味精生產畢業(yè)實習報告.doc

內蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)實習報告摘 要 谷氨酸是利用微生物發(fā)酵生產的一個具有代表性的產品，生產工藝涉及種子培養(yǎng)、發(fā)酵、提取、脫色、離心和干燥等重要的單元操作和工程概念。通過對谷氨酸車間的實習參觀，可以加強對自己對所學知識的綜合利能力。通過本畢業(yè)實習訓練，可以提高自己理論聯(lián)系實際的能力和工程設計方面的能力。味精又稱谷氨酸一鈉，其基本成分為L-谷氨酸，具有強烈的肉類鮮味。將其添加在食品中可使食品風味增強，鮮味增加，故被廣泛使用。味精在胃酸作用下生成的谷氨酸，被人體吸收后，參與人體內許多代謝反應，并與其他氨基酸一起共同構成人體的組織蛋白。谷氨酸能用來預防和治療肝昏迷，還能促進中樞神經(jīng)系統(tǒng)的正?；顒樱瑢χ委熌X震蕩和腦神經(jīng)損傷有一定功效1。我國的味精生產始于1923年，上海天廚味精廠最先用水解法生產。1932年沈陽開始用脫脂豆粉水解生產味精。我國從1958年開始谷氨酸生產篩選及其發(fā)酵機理的基礎性研究，1964年首先在上海進行工業(yè)化試生產。目前國內味精生產已全部用發(fā)酵法。所以，今后菌種，工藝技術和生 產規(guī)模方面還需加大改革力度，使生產水平再上一個新臺階！目前，企業(yè)生產味精都是以發(fā)酵法生產，但每生產1噸味精要排放2025噸母液，其屬于高濃度有機酸性廢水，需對母液進行回收，發(fā)展高效提取工藝，提高谷氨酸提取率和降低工藝用水，減少廢水排放量，實現(xiàn)味精的清潔生產，在發(fā)展工業(yè)經(jīng)濟的同時走上可持續(xù)發(fā)展的文明道路，這樣，我國的味精工業(yè)不但真正收到經(jīng)濟效益和環(huán)境效益的共同豐收，而且也會減輕政府對行業(yè)的管理負擔，形成多種因素和諧統(tǒng)一，走上良性運行可持續(xù)發(fā)展的健康道路。目 錄第一章 生產概況及產品概述11.1 公司簡介11.2 產品概述2第二章 主要原材料和產品的物化性質及產品的用途32.1 理化性質32.1.1 物理性質32.1.2化學性質52.2 應用52.2.1下游產品開發(fā)52.2.2 食品業(yè)62.2.3 日用化妝品等62.2.4 醫(yī)藥行業(yè)72.3 谷氨酸的生物合成途徑82.3.1 谷氨酸合成方式82.2.2 谷氨酸合成途徑8第三章 工藝流程93.1糖化工段103.1.1 發(fā)酵原料103.1.2 淀粉水解103.1.3 糖化方法103.2配料及連續(xù)滅菌113.2.1 玉米淀粉制備113.2.1.1 玉米子粒的特征與淀粉生產工藝的關系113.2.1.2 玉米淀粉提取工藝流程113.2.2 配料流程123.3發(fā)酵工段133.3.1 發(fā)酵培養(yǎng)基133.3.2 培養(yǎng)基滅菌143.3.3 發(fā)酵控制153.4提取工段163.4.1 原理163.4.2 工藝流程163.5結晶工段17第四章 總結與體會19致謝20參考文獻21第一章 生產概況及產品概述1.1 公司簡介內蒙古阜豐生物科技有限公司是世界第一大谷氨酸生產商中國阜豐集團的核心企業(yè)。成立于2006年3月，坐落于呼和浩特經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)金川南區(qū)，是呼和浩特市重點招商引資項目。 