發(fā)酵工藝 味精生產(chǎn)

會(huì)計(jì)學(xué)1發(fā)酵工藝味精生產(chǎn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆瘴毒a(chǎn)工藝及技術(shù)二、實(shí)驗(yàn)原理味精，亦稱味素。是一種安全可靠的食品添加劑，它能夠增加菜肴的色、香、味，促進(jìn)食欲，有益于人體健康。市場(chǎng)需求量大，已成為家家戶戶菜肴之必備輔助食品。主要成分為谷氨酸鈉，具有旋光性，有D-型和L-型兩種光學(xué)異構(gòu)體。此外還含有少量食鹽、水分、脂肪、糖、鐵、磷等物質(zhì)。純的味精外觀為一種白色晶體狀粉末。味精易溶于水，當(dāng)它溶于水（或唾液）時(shí)，會(huì)迅速電離為自由的鈉離子和谷氨酸陰離子。第1頁(yè)/共27頁(yè)

化學(xué)名：L-谷氨酸單鈉一水化物(簡(jiǎn)稱MSG)或2-氨基戊二酸單鈉-水化物，結(jié)構(gòu)式：HOOC-CH2-CH2-CH-COONa·H2O

︱

NH2

生產(chǎn)菌株：黃色短桿菌T6-13，細(xì)胞短桿狀，兩端鈍圓不分支，大小為（0.7-1.0）μm×（1.2-3.0）μm。革蘭氏染色呈陽(yáng)性，不形成芽孢。好氣兼厭氣型，26-37℃生長(zhǎng)旺盛，PH6-10為生長(zhǎng)最適PH，生物素是必須生長(zhǎng)因子。

1.谷氨酸合成的方式

（1）氨基轉(zhuǎn)移作用

-酮戊二酸+氨基酸——

谷氨酸+-酮酸

（2）還原氨基化作用

-酮戊二酸+NH4++NADPH2

——

谷氨酸+NADPH+H2O

第2頁(yè)/共27頁(yè)淀粉糖化的方法1.酸解法淀粉酸高溫高壓葡萄糖2.酶解法（雙酶法）淀粉a-淀粉酶糊精和低聚糖糖化酶

葡萄糖(液化)（糖化）3.酸酶法淀粉酸解法糊精和低聚糖糖化酶

葡萄糖4.酶酸法淀粉a-淀粉酶糊精和低聚糖酸解法葡萄糖第3頁(yè)/共27頁(yè)味精生產(chǎn)全過(guò)程可劃分為四個(gè)工藝階段：(1)原料的預(yù)處理及淀粉水解糖的制備；(2)種子擴(kuò)大培養(yǎng)及谷氨酸發(fā)酵；(3)谷氨酸的提取及谷氨酸單鈉的制備；(4)味精精制。

谷氨酸在等電點(diǎn)時(shí)，正負(fù)電荷相等，總凈電荷等于零，形成偶極離子，此時(shí)溶解度最小，被析出成結(jié)晶狀態(tài)。谷氨酸等電點(diǎn)PH為3.0-3.2.第4頁(yè)/共27頁(yè)味精發(fā)酵生產(chǎn)工藝流程

（2）第5頁(yè)/共27頁(yè)三、【實(shí)驗(yàn)設(shè)備及材料】

淀粉酶、糖化酶、水、碘液、活性炭、菲林試劑甲乙液、0.1%葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液、發(fā)酵罐、搖床、干燥箱、離心機(jī)培養(yǎng)基配制1、斜面培養(yǎng)基:

葡萄糖0.1%氯化鈉0.5%牛肉膏1.0%瓊脂2.0%蛋白胨1.0%PH7.0-7.2121℃滅菌30min2、一級(jí)種子培養(yǎng)基：葡萄糖2.5%尿素0.6%K2HPO40.1%MgSO4.7H2O0.04%玉米漿2.5-3.0mlph7.0

二級(jí)種子培養(yǎng)基：水解糖3.0%K2HPO40.1-0.2%尿素0.6%MgSO4.7H2O0.04%玉米漿0.5-0.6mlPH7.03、發(fā)酵培養(yǎng)基水解糖12-14%KCl0.05%尿素0.5-0.8%MgSO4.7H2O0.06%玉米漿0.6mlPH7.0Na2HPO40.17%

