味精生产工艺课件

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,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,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。,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,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。,第一代鲜味料,第二代鲜味料,第三代鲜味料,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。,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,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,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。,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。,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。,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,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。,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1011Be。,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。,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,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。,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。,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。,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。,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CaCl2，使Ca2+ 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。,2.糖化,高温液化法 将淀粉调整好pH和Ca2+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。,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。,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。,二、谷氨酸菌种的扩大培养,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,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。,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108109个/ml。, 要求二级种子活力旺盛，对数期种子的呼吸强度（QO2） 大于1000lO2/ml·h。, 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。,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。,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 。,由葡萄糖生物合成谷氨酸,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。,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。,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。,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。,工业生产上常用的无机磷有K2HP04·3H20或Na2HP04·12H20。 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MnS04·4H20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。,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