阜豐集團有限公司是一家在香港主板上市的國際化生物制品公司。主要致力于生物發(fā)酵產品的生產、經(jīng)營和研發(fā)，是全球第三大黃原膠生產商。 公司目前下轄谷氨酸、味精、淀粉、葡萄糖、復混肥、熱電、黃原膠、新型建材廠等多個分廠。主要產品及年產量為谷氨酸20萬噸，味精10萬噸，淀粉80萬噸，結晶葡萄糖15萬噸，復混肥30萬噸 ，黃原膠2萬噸。主導產品谷氨酸、味精、黃原膠銷往全國二十多個省市，并出口到世界四十多個國家和地區(qū)。 公司先后被授予“呼和浩特市農牧業(yè)產業(yè)化重點龍頭企業(yè)”和“呼和浩特市經(jīng)濟發(fā)展突出貢獻獎”，被國家科技部認定為國家級高新技術企業(yè)，“蒸壓加汽混凝土砌塊”被自治區(qū)經(jīng)委認定為資源綜合利用產品。生產廠家設置了糖化車間、發(fā)酵車間、提取車間和精制車間作為主要生產車間。另外, 為保障生產過程中對蒸氣的需求, 同時還設置了動力車間,利用鍋爐燃燒產生蒸氣, 并通過供氣管路輸送到各個生產需求部位。為保障全廠生產用水, 還要設置供水站。所供的水經(jīng)消毒、過濾系統(tǒng)處理, 通過供水管路輸送到各個生產需求部位。221.2 產品概述 學名：L-谷氨酸單鈉鹽-水化合物商品名：味精、味素、谷氨酸鈉，因味精起源于小麥，俗稱麩酸鈉英文名：Monosodium L-Glutamate，簡寫MSG結構式： HOOC-CH2-CH2-CH-COONaH2O NH2分子式：NaC5H8O4NH2O，分子量：187.13谷氨酸是一種酸性氨基酸。分子內含兩個羧基，化學名稱為-氨基戊二酸。谷氨酸是里索遜1856年發(fā)現(xiàn)的，為無色晶體，有鮮味，微溶于水，而溶于鹽酸溶液，等電點3.22。大量存在于谷類蛋白質中，動物腦中含量也較多。谷氨酸在生物體內的蛋白質代謝過程中占重要地位，參與動物、植物和微生物中的許多重要化學反應。醫(yī)學上谷氨酸主要用于治療肝性昏迷，還用于改善兒童智力發(fā)育。食品工業(yè)上，味精是常用的儀器增鮮劑，其主要成分是谷氨酸鈉鹽。過去生產味精主要用小麥面筋（谷蛋白）水解法進行，現(xiàn)改用微生物發(fā)酵法來進行大規(guī)模生產。谷氨酸是生物機體內氮代謝的基本氨基酸之一，在代謝上具有重要意義。L谷氨酸是蛋白質的主要構成成分，谷氨酸鹽在自然界普遍存在的。多種食品以及人體內都含有谷氨酸鹽，它即是蛋白質或肽的結構氨基酸之一，又是游離氨基酸，L型氨基酸美味較濃。L谷氨酸 又名“麩酸”或寫作“夫酸”，發(fā)酵制造L谷氨酸是以糖質為原料經(jīng)微生物發(fā)酵，采用“等電點提取”加上“離子交換樹脂”分離的方法而制得。第二章 主要原材料和產品的物化性質及產品的用途2.1 理化性質 2.1.1 物理性質（一）谷氨酸的立體異構體（1）谷氨酸分為L型、D型、DL型三種。（2）谷氨酸具有一般氨基酸的性質，其分子具有不對稱的碳原子，所以有旋光性。它的氨基在不對稱碳原子右方的稱為D型（或右型），在不對稱碳原子左方的稱為L型（或左型），在化學命名中以前左旋用“l(fā)”表示，右旋用“d”表示，消旋體用“dl”表示?，F(xiàn)在化學才統(tǒng)一用D型、L型和DL型表示光學異構體，而左旋和右旋則用（-）與（+）表示。 所以L型谷氨酸舊的命名為1-谷氨酸，因為它的水溶液中是右旋，故沃爾羅登寶命名法叫做L-(+)-谷氨酸，現(xiàn)在統(tǒng)稱L-谷氨酸，又名d-氨基戊二酸。同樣D型谷氨酸舊的命名為1-谷氨酸，因為它的水溶液為左旋，故稱為D-（-）-谷氨酸，又名1-谷氨酸，又名1-氨基戊二酸。