℃第6頁(yè)/共27頁(yè)四、【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】1、原料預(yù)處理及淀粉水解糖制備淀粉水解糖制備液化階段：首先利用α-淀粉酶將淀粉漿液化，降低淀粉黏度并將其水解成糊精和低聚糖。液化使用噴射液化器，工作蒸汽壓0.4Mpa，溫度維持在90℃，液化時(shí)間60min，碘色反應(yīng)呈棕色即可。然后130-140℃滅酶5-10min。經(jīng)板式換熱器冷卻到70℃以下，進(jìn)入糖化罐。第7頁(yè)/共27頁(yè)糖化階段：水解罐內(nèi)先加一定底水，然后水解罐預(yù)熱100-105℃，蒸汽壓力為9.8-19.6kPa，將淀粉乳送至水解罐水解。加糖化酶，糖化溫度控制在60℃左右，pH值4.0-4.4，糖化時(shí)間10-20min。糖化結(jié)束后，將糖化罐加熱至80-85℃，滅酶30min。20%碘液檢查糖化終點(diǎn)。靜置冷卻至45-50℃，過(guò)濾得葡萄糖液，作為培養(yǎng)液泵入發(fā)酵罐。第8頁(yè)/共27頁(yè)2、種子擴(kuò)大培養(yǎng)及谷氨酸發(fā)酵（1）種子擴(kuò)大培養(yǎng)一級(jí)種子培養(yǎng)于1000ml三角瓶中，裝入180-200ml一級(jí)種子培養(yǎng)基，封口。滅菌、冷卻后，按1%接種量接種，30-32℃，220r/min搖床震蕩培養(yǎng)10-12h，

一級(jí)種子質(zhì)量指標(biāo)：鏡檢菌體粗壯、均勻，排列整齊；以瓊脂平板檢查，無(wú)雜菌，無(wú)噬菌斑；OD值凈增0.6左右；PH6.4左右；殘?zhí)橇吭?.5%以下。

二級(jí)種子培養(yǎng)接種量為0.2%-0.5%，溫度32-34℃，培養(yǎng)時(shí)間6-8h.

二級(jí)種子質(zhì)量指標(biāo)：PH在7.2左右，殘?zhí)呛?.5以下，其他指標(biāo)與一級(jí)種子相同。注意事項(xiàng)：種子培養(yǎng)基的N源、生物素和磷鹽適當(dāng)高，但G2.5%左右。溫度不要波動(dòng)太大；適當(dāng)通風(fēng)攪拌；注意種子培養(yǎng)時(shí)間。

第9頁(yè)/共27頁(yè)（2）谷氨酸發(fā)酵⑴培養(yǎng)基的制備將制備好的滅菌培養(yǎng)在無(wú)菌條件下分裝于已經(jīng)滅過(guò)菌的500ml三角瓶中，每瓶裝100ml。⑵接種與發(fā)酵將培養(yǎng)好的成熟種子接種于上述發(fā)酵培養(yǎng)基中，接種量為1％-2％.

發(fā)酵培養(yǎng)控制：0-16h為32-34℃,16h后為34-36℃。發(fā)酵液pH控制：0-12h為7.1-7.4，12-28h為7.1-7.3,28h后適當(dāng)降低，一般為7.0以下，收瓶前為6.4-6.7。可用流尿調(diào)節(jié)，發(fā)酵過(guò)程流加尿素4-5次，每次0.6％-0.4％，最后一次0.3％-0.2％?？偰颍ê跄颍榘l(fā)酵液量的2.5％-3.5％。發(fā)酵時(shí)間控制：34-36h第10頁(yè)/共27頁(yè)

