味精工業(yè)下游分離技術(shù)案例分析課件

味精工業(yè)下游分離技術(shù)案例分析第七組：洪文靜、林明全、蔡圳、馮博、林吳靜、王揚(yáng)味精簡介味精的主要成分為谷氨酸。它是中國菜肴里運(yùn)用較多的一種調(diào)味劑。

但對(duì)于味精的發(fā)現(xiàn)是在20世紀(jì)初期，。1907年，日本東京帝國大學(xué)的研究員池田菊苗發(fā)現(xiàn)了一種，昆布（海帶）湯蒸發(fā)后留下的棕色晶體，即谷氨酸。這些晶體，嘗起來有一種難以描述但很不錯(cuò)的味道。這種味道，池田在許多食物中都能找到蹤跡，尤其是在海帶中。池田教授將這種味道稱為“鮮味”。繼而，他為大規(guī)模生產(chǎn)谷氨酸晶體的方法申請(qǐng)了專利。池田教授將谷氨酸鈉稱為“味之素”。這種風(fēng)靡整個(gè)日本的“味之素”，很快傳入中國，改名叫“味精”。味精生產(chǎn)工藝流程圖菌種斜面培養(yǎng)搖瓶擴(kuò)大培養(yǎng)種子罐擴(kuò)大培養(yǎng)原料預(yù)處理水解過濾淀粉水解糖配料發(fā)酵空氣空氣壓縮機(jī)冷卻氣液分離過濾除菌等電點(diǎn)調(diào)節(jié)沉淀離心粗谷氨酸溶解中和制味精母液細(xì)谷氨酸除鐵過濾脫色濃縮結(jié)晶離心小結(jié)晶干燥拌鹽粉碎粉狀味精大結(jié)晶干燥過濾成品味精谷氨酸分離提取工藝技術(shù)簡介等電點(diǎn)結(jié)晶+離子交換工藝發(fā)酵結(jié)束，pH值為6.7—7.0，加入酸，其pH值緩慢下降至pH3.2，使離子態(tài)谷氨酸轉(zhuǎn)變?yōu)榉肿討B(tài)的谷氨酸鈉，過飽和的分子結(jié)晶、析出。等電結(jié)晶不可能析出所有的谷氨酸，在小于pH3.2的情況下，谷氨酸以GA+的形式存在，使用銨型交換樹脂吸附GA+，再洗脫使其進(jìn)入下批次的結(jié)晶罐結(jié)晶，從而提高得率。濃縮等電轉(zhuǎn)晶工藝此工藝下發(fā)酵液不經(jīng)過除菌體直接濃縮之后加酸或水解液，在高溫下始終使谷氨酸成飽和狀態(tài)，然后一邊添加發(fā)酵濃縮液，一邊添加硫酸或水解液，在大量底料存在的情況下，使溶液始終處于飽和狀態(tài)并不斷析出晶體。晶體經(jīng)離心分離洗滌后轉(zhuǎn)晶，最后制成中和液。溫度加晶種起晶等電點(diǎn)攪拌20h靜置沉降6h離心分離濕谷氨酸緩慢加酸發(fā)酵液pH4.0-4.5(起晶中和點(diǎn))停酸育晶2h鹽酸繼續(xù)中和至pH3.0-3.2晶種谷氨酸等電點(diǎn)結(jié)晶+離子交換工藝

液體離子交換結(jié)晶廢液影響結(jié)晶的因素

(2)晶種起晶:晶體大且均一,易于沉降,收得率高。2.起晶與晶種的添加(3)投放晶種的時(shí)機(jī):(1)自然起晶:晶體大小不一,小晶體難于沉降,收得率低.

總結(jié)：

自然起晶，pH中和至4.0——4.5時(shí)，可作為起晶中和點(diǎn)，應(yīng)停止加酸，養(yǎng)晶育晶2小時(shí)左右，使晶核成長壯大。過早投放:晶種容易溶化掉過晚投放:形成更多細(xì)小晶核(1)不攪拌的情況下起晶:4.攪拌對(duì)結(jié)晶的影響(2)攪拌的情況下起晶:攪拌太慢:形成過多的微細(xì)晶核，甚至出現(xiàn)β-型結(jié)晶．工廠多采用的攪拌轉(zhuǎn)速一般為20～35r/min。攪拌速度攪拌太快:結(jié)晶細(xì)小結(jié)晶的大小均勻，避免“晶簇”生成。結(jié)晶的大小不均勻。主要步驟：第一步：濃縮連續(xù)等電，就是發(fā)酵液濃縮后進(jìn)行以活性晶種為起頭的以酸堿度控制手段德連續(xù)等電結(jié)晶過程，此結(jié)晶仍是講究高純度的α-晶形。第二步：轉(zhuǎn)晶、洗晶，就是為了提高谷氨酸純度和品質(zhì)，以溫度控制的手段使谷氨酸由α-晶形轉(zhuǎn)化為β-晶形，并進(jìn)行2次以上的洗晶分離。第三步：分離蛋白和旋流沉淀，就是把連續(xù)等電結(jié)晶分離出的一次母液以電荷絮凝的手段提出菌體蛋白，同時(shí)把清夜用專門設(shè)計(jì)的液態(tài)旋流器是母液中結(jié)晶谷氨酸連續(xù)快速沉淀而分層逆流，增加谷氨酸的回收。谷氨酸提取工藝的比較

