學(xué)習(xí)手冊：引導(dǎo)文-單元設(shè)計-實訓(xùn)指導(dǎo)書-谷氨酸制備味精技術(shù)

1、學(xué)習(xí)手冊子情境：味精中谷氨酸含量測定引導(dǎo)文-單元設(shè)計-實訓(xùn)指導(dǎo)書子情景：引導(dǎo)文谷氨酸發(fā)酵生產(chǎn)技術(shù)-谷氨酸制備味精技術(shù)閱讀材料材料一：谷氨酸谷氨酸，是一種酸性氨基酸。分子內(nèi)含兩個羧基，化學(xué)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(zhì)中，動物腦中含量也較多。谷氨酸在生物體內(nèi)的蛋白質(zhì)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(xué)反應(yīng)。谷氨酸(2氨基戊二酸)有左旋體、右旋體和外消旋體。左旋體，即L-谷氨酸。L-谷氨酸是一種鱗片狀或粉末狀晶體，呈微酸性，無毒。微溶于冷水，易溶于熱水，幾乎不溶于乙醚、丙

2、酮及冷醋酸中，也不溶于乙醇和甲醇。在200時升華，247249分解，密度1.538g/cm3，旋光度+37+ 38.9(25)。L-谷氨酸的用途廣泛，它本身作為藥品，能治療肝昏迷癥，也可用來生產(chǎn)味精、食品添加劑、香料和用于生物化學(xué)的研究。影響谷氨酸合成的外在因素：A、生物素對GA發(fā)酵的影響a、生物素對糖代謝的影響生物素參與糖代謝作用：增加糖代謝的速度(對TCA有促進(jìn)作用)主要影響糖降解速度，不影響EMP與HMP途徑的比率。生物素充足的條件下，丙酮酸以后的氧化活性雖然也得到提高，但由于糖降解速度顯著提高，打破了糖降解速度與丙酮酸氧化速度之間的平衡，丙酮酸趨于生成乳酸的反應(yīng)，引起乳酸的溢出。b、控

3、制VH的濃度，以實現(xiàn)對于乙醛酸循環(huán)的封閉c、生物素對氮代謝的影響d、VH對菌體細(xì)胞膜通透性的影響通常谷氨酸發(fā)酵采用的菌種都是VH-，而VH又是菌體細(xì)胞膜合成的必須物質(zhì)，因此，可以通過控制VH的濃度（干擾磷脂中的脂肪酸的生物合成）來實現(xiàn)的來實現(xiàn)對菌體細(xì)胞膜通透性的調(diào)節(jié) 。谷氨酸發(fā)酵的關(guān)鍵在于發(fā)酵培養(yǎng)期間谷氨酸生產(chǎn)菌細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)與功能發(fā)生特異性變化，使細(xì)胞膜轉(zhuǎn)變成有利于谷氨酸向膜外滲透的形態(tài)，使終產(chǎn)物不斷排出細(xì)胞外，胞內(nèi)谷氨酸不能積累到引起反饋調(diào)節(jié)的濃度，胞內(nèi)谷氨酸源源不斷被優(yōu)先合成，分泌到發(fā)酵培養(yǎng)基中積累。B、供氧濃度若谷氨酸中供氧溶度過量導(dǎo)致NADPH的再氧化能力會加強(qiáng)，使-KGA的還原氨基化受

4、到影響，不利于GA 的生成。若谷氨酸中供氧溶度不足則積累大量的乳酸，使發(fā)酵液的pH值下降，不利于GA的產(chǎn)生，同時，一部分葡萄糖轉(zhuǎn)成了乳酸，影響了糖酸轉(zhuǎn)化率，降低了產(chǎn)物的提出率。C、NH4+濃度 （1）影響到發(fā)酵液的pH值（2）與產(chǎn)物的形成有關(guān)： 過低，不利于-KGA的還原氨基化；過高，產(chǎn)生谷氨酰胺。 NH4+的供給方式： （1）液氨 （2）流加尿素D、磷酸鹽如果磷酸鹽過量一方面促進(jìn)EMP途徑，打破EMP與TCA之 間的平衡，積累丙酮酸，產(chǎn)生乳酸等。另一方面產(chǎn)生并積累Val，Val有3方面的作用：（1）可以抑制葡萄糖丙酮酸，使GA的生物合成受到阻止 （2）消耗了丙酮酸，降低了糖酸轉(zhuǎn)化率 （3）發(fā)

