谷氨酸中和技术

第十章谷氨酸与赖氨酸提取及精制技术第一节谷氨酸提取技术目前国内谷氨酸提取工艺主要有等电点法、离子交换法与等电点—离子交换法等，下面主要介绍这三种方法。一、等电点法提取谷氨酸（一）谷氨酸发酵液的主要成分对于正常发酵液，放罐时pH为6.5~7.2，呈浅黄色，表面有少量泡沫，有谷氨酸发酵的特殊气味，发酵液的主要成分以及含量见表10-1。成分含量成分含量谷氨酸＞8%谷氨酸类似物质少量湿菌体5~10%其他氨基酸少量有机酸＜0.8%无机盐微量葡萄糖＜0.6%有机色素少量铵离子0.6~0.8%残留消泡剂及其他杂质少量核酸、核苷酸类物质0.02~0.06%5/9/20241谷氨酸中和技术（二）谷氨酸的性质1.谷氨酸的立体异构谷氨酸分为L型、D型、DL型三种，在动植物和微生物机体中天然存在的，都是L型谷氨酸，L型谷氨酸是味精的前体。2.谷氨酸结晶的特性谷氨酸结晶具有多晶型性质，在不同条件下会形成不同晶型的谷氨酸结晶。通常分为α-型结晶和β-型结晶两种。3.谷氨酸的溶解度在一定温度下，每100g水中所能溶解谷氨酸的最多克数，称为谷氨酸的溶解度。①pH值对谷氨酸溶解度的影响谷氨酸等电点pH3.22时，溶解度显著减少到最低点。②温度对谷氨酸溶解度的影响谷氨酸溶解度受温度影响较大，温度越低，溶解度越小，这是低温等电点法提取谷氨酸的依据。③杂质对谷氨酸溶解度的影响发酵液中合有残糖、其它氨基酸、菌体及肢体物质等杂质，这些杂质都会影响谷氨酸的溶解度。5/9/20242谷氨酸中和技术（三）影响谷氨酸结晶的主要因素1.发酵液性质对结晶晶型的影响①谷氨酸含量对结晶晶型的影响

若发酵液中谷氨酸含量过低，低于4.5%时，不容易达到过饱和度，即使提取温度很低，所形成晶核数量也不会太多。如果谷氨酸含量较高，在室温条件下已经容易形成β-型结晶，导致分离困难，影响谷氨酸收率，且谷氨酸含水量较大、纯度较低。②菌体对结晶晶型的影响当带菌体进行等电点提取谷氨酸时，如果菌体数量多，发酵液黏度大，易使结晶形成β-型结晶。③杂菌和噬菌体结晶晶型的影响如果谷氨酸发酵感染杂菌和噬菌体，发酵液中胶体物质增多，泡沫多，残糖高，发酵液黏度大，容易形成β-型结晶。④残糖对结晶晶型的影响如果发酵液残糖过高，不仅会影响谷氨酸的溶解度，而且易产生β-型结晶。⑤发酵液杂质对结晶晶型的影响发酵液的杂质，如消泡剂，糊精、焦糖、蛋白质、色素等杂质，如果过多，对提取带来影响。2.温度对结晶晶型的影响温度越低，析出α-型结晶纯度越高。当等电点调酸时,发酵液温度高于30℃,β-型结晶增加；当温度低于30℃，β-型结晶减少。温度在20℃以下时主要是α-型结晶析出。5/9/20243谷氨酸中和技术3.降温速度对结晶晶型的影响如果降温速度过快，不仅晶核小而多，结晶微细，而且会引起α-型结晶向β-型结晶转化，导致收率下降。4.加酸速度对结晶晶型的影响发酵液加酸至pH5.0左右，加酸速度可以快一些；pH5.0以下，特别是接近育晶点，加酸速度要缓慢，发现晶核时，应立即停止加酸，育晶2~3h，使晶核成长壮大，再继续缓慢加酸至pH3.2。5.投晶种与育晶对结晶晶型的影响谷氨酸起晶有两种方法：自然起晶和加晶种起晶。一般来说，加晶种起晶，晶核容易控制，不易出现β-型结晶，但必须要选择质量好的α-型晶体作为晶种。投晶种一定要掌握好投放时间，根据结晶理论，应在发酵液处于介稳区时投入晶种。6.搅拌对结晶晶型的影响搅拌有利于晶体长大，避免“晶簇”生成，但搅拌太快，液体翻动剧烈，会引起晶体的磨损，对晶体长大不利，造成结晶细小。搅拌太慢，液体翻动不大，晶体容易下沉，pH和温度不均匀，引起局部pH过低，形成过多的微细晶核，造成结晶颗粒大小不均，不易与菌体分离，影响收率。