艺条件最佳化，国外利用电子计算机进行资料收集，数据解析、程序控制，从而准确地取样、检测，并及时处理数据，使操作条件最佳化。,47,.,2.根据菌种特性控制最适宜的发酵条件47.,3.追加糖液法,追加糖液的发酵法是谷氨酸发酵法普遍采用的一种方法。即采用,较低的初糖浓度和大接种量,，以利于菌体迅速繁殖，获得生产需要的足够强壮的菌体。然后创造有利条件，使菌体从长菌阶段转入产酸阶段，缩短发酵时间。当菌体处在生长对数期的末期，追加糖液，维持一定的糖浓度，继续发酵，则产酸率和转化率会大为提高。 另外，还有添加青霉素流加糖法，以甜菜、糖蜜为原,料添加吐温法等。,48,.,3.追加糖液法48.,第五节 噬菌体与杂菌的防治,一、谷氨酸发酵中噬菌体的污染与防治,噬菌体对发酵的危害,在谷氨酸发酵过程中，若菌体受到噬菌体的侵染，一般会发生溶菌、发酵迟缓或停止等现象，结果造成不再积累谷氨酸，严重的会引起倒罐，甚至连续倒罐。为防止噬菌体的侵染，首先要了解谷氨酸噬菌体的特性，从而加以防治，确保谷氨酸发酵顺利进行。,(一)谷氨酸噬菌体的主要特征,1具有非常专的寄生性。,2不耐热性(在70C，5min均死亡)。,3pH的稳定性。pH79时，稳定；低于6或高于10时，失活；,小于4时完全失活。,49,.,第五节 噬菌体与杂菌的防治(一)谷氨酸噬,4嗜氧性。在低溶氧情况下，抑制生长。,5对干燥的稳定性。环境越干燥，噬菌体越不易死。在潮湿情,况下，易死亡。,6不耐药性。在甲醛05、苯酚05、漂白粉15、石,灰水1下均可杀死噬菌体。,(二)谷氨酸发酵污染噬菌体后的异常现象,1发酵液光密度在初期开始上升，而后又下降或不上升。,2发酵液pH逐渐上升，48h内可达80以上，且不下降，,3不耗糖或耗糖缓慢。,4泡沫大、黏度大、有时呈胶状；可拔丝。,5发酵周期长，产酸低或不产酸。,6镜检时，菌体减少，缺少八字排列，菌体变胖，革兰氏染,色呈红色片状。严重时呈网状或鱼翅状，几乎看不到完整的细胞,50,.,4嗜氧性。在低溶氧情况下，抑制生长。(二)谷氨酸发酵污,7发酵中后期，周期稍有延长，温度缓慢上升，谷氨酸产,量有所提高(菌体破裂释放出谷氨酸)。,8平板检查时，有噬菌斑。摇瓶发酵，发酵液稀而清。,9发酵液残糖高、颜色浑、发灰、发红、有刺激性臭味，黏,度大，泡沫多，难中和，过滤困难。,(三)防治噬菌体污染的主要措施,1.严格控制活菌体的排放,摇瓶液、取样液、废弃菌液或发酵液均应先灭菌，后排放。已经污染了噬菌体的发酵液或种子液应先灭菌(80C，5min)，再进行提取或排放。提取的母液不能乱扔，应经密闭阴沟或远离空压机房和发酵车间，才可排放。,必须建立工厂环境清洁卫生制度，要定期使用药剂冲刷地面。,51,.,7发酵中后期，周期稍有延长，温度缓慢上升，谷氨酸产,2.严防噬菌体进入种子罐或发酵罐,种子室要远离发酵车间，严防种子带人噬菌体，制定检查噬菌体的制度。各级种子的制备要严格灭菌。轮换使用菌种或使用抗噬菌体的菌株均可防止噬菌体污染。还可进行药物防治或选育抗链霉素突变株。进行药物防治可添加金属螯合剂(抑制噬菌体的吸附或DNA的注入)、表面活性剂(作用于细菌表面，抑制噬菌体的吸附)、抗生素(抑制噬菌体蛋白质合成)等。,3发酵罐中污染噬菌体后的抢救,谷氨酸发酵前期感染了噬菌体后，可以采用一系列抢救措施，以减少损失。,(1)抗性菌法。