3、谷氨酸的提取及谷氨酸單鈉的制備（1）谷氨酸的提取將谷氨酸發(fā)酵液送至中和罐，溫度降至22℃，然后加硫酸中和，使其pH值降至3.2，溫度從22℃降至8℃。該過(guò)程要先以較快的速率加酸，將pH先調(diào)整至5.0，停止加酸1.5h，保證晶體增長(zhǎng)。然后繼續(xù)緩慢加酸調(diào)整，直至pH降為3.2，溫度冷卻至8℃，使之達(dá)到等電點(diǎn)，停止中和攪拌。停止攪拌后，靜置4小時(shí)，關(guān)閉冷卻水，放出上清液，底部谷氨酸結(jié)晶取出送離心機(jī)分離，所得濕谷氨酸供精制使用。

第11頁(yè)/共27頁(yè)（2）谷氨酸單鈉的制備谷氨酸晶體加入40-60℃的溫水溶解，用碳酸鈉將谷氨酸溶液的pH值調(diào)至5.6,防止生成焦谷氨酸鈉。4、味精的精制谷氨酸鈉溶液活性炭脫色：PH5.0效果佳，加硫化鈉溶液取去除鐵離子。導(dǎo)入結(jié)晶罐，進(jìn)行減壓蒸發(fā)，當(dāng)波美度達(dá)到29.5時(shí)放入晶種，進(jìn)入育晶階段，根據(jù)結(jié)晶罐內(nèi)溶液的飽和度和結(jié)晶情況實(shí)時(shí)控制結(jié)晶罐的基本操作條件為罐內(nèi)真空度0.075-0.085MPa，溫度為60-70℃，濃縮液濃度波美度為33-36，結(jié)晶時(shí)間10-14h。第12頁(yè)/共27頁(yè)五、參數(shù)測(cè)定方法1、菌體OD值：發(fā)酵液稀釋20倍，分光光度計(jì)于nm測(cè)吸光值。2、還原糖：菲林試劑法空白滴定預(yù)備滴定正式滴定計(jì)算：還原糖（以葡萄糖計(jì)，g/100ml或g）=（WA-B）×C

×10式中：A空白滴定消耗0.1%葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)液量

B正式滴定消耗0.1%葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)液量

C1ml葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)液含葡萄糖量（0.001g）

W吸取樣液相當(dāng)樣品量，ml或g

注意每次試樣測(cè)試前必須做空白滴定，兩次平行測(cè)定誤差不得超過(guò)0.1ml第13頁(yè)/共27頁(yè)六、谷氨酸發(fā)酵的控制1、溫度的控制。國(guó)內(nèi)常用菌株的最適生長(zhǎng)溫度為30～34℃，產(chǎn)生谷氨酸的最適溫度為34～36℃。0～12h的發(fā)酵前期，主要是長(zhǎng)菌階段；發(fā)酵12h后，菌體進(jìn)入平衡期，增殖速度變得緩慢；溫度提高到34～36℃，谷氨酸的生成量就增加。第14頁(yè)/共27頁(yè)2

、pH的控制

前期一般發(fā)酵前期pH控制在7.5-8.5左右，發(fā)酵中、后期pH控制在7.0～7.2，調(diào)低pH的目的在于提高與谷氨酸合成有關(guān)的酶的活力。尿素被谷氨酸生產(chǎn)菌細(xì)胞的脲酶所分解放出氨，因而發(fā)酵液的pH會(huì)上升。發(fā)酵過(guò)程中，由于菌體不斷利用氨，以及有機(jī)酸和谷氨酸等代謝產(chǎn)物進(jìn)入發(fā)酵液，使N源不足和發(fā)酵液pH下降，需再次流加尿素。第15頁(yè)/共27頁(yè)3、溶解氧的控制

在實(shí)際生產(chǎn)中，攪拌轉(zhuǎn)速固定不變，通常用調(diào)節(jié)通風(fēng)量來(lái)改變供氧水平。通風(fēng)比（m3/m3.min

）：每分鐘向1m3的發(fā)酵液中通入0.1cm3無(wú)菌空氣，用1:0.1表示。第16頁(yè)/共27頁(yè)4、種齡和種量的控制

所謂種齡，是指在正常培養(yǎng)條件下，種子培養(yǎng)的時(shí)間。種齡長(zhǎng)短關(guān)系到種子活力的強(qiáng)弱，影響下一次增殖的適應(yīng)期長(zhǎng)短。接種量多少，將明顯影響種子生長(zhǎng)期的長(zhǎng)短。