一般搅拌转速以25~35r/min。5/9/20244谷氨酸中和技术（四）带菌体低温等电点分批提取工艺1.工艺流程温度加晶种起晶等电点搅拌20h静置沉降6h离心分离湿谷氨酸缓慢加酸发酵液pH4.0-4.5(起晶中和点)停酸育晶2h盐酸继续中和至pH3.0-3.2晶种5/9/20245谷氨酸中和技术2.操作要点①育晶前的加酸操作当发酵液放到等电点罐以后，先降温至28℃左右，然后加入盐酸或硫酸（为降低生产成本，目前基本使用硫酸）调节pH值。为了缩短提取周期，根据目前国内发酵液谷氨酸含量情况，一般在pH5.0之前的加酸速度可以快些，在1~2个小时内完成。pH值逐渐接近起晶点时，加酸速度逐渐减慢。在pH值降低的过程中，用冷水缓慢降温，一般在起晶点时控制温度在23~25℃。②投晶种与育晶根据目前国内发酵液的谷氨酸含量（80~140g/L），在23~25℃、pH4.4~4.8时，发酵液中的谷氨酸可达到过饱和状态，会有晶核析出。因此，当pH下降至5.0之后，要注意不时取样仔细观测（可通过显微镜观察），一旦发现晶核出现，应立即停止加酸，停止继续降温，并投入质量良好的α-型晶种0.1~0.3%，搅拌育晶2h。③育晶后继续加酸操作育晶后继续缓慢加酸，并逐渐降低温度，一直将pH值调节至3.2，耗时4~6h，此时温度降低到10~13℃。④等电点搅拌育晶当达到等电点，停止加酸，继续用冷水降低温度至4℃左右，搅拌育晶8~12h。⑤沉淀与分离如果使用人工卸料离心机分离，由于劳动强度较大，通常在分离之前要停止搅拌，沉淀4h，排出上清液，然后再用人工卸料离心机分离等电点罐底部沉淀下来的谷氨酸固液混合物料。如果使用自动卸料离心机，在离心机生产能力足够的情况下，通常不必经过沉淀即可直接泵送至自卸机分离。5/9/20246谷氨酸中和技术二、离子交换法提取谷氨酸（一）离子交换法提取谷氨酸的基本原理谷氨酸是两性电解质，是一种酸性氨基酸，含有可交换的-NH4+和COOH—，与酸、碱两种树脂都能发生交换。谷氨酸的等电点为pH3.22，当pH＞3.22时，羧基离解，而带负电荷，它能被阴离子交换树脂交换吸附；当pH＜3.22时，谷氨酸在酸性介质中，呈阳离子状态，氨基离解，带正电荷，它能被阳离子交换树脂交换吸附。离子交换法从发酵液提取谷氨酸，是谷氨酸与发酵液中其它同性离子性质不同，树脂对这些离子的吸附能力有差别，采用不同的树脂将这些离子分别选择地吸附，然后根据吸附能力差别，用洗脱剂分别先后洗脱。目前各味精厂均采用732#强酸性阳离子交换树脂。离子交换法提取谷氨酸，就是利用阳离子交换树脂对谷氨酸阳离子的选择性吸附，以使发酵液中妨碍谷氨酸结晶的残糖及糖的聚合物、蛋白质、色素等非离子性杂质得以分离，后经洗脱达到浓缩提取谷氨酸的目的。5/9/20247谷氨酸中和技术（二）谷氨酸阳离子交换机制谷氨酸发酵液交换层次的剖析5/9/20248谷氨酸中和技术（三）阳离子树脂柱提取工艺1.工艺流程

5/9/20249谷氨酸中和技术2.操作要点离子交换柱及其管道装置简单示意图见10-8。①树脂预处理新树脂装填入柱后，先用清水浸泡12h左右，再用2~3倍树脂体积的10%食盐水浸泡4h以上，然后用清水洗净残留的NaCl，最后根据树脂类型和使用所需要的型号分别用碱和酸处理。利用732#树脂提取谷氨酸，一般树脂先用4%NaOH（用量一般为树脂体积二倍）浸泡4h，水洗至pH8.0以下，加入4%盐酸（用量一般为树脂体积两倍）浸泡4h，最后用少量自来水洗至pH2.0左右，备用。②上柱液pH值的控制经试验表明，上柱液pH值低于1.0时，谷氨酸的离子交换效果也不理想。