等點(diǎn)離交工藝優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：工藝提取率高：94%-95%操作簡單，適合大規(guī)模提取、分離。缺點(diǎn)：物耗高廢水污染嚴(yán)重谷氨酸質(zhì)量低濃縮等電轉(zhuǎn)晶工藝優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：硫酸、液氨消耗量低廢水排放量少產(chǎn)物質(zhì)量高缺點(diǎn)：時(shí)間較久：濃縮以及連續(xù)等電均需要時(shí)間所需反應(yīng)復(fù)雜：濃縮等電必須加入轉(zhuǎn)晶這一步驟，不然所得產(chǎn)物質(zhì)量差。等電離交與濃縮等電轉(zhuǎn)晶的技術(shù)指標(biāo)、物耗以及經(jīng)濟(jì)分析采用濃縮等電轉(zhuǎn)晶工藝雖然提取收率比等電離交工藝低1%，但硫酸、液氨的消耗量低，同時(shí)谷氨酸專晶后的精制收率提高2%，濃縮等電工藝的總體成本比等電離交工藝低了124元。張建華,楊玉嶺,孫付保,等.谷氨酸提取產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與無廢化發(fā)展方向[J].生物加工過程,2009,7(6):1-7.谷氨酸提取的新技術(shù)以及清潔生產(chǎn)技術(shù)谷氨酸雙結(jié)晶技術(shù)

首先用發(fā)酵液直接等點(diǎn)結(jié)晶，谷氨酸一步收率80%以上，得到的麩酸質(zhì)量好，不用轉(zhuǎn)晶可直接用于精制;提取后的母液除去菌體和可溶性蛋白后濃縮，再經(jīng)蒸發(fā)結(jié)晶得到的二次結(jié)晶谷氨酸(以后簡稱二次谷氨酸)，谷氨酸二步收率在70%以上，總提取收率超過94%但二次谷氨酸雜質(zhì)含量多，顏色深，必須適當(dāng)純化后才可精制生產(chǎn)味精。轉(zhuǎn)晶是首選的純化方法。谷氨酸二次結(jié)晶的影響因素：雜質(zhì)種類及濃度對(duì)谷氨酸二次結(jié)晶的影響

上述述雜質(zhì)均不同程度地增加了谷氨酸在等電母液中的溶解度。溫度對(duì)谷氨酸焦化的影響理論上，提高溫度降低溶液粘度將有利于改善谷氨酸結(jié)晶條件，但并非可以任意提高結(jié)晶溫度，因?yàn)楣劝彼嵩诟邷叵聲?huì)分子內(nèi)脫水生成焦谷氨酸，引起谷氨酸的損失。