5、酵液中的Val存在，嚴(yán)重的影響GA 的結(jié)晶、提出。 材料二：味精味精是調(diào)味料的一種，主要成分為谷氨酸鈉。味精的主要作用是增加食品的鮮味，在中國菜里用的最多，也可用于湯和調(diào)味汁。谷氨酸鈉是一種氨基酸谷氨酸的鈉鹽。是一種無嗅無色的晶體，在232時解體熔化。谷氨酸鈉的水溶性很好，在100毫升水中可以溶解74克谷氨酸鈉。純的味精外觀為一種白色晶體狀粉末。當(dāng)味精溶于水（或唾液）時，它會迅速電離為自由的鈉離子和谷氨酸鹽離子（谷氨酸鹽離子是谷氨酸的陰離子，谷氨酸則是一種天然氨基酸）。要注意的是如果在100以上的高溫中使用味精，經(jīng)科學(xué)家證明，味精在100時加熱半小時，只有0.3%的谷氨酸鈉生成焦谷氨酸鈉，對人

6、體影響甚微。還有如果在堿性環(huán)境中，味精會起化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生一種叫谷氨酸二鈉的物質(zhì)。所以要適當(dāng)?shù)厥褂煤痛娣?。下圖為谷氨酸發(fā)酵工藝流程圖： 完成以下信息！味精的主要化學(xué)成分是什么？ 相關(guān)資料材料一：制備味精的工藝流程味精的生產(chǎn)一般分為制糖、谷氨酸發(fā)酵、中和提取及精制等4個主要工序。液化和糖化大多數(shù)味精廠都使用淀粉作為原材料。淀粉先要經(jīng)過液化階段。然后在與B一淀粉酶作用進(jìn)入糖化階段。首先利用 一淀粉酶將淀粉漿液化，降低淀粉粘度并將其水解成糊精和低聚糖，應(yīng)為淀粉中蛋白質(zhì)的含量低于原來的大米，所以經(jīng)過液化的混合液可直接加入糖化酶進(jìn)入糖化階段，而不用像以大米為原材料那樣液化后需經(jīng)過板筐壓濾機(jī)濾去大量蛋白質(zhì)沉淀

7、。液化過程中除了加淀粉酶還要加氯化鈣，整個液化時間約30min。一定溫度下液化后的糊精及低聚糖在糖化罐內(nèi)進(jìn)一步水解為葡萄糖。淀粉漿液化后，通過冷卻器降溫至60進(jìn)入糖化罐，加入糖化酶進(jìn)行糖化。糖化溫度控制在60左右，PH值45，糖化時間18-32h。糖化結(jié)束后，將糖化罐加熱至80 85 ，滅酶30min。過濾得葡萄糖液，經(jīng)過壓濾機(jī)后進(jìn)行油水分離(一冷分離，二冷分離)，再經(jīng)過濾后連續(xù)毒后進(jìn)入發(fā)酵罐。2. 谷氨酸發(fā)酵谷氨酸發(fā)酵過程消毒后的谷氨酸培養(yǎng)液在流量監(jiān)控下進(jìn)入谷氨酸發(fā)酵罐，經(jīng)過罐內(nèi)冷卻蛇管將溫度冷卻至32 ，置入菌種，氯化鉀、硫酸錳、消泡劑及維生素等，通入消毒空氣，經(jīng)一段時間適應(yīng)后，發(fā)酵過程即