而 DL型谷氨酸即消旋異構體。（3）在動植物和微生物等生物機體中天然存在的，都是L型谷氨酸，L-谷氨酸是味精的前體。（二）谷氨酸結晶的特征（1）谷氨酸結晶體是有規(guī)則晶形的化學均一體 其晶形結構是以原子、分子或離子在晶格結合點上呈對稱排列。谷氨酸在不同的結晶條件下，其晶格形狀、大小、顏色是不同，通常分為型結晶和型結晶。型的密度為1.535g/cm3,型的密度為1.570g/cm3.（2）型和型結晶的外觀和X射線衍射圖形均不同。表1-1 谷氨酸兩種結晶型比較結晶型型型光學顯微鏡下的晶體形態(tài)多面棱柱形的六面晶體，呈顆粒分散，橫斷面為三或四邊形、邊長與厚度相近針狀或薄片狀凝聚結集，其長和寬比厚度大得多晶體特點晶體光澤，顆粒大，純度高，相對密度大，沉降快，不易破碎薄片狀，性脆易碎，相對密度小，浮于液面和母液中，含水量大，純度低晶體分離離心分離不碎，抽濾不阻塞，易洗滌，純度高離心分離困難，易碎，抽濾易阻塞，洗滌困難，純度低母液中晶形的顯微鏡觀察顆粒狀態(tài)小晶體分散的針狀結晶（三）谷氨酸的溶解度（1）谷氨酸在水中的溶解度 表1-2溫度/溶解度/(g/100g)溫度/溶解度/(g/100g)00.341451.81650.411502.186100.495552.632150.596603.160200.717653.816250.864704.594301.040755.532351.250806.660401.50810014.00（2）谷氨酸對酸、堿的溶解度 谷氨酸在水中的溶解度除溫度外，還與pH有關，且隨著pH變化，影響很大。（3）谷氨酸在乙醇中的溶解度表1-3乙醇濃度/%在25時的溶解度/(g/100ml)乙醇濃度在25時的溶解度/(g/100ml)24.50.29274.350.03750.750.13195.140.00942.1.2化學性質（1） 谷氨酸可以與酸作用（2） 谷氨酸與堿作用 與氫氧化鈉反應生成谷氨酸單鈉和水 與碳酸鈉反應生成氨酸單鈉和水，放出二氧化碳（3）加熱 谷氨酸長期加熱，經(jīng)脫水后生成焦谷氨酸（無鮮味）。（4）谷氨酸與亞硝酸作用 谷氨酸與亞硝酸反應生成羥基酸，釋放出氮氣（5）谷氨酸的脫羧作用 在谷氨酸脫羧酶的催化下，谷氨酸生成-氨基丁酸和二氧化碳（6）谷氨酸在氨的存在下，通過谷氨酰胺合成酶的催化能生成谷氨酰胺（7）谷氨酸與茚三酮反應 谷氨酸或其它-氨基酸在pH 2.5-5.0與茚三酮共熱，能顯示藍色或藍紫色，按其顯色的深淡度可作為-谷氨酸定性或定量分析的依據(jù)。（8）甲醛反應 氨基酸與甲醛反應后，堿性的氨基被遮蓋，用標準NaOH溶液滴定羧基。2.2 應用2.2.1下游產品開發(fā)將有一定反應活性的雙功能基試劑氯乙醇和L谷氨酸直接酯化保護羧基，用三光氣活化成其相應的N羧酸酐，可直接得到側鏈具有一定反應活性的聚L氯乙基谷氨酸酯。谷氨酸的結構中有一個氨基和兩個羧基，在光氣的作用下，羧基和氨基會形成環(huán)狀N羧酸酐，由于羧基也較為活潑，可能會參與成環(huán)反應，因此在成環(huán)反應之前，通常用芐醇將羧基進行保護，這樣得到的聚合物的側鏈活性極低，一般需經(jīng)進一步氫化脫芐或胺解脫芐，才能得到有反應活性的側鏈，我們選用雙功能基試劑氯乙醇作保護基因，在聚合之后可直接得到有反應活性的側鏈，可有效地簡化合成路線。側鏈酯化過程是一個可逆反應，隨著體系內水含量的不斷增加，反應速度會降低，導致產率不高。在形成谷氨酸芐酯時，采用分子篩脫水，操作大大簡化。