谷氨酸二次蒸發(fā)結(jié)晶溫度應(yīng)控制在70℃以下較為合適。晶種添加量對(duì)谷氨酸二次結(jié)晶的影響

從粒徑分布圖4-6可以看出，在晶種添加量為30%時(shí)，10-30μm之間的細(xì)晶峰最小，結(jié)晶純度最高。表4.5表明當(dāng)晶種添加量為30%時(shí)，晶體純度最高。這是因?yàn)榫w顆粒較大時(shí)，晶體幾乎是分散的顆粒，雜質(zhì)含量相對(duì)較低，因此純度較高。蒸發(fā)速率對(duì)谷氨酸二次結(jié)晶的影響當(dāng)蒸發(fā)速率較低時(shí)，在溶液中晶體之間碰撞以及晶體與器壁之間的碰撞增加，由此產(chǎn)生的接觸二次成核幾率增加，產(chǎn)生大量的細(xì)晶。部分晶體由于生長時(shí)間延長使得顆粒直徑更大，使得晶體粒徑分布均一性變差。當(dāng)蒸發(fā)速率過高時(shí)，溶液中的過飽和度不斷增加，初級(jí)成核速率增加，細(xì)晶增多，導(dǎo)致晶體顆粒直徑變小。蒸發(fā)速率以207L/m^2·h為宜。常見的清潔生產(chǎn)方案序號(hào)技術(shù)名稱適用范圍技術(shù)主要內(nèi)容解決的主要問題技術(shù)來源所處階段應(yīng)用前景分析1新型濃縮連續(xù)等電提取工藝味精行業(yè)本工藝采用新型濃縮連續(xù)等電提取工藝替代傳統(tǒng)味精生產(chǎn)中的等電-離交工藝，對(duì)谷氨酸發(fā)酵液采用連續(xù)等電、二次結(jié)晶與轉(zhuǎn)晶以及噴漿造粒生產(chǎn)復(fù)混肥等技術(shù)，解決味精行業(yè)提取工段產(chǎn)生大量高濃離交廢水的問題，且無高氨氮廢水排放；傳統(tǒng)的谷氨酸提取工藝大多采用等電-離交工藝，即發(fā)酵液直接在低溫條件下等電結(jié)晶，結(jié)晶母液經(jīng)離交回收母液中的谷氨酸。傳統(tǒng)工藝投入設(shè)備多，離交廢水量大；硫酸、液氨消耗量大；自主研發(fā)應(yīng)用階段本技術(shù)實(shí)施后，味精噸產(chǎn)品減少了60%硫酸和30%液氨消耗，且無高氨氮廢水排放，噸產(chǎn)品耗水量可降低20%以上；能耗可降低10%以上；噸產(chǎn)品COD產(chǎn)生量可降低50%左右；2發(fā)酵母液綜合利用新工藝味精行業(yè)本工藝將剩余的結(jié)晶母液采用多效蒸發(fā)器濃縮，再經(jīng)霧化后送入噴漿造粒機(jī)內(nèi)造粒烘干，制成有機(jī)復(fù)合肥，至此發(fā)酵母液完全得到利用，實(shí)現(xiàn)發(fā)酵母液的零排放。工藝中利用非金屬導(dǎo)電復(fù)合材料的靜電處理設(shè)備處理噴漿造粒過程中產(chǎn)生的具有較強(qiáng)異味的煙氣，處理效率可達(dá)95%以上。味精生產(chǎn)中提取谷氨酸后的發(fā)酵母液有機(jī)物含量高，酸性大，處理較困難。本工藝不但可將剩余發(fā)酵母液完全利用，實(shí)現(xiàn)零排放，且具有投資小，生產(chǎn)及運(yùn)行成本低，經(jīng)濟(jì)效益好的特點(diǎn)。本工藝同時(shí)還解決了由噴漿造粒產(chǎn)生的煙氣的污染問題，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益。自主研發(fā)應(yīng)用階段該技術(shù)實(shí)施后味精噸產(chǎn)品COD產(chǎn)生量減少約80%，并可產(chǎn)生1噸有機(jī)復(fù)合肥，增加產(chǎn)值600元。以年產(chǎn)10萬噸味精示范企業(yè)為例：每年可減少COD產(chǎn)生約6萬噸；生產(chǎn)10萬噸有機(jī)復(fù)合肥，增加產(chǎn)值6000萬元。全行業(yè)推廣(按80%計(jì)算)每年可減少COD產(chǎn)生約96萬噸；生產(chǎn)160萬噸有機(jī)復(fù)合肥，增加產(chǎn)值9.6億元。3·高性能溫敏型菌種定向選育、馴化及發(fā)酵過程控制技術(shù)味精行業(yè)本技術(shù)利用現(xiàn)代生物學(xué)手段定向改造現(xiàn)有溫度敏感型菌種，選育出具有目的遺傳性狀、產(chǎn)酸率高的高產(chǎn)菌株，同時(shí)對(duì)高產(chǎn)菌株發(fā)酵生物合成網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行代謝網(wǎng)絡(luò)定量分析，結(jié)合發(fā)酵過程控制技術(shù)，優(yōu)化發(fā)酵工藝條件，提高谷氨酸的產(chǎn)酸率和糖酸轉(zhuǎn)化率，其產(chǎn)酸率可提高到現(xiàn)階段味精企業(yè)普遍使用生物素亞適量型菌種，其產(chǎn)酸率和糖酸轉(zhuǎn)化率較低，產(chǎn)酸率在11%-12%，糖酸轉(zhuǎn)化率在58%-60%。采用本技術(shù)可解決味精企業(yè)生產(chǎn)中