原因在于：在强酸性下（如pH1.0）阳离子交换树脂本身交换能力差，例如，在pH1.0时的H+浓度为0.1mol/L，pH2.0时的H+浓度为0.01mol/L，H+浓度增大10倍，谷氨酸的离子交换就比较困难。③上柱量的控制上柱量是指一次通过离子交换树脂而达到交换处理的溶液量。上柱量的多少，是离子交换效果好坏的综合指标，它反映树脂交换能力。如果上柱量大于树脂交换能力，谷氨酸就会漏吸造成损失；如果上柱量小于树脂的交换能力，离子树脂柱的生产能力不饱和，而且洗脱时谷氨酸峰不集中。在实际生产上，树脂的工作交换当量比树脂的全交换当量要小得多，上柱量是根据树脂的工作交换当量和上注液中可交换离子（主要是谷氨酸和NH4+）的浓度来决定的。④上柱液流速的控制根据实际操作，一般流速为SV（单位时间通过每立方米树脂肪液体体积），以m3／（m3﹒h）表示。逆上柱SV=2~3m3／（m3﹒h），顺上柱SV＝1.5~2m3／（m3﹒h）。⑤漏吸的判断当上柱流出液谷氨酸含量大于0.2%时，视为“漏吸”。上柱后阶段，要特别注意防止“漏吸”的发生，用5%茚三酮溶液的显色反应来检测。5/9/202410谷氨酸中和技术⑥冲洗、疏松与预热离子交换结束必须进行冲洗操作。通常，先从树脂柱底部进水反洗，使菌体等较轻的杂质随水流经排污口排出，然后再顺洗，直至流出液清亮为止。在冲洗过程中可通入压缩空气疏松树脂，同时要防止树脂溢出。为了防止洗脱下来的谷氨酸在树脂柱内结晶析出，发生“结柱”现象，在洗脱前，要用50~60℃热水对树脂柱预热。⑦洗脱洗脱剂有很多种，生产上通常采用4%的NaOH溶液或用液氨调节pH9.0以上的等电点母液。一般来说，洗脱流速控制要比上柱流速慢，使谷氨酸高峰集中，拖尾少。但谷氨酸溶解度低，在谷氨酸浓度高时，流速过慢要发生“结柱”，此时应迅速加快流速，使结晶溶化。⑧洗脱液的收集按洗脱过程中pH值进行分段收集洗脱液，见表10-7。pH值成分处理初流分1.5~2.5谷氨酸含量1%左右重新上柱回收高流分2.5~9.0谷氨酸含量9%左右等电点提取后流分9.0~12.0谷氨酸含量2%左右，NH4+含量高。配洗脱液或重新上柱回收5/9/202411谷氨酸中和技术⑨再生谷氨酸洗脱后，树脂成为NH4+型和Na+型，下次继续使用之前，必须进行再生，使树脂转变成为H+型。再生之前，先用热水冲洗（逆洗与顺洗结合）树脂，至流出液接近中性，然后再用再生剂进行再生。3.“结柱”与“漏吸”的原因分析（1）“结柱”的原因分析①上柱液交换过程中，其它阳离子将树脂中H+置换下来，当柱内pH值为3.22时，谷氨酸以结晶形式析出。②菌体等杂质干扰，影响流速。③树脂的严重破碎，菌体的堵塞，影响流速，容易“结柱”。④洗脱之前，如果没有充分冲洗菌体、色素、消泡剂等非离子型大分子粘稠物质，或没有充分预热树脂；洗脱时，如果采用NaOH洗脱剂浓度太高、温度较低，都有可能造成（2）“漏吸”的原因分析①树脂再生不完全，吸附能力明显降低。②上柱量过大或上柱流速太快。③上柱液中金属阳离子含量过多。④树脂厚度不适当，或树脂破碎流失而未及时添加。⑤上柱液杂质过多，或有杂菌感染。⑥上柱液pH不当，部分谷氨酸未能解离为阳离子。⑦树脂处理不当，导致“结柱”，造成上柱走短路。⑧阀门有漏液现象。5/9/202412谷氨酸中和技术三、等电点—离子交换法提取谷氨酸1.工艺流程见图10-9。5/9/202413谷氨酸中和技术四、谷氨酸提取率及其提高的措施1.谷氨酸提取率谷氨酸提取率是指经过各种方法提取所得谷氨酸质量占发酵液所含谷氨酸质量的百分比。可用下式计算：（9-14）2.