新型的聚合氨基酸，含有氨基的藥物或靶向基因，可以方便的接入聚谷氨酸的分子中，形成大分子前藥或靶向大分子載體，接入特異性的基因，可進行特殊的分離或提純，這一聚合物在醫(yī)藥領域會有很廣泛的應用前景。谷氨酸可生產許多重要下游產品如L谷氨酸鈉、L蘇氨酸、聚谷氨酸等。2.2.2 食品業(yè)氨基酸作為人體生長的重要營養(yǎng)物質，不僅具有特殊的生理作用，而且在食品工業(yè)中具有獨特的功能。構成蛋白質的氨基酸主要有20多種。在食品工業(yè)中應用較多的氨基酸有谷氨酸、賴氨酸、半胱氨酸、胱氨酸、蘇氨酸、精氨酸、纈氨酸、色氨酸、丙氨酸等。各種氨基酸都有自己獨特的呈味效應，其中應用較多的有谷氨酸鈉和甘氨酸。谷氨酸鈉俗稱味精，是重要的鮮味劑，對香味具有增強作用。谷氨酸鈉廣泛用于食品調味劑，既可單獨使用，又能與其它氨基酸等并用。用于食品內，有增香作用。在食品中濃度為0.2%-0.5%，每人每天允許攝入量為0120微克/千克(以谷氨酸計)。在食品加工中一般用量為0.21.5克/公斤。甘氨酸具有甜味，和味精協(xié)同作用能顯著提高食品的風味。谷氨酸作為風味增強劑可用于增強飲料和食品的味道，不僅能增強食品風味，對動物性食品有保鮮作用。2.2.3 日用化妝品等谷氨酸為世界上氨基酸產量最大的品種，作為營養(yǎng)藥物可用于皮膚和毛發(fā)。用于生發(fā)劑，能被頭皮吸收，預防脫發(fā)并使頭發(fā)新生，對毛乳頭、毛母細胞有營養(yǎng)功能，并能擴張血管，增強血液循環(huán)，有生發(fā)防脫發(fā)功效。用于皮膚，對治療皺紋有療效。N?；劝彼徕c系列產品是由谷氨酸縮合而成的性能優(yōu)良的陰離子表面活性劑，廣泛用于化妝品、香皂、牙膏、香波、泡沫浴液、洗潔凈等產品中。生物表面活性劑N?；劝彼徕c不同于化學法合成的表面活性劑，它不但性能優(yōu)良，并且具有良好的生物降解性和安全性，在人體內能分解為氨基酸和脂肪酸而吸收利用。N?；劝彼徕c耐硬水，能在堿性、中性和弱酸條件下使用。這種表面活性劑具有明顯的發(fā)展優(yōu)勢，其新的使用性能包括具有良好的洗凈力和發(fā)泡力，對人體無毒無害，無異味，性質柔和無刺激，能穩(wěn)定酶的活性，是高檔香波和浴液的主要原料，能牢固地吸附在頭發(fā)和皮膚上，增加和保持頭發(fā)的柔軟、蓬松、光澤，使皮膚舒適光潔，對毛發(fā)角質損傷有保護和修復作用。N?；劝彼徕c可用于肥皂的改性劑，在香皂中加入N?；劝彼徕c可緩和對皮膚的刺激，提高香皂在硬水中的鈣皂分散性，使泡沫細膩持久，提高發(fā)泡性和洗凈力，易于被皮膚吸收，使皮膚保持滋潤光滑。N?；劝彼徕c具有抑菌效果，由于無刺激性常可用于兒童洗滌制品和皮膚病患者，N?；劝彼徕c溶液，具有突出的發(fā)泡能力和穩(wěn)泡力，?？膳c其它表面活性劑復配，具有協(xié)同增效作用。谷氨酸為天然植物成分，由世界上最先進的生物酶工程技術制取，以護發(fā)生發(fā)、護膚類化妝品為日用化妝品的發(fā)展方向，用谷氨酸合成生物表面活性劑具有大的市場。聚谷氨酸是一種出色的環(huán)保塑料，可用于食品包裝、一次性餐具及其它工業(yè)用途，可在自然界迅速降解，不污染環(huán)境。隨著科學的進步，研究的深入，谷氨酸新的應用領域將越來越廣。2.2.4 醫(yī)藥行業(yè)谷氨酸還可用于醫(yī)藥，因為谷氨酸是構成蛋白質的氨基酸之一，雖然它不是人體必須的氨基酸，但它可作為碳氮營養(yǎng)與機體代謝，有較高的營養(yǎng)價值。谷氨酸被人體的吸收后，易與血氨形成谷酰氨，能解除代謝過程中氨的毒害作用，因而能預防和治療肝昏迷，保護肝臟，是肝臟疾病患者的輔助藥物。