,发现噬菌体后，应停止搅拌，小通风，降低pH，立即培养抗性种子，然后接人发酵液中；并补加13的不调pH的玉米浆。,52,.,2.严防噬菌体进入种子罐或发酵罐 3发酵罐中污染,(2)轮换菌种法。,发现噬菌体后，停止搅拌，小通风，降低pH，,轮换使用菌种，如672换Asl.299、Asl.299换Asl.542、Asl.542,换Asl.299。不加初尿，并补充3040的玉米浆(不调pH)，,适当加磷、镁(为正常量的13)。若pH仍偏高，可停止搅拌，适,当通风，至pH正常，OD值增长后再开始搅拌。,(3)灭噬菌体法。,发现污染噬菌体后，停搅拌，小通风，降低,pH，在罐内用夹层(或冷却管)加热至708012，并自顶盖通人蒸人2的种子，继续发酵。汽，自排汽口排出。因噬菌体不耐热，加热可杀死发酵液内的噬菌体，通蒸汽可杀死发酵罐空间及管道内的噬菌体。冷却后，若pH过高，停止搅拌，小通风，降低pH，接大二倍量的原菌种，至pH正常后开始搅拌。,53,.,(2)轮换菌种法。发现噬菌体后，停止搅拌，小通风，降低,(4)放罐重消毒。,发现噬菌体后，放罐，调pH，补加12的玉,米浆和13的水解糖，重新灭菌，适当降低温度，不加初料，然,后接入2%的种子，继续发酵。,二、谷氨酸发酵中杂菌的污染与防治,谷氨酸发酵要求纯种培养，若遭受了杂菌的污染，轻者影响,产量或质量，重者可能导致倒罐，甚至停产。因此，在谷氨酸发,酵中，杂菌污染的检查与防治是十分重要的。,(一)检查杂菌的方法,所谓染菌，是指在发酵培养基中侵入了阻碍生产的其他微生,物。检查杂菌的方法要求准确、快速、尽早发现、及时采取措施。,54,.,(4)放罐重消毒。发现噬菌体后，放罐，调pH，补加1,1.显微镜检查,用革兰氏染色法染色、镜检。若发现有芽孢菌、,革兰氏阴性菌、长杆菌、球菌、菌体碎片等情况，说明发酵液已经,染菌，应及时采取措施。,2.培养皿画线检查,平板检查时，先将灭菌后的培养基倒人培,养皿内，冷却，接种，于37C下培养24h，镜检。,3.肉汤培养检查法,此法主要用于检查空气系统及培养基是否,带菌。具体做法是将培养液装在吸气瓶中，灭菌30min，在37C下,培养24h，如无混浊，说明无杂菌污染；如,呈现混浊，说明染菌。,55,.,1.显微镜检查 用革兰氏染色法染色、镜检。若发现有芽,(二)杂菌污染的防治,要防止杂菌污染，先要弄清楚造成染菌的原因，然后进行防治。,1杂菌污染的主要原因分析,种子带菌。,若发酵前期染菌，可能是种子带菌所致或发酵,罐本身染菌所致。为了避免种子染菌，在斜面种子、摇瓶种子制,备过程中都必须严格操作，确保无杂菌污染。,罐体与管件渗漏所引起的染菌。,若罐体或管件有极其微小的,漏孔时，易引起染菌。有时漏孔用肉眼直接察觉不到，需要通过,一定的试漏方法才能发现。,死角。,罐或管路连接处的死角，在灭菌时其中的杂菌不易被,杀死，易造成连续染菌，影响生产。,56,.,(二)杂菌污染的防治 罐体与管件渗漏所引起的染菌。若,空气系统染菌。,好气性发酵需连续不断地通人大量无菌空气。,空气系统所有的设备要定时打开排液阀排液，避免设备内积液太,多，而带人空气中去，造成染菌。,环境污秽造成染菌。,车间、环境卫生差，易引起染菌。为堵绝杂菌的来源和繁殖机会，必须加强车间和环境的清洁卫生工作。,2杂菌污染的防治与挽救,污染了杂菌后，要根据具体情况，,及时采取措施加以挽救。具体措施为：,(1),一级种子经平板检查确认无菌后，方可接大二级种子中。