8、開始緩慢進(jìn)行。谷氨酸發(fā)酵是一個復(fù)雜的微生物生長過程，谷氨酸菌攝取原料的營養(yǎng)，并通過體內(nèi)特定的酶進(jìn)行復(fù)雜的生化反應(yīng)。培養(yǎng)液中的反應(yīng)物透過細(xì)胞壁和細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞體內(nèi)，將反應(yīng)物轉(zhuǎn)化為谷氨酸產(chǎn)物。整個發(fā)酵過程一般要經(jīng)歷3個時期，即適應(yīng)期、對數(shù)增長期和衰亡期。經(jīng)過大約34小時的培養(yǎng)，當(dāng)產(chǎn)酸、殘?zhí)?、光密度等指?biāo)均達(dá)到一定要求時即可放罐。3 谷氨酸提取與谷氨酸鈉生產(chǎn)工藝 該過程在提取罐中進(jìn)行。利用氨基酸兩性的性質(zhì)，谷氨酸的等電點在為pH30處，谷氨酸在此酸堿度時溶解度最低，可經(jīng)長時間的沉淀得到谷氨酸。粗得的官司谷氨酸經(jīng)過于燥后分裝成袋保存。4. 谷氨酸鈉的精制 谷氨酸鈉溶液經(jīng)過活性碳脫色及離子交換柱除去C

9、a 、Mg 、F e 離子，即可得到高純度的谷氨酸鈉溶液。將純凈的谷氨酸鈉溶液導(dǎo)入結(jié)晶罐，進(jìn)行減壓蒸發(fā)，當(dāng)波美度達(dá)到295時放入晶種，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)晶情況實時控制谷氨酸鈉溶液輸入量及進(jìn)水量。經(jīng)過十幾小時的蒸發(fā)結(jié)晶，當(dāng)結(jié)晶形體達(dá)到一定要求、物料積累到80高度時，將料液放至助晶槽，結(jié)晶長成后分離出味精，送去干燥和篩選。材料二：谷氨酸制備味精技術(shù)一、谷氨酸的中和、脫色和除鐵 （一）谷氨酸的中和 1.谷氨酸一鈉的等電點 谷氨酸中和反應(yīng)的pH應(yīng)控制在谷氨酸第二等電點pH6.96。當(dāng)pH高時，生成的谷氨酸二鈉增多，而谷氨酸二鈉沒有鮮味。將谷氨酸溶于水中，加熱、加堿進(jìn)行中和。隨著

10、堿的不斷加入，溶液的pH逐步升高，谷氨酸的電離平衡發(fā)生移動，當(dāng)絕大多數(shù)的谷氨酸都變成陰離子形式時，即為中和生成谷氨酸一鈉的等電點。 2.操作 中和劑：在味精生產(chǎn)中，中和谷氨酸可用氫氧化鈉，也可用純堿(Na2C03)，一般不用液堿（液堿含雜質(zhì)氯化鈉較多，影響結(jié)晶味精成品的質(zhì)量。）谷氨酸中和時，先把谷氨酸加入水中，制成飽和溶液，然后加堿中和。注意加堿速度要緩慢，用pH試紙測其pH。邊加堿邊攪拌。中和溫度控制在65左右。在中和時，要控制投料比適當(dāng)，即濕谷氨酸與水之比為1：2，濕谷氨酸與純堿之比為1：0.30.4。中和溫度夏天為60C，冷天為65C。中和液濃度為2123Be。中和反應(yīng)控制pH為6.77

11、.0。若超過7.0以上，溶液中谷氨酸二價陰離子逐漸增多，易生成谷氨酸二鈉。 (二)中和液的除鐵 由于生產(chǎn)原料不純、生產(chǎn)設(shè)備腐蝕及生產(chǎn)工藝等原因，使中和液中的鐵、鋅離子超標(biāo)，必須將其除去。目前除鐵、鋅離子的方法主要有硫化鈉和樹脂法兩種。(三)中和液的脫色 在味精生產(chǎn)過程中，由于各種成分的化學(xué)變化產(chǎn)生了一些有色物質(zhì)，如焦糖、氨基糖、單寧鐵等。因此，中和液需進(jìn)行脫色處理。脫色方法有物理吸附和化學(xué)脫色兩種方法。 1.物理吸附 即采用活性炭脫色。用活性炭脫色時，溫度控制在50-60，pH保持在6.4以上，脫色時間為30min。為了加快吸附過程的進(jìn)行，可適當(dāng)攪拌中和液。 2.化學(xué)脫色 有離子交換樹脂脫色法