提高谷氨酸提取率的措施①连续结晶的提取法②浓缩发酵液的提取法③超滤膜除菌体的提取法5/9/202414谷氨酸中和技术第二节谷氨酸制味精技术一、味精的性质以及谷氨酸制味精的流程（一）味精的性质味精是L-谷氨酸单钠一水化合物，学名叫α-氨基戊二酸单钠一水化合物。1.味精的物理性质味精是无色至白色的柱状结晶或白色的结晶性粉末，属斜方晶系，在显微镜下观察，其晶形为棱柱状的八面体。其分子式为C5H8NO4Na﹒H2O，分子量为187.13。由于分子结构含有不对称碳原子，具有旋光性，分为L-型、D-型及DL-型三种光学异构体。2.味精的化学性质①与盐酸作用生成谷氨酸或谷氨酸盐酸盐NaC5H8NO4+HClNaCl+C5H9NO4C5H9NO4·HCl②与碱作用生成谷氨酸二钠盐，加酸后又生成一钠盐。NaC5H8NO4+NaOHH2O+Na2C5H7NO4NaC5H8NO4+NaCl③稳定性在120℃下失去结晶水，在155℃下分子内脱水，225℃以上分解。若其水溶液长时间受热，会引起失水，生成焦谷氨酸一钠。其结构式如下：5/9/202415谷氨酸中和技术（二）谷氨酸制味精的流程5/9/202416谷氨酸中和技术二、谷氨酸转晶技术1.谷氨酸转晶的目的近几年来，国内个别生产厂家在谷氨酸中和之前采用转晶工艺，即将颗粒较大的α-谷氨酸α-晶体转变为颗粒较小的谷氨酸β-晶体，从而增加谷氨酸晶体的比表面积，使包藏在谷氨酸α-晶体内部的色素和杂质暴露在晶体表面出来，用热水洗涤可以除去晶体表面大部分的色素和杂质，从而减小中和液脱色难度，有利于提高味精产品的质量。2.谷氨酸转晶的工艺流程

谷氨酸转晶工艺流程如图10-11所示。5/9/202417谷氨酸中和技术3.谷氨酸转晶操作①配制谷氨酸α-晶体的悬液先在转晶罐中加入一定量的水或末次味精母液，启动搅拌，并用蒸汽加热至60℃左右，然后投入谷氨酸α-晶体，调整浓度使混和液的谷氨酸含量为50%左右，最后用纯碱溶液或烧碱溶液调节pH值至4.5~4.8。②加热转晶用蒸汽继续加热，使温度升至75℃左右，维持30min左右，观察悬液变化，若固-液分明的悬液变为均匀的糊状，取样用显微镜观察晶体，全部转变为β-型晶体时即转晶结束，可进行过滤分离。③真空过滤及洗涤用浓浆泵将转晶液打到真空带式过滤机进行过滤，边进料边过滤，色素等可溶性杂质随滤液被滤除。滤布连续循环转动，当滤布运行到过滤机中部时，滤布上已形成30~40mm厚度的β-型谷氨酸滤饼，在滤机中部位置的滤饼上方，用60℃左右的软水进行连续均匀的喷淋，以洗涤β-型晶体表面的色素。为了控制转晶母液量，洗涤用水不宜过多，其流量一般为转晶液流量的1/30。当滤布从过滤机中部运行至尾部时，洗涤滤饼的水分基本被吸走，大部分的色素已被除去，最终得到白色的β-型谷氨酸滤饼，其谷氨酸含量为75%（w/w）左右。在滤机尾端，β-型谷氨酸滤饼随滤布转动自动掉进收集漏斗，进入中和罐。④转晶母液的处理由于转晶母液含有溶解的谷氨酸、色素以及少量滤布漏出的β-型谷氨酸晶体，总的谷氨酸含量大概在8%左右，必须回收并加以处理，然后与发酵液合并，采用等电点法进行提取。为了溶解母液中的β-型谷氨酸晶体，并将部分色素、胶体杂质去除，避免转晶母液给等电点提取带来危害，一般先用碱液调节至pH6.0~6.5，开启搅拌，使转晶母液中的谷氨酸β-晶体完全溶解，加入母液量0.3%（w/v）左右的粉末活性炭脱色60min以上，然后进行压滤，所得滤液与发酵液合并，通过等电点结晶回收，结晶操作实际上也能去除部分色素。5/9/202418谷氨酸中和技术三、谷氨酸中和技术（一）中和原理谷氨酸是具有两个羧基（-COOH）的酸性氨基酸，与碳酸钠或氢氧化钠均能发生中和反应生成它的钠盐。当中和的pH在谷氨酸的第二等电点[（pK2+pK3）/2=（4.25+9.67）/2=6.96]时，谷氨酸单钠离子在溶液约占总离子浓度的99.59%，谷氨酸单钠具有强烈的鲜味。以纯碱和烧碱为中和剂的化学反应如下式：5/9/202419谷氨酸中和技术2.中和操作