,(2),二级种子冷却，小于10C保压1216h，平板检验确认无杂菌后，再接入发酵罐。,(3),发酵0,6h后，大幅度染菌，镜检发现球菌，应放罐重消毒，,消毒温度适当降低。,57,.,空气系统染菌。好气性发酵需连续不断地通人大量无菌空气。,(4),发酵12h后，发现污染有少量芽孢或杆菌，但光密度尚正常，,pH仍有升降，耗糖一般，谷氨酸产量在0.2以上，则可加大通,风量，按常规发酵到底。,(5),发酵后期确认染球菌，则可加热至7080C放罐。,(6),发现染菌的罐，下次空罐消毒加入甲醛后，再用蒸汽熏蒸,0.12,0.17Lm,3,。,(7),加强车间卫生管理，防止活菌体飞扬。,(8),选用抗药性菌种。,58,.,(4)发酵12h后，发现污染有少量芽孢或杆菌，但光密度尚,第六节,谷氨酸的提取,一、概述,(一)谷氨酸发酵液的性质,在发酵液中，除含有谷氨酸外，还存在着菌体、残糖、色素、胶体物质及其他发酵副产物。谷氨酸发酵结束后，发酵液的温度在3436，pH6.07.5，接近中性。整个发酵液外观呈浅黄色浆状，表面浮有少许泡沫。,正常谷氨酸发酵液的组分如下：,1.,L-型谷氨酸，一般以谷氨酸铵盐(,C,5,H,8,O,4,N,NH,4,)形式存在。,2.,无机盐(,K,+,、,Na,+,、,NH,+,、,Mg,2+,、,Ca,2+,、,SO,4,2-,等)、残糖、色素、尿素以及消泡用的花生油、豆油或合成消泡剂等。,3.,大量菌体、蛋白质等固形物质悬浮在发酵液中，湿菌体约占发酵液的25。,59,.,第六节 谷氨酸的提取 正常谷,4.,少量发酵副产物，如乳酸、r酮戊二酸和琥珀酸、天冬氨酸、,丙氨酸、缬氨酸、脯氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、谷氨酰胺等，,各种氨基酸的含量为10。,5,0.60.8的铵离子、1的残糖。,6,核苷酸类物质及其降解产物，如发酵液中含腺嘌呤0.02,0.05，尿嘧啶约占发酵液的0.010.03。,(二)谷氨酸的提取方法,分离提纯原理：,利用它的两性电解质性质、谷氨酸的溶解度、分子大小、吸附剂的作用以及谷氨酸的成盐作用等。,提取方法,：等电点法、离子交换法、锌盐法等。为了提高提取收率，还可采用等电点锌盐法，等电点离子交换提取工艺,提取新技术,： 电渗析和反渗透法、浓缩等电点法、离子硅藻土过滤等电点法等。,60,.,4.少量发酵副产物，如乳酸、r酮戊二酸和琥珀酸、天冬氨酸,二、等电点法提取谷氨酸,此法操作简便、设备简单，但操作时间长，占地面积多。,(一)等电点法提取谷氨酸的原理,谷氨酸分子中含有两个酸性羧基和一个碱性氨基，其解离方式,取决于溶液的pH，在不同pH的溶液中，以,阳离子、两性离子和阴离子,等几种不同的离子状态存在。,当,pH322,，,-羧基的解离受到抑制，谷氨酸主要以阳离子形式存在，带正电荷；,当,pH322,时，谷氨酸主要以两种不同的阴离子形式存在，带负电荷；,当,pH322,时，谷氨酸呈电中性，绝大部分以偶极离子存在，其分子内部正负电荷相等，溶液中的总静电荷等于零。,61,.,二、等电点法提取谷氨酸61.,谷氨酸分子之间相互碰撞，并通过静电引力的作用结合成较大的聚合体而沉淀，此时溶液的pH，称谷氨酸的等电点，习惯上以pI表示。在等电点时，谷氨酸的溶解度最小。