腦組織只能氧化谷氨酸，而不能氧化其它氨基酸，故谷酰胺可作為腦組織的能量物質，改進維持大腦機能。谷氨酸作為神經(jīng)中樞及大腦皮質的補劑，對于治療腦震蕩或神經(jīng)損傷、癲癇以及對弱智兒童均有一定療效。用谷氨酸制成的成藥有藥用谷氨酸內服片，谷氨酸鈉（鉀）注射液，谷氨酸鈣注射液，乙酰谷氨酸注射液等。味精2004年的全球市場約為170萬噸，2010年將增長到210萬噸。我國是味精生產大國，2003年中國味精產量118.9萬噸，占世界53%，2006年產量136萬噸，居世界第一2。味精曾一度被懷疑是不可安全食用的增鮮調味品3。1973年FAO/WHO食品添加劑專家聯(lián)合組織一度規(guī)定，味精的ADI值0mg120mg，即攝入量每天每千克人體體重不得超過120mg。但國際上許多權威機構都做過味精的各種毒理試驗，到目前為止，還未發(fā)現(xiàn)味精在正常使用范圍內對人體有任何危害的依據(jù)，即證明食用味精是安全的4。2.3 谷氨酸的生物合成途徑2.3.1 谷氨酸合成方式 許多研究者利用不同的谷氨酸產生菌對其合成方式和途徑進行了研究。這些研究表明，谷氨酸產生菌菌體內形成谷氨酸的方式主要有兩種，即氨基酸的轉移作用和還原性氨基化作用。 氨基轉移作用 在氨基轉移酶的催化下，除甘氨酸以外，任何氨基酸都可以與酮戊二酸變成谷氨酸。同樣谷氨酸與其他酮酸之間在轉氨酶的催化下，也能生成 酮戊二酸和新的氨基酸。 還原性氨基化作用 在NH+和供氫體（還原型輔酶，即NADPH2)存在的條件下，酮戊二酸在谷氨酸脫氫酶的催化下形成谷氨酸。2.2.2 谷氨酸合成途徑谷氨酸生物合成途徑主要有糖酵解途徑（EMP途徑）、磷酸己糖途徑（HMP途徑）、三羧酸循環(huán)（TCA)、乙醛酸循環(huán)體、二氧化碳固定和還原氨基化反應等。生成谷氨酸的有關酶類主要有蘋果酸酶、丙酮酸羧化酶、異檸檬酸脫氫酶、異檸檬酸裂解酶、酮戊二酸脫氫酶、谷氨酸脫氫酶等。 第三章 工藝流程加壓冷卻除水棉花過濾二級種子液化淀粉酶糖化過濾糖化液配料連續(xù)滅菌發(fā)酵等電點分離谷氨酸中和脫色過濾過濾液炭柱脫色脫色液蒸發(fā)結晶貯晶分離濕味精干燥篩選結晶味精糖化酶玉米漿糖蜜無機鹽濾渣消泡劑液氨離交法回收谷氨酸水母液硫酸或鹽酸碳酸鈉活性炭廢炭母液制白谷氨酸水蒸汽晶種空氣種子水淀粉3.1糖化工段3.1.1 發(fā)酵原料 發(fā)酵生產谷氨酸的原料淀粉淀粉來自糧食原料，通常利用各種谷類或薯類淀粉，如北方常用玉米，南方常用番薯淀粉等。非糧淀粉原料主要指甜菜或甘蔗糖蜜醋酸乙醇正烷烴（如液體石蠟）等。內蒙古阜豐生物科技有限公司使用的的是玉米。3.1.2 淀粉水解淀粉在酸或酶的作用下，其顆粒結構被破壞，-1，4和-1，6糖苷鍵被切斷，分子質量逐漸變小，經(jīng)中間產物藍糊精、紅糊精、無色糊精、低聚糖、麥芽糖，最后生成葡萄糖。淀粉在酸或酶作用下，發(fā)生的主要反應如下：淀粉水解產生葡萄糖的總反應可用下式表示： 3.1.3 糖化方法在工業(yè)上，淀粉的處理主要是指糖化，制得的水解糖叫淀粉糖。可制備淀粉水解糖的原料很多，主要有薯類、玉米、小麥、大米等。制糖方法有酸解法、酶酸法和雙酶法；三種糖化工藝，各有其優(yōu)缺點。從糖液質量、收得率、耗能以及對粗淀粉原料的適應情況看，酶解法最佳、酸酶法次之、酸法最差。但酶解法生產周期長，糖化設備較龐大。從糖漿的黏度來看，酶法最低、酸法最高。而阜豐生物科技公司使用的糖化原料是玉米，糖化方法是雙酶法。雙酶法制備葡萄糖可分為兩個過程，即液化過程和糖化過程。