先向中和罐加入一定量的渣水或软水，启动搅拌（转速一般为60r/min），用蒸汽将底水加热到65℃左右，然后按每罐定量投入麸酸，边投入麸酸边缓慢加入纯碱溶液或烧碱，最终调节中和液的浓度至21~23°Bé，pH值至6.96。中和完毕，加入一定量的粉末活性炭，搅拌均匀后泵送至脱色罐脱色。

中和操作要应注意以下各项：

①为了减少谷氨酸的损失，通常用洗压滤机的渣水作为底水。由于谷氨酸在常温下溶解度很低，需先将底水加热到65℃左右。

②中和过程必须严格控制温度低于70℃，避免温度过高发生消旋化反应和脱水环化生成焦谷氨酸钠的反应。

③中和时必须严格控制准确的pH值。如果pH值偏低，谷氨酸中和不彻底；如果pH值偏高，造成谷氨酸二钠盐百分率高。无论是谷氨酸还是谷氨酸二钠盐，都不呈鲜味。因此，pH值控制不准确，对精制收率和产品质量均有影响。

④中和速度要控制缓慢。如果采用纯碱作为中和剂，中和速度过快将产生大量的CO2泡沫，致使料液逸出，造成损失。同时，加碱速度过快，会导致局部pH值和温度过高，容易发生消旋化反应和脱水环化生成焦谷氨酸钠的反应。

⑤由于中和液要上柱脱色、除铁，为了防止“结柱”，故中和液浓度不宜过高。根据实践经验，中和液浓度一般为22°Bé左右比较理想。（二）中和工艺与操作1.中和工艺条件项目技术条件项目技术条件纯碱浓度30~33°Bé/60℃中和液浓度21~23°Bé/60℃中和温度60~70℃中和用水软化水或中和渣水中和液pH值6.965/9/202420谷氨酸中和技术四、中和液的除铁与脱色技术（一）中和液除铁技术生产原材料夹带的铁离子与设备腐蚀而游离出的铁离子，包括Fe2+和Fe3+，都可以与谷氨酸形成络合物，使味精成品呈浅黄色或黄色，严重影响产品质量。因此，精制过程中必须采取措施除去铁离子。味精工业上通常有两种除铁方法：一种是硫化钠除铁法；另一种是树脂除铁法。由于硫化钠除铁法对环境污染较大，目前较少厂家采用。1.硫化钠除铁利用硫化钠使中和液存在的少量铁质变成硫化亚铁沉淀，其反应式为：Na2S+Fe++→FeS↓+2Na+硫化铁除铁的流程如图10-12。5/9/202421谷氨酸中和技术2.树脂除铁鉴于铁以络合物的形式存在于谷氨酸溶液中，利用带酚氧基团的树脂，使络合铁与树脂螯合成新的更稳定的络合物，以达到除铁的目的。反应式为：6R-C6H4OH+Fe3+→6H++[Fe-（R—C6H4O6）]3-6R-C6H4OH+Fe2+→6H++[Fe-（R—C6H4O6）]4-树脂除铁的操作如下：①树脂预热：以热水预热40~50℃，避免谷氨酸钠析出。②交换：一般顺流上柱交换，每小时进料量为树脂体积的1~2倍。当流出液在12°Bé以前，收集在低浓度贮罐中，作为谷氨酸中和及调节母液浓度之用；当流出液高于12°Bé时，检查无铁离子时即可收集，进入下工序；当吸附饱和时，检查流出液有铁离子存在，立即停止进料，改进软水洗涤，一直至洗出液为0°Bé，收集洗出液作为低浓度溶液。③再生：正、反水洗→酸洗→正水洗（pH5~6）→碱洗→正、反水洗（pH8~9）→备用。酸洗时，盐酸浓度为4%，用量为树脂体积的2~3倍，浸泡2~4h；同样，碱洗时，烧碱浓度为4%，温度40~50℃，用量为树脂体积的2~3倍，浸泡2~4h。