味精生产中正是利用了这一特性提取谷氨酸。,1.谷氨酸结晶的性质,谷氨酸结晶属斜方晶系离子晶体，具有多晶型性质。在不同的条件下，可以得到,-型谷氨酸结晶和,-型谷氨酸结晶。,-,型结晶的晶轴长短接近，晶体粗壮，呈颗粒状，且颗粒大，质量高，易沉淀分离，是一种理想的结晶。,-,型谷氨酸结晶晶轴长短不一，呈针状或鳞片状，晶粒微细、纯度低、质量轻、不易沉淀析出。因此，在操作中要控制结晶条件，以利于形成,-,型结晶。,62,.,谷氨酸分子之间相互碰撞，并通过静电引力的作用结合成较大的聚合,2.影响晶型的因素,影响谷氨酸晶体晶型的因素有发酵液中,谷氨酸的含量、结晶析出温度、残糖浓度等。在室温自然冷却条,件下，随谷氨酸含量的升高，,-,型谷氨酸结晶增多，水分增多，,分离困难。,当结晶析出的温度超过30时，,-,型谷氨酸结晶增加。因此，,在采用等电点法提取谷氨酸时，必须把发酵液温度降到30以下，,避免形成,-,型结晶。发酵液中残糖浓度高，,-,型结晶增加，残,糖越低，则有利于形成,-,型结晶。,3.影响谷氨酸结晶析出的主要因素,谷氨酸含量。,用等电点法提取谷氨酸时，要求谷氨酸含量在4以上，否则，可先浓缩或加晶种后，再用等电点法提取谷氨酸。若谷氨酸含量大于8，易形成,-,型结晶。,63,.,2.影响晶型的因素 影响谷氨酸晶体晶型的因素有发酵液,温度及降温速度。,谷氨酸的溶解度随温度的降低而变小，,使谷氨酸从发酵液中结晶析出。为了有利于形成,-,型结晶，结,晶温度要低于30。且降温要缓慢，以形成较大的结晶颗粒。,投晶种与育晶。,在晶核形成以前，适时投放一定量的晶种，有利于收率的提高。生产上根据发酵液中谷氨酸的含量和pH来确定投种时间，一般谷氨酸含量在5左右、pH4.04.5时投晶种；谷氨酸含量在3.5,4,.0、pH为3.5,4.0时投晶种。投种量一般为发酵液的0.2,0.3。,加酸。,加酸的主要目的是调节发酵液的pH，使其达到谷氨酸的等电点。加酸速度的快慢对晶体的大小影响很大。在生产上，一般要求前期加酸稍快，中期(晶核形成前)加酸要缓，后期加酸要慢，使pH缓慢降到等电点为止。,64,.,温度及降温速度。谷氨酸的溶解度随温度的降低而变小，,搅拌。,适当搅拌有利于晶体长大，使菌体大小均匀一致。搅,拌还可以减少结晶粒子的互相黏接，避免晶簇的形成。搅拌转速,与设备直径和搅拌浆叶大小有关，一般以20,30rmin为宜。,(二)等电点提取工艺的操作要点,1.加酸调等电点,将发酵液排入等电桶后，测量温度、pH和谷氨酸含量，然后搅拌冷却，待液温降至30C时，加盐酸调pH。,前期加酸稍快，1h左右将发酵液的pH调至5.0。中期加酸要缓慢，,约经2h，发酵液的pH接近4.0-4.5时，观察晶核形成情况。当,菌体。,发酵液中残存菌体的大小及多少，因菌种的不同而异。AS.l.542菌的菌体大，数量少，质量轻，相对地说，容易同谷氨酸结晶分离。,发酵液若染噬菌体，色泽深灰甚至发红，黏度增大，泡沫多谷氨酸的纯度和收率较低。,65,.,搅拌。适当搅拌有利于晶体长大，使菌体大小均匀一致。搅,能目视发现晶核时，要停止加酸，育晶12h，使晶核壮大。此后加酸速度要慢，直到pH为3.0-3.2时，停止加酸，继续搅拌20h结束。整个中和温度要缓慢下降，不能回升。,最终温度越低越好。,2.沉降分离,将中和好的发酵液静置沉淀46h，放出上清液，然后将谷氨酸结，晶沉淀层表面的少量菌体细麸酸清除，放另一缸中回收利用，底部的谷氨酸结晶取出后，离心分离。