12、。離子交換樹脂的脫色主要靠樹脂的多孔隙表面對色素進(jìn)行吸附，即樹脂的基團(tuán)與色素的基團(tuán)形成共價鍵，因而對雜質(zhì)起到吸附與交換作用。一般選用弱堿性陰離子交換樹脂。 中和液中的雜質(zhì)，有些分子量較大，在交換過程中擴(kuò)散速度慢。因此，脫色時流速要適當(dāng)慢些。溫度控制在40-50條件下進(jìn)行脫色較合適。（二）中和液的濃縮和結(jié)晶 (一)中和液的濃縮 谷氨酸鈉在水中的溶解度很大，要想生成大量的結(jié)晶必須除去大量的水分使溶液達(dá)到過飽和狀態(tài)而析出結(jié)晶。 濃縮方法：一是降低溶液的溫度，使溶質(zhì)的溶解度減小，達(dá)到過飽和狀態(tài)；二是在溫度不變的條件下，蒸發(fā)掉溶液中的一部分水，使溶液的濃度升高，達(dá)到過飽和狀態(tài)。 中和液的濃縮不宜在高溫下

13、進(jìn)行，因為谷氨酸一鈉在高溫下容易環(huán)化，生成焦谷氨酸鈉。設(shè)備：味精生產(chǎn)的濃縮過程普遍采用減壓濃縮工藝，主要設(shè)備有減壓蒸發(fā)式結(jié)晶罐。濃縮時的工藝條件，一般控制真空度在80kPa以上，料液的溫度控制在70以下。濃縮時，真空度愈高，料液的沸點就越低，這樣既可加快濃縮，又可避免谷氨酸一鈉的脫水環(huán)化形成焦谷氨酸鈉。總之，中和液的濃縮以真空度高、料液溫度低，操作時間短較為宜。（三）味精的分離、干燥、 包裝和成品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 1、味精的分離: 味精分離一般采用三足式離心機(jī)分離。為保證表面光潔度，在離心分離過程中當(dāng)母液離開晶體后，用少許50熱水噴淋晶體。2、味精的干燥:味精結(jié)晶含有一個結(jié)晶水,晶體在120就開始失去

14、結(jié)晶水，因此干燥溫度應(yīng)嚴(yán)格控制,以不超過80較為合適。采用的干燥方法有箱式烘房干燥，真空箱式干燥、氣流干燥、傳送帶式干燥、振動床式干燥。3、結(jié)晶味精的篩分 干燥后的結(jié)晶味精，通過不同篩目的震動篩組合，把不同顆粒的結(jié)晶味精加以分開。一般采用目、12目、20目、30目四種篩子組合。4、粉狀味精的混鹽和磨粉 混鹽:為了調(diào)整味精的含量規(guī)格，通常在味精中添加一定量的精制食鹽。 磨粉:干燥后的粉狀味精,與鹽混合投入萬能粉碎機(jī)進(jìn)行磨粉過篩,篩目為100目。將粉碎后的味精加入型拌粉機(jī)或雙螺旋拌粉機(jī)均勻混合，包裝出廠。讓我們回答問題吧！1.整個操作工程中需要注意的地方？ 氨基酸發(fā)酵生產(chǎn)技術(shù)谷氨酸制備味精技術(shù) 學(xué)

15、習(xí)情境設(shè)計方案學(xué)習(xí)領(lǐng)域課程名稱氨基酸發(fā)酵生產(chǎn)技術(shù)總學(xué)時72學(xué)習(xí)情境名稱谷氨酸制備味精技術(shù)使用學(xué)時4學(xué)習(xí)目標(biāo)1.知識目標(biāo)l 掌握谷氨酸的化學(xué)結(jié)構(gòu)l 掌握谷氨酸對人體的作用l 掌握味精的主要化學(xué)成分l 掌握谷氨酸制備味精的技術(shù)2.能力目標(biāo)專業(yè)能力l 能夠熟練操作振動篩l 能夠熟練移取一定容量的溶液l 能夠熟練使用離心機(jī)等儀器方法能力l 閱讀操作標(biāo)準(zhǔn)的能力l 動手實施能力l 創(chuàng)新能力l 自主學(xué)習(xí)新技術(shù)、新知識的能力l 分析問題、解決問題的能力社會能力l 團(tuán)隊工作能力。l 與人溝通能力。l 工作安全和保護(hù)能力3.素質(zhì)目標(biāo)l 培養(yǎng)規(guī)范意識l 樹立嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)的態(tài)度l 加強(qiáng)安全意識教學(xué)內(nèi)容及組織過程教學(xué)方法