液化是利用-淀粉酶將淀粉液化，轉化為糊精及低聚糖；糖化過程即利用糖化酶將液化的糊精及低聚糖進一步水解轉化為葡萄糖。3.2配料及連續(xù)滅菌3.2.1 玉米淀粉制備3.2.1.1 玉米子粒的特征與淀粉生產工藝的關系從玉米子粒中提取淀粉需要把子粒的各種化學組分進行有效地分離，以便最大程度地提純淀粉，并回收其他成分。濕磨是目前惟一有效的方法。風干狀態(tài)的玉米子粒，含水量在15左右，子粒堅硬，機械強度大，子粒內部各個結構部分及各種化學組分緊密結合在一起，加工時要根據(jù)子粒的特點和各種化學組分相互結合的狀況采用適當?shù)墓に嚪椒ㄟM行分離。玉米子粒硬度大，要采取浸泡法使其吸水軟化。玉米子粒皮層結構緊密，通透性差，浸泡時要采取添加SO2等成分增加皮層膜的透性。胚芽含油量大，但韌性強，加工時根據(jù)這個特點，對玉米進行粗破碎、分離胚芽?？扇苄猿煞忠话阃ㄟ^浸泡工藝分離出來。玉米胚乳中淀粉與蛋白質的結合非常牢固，比小麥淀粉與蛋白質結合要牢固得多，在濕法加工中，單用水不能使蛋白質和淀粉很好地分離，要通過所添加的SO2氧化還原性質打開包圍在淀粉粒表面的蛋白質網(wǎng)膜。皮層及纖維則主要是在濕磨后采取篩選方式去除。3.2.1.2 玉米淀粉提取工藝流程 玉米淀粉提取采用濕磨工藝，自1842年開始在美國應用以來，100多年中，人們對玉米濕磨工藝進行了許多改進。中國玉米淀粉工業(yè)起步較晚，濕磨工藝是1956年從前蘇聯(lián)引進的，直到20世紀80年代末期，中國的玉米淀粉工業(yè)開始有較大幅度的發(fā)展。現(xiàn)在，我國淀粉年產量約400萬t，其中玉米淀粉約占80。 玉米淀粉生產包括3個主要階段：玉米清理、玉米濕磨和淀粉的脫水干燥。如果與淀粉的水解或變性處理工序連接起來，可以考慮用濕磨的淀粉乳直接進行糖化或變性處理，省去脫水干燥的步驟。 玉米淀粉生產的工藝流程，大致可分為4個部分：玉米的清理去雜；玉米的濕磨分離；淀粉的脫水干燥；副產品的回收利用。其中玉米濕磨分離是工藝流程的主要部分。原料玉米凈化雜質 硫磺燃燒二氧化硫亞硫酸浸泡稀玉米漿濃縮玉米漿 胚芽餅 破碎胚芽分離洗滌脫水干燥榨油 精磨 玉米油 篩洗渣皮脫水干燥粉碎纖維粉 麩質分離稀蛋白質濃縮干燥蛋白粉 清水淀粉洗滌 離心脫水 氣流干燥 玉米淀粉 計量包裝 玉米淀粉生產的工藝流程圖3.2.2 配料流程將料液、玉米漿、糖蜜及無機鹽原料通入配料罐，將料液通入換熱器進行換熱后，泵入維持罐，蒸汽升溫后，再次通入換熱器降溫第一次，用冷凝水降溫第二次。將料液通入發(fā)酵罐，進行發(fā)酵。玉米漿罐糖蜜罐配料罐維持罐一級種子罐二級種子罐維持罐維持罐維持罐糖化罐螺旋板式換熱器2個螺旋板式換熱器2個螺旋板式換熱器1個螺旋板式換熱器1個發(fā)酵罐泵無菌空氣無菌空氣水堿水無機鹽3.3發(fā)酵工段3.3.1 發(fā)酵培養(yǎng)基谷氨酸發(fā)酵培養(yǎng)基主要成分有碳源、氮源、生長因子和無機鹽等。（1） 碳源 大多數(shù)谷氨酸生產菌可以利用葡萄糖、蔗糖、果糖等，極少數(shù)可以直接利用淀粉。除這些糖質原料外還可以利用醋酸、酒精、石蠟油等為碳源生產谷氨酸由葡萄糖生成谷氨酸的總反應式如下:C2H12O6+NH3+1/2O2C5H9NO4+CO2+3H2O上面反應式表示，1g分子葡萄糖產生1g分子谷氨酸，兩者之間存在著定量關系。其原理轉化率等于89.7%，因此從理論上講，糖濃度越大，谷氨酸產量越高。但實際上糖的濃度越過一定限度時，反而不利于細菌細胞的增值和谷氨酸的合成。