5/9/202422谷氨酸中和技术（二）中和液脱色技术谷氨酸中和液一般都含有深浅不同的黄褐色色素，其主要来源有：铁制设备的腐蚀，游离出许多铁离子，除了产生红棕色外，还与水解糖中的单宁结合，生成紫黑色单宁铁；淀粉制糖、培养基灭菌、葡萄糖蒸发浓缩与灭菌、发酵液蒸发浓缩等过程中发生葡萄糖聚合反应产生的色素；培养基灭菌、发酵液蒸发浓缩等过程中葡萄糖与氨基酸在受热情况下发生美拉德反应产生的黑色素；中和液若用硫化碱除铁，硫化碱用量不当（过量或不足），会导致中和液色素增加。这些色素的存在，就会影响味精成品的色泽和纯度，必须进行脱色处理。目前，常用的脱色方法有活性炭脱色、树脂脱色和纳滤脱色。5/9/202423谷氨酸中和技术（三）常用的脱色除铁工艺流程目前，国内味精生产厂家一般先采用粉末活性炭对谷氨酸中和液进行1~2次脱色，压滤后，所得滤液采用通用1号树脂除铁和K-15颗粒活性炭脱色。一般通用1号树脂与K-15颗粒活性炭混合装填在脱色柱内，洗脱与再生按照K-15颗粒活性炭的洗脱与再生程序进行。其流程如图10-15所示。5/9/202424谷氨酸中和技术五、中和液蒸发浓缩与结晶技术（一）中和液蒸发浓缩与结晶的概述1.蒸发浓缩的方式要想从溶液中析出结晶，必须除去大量的水分，使溶液达到过饱和状态。因此，在味精结晶操作之前，通常采用减压蒸发浓缩技术对中和液进行处理。减压蒸发浓缩分单效蒸发浓缩和多效蒸发浓缩，有些工厂采用单效蒸发浓缩工艺，即在单效真空结晶罐中完成中和液的浓缩与结晶的全部过程；而有些工厂采用多效蒸发浓缩工艺，即先在多效真空蒸发器中将中和液浓缩至一定浓度（一般由22°Bé左右浓缩至26~28°Bé），然后送至单效真空结晶罐中继续浓缩与进行结晶操作，采用此工艺可以节省蒸汽25%左右。2.饱和溶解曲线和过饱和溶解曲线与其他物质一样，谷氨酸钠溶液有三种状态：不饱和溶液、饱和溶液与不饱和溶液。在不饱和溶液中，溶解速度大于晶析速度，若外加晶体时，晶体颗粒会逐渐溶解变小，直至达到饱和溶液为止；在饱和溶液中，溶解速度等于晶析速度，溶液中的晶体大小基本不变，溶液浓度不变；在饱和溶液中，溶解速度小于晶析速度，溶液会自然形成新晶体，并且晶粒能长大，直至溶液降至饱和溶液。经过多年味精生产实践，总结出结晶与过饱和系数的一般规律（特殊情况除外）如下：①过饱和系数小于1时，即稳定区，晶体只能溶解，不能长大。在整晶或溶掉假晶时，可将溶液浓度控制在此范围。②过饱和系数在1.0~1.2时，即养晶区，不能自然形成晶核，但可以使已有的晶体长大。晶种起晶法结晶过程，溶液浓度要控制在此范围内。③过饱和系数在1.2~1.3时，即刺激起晶区，已有的晶核能长大，受外界影响也能产生新的晶核。粉体味精的刺激起晶，溶液浓度控制在此范围内，结晶味精假晶常在此区产生。④过饱和系数大于1.3时，即不稳区，在此范围能自动产生大量的晶核，自然起晶时控制在此范围。5/9/202425谷氨酸中和技术（二）味精结晶的操作1.晶体味精结晶操作流程晶体味精结晶操作过程主要包括浓缩、起晶、整晶、育晶、养晶等几个阶段，而浓缩、整晶、育晶等操作又往往穿插进行，其操作流程如图10-17。5/9/202426谷氨酸中和技术2.结晶操作要点①浓缩过程的控制高质量的晶体味精通常要求以原液（即经过脱色除铁的中和液）作为结晶的底料。对于一个结晶罐，按料液浓度22°Bé计算，一般将40%左右的料液作为结晶操作的底料，而其余为结晶操作过程的流加料液。在单效结晶罐内，控制真空度为0.08~0.085MPa，温度为60~70℃，开启搅拌，将22°Bé的底料浓缩至29.5~30.5°Bé，使达到介稳区。为了节省蒸汽，可以采用多效蒸发器先将22°Bé的底料浓缩至26~28Bé，然后再送到单效结晶罐继续进行蒸发浓缩。②起晶的控制味精结晶的起晶方法有：自然起晶、刺激起晶与晶种起晶。