16、l 1. 離心機(jī)的使用和維護(hù)l 2. 結(jié)晶罐的正確使用l 3. 振動篩的正確使用和維護(hù)l 4. 攪粉機(jī)的正確使用l 5. 結(jié)晶提取過程注意事項宏觀教學(xué)法：引導(dǎo)文教學(xué)法任務(wù)組織（20分鐘）分配任務(wù)（發(fā)放生產(chǎn)指令），發(fā)放引導(dǎo)文；組織幾個學(xué)習(xí)小組；每組各選出一名組長講述法、頭腦風(fēng)暴，參觀法、引導(dǎo)問題法、文字處理標(biāo)識、事故案例法任務(wù)策劃（20分鐘）根據(jù)各自學(xué)習(xí)，通過討論等方式，確定制備味精的方案。討論法、可視化報告法、互動交流教學(xué)法產(chǎn)品試測（120分鐘）根據(jù)方案，教師參與實施測定過程；在控制方案中要注重與實際生產(chǎn)相結(jié)合，整個過程要模擬實際工作過程。這個過程中師生共同分析、解決生產(chǎn)過程中的問題。角色扮演

17、法、小組合作、取長補(bǔ)短法、仿真訓(xùn)練法任務(wù)評審（20分鐘）各組成員對不同情況不同階段對應(yīng)的處理措施進(jìn)行評價；各班組成員對任務(wù)的組織、策劃、產(chǎn)物的觀測等過程進(jìn)行自評和互評；教師就各組成員在不同階段的個方面的表現(xiàn)情況進(jìn)行評價；教師根據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)過程中情況提出問題，學(xué)生通過討論方式嘗試給出解釋方法，教師總結(jié)歸納解決方法。交互評價法、旋轉(zhuǎn)交換討論法、教師歸納法教學(xué)環(huán)境與資源：1.分析實訓(xùn)室2.模仿仿真生物實訓(xùn)室3.校級精品課網(wǎng)站資源教師知識與能力要求：l 掌握精制味精的方法，并能分析不同方法之間的區(qū)別和優(yōu)劣，并對其中的問題可以提出解決方案。l 掌握精制味精的方法，并能對其中常見的問題可以提出解決方案

18、。l 正確熟練使用離心機(jī)等儀器設(shè)備。l 具備閱讀操作標(biāo)準(zhǔn)的能力。l 具有觀察力及課堂的把控能力l 具有與學(xué)生合作，溝通的能力。學(xué)生知識與能力準(zhǔn)備：l 具備查閱資料等基本技能l 閱讀生產(chǎn)工藝能力l 一定的動手能力l 一定自學(xué)能力和分析問題能力成果形式：谷氨酸制備味精技術(shù)考核評價：評價方式：過程性評價作業(yè)考核評價內(nèi)容：過程評價指標(biāo)基礎(chǔ)知識問題備注：由于在進(jìn)行此教學(xué)情境之前，學(xué)生已經(jīng)具備一定的分析能力，教師不用講解離心機(jī)的使用和結(jié)晶罐，振動篩的使用方法。學(xué)生基本技能也較提高，教師應(yīng)參與到測定過程的控制中，適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)就可以，一定要注重提示學(xué)生查詢資料，動腦筋創(chuàng)新的能力。一定要注意學(xué)生習(xí)慣的養(yǎng)成。另外，教師應(yīng)加強(qiáng)安全教育，由于設(shè)備的保護(hù)和維護(hù)要對學(xué)生說明。天津現(xiàn)代職業(yè)技術(shù)學(xué)院實訓(xùn)計劃課程名稱氨基酸發(fā)酵生產(chǎn)技術(shù)實訓(xùn)學(xué)時4子情境谷