反之，培養(yǎng)基葡萄糖濃度過低，雖能提高糖酸轉化率，但谷氨酸總量上不去。所以，在配制培養(yǎng)基時，應綜合考慮以上問題，選擇適當?shù)臐舛取＃?） 氮源 谷氨酸產生菌細胞中的蛋白、核酸、磷脂、某些輔酶及其他主要產物（谷氨酸）等均為含氮化合物，為了合成這些化合物，在培養(yǎng)基中必須添加氮源物質。谷氨酸發(fā)酵所采用的氮源數(shù)量要比一般發(fā)酵大很多，通常工業(yè)發(fā)酵所用培養(yǎng)基碳和氮的比值（C/N）為100/（0.5-2），而谷氨酸發(fā)酵所要求的C/N為100/（20-30）。實際生產中，一般用尿素或氨水作為氮源。（3）無機鹽 它們是構成細胞和調節(jié)菌體生命活動的營養(yǎng)物質。如鎂、磷、鉀、錳、鐵等，是代謝中輔酶或輔基的組分，是培養(yǎng)基不可缺少的。在谷氨酸發(fā)酵中，常應用K+、Mg2+、Fe3+、Mn2+等陽離子和PO43-、SO42-、Cl-等陰離子作為無機鹽。它們通常用量是：磷酸氫二鉀（或磷酸氫二鉀）0.05%-0.2%,硫酸鎂0.005%-0.1%硫酸亞鐵0.0005%-0.01%，硫酸錳0.0005%-0.005%。（4）生長因子 凡是微生物生長不可缺少，而其自身又不能合成的微量有機物質都稱為生長因子。生物素是當前谷氨酸身長菌的重要生長因子。其含量多少，對促進谷氨酸菌的生長、繁殖和積累谷氨酸有著密切的關系。除生物外，谷氨酸產生菌還需要維生素B1 (硫胺素)等。一般生產原料中（如玉米漿、麩皮水解液）都含B族維生素，因此谷氨酸發(fā)酵常以這些物質提供生長因子。（5）發(fā)酵培養(yǎng)基營養(yǎng)成分的配比 常因菌種、設備和工藝不同而異，此外與原料來源和質量不同有關。3.3.2 培養(yǎng)基滅菌谷氨酸發(fā)酵培養(yǎng)基一般采用淀粉水解糖為主要碳源，實罐滅菌條件是105-110保溫6min。連續(xù)滅菌所采用的滅菌條件是，連消塔滅菌溫度為110-115，維持罐溫105-110，約6-10min。培養(yǎng)基滅菌后冷卻至30左右，即可接入種子進行發(fā)酵。3.3.3 發(fā)酵控制主要指發(fā)酵條件的管理，包括溫度、通氣、pH值與泡沫的控制。 要獲得谷氨酸發(fā)酵的產品率，除了選用優(yōu)良菌種外。在發(fā)酵條件控制和嚴格無菌操作方面是極其重要的。（1） 溫度對發(fā)酵的影響 在發(fā)酵中，谷氨酸產生菌的生長繁殖與谷氨酸合成都是在酶的催化下進行的。不同酶促反應所需的溫度各異。谷氨酸發(fā)酵分前期和后期兩個階段。前期（0-12h）主要是合成細胞物質，菌體大量增殖階段。而控制這些合成反應的最適溫度為30-32；在發(fā)酵中后期，是谷氨酸大量積累階段，而催化谷氨酸合成的谷氨酸脫氫酶的最適溫度為32-36，故在發(fā)酵中后期應適當提高罐溫，以利谷氨酸形成和積累。不同菌種對溫度的敏感性也不一樣，故應視菌種進行溫度控制。（2） pH值對發(fā)酵的影響 在發(fā)酵中，發(fā)酵液pH值的變化是微生物代謝過程的綜合標志。主要是通過培養(yǎng)基配比及發(fā)酵條件的控制，使其適宜于生產菌的PH值。發(fā)酵前期，應創(chuàng)造有利于谷氨酸產生菌生長的最適pH(偏堿性)，通常控制pH在7.5-8.0左右。發(fā)酵中后期，應滿足催化谷氨酸合成的酶對pH的要求（中性或弱堿性），故將其發(fā)酵pH控制在7.0-7.5。（3） 通風量與攪拌對發(fā)酵的影響 谷氨酸產生菌（谷氨酸棒桿菌）屬兼性好氣菌，在供氧充足與不足的條件下都可生成，但其代謝產物不同。