自然起晶是溶液浓度达到过饱和系数1.3以上时,自然生成晶核的过程；刺激起晶是溶液浓度达到刺激起晶区，降温使溶液受到刺激而生成晶核的过程；晶种起晶是向介稳区溶液中投入一定数量晶种的过程。生产粉体味精可采用刺激起晶的方法，而生产晶体味精通常采用晶种起晶法。晶种起晶法要准确掌握溶液的起晶点和溶晶点，控制好投种时的过饱和系数，使投入晶种后不产生新晶核，也不溶化晶种，产品颗粒数量与投入晶种颗粒数量基本相同。晶种的质量直接影响产品晶形、结晶成品收率和正品率。晶种来源于大颗粒的优质晶体味精，经特制的粉碎机粉碎，然后过筛分级，一般分为20目、30目、40目等档级。正常情况下，20目晶种得率为40%左右，粉末得率为30%左右，其余为30~40目晶种。当底料浓度达到29.5~30.5°Bé时，根据成品要求投入特定大小与数量的晶种。40目晶种用量一般为结晶罐全容积的2~3%，30目晶种用量一般为结晶罐全容积的4~6%，20目晶种用量一般为结晶罐全容积的5~8%。投晶种时，用软管的一端连接结晶罐的进晶种管，另一端插入晶种中，靠结晶罐的真空把晶种吸入结晶罐。5/9/202427谷氨酸中和技术③结晶过程的控制结晶过程控制罐内真空度为0.08~0.085MPa，温度为60~70℃，开启搅拌。投晶种起晶后，晶核周围溶液的溶质受到晶核的吸引而被吸附在晶核的表面上，使溶液的浓度下降。但随着蒸发浓缩的继续进行，蒸发速度大于长晶速度，结晶罐内溶液浓度又开始增高，在晶粒稍微长大的同时，会出现一些细小的新晶核（假晶），这时应加入与料液温度接近的蒸馏水进行整晶，即溶掉新形成的微晶核。整晶所用的蒸馏水来自于结晶罐加热室的蒸汽冷凝水，用不锈钢罐收集以供结晶过程流加以及贮晶槽调水使用。整晶用水量要控制适当，以达到溶解掉新形成的微细晶核为目的，防止正常晶种的溶化和损伤。有些工厂在加蒸馏水整晶时，适当提高罐内温度（72~74℃），以促进假晶的溶解，减少用水量。随着溶剂不断被蒸发和晶粒的不断长大，结晶罐内的液位逐渐降低，需通过补料增加溶质量，促使晶粒长大，此过程称为育晶。补料的方式有间歇加料和连续加料两种，无论采取哪种补料方式，应注意避免罐内溶液浓度波动过大，补料过程中尽量使补料速度、浓缩速度与结晶速度三者保持适当的平衡，即保持适当的过饱和系数，有利于晶粒的长大，避免新晶核的产生。其实，整个过程是浓缩、整晶、育晶三个阶段交替进行的过程。结晶过程中，必须从视镜仔细观察罐内物料的变化，根据变化而采取相应的操作。如果控制得当，应尽量减少整晶的操作次数，以节省蒸汽和缩短结晶周期。目前，晶体味精的结晶时间一般为12~16h，与晶种颗粒大小及用量、底料多少、结晶速度、成品晶体要求等因素有关。④放罐过程的控制当罐内物料达到罐全容积的70~80%时，可以进行放罐操作。放罐前，先用蒸馏水调整料液浓度至29.5~30.5°Bé，然后关闭真空、蒸汽，开启贮晶槽搅拌（转速为10r/min左右），最后物料放至贮晶槽。由于放罐过程中温度会降低，有一些细小晶核析出，在贮晶槽中需适当加蒸馏水调整浓度，使细小晶核溶解。同时，适当采用蒸汽对贮晶槽保温，避免在贮晶槽中继续有细小晶核产生，影响离心分离效率与效果，造成分离后细小晶核粘附在晶体上影响成品的品质。5/9/202428谷氨酸中和技术（三）影响味精结晶速度的因素①过饱和系数

过饱和系数对结晶速度的影响体现在：过饱和系数在1.0~1.2时，晶体能以最大的速度长大，且不产生新的晶核，在此范围内过饱和系数越大，结晶速度越大，形成的晶体颗粒大。②溶液的纯度