,66,.,能目视发现晶核时，要停止加酸，育晶12h，使晶核壮大。此后,第七节 由谷氨酸制成味精,一、谷氨酸的中和、脱色和除铁,（一）,谷氨酸的中和,1.,谷氨酸一钠的等电点,谷氨酸中和反应的pH应控制在谷氨酸第二等电点pH6.96。当pH,高时，生成的谷氨,酸二钠增多，而谷氨酸二钠没有鲜味。将谷氨酸,溶于水中，加热、加碱进行中和。随着碱的不断加入，溶液的pH,逐步升高，谷氨酸的电离平衡发生移动，当绝大多数的谷氨酸都,变成阴离子形式时，即为中和生成谷氨酸一钠的等电点。,2.操作,中和剂：,在味精生产中，中和谷氨酸可用,氢氧化钠,，也可用,纯碱(Na2C03,)，一般不用液碱，因为液碱甲含杂质氯化钠较多，最后会影响结晶味精成品的质量。,67,.,第七节 由谷氨酸制成味精 2.操作,谷氨酸中和时，先把谷氨酸加入水中，制成饱和溶液，然后加,碱中和。注意加碱速度要缓慢，用pH试纸测其pH。边加碱边搅拌。,中和温度控制在65左右。,在中和时，要控制投料比适当，即湿谷氨酸与水之比为1：2，,湿谷氨酸与纯碱之比为1：0.30.4。中和温度夏天为60C，冷天,为65C。中和液浓度为21,23Be。中和反应控制pH为6.77.0。若超过7.0以上，溶液中谷氨酸二价阴离子逐渐增多，易生成谷氨,酸二钠。,(二)中和液的除铁,由于生产原料不纯、生产设备腐蚀及生产工艺等原因，使中和液,中的铁、锌离子超标，必须将其除去。目前除铁、锌离子的方法主,要有,硫化钠,和,树脂法,两种。,68,.,谷氨酸中和时，先把谷氨酸加入水中，制成饱和溶液，然后加,硫化钠法,硫化钠可与Fe2+、Zn2+反应生成硫化铁和硫化锌沉淀而除去。,其总反应式为：,Na2S + Fe2+FeS + 2Na+,Na2S + Zn2+ZnS + 2Na+,使用的硫化钠要求呈橙黄色或微黄色，杂质少。硫化钠的用量,要适当，并且在使用前应先配成1315Be溶液。,树脂法,树脂除铁是利用弱酸性阳离子交换树脂，吸附铁或锌得以除去。用此法除铁(或锌)，不但解决了硫化钠除铁引起的环境污染问题，改善了操作条件，而且提高了味精质量，是一种较为理想的除铁方法。,69,.,硫化钠法 树脂法69.,(三)中和液的脱色,在味精生产过程中，由于各种成分的化学变化产生了一些有,色物质，如焦糖、氨基糖、单宁铁等。因此，中和液需进行脱色,处理。脱色方法有,物理吸附,和,化学脱色,两种方法。,1.物理吸附,即采用活性炭脱色。用活性炭脱色时，温度控制在50-60，pH保持在6.4以上，脱色时间为30min。为了加快吸附过程的进行，可适当搅拌中和液。,活性炭的用量,：根据活性炭脱色能力的强弱及中和液色泽的深浅等情况决定，一般为中和液的23。活性炭分为粉末状的药用炭和GH-15颗粒活性炭两种。,用粉末活性炭脱色，一种方法是在中和过程中加炭脱色后除铁，另一种方法是将中和液先除铁，用谷氨酸回调pH6.26.4，,70,.,(三)中和液的脱色活性炭的用量：根据活性炭脱色能力的强弱,蒸汽加热60，使谷氨酸全部溶解，再加入适量的活性炭脱色。经粉末活性炭脱色后，往往透光率达不到要求，需进入GH15活性炭柱进行最后一步脱色工序。,2.化学脱色,有离子交换树脂脱色法。离子交换树脂的脱色主要靠树脂的多孔隙表面对色素进行吸附，即树脂的基团与色素的基团形成共价键，因而对杂质起到吸附与交换作用。