通風量小，供氧不足時，進行不完全氧化，葡萄糖進入菌體后經(jīng)糖酵解途徑產生丙酮酸，丙酮酸則還原成乳酸。如果通氣量過大，葡萄糖在菌體內被氧化成丙酮酸。繼而進一步氧化成乙酶輔酶A，進入三羧酸循環(huán)，生成-酮戊二酸，但由于供氫體（NADPH2）在氧氣充足的條件下經(jīng)呼吸鏈被氧化成水，而沒有氫的供給，谷氨酸合成受阻，-酮戊二酸大量積累；只有在供氧適當時還原性輔酶大部分不經(jīng)呼吸鏈被氧化成水，在充足的NH+條件下，才有利于谷氨酸脫氫酶的催化，還原氨基化反應，大量形成并積累谷氨酸。通風的實質除了供氧外，還使菌體培養(yǎng)基密切結合，保證代謝產物均勻擴散，以及維持罐內正壓的作用。攪拌可以提高通風效果，使空氣變成小氣泡，增加氣液接觸面積，提高溶解氧量。因為微生物呼吸時只能利用溶解于培養(yǎng)集中的氧氣，而空氣進入發(fā)酵罐后，其氧分子并不是全部被發(fā)酵液吸收，所以在討論通氣量時，必須考慮氧的溶解系數(shù)（以Kd表示），Kd表示摩爾分子氧/（毫升分鐘大氣壓）,在通氣攪拌條件相同時，Kd值大即表示設備通氣效果好，反之則差。在谷氨酸發(fā)酵過程中，通風量的控制應掌握前期比后期小的原則。一般發(fā)酵前期以低通風量為宜【Kd為（4-6）10-7mol/(mLmin大氣壓)】；中后期以高通風量為宜【Kd為（1.5-18）10-6mol/(mLmin大氣壓)】。實際生產上，用氣體轉子流量計來檢查通氣量即每分鐘單位體積的通氣量表示通氣強度。發(fā)酵時攪拌速度與通氣量常因發(fā)酵罐大小不同而異。3.4提取工段發(fā)酵結束后，發(fā)酵液中積累了大量的谷氨酸，將谷氨酸從發(fā)酵液中分離出來的過程，稱為谷氨酸的提取。谷氨酸提取方法有五種：等電點法、離子交換法、鋅鹽法、滲透膜法和溶劑抽提法。目前阜豐生物科技公司采用的是等電點法提取谷氨酸。3.4.1 原理谷氨酸子等電點pH時，發(fā)酵中正負離子（電荷）相等，總靜電荷等于零，形成偶極離子，此時谷氨酸溶解度最小，被析出呈結晶狀態(tài)。谷氨酸的等電點是3.22，將溶液的pH值調至3.22，使谷氨酸析出，然后通過過濾和離心等操作獲得谷氨酸。谷氨酸晶體有兩種，分別是a-型和-型。前者的晶軸長短接近，晶體粗壯，顆粒大，易沉淀分離，是理想晶體；后者晶軸長短不一，針狀或鱗片狀，晶粒微細。不易沉淀析出。所以在操作中，需控制條件以利于形成a-型。3.4.2 工藝流程等電點法提取谷氨酸的工藝流程如下： 鹽酸 發(fā)酵液 調酸 停酸育晶 等電攪拌 靜置沉降 離心分離 谷氨酸（pH4.5-4.0）（2h） （pH3.0-3.2）（1）調節(jié)等電點將發(fā)酵結束的醪液引入等電點桶或等電點池，待液溫降至30加鹽酸調pH，約2h左右將發(fā)酵液pH調至4.0-4.5左右時，觀察晶核有否形成，如已形成晶核，應停止加酸，育晶1-2h，使晶核增大，然后緩慢地將pH調節(jié)至3.0-3.2為止，此時繼續(xù)攪拌20h。（2）谷氨酸分離停止攪拌后，靜置分離4h，關閉冷卻水，放出上清液，除去谷氨酸沉淀表層菌體及細麩酸（放入另一缸中回收利用）。底部谷氨酸結晶取出送離心機分離，所得濕谷氨酸供精制用。3.5結晶工段谷氨酸轉晶技術：a型谷氨酸轉變?yōu)閎型谷氨酸的工藝為轉晶技術。用于去除色素和雜質，提高質量，利于精制，如結晶速率加快，周期縮短，味精質量和收率明顯提高。谷氨酸中和沉淀出鐵脫色過濾脫色過濾GH-15顆?；钚蕴棵撋珴饪s結晶離心分離、變晶水碳酸鈉活