《味精的生产工艺2》

味精的生产工艺【摘要】本文主要介绍了味精的发现、谷氨酸的生物合成以及由谷氨酸制得味精的工艺流程。谷氨酸与适量的碱进行中和反应，生成谷氨酸一钠，其溶液经过脱色、除铁、除去部分杂质，最后通过减压浓缩、结晶及分离得到谷氨酸钠。谷氨酸钠俗称味精，是重要的鲜味剂，对香味具有增强作用。【关键字】味精、谷氨酸、发酵、氨基酸内蒙古阜丰生物科技有限公司是世界第一大谷氨酸生产商一一中国阜丰集团的核心企业。成立于2006年3月，坐落于呼和浩特经济技术开发区金川南区。阜丰集团有限公司是一家在香港主板上市的国际化生物制品公司。 主要致力于生物发酵产品的生产、经营和研发，是全球第三大黄原胶生产商。公司目前下辖谷氨酸、味精、淀粉、葡萄糖、复混肥、热电、黄原胶、新型建材厂等多个分厂。主要产品及年产量为谷氨酸20万吨，味精10万吨，淀粉80万吨，结晶葡萄糖15万吨，复混肥30万吨，黄原胶2万吨。主导产品谷氨酸、味精、黄原胶销往全国二十多个省市，并出口到世界四十多个国家和地区。味精简介味精，乂名“味之素”，学名“谷氨酸钠”。成品为白色柱状结晶体或结晶性粉末，是目前国内外广泛使用的增鲜调味品之一。其主要成分为谷氨酸和食盐。我们每天吃的食盐用水冲淡400倍，已感觉不出咸味，普通蔗糖用水冲淡200倍，也感觉不出甜味了，但谷氨酸钠盐，用于水稀释 3000倍，仍能感觉到鲜味，因而得名“味精”。味精的发现1908年的一天，日本东京大学教授Ikeda做完一天的实验后，回到家中。妻子端上做好的晚饭，早已饥肠辘辘的教授吃得特别香， 尤其是汤，尽管汤里只有几片黄瓜和海带，却异常鲜美。黄瓜绝不会这么鲜美，教授心想，这个奥妙一定出自海带。于是教授决定揭示其中的秘密。通过对海带中含有的化学物质提取研究后，Ikeda终于发现海带里含有一种叫“谷氨酸钠”的物质。它非常鲜美，放进汤里，能使汤的味道更佳。池田菊苗教授给它取了个名字，叫“味之素” 。从此开始了工业化生产氨基酸的历史。在此后的近50年中，谷氨酸的生产都是以大豆或面筋蛋白为原料，采用酸水解后分离提取的方法。 1957年日本科学家Kinoshita等人发现，在培养某些微生物，如谷氨酸棒杆菌（Corynbacteriumglutamicam）时会产生谷氨酸的积累，从此揭开了用微生物发酵方法生产氨基酸的历史新篇章。至今，几乎所有的氨基酸都能采用发酵法生产。谷氨酸是第一种应用发酵法进行工业化生产，也是目前产量最高的氨基酸。全世界的年产量超过50万吨，中国已经成为世界上最大的氨基酸钠（味精）生产和消费国。谷氨酸的生物合成途径谷氨酸是生物体内代谢的基本氨基酸之一，也是连接糖代谢与氨基酸代谢的枢纽之一。在谷氨酸生产菌中，葡萄糖首先经过酵解途径（EMP和单磷酸己糖途径（HM伊生成丙酮酸。然后，丙酮酸一方面氧化脱毯生成乙酰 CoA另一方面经CC®定作用生成草酰乙酸，乙酰CoA和草酰乙酸合成柠檬酸后进行三毯酸循环（TCA循环）。最后，三毯酸循环的中间产物&$戊二酸在谷氨酸脱氢酶催化的还原氨基化反应下，或者在由转氨酶催化的转氨作用下或者在谷氨酸合成酶催化的由谷氨酰胺提供氨基的反应下，合成谷氨酸。在这三种谷氨酸合成反应中,谷氨酸脱氢酶催化的还原氨基化作用占主导地位。3.1发酵法生产谷氨酸的菌种选育工业发酵要求选育出高产菌种。一种微生物经过育种，能够积累过量的目标产物，就可以用于工业发酵，同时也说明它的遗传基因型与野生菌相比已经发生了变化。