第17頁(yè)/共27頁(yè)5、OD值的控制生物素是谷氨酸生產(chǎn)菌不可缺少的生長(zhǎng)因子。當(dāng)培養(yǎng)基的生物素將被耗盡時(shí)，細(xì)菌就停止增殖。提高生物素的含量，OD值會(huì)上升，但一方面細(xì)胞的膜通透性會(huì)變差，影響谷氨酸從胞內(nèi)往胞外滲出；另一方面，在高生物素環(huán)境下，菌體只進(jìn)行增殖并不生成谷氨酸。因此，控制OD值的增長(zhǎng)，是保證菌體在胞外大量蓄積谷氨酸的重要手段。第18頁(yè)/共27頁(yè)6、泡沫的控制

生產(chǎn)上為了控制泡沫，除了在發(fā)酵罐內(nèi)安裝機(jī)械消泡器外，還在發(fā)酵時(shí)加入消泡劑。目前谷氨酸發(fā)酵常用的消泡劑有：花生油、豆油、玉米油、棉子油、泡敵和硅酮等。天然油脂類的消泡劑的用量較大，一般為發(fā)酵液的0.1%～0.2%(體積分?jǐn)?shù))，泡敵的用量為0.02%～0.03%(體積分?jǐn)?shù))。第19頁(yè)/共27頁(yè)(4)、發(fā)酵異?，F(xiàn)象及處理1發(fā)酵過(guò)程的檢查①OD值的測(cè)定②細(xì)胞形態(tài)的觀察③還原糖的測(cè)定④pH的測(cè)定⑤溫度的測(cè)定⑥通風(fēng)量的測(cè)定⑦殘脲的測(cè)定⑧谷氨酸的測(cè)定第20頁(yè)/共27頁(yè)2、異?，F(xiàn)象及處理①污染雜菌和感染噬菌體引起的發(fā)酵異常a.污染雜菌污染雜菌后，OD值增長(zhǎng)快，糖耗也快，且發(fā)酵液泡沫增多，但谷氨酸生成量少。處理：如果發(fā)酵前期發(fā)現(xiàn)雜菌污染，可將培養(yǎng)基重新滅菌，并酌加培養(yǎng)基成分，重新接種后再發(fā)酵。如果發(fā)酵中期發(fā)現(xiàn)染菌，而pH、OD值和糖耗等尚屬正常，此時(shí)可加大風(fēng)量，按常規(guī)繼續(xù)發(fā)酵。如果發(fā)酵后期染菌，一般對(duì)發(fā)酵影響不大。第21頁(yè)/共27頁(yè)b.感染噬菌體感染噬菌體后，OD值不上升甚至下跌，因此發(fā)酵液pH上升且變得粘稠，泡沫也增多。發(fā)酵液中很少有谷氨酸蓄積。處理：如果發(fā)酵前期發(fā)現(xiàn)感染噬菌體，可將培養(yǎng)基重新滅菌，或采用并罐法。如果發(fā)酵中期發(fā)現(xiàn)感染噬菌體，將培養(yǎng)基在70℃加熱10min殺死噬菌體，補(bǔ)料補(bǔ)種，重新發(fā)酵。如果發(fā)酵后期染菌，一般對(duì)發(fā)酵影響不大。第22頁(yè)/共27頁(yè)②種子質(zhì)量差引起的發(fā)酵異常將種齡過(guò)長(zhǎng)或活力弱的種子接入發(fā)酵罐后，在發(fā)酵中、后期，糖耗就變得緩慢，pH不下降、波動(dòng)不活躍，谷氨酸生成量少。處理：停止攪拌或減小通風(fēng)量，追加生物素、磷鹽和鎂鹽。

第23頁(yè)/共27頁(yè)③培養(yǎng)基配比差錯(cuò)引起的發(fā)酵異常a.生物素生物素是谷氨酸生產(chǎn)菌不可缺少的生長(zhǎng)因子