在相同的过饱和系数下，溶液的纯度越高，黏度就越小，抑制结晶的因素越小，溶质分子扩散的阻力也就越小，结晶的速度越快。因此，生产中尽量除去溶液中可能存在的杂质，如残糖、色素、表面活性剂、焦谷氨酸钠、DL-MSG、盐类、金属离子和有机酸等。③温度结晶的温度高，溶液黏度小，有利于溶质分子扩散，结晶速度也提高。但温度高易生成焦谷氨酸钠，不仅收率低，也影响产品质量。因此，生产上采用真空结晶操作，控制温度65~70℃。④稠度稠度是指结晶过程中罐内固液相之比（俗称干稀度），稠度大，则在单位容积结晶罐中含有较多的晶体，即生产效率高，但稠度过大，使结晶流动性差，运动阻力大，降低结晶速度；当稠度过低时，罐内晶间距大，浓度梯度小，扩散速度慢，结晶速度慢，易形成新的晶核，而且稠度低，结晶面积小，单罐产量少，对生产不利。因此，生产上要控制适宜的稠度。⑤结晶液的流动性结晶液的流动性好，有利于溶质分子的扩散，结晶速度加快。在一定黏度下，结晶液的流动性取决于搅拌强度。搅拌强度大，罐内对流循环好，有利于结晶，但强烈搅拌，溶质分子流动过快，不利于长晶，对晶形也有损伤，并且容易导致二次成核现象，所以搅拌强度要选择适当。5/9/202429谷氨酸中和技术六、味精的分离、干燥和筛选1.味精的分离谷氨酸单钠溶液经结晶后得到的是固液混合物，必须采取有效的方法进行分离，才能得到湿味精晶体。生产上，采用过滤式离心机，有三足式（分上、下出料）、平板式（分上、下出料）和上悬式分离机等。分离质量要求是：晶体味精表面含水率在1%以下，粉体味精含水率在5~8%。分离质量直接影响到干燥工序操作，如果晶体表面含母液高，干燥过程中易产生小晶核黏附在晶体表面上，出现并晶或晶体发毛，色泽偏黄等现象，严重影响产品质量。分离质量与离心机转速快慢和直径大小有关，转速越大，分离因数越大，其分离效果也越好。为了保证分离出来的的晶体表面光洁度，在离心分离过程中当母液离开晶体后，三足式、平板式分离机一般用适量热水均匀喷淋晶体，而上悬式分离机一般采用汽洗，使晶体表面黏附液被喷洗出来。味精一次结晶得率一般为50%左右，即晶体成品量占总投入物料折纯量的50%左右，意味着有50%左右的纯谷氨酸单钠存在于分离母液，待下一次结晶操作进行提炼。因此，分离母液需收集，然后用去离子水稀释至22°Bé左右，经粉末活性炭脱色、上柱脱色除铁等工序，再送至结晶工序进行结晶提炼。原液经过一次结晶、分离所得的母液称为一次母液，一次母液再经结晶、分离所得的母液称为二次母液，依次类推，不断循环，当最后所得的母液由于色素等杂质含量较多，从经济和产品质量角度考虑，已不能用于结晶生产成品，此母液称为末次母液。为了减少损失和提高精制收率，末次母液可以采用适当方法处理而进行不同程度的回收利用。2．味精的干燥干燥的目的是除去味精表面的水分，而不失去结晶水，外观上保持原有晶型和晶面的光洁度。目前，味精工业主要采用振动式沸腾干燥设备进行干燥，其原理是利用振动输送机的槽体加一层多孔板，当振动时，湿味精晶体在多孔板上跳跃前进，与此同时，热风从多孔板下方吹入，将湿味精晶体的水分蒸发掉，从而达到烘干的目的。影响味精干燥速度的因素有：①味精含水率，若含水率高，湿度大，干燥速度慢；②热空气温度和湿度，热空气温度高，其相对湿度低，吸湿力强，干燥速度快。但生产上温度不宜过高，以免味精失去结晶水，一般不超过80℃；③热空气流量，热空气量的大小影响到物料与气流的湍流程度，当物料处于悬浮状态，有利于传热和传质，加快干燥速度；④热空气流动方向，尽量使物料运动方向与热空气流动方向相反，以增大温度差，提高汽化速度；⑤干燥停留时间，干燥停留时间愈短，晶体表面亮度就愈好，相反就越差，停留时间与振动干燥机振动面的长度、坡度、振动频率和振幅等有关。5/9/202430谷氨酸中和技术3．味精的筛选紧接着振动式沸腾干燥设备，应安装