一般选用,弱碱性阴离子交换树脂,。,中和液中的杂质，有些分子量较大，在交换过程中扩散速度,慢。因此，脱色时流速要,适当慢些。温度控制在40,-,50条件下进行脱色较合适。,71,.,蒸汽加热60，使谷氨酸全部溶解，再加入适量的活性炭脱色。经,二、中和液的浓缩和结晶,(一)中和液的浓缩,谷氨酸钠在水中的溶解度很大，要想生成大量的结晶必须除去,大量的水分使溶液达到过饱和状态而析出结晶。,浓缩方法：,一是降低溶液的温度，使溶质的溶解度减小，达到过饱和状态；二是在温度不变的条件下，蒸发掉溶液中的一部分水，使溶液的浓度升高，达到过饱和状态。,中和液的浓缩不宜在高温下进行，因为谷氨酸一钠在高温下容易环化，生成焦谷氨酸钠。,设备：,味精生产的浓缩过程普遍采用减压浓缩工艺，主要设备,有减压蒸发式结晶罐。浓缩时的工艺条件，一般控制真空度在,80kPa以上，料液的温度控制在70以下。浓缩时，真空度愈高，,72,.,二、中和液的浓缩和结晶 设备：味精生产的浓缩过,料液的沸点就越低，这样既可加快浓缩，又可避免谷氨酸一钠的,脱水环化形成焦谷氨酸钠。总之，中和液的浓缩以,真空度高,、,料,液温度低,，,操作时间短,较为宜。,(二)谷氨酸一钠的结晶析出,结晶操作的基本过程可分为浓缩、起晶、整晶、育晶、放罐等几个阶段。,结晶味精的晶体要求颗粒大小均匀、透明、光洁。制作结晶味精所用的中和液要求杂质含量少，透光度在90以上。,具体操作：,1.起晶,当浓缩液的浓度达到3030.5Be(70)时，投入晶种，进行起晶。起晶时溶液微混浊，经过一定时间晶种的晶粒稍有长大，并出现细小的新晶核(称假晶)。当料液浓度增加，晶粒长大速度反而比晶核长大速度小时，需要整晶。,73,.,料液的沸点就越低，这样既可加快浓缩，又可避免谷氨酸一钠的(二,2.整晶,所谓整晶就是加入一定量的、与料液温度接近的温水，使晶核全部溶解掉。加水量不宜过多，以溶掉新形成的小晶核为止，防止晶种溶化。整晶后继续浓缩，若再次出现新晶核就要多次进行整晶。,3.育晶,在结晶过程中，需根据料液浓度，补加稀释的脱色液(加热)，以保持锅内浓度维持在较低的过饱和状态，保证晶体不断成长，又较少生成新的晶核。通过补料而促使晶粒长大的过程称为育晶。补料结束后，待晶粒长成所要求的大小时，准备出料。出料前预先加入同温度的温水，使浓度降低到29-39.5Be。出料后放在贮精槽内，立即进行离心分离。离心后的母液中仍含有大量的谷氨酸一钠，可将其并入下批中和液中一起进行处理。,74,.,2.整晶 所谓整晶就是加入一定量的、与料液温度接近,三、干燥、包装和成品的质量标准,经过离心分离后的晶体必须进行干燥处理。目前，采用的干,燥方法有,箱式烘房干燥，真空箱式干燥、气流干燥、传送带式干,燥、振动床式干燥,。,结晶味精要求颗粒大小均匀，因此干燥好的晶体要经过振动筛分，除去过大或过小的晶粒，使晶粒大小更加均匀。筛分时能通过10目而不通过24目的晶粒称为粗晶，能通过14目而不通过28目的晶粒称为细晶。味精的包装在大部分工厂均为手工操作，生产效率低。因此机械化包装将逐步取代手工包装。,75,.,三、干燥、包装和成品的质量标准75.,思考题,1.淀粉水解糖液的制备方法有哪些？,2.谷氨酸生物合成包括哪些途径？,3.影响谷氨酸发酵的因素有哪些？,在生产中如何控制？,4.味精的提取方法有哪些？,76,.,