如果目标产物的代谢途径和调节机制已经比较活楚， 在菌种选育时就可以有目的得采用适当的方法对细胞内的调节机制机理进行改造， 就能够容易地获得高产菌种。细细胞内氨基酸的合成具有如下特点：①某一类氨基酸往往有一个共同的前体;②氨基酸的生物合成与EM础径、三毯酸循环有密切的关系；③一种氨基酸可能是另一种氨基酸的前体。因此，如果要细胞大量地积累氨基酸，就必需做到：①必需解除氨基酸代谢途径中存在的产物反馈抑制；②应该防止所合成的目标氨基酸降解或者用于合成其他细胞组分；③若几种氨基酸有一个共同的前体，应该切断其他氨基酸的合成途径；④应该增加细胞膜的通透性，是的细胞内合成的氨基酸能够及时释放到胞外，降低其胞内的浓度。因此在氨基酸生产菌种的育种工作中，应该在基因水平对微生物进行改造，改造的方法包括传统的诱变育种及应用现代基因工程。3.2谷氨酸的发酵工艺谷氨酸的发酵是一个复杂的生化过程，野生型谷氨酸产生菌不能在体外大量积累地谷氨酸，故生产上常采用代谢调节异常化的细菌为菌种。这些菌种对环境因素的变化非常敏感，易受多方面的环境条件的影响，包括发酵培养及配比、温度、溶解氧、pH、Nr〉度等。在适宜的培养条件下，谷氨酸生产菌能够将 50%以上的糖转化成谷氨酸，只有极少量的副产物。否则，几乎不产生谷氨酸，而得到大量的菌体或者由谷氨酸发酵转化为积累乳酸、琥珀酸或as戊二酸、丙氨酸、缴氨酸、谷氨酰胺、乙酰谷酰胺等等发酵。因此，谷氨酸发酵必须严格控制工艺条件。培养基：谷氨酸生产菌为异养型微生物，只能以有机化合物为碳素营养种子扩大培养：由于现代的发酵工业生产规模越来越大，谷氨酸生产的发酵罐容积可达几十立方米甚至几白立方米。要使微生物在几十个小时的较短时间内，完成如此巨大的生物转化的任务，必须首先培养出数量巨大、代谢旺盛的种子。目前，谷氨酸种子的扩大培养普遍采用二级种子培养的流程。温度对谷氨酸发酵的影响及其控制：温度对发酵的影响是多方面的，对菌体生长和代谢产物形成的影响是各种因素综合表现的结果。不同的微生物种类，所具有的酶系及其性质不同，所要求的温度范围也不同；同一种微生物，培养条件不同，最适温度也往往不同。谷氨酸生产菌的生长最适温度为 30〜32。C,合成氨基酸的最适温度一般比生长温度高，为34〜37oC。pH对谷氨酸发酵的影响及其控制：pH对微生物的生长和代谢产物积累都有很大影响。谷氨酸生产菌均能在广泛的的pH范围内生长。谷氨酸发酵在中性和微碱性条件下(pH7.0〜8.0)积累谷氨酸，在酸性条件下(pH5.0〜5.8)则容易形成谷氨酰胺NL乙酰谷酰胺。在不同培养阶段对pH的要求也往往不同，发酵前，幼龄菌体细胞对氮的利用率高，pH变化大。发酵前期pH偏低，菌体生长旺盛，消耗营养成分快，菌体转入正常代谢，长菌而不产谷氨酸。当pH偏高，对菌体生长不利，糖代谢缓慢，发酵周期延长。但是，在发酵前期pH稍高些(pH7.5〜8.0)对抑制杂菌生长有利。因此，发酵前期控制pH7.5左右，发酵中、后期控制pH7.2左右。因为谷氨酸脱氢酶的最适作用pH为7.0〜7.2,氨基转移酶的最适pH为7.2〜7.4。在将近放罐时，为了谷氨酸后续提取工序，控制pH6.5〜6.8为有。氧对谷氨酸发酵的影响及其控制：谷氨酸生产菌是兼性好气菌，在谷氨酸发酵中，供氧过大或过小对菌体生长和谷氨酸积累都有很大影响。在菌体繁殖期，若供氧过量，在生物素限量的情况下，抑制菌体生长，表现为耗糖慢，长菌慢，pH偏高，不易下降。在发酵产酸阶段，若供氧不足，发酵的主要产物由谷氨酸转为乳酸。在缺氧条件下，丙酮酸以后的氧化反应停滞，使糖代谢中间体一一丙酮酸转为乳酸。如果供养过量，不利于aS戊二酸进一步还原氨基化，因而积累a-S戊二酸。在发酵前期，以低通风量为有；发酵中、后期以高通风量为主。噬菌体的污染及控制：在谷氨酸发酵生产中，噬菌体的危害很大，轻则减产，重则会引起发酵液全部倒弃，造成严重损失。因此，必须严格控制噬菌体侵入。3.3谷氨酸的提取工艺谷氨酸发酵完毕，发酵液外观呈浅黄色浆状，表面浮有少许泡沫。在谷氨酸发酵液中，除了合成的大量谷氨酸外，还存在菌体、残糖、色素、胶体物质以及其他发酵副产物等。通常应用谷氨酸的两性电解质的性质，及其溶解度、分子大小、吸附剂的作用，以及谷氨酸的成盐作用等，将谷氨酸从发酵液中提取出来。谷氨酸的提取方法一般有等电点法、离子交换法、金届盐沉淀法、盐酸盐法和电渗析法，以及将上述某些方法结合使用的办法。其中，以等电点法和离子交换法应用最为普遍。由谷氨酸到味精从发酵液中提取得到的谷氨酸，仅仅是味精生产中的半成品。谷氨酸与适量的碱进行中和反应，生成谷氨酸一钠，其溶液经过脱色、除铁、除去部分杂质，最后通过减压浓缩、结晶及分离，得到较纯的谷氨酸一钠的晶体，不仅酸味消失，而且有很强的鲜味。4.1味精生产流程味精的生产一般分为糖化、发酵、提取谷氨酸晶体、精制得谷氨酸钠晶体等四个主要工序。调浆t糖化工艺：淀粉、水t调浆(加Na2CC3和淀粉酶)t喷射液化t保温灭菌T过滤T层流罐T贮罐T冷却T糖化。发酵T提取谷氨酸晶体工艺：冷却T发酵罐发酵T冷却T等电点中和丁谷氨酸晶体T加水溶解丁二次中和丁得谷氨酸钠溶液。精制得谷氨酸钠晶体工艺：活性炭脱色T过滤T离子交换脱金届离子T浓缩T蒸发结晶T分离出湿味精T十燥T得晶体味精T筛选T分装。讨论发酵现象，具有与地球上生命体的诞生同样长的历史，有史以来就被人类所认识。几千年来，微生物一直被用来生产面包、啤洒和葡萄洒等产品。随着生物化学的进展以及对发酵机制和代谢调控理论研究的深入，发酵产品扩展到柠檬酸、苹果酸等有机酸，氨基酸、核苜酸等食品添加剂，酶制剂、维生素和抗生素等药品。今天，微生物学在全球工业中扮演重要的角色，尤其在制药、食品和化学工业中，微生物是主要的参与者。致谢：本论文是在老师的悉心指导下完成的。 老师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。不仅是我树立了远大的学术目标、 掌握了基本的研究方法，还使我明白了许多待人接物与人处事的道路。 本论文从选题到完成，每一步都是在各位老师的指导下完成了，倾注了老师大量的心血。在此，向四位老师表示崇高的敬意和衷心的感谢 ！参考文献：岑沛霖，蔡谨编著.工业微生物学.北京：化学工业出版社， 2000.6:255—272.杨汝德主编.现代工业微生物学教程.北京：高等教育出版社， 2006.1:369—371.杨浩.工业微生物学基础及其应用 .北京：科学出版社，1991.王镜岩，朱圣庚，徐长法主编.生物化学（上，下册）（第三版）.北京：高等教育出版社，2002.9.TOC\o"1-5"\h\z江汉湖.食品微生物学.北京：中国农业出版社， 2002.张克旭.氨基