學(xué)習(xí)情境1調(diào)味品-味精生產(chǎn).ppt

1、 接受工作任務(wù)1.1 工作任務(wù)介紹1.1.1 味精的理化性質(zhì)1.1.2 味精的起源1.1.3 味精的用途,1.2 接收生產(chǎn)任務(wù)書 本學(xué)習(xí)情景的工作任務(wù)是以北京棒桿菌AS1.299為菌種，以玉米淀粉、葡萄糖為碳源，以豆餅粉、尿素為氮源，以MgSO4.7H2O 、KH2PHO4等為無機鹽，以玉米漿為生長素，各成分按一定比例混合作培養(yǎng)基，通過菌種的擴大培養(yǎng)，把擴大培養(yǎng)的合格種子液接種到已經(jīng)滅菌的通風(fēng)攪拌發(fā)酵罐中進行發(fā)酵，發(fā)酵醪液通過預(yù)處理后，再經(jīng)過等電點和不溶鹽法提取谷氨酸，谷氨酸再用Na2CO3中和制成谷氨酸鈉，通過脫色、濃縮結(jié)晶精制、產(chǎn)品氣流干燥等生產(chǎn)過程，制得產(chǎn)品味精。,生產(chǎn)任務(wù)書,2 工作任務(wù)分析 味精成分為谷氨酸單鈉鹽，帶有分子的結(jié)晶水，學(xué)名叫-氨基戊二酸鈉，分子式為 C5H8O4NNaH2O，CAS號 142-47-2，是一種無嗅無色的晶體，熔點225。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。 所以，我們首先了解谷氨基酸。,2.1 生產(chǎn)原料 谷氨酸生產(chǎn)原料有碳源、氮源、無機鹽和生長因子等。 如玉米、小麥、甘薯、大米等，其中甘薯和淀粉最為常用,培養(yǎng)基,1、碳源：是構(gòu)成菌體和谷氨酸的碳骨架和能源。有淀粉（玉米、甘薯）、糖蜜、醋酸、乙醇、烷烴 碳源濃度過高時，對菌體生長不利，氨基酸的轉(zhuǎn)化率降低。 菌種性質(zhì)、生產(chǎn)氨基酸種類和所采用的發(fā)酵操作決定碳源種類。,2、氮源：是合成菌體蛋白質(zhì)、核酸及谷氨酸的原料。85用來合成谷氨酸。碳氮比（100：20），主要有銨鹽、尿素、氨水；尿素一般作為氮源流加，同時調(diào)整pH值。尿素滅菌時形成磷酸銨鎂鹽，須單獨滅菌?？煞峙骷?。 氨水用pH自動控制連續(xù)流加。 3、無機鹽：是微生物維持生命活動不可缺少的物質(zhì)。,磷酸鹽：對發(fā)酵有顯著影響。不足時糖代謝受抑制，轉(zhuǎn)向纈氨酸。 鎂：是已糖磷酸化酶、檸檬酸脫氫酶和羧化酶的激活劑，并促進葡萄糖-6-磷酸脫氫酶活力。 鉀：促進糖代謝。谷氨酸產(chǎn)酸期鉀多利于產(chǎn)酸，鉀少利于菌體生長。,鈉：調(diào)節(jié)滲透壓作用，一般在調(diào)節(jié)pH值時加入。 錳：是許多酶的激活劑。 鐵：是細胞色素、細胞色素氧化酶和過氧化氫酶的活性基的組成分，可促進谷氨酸產(chǎn)生菌的生長。 銅離子：對氨基酸發(fā)酵有明顯毒害作用。,4、生長因子：谷氨酸發(fā)酵需生物素作為生長因子。因產(chǎn)酸菌幾乎都是生物素缺陷型。 作用：影響細胞膜透性和代謝途徑。 濃度：過多促進菌體生長，氨基酸產(chǎn)量低。過少菌體生長緩慢，發(fā)酵周期長。一般在“亞適量”利于產(chǎn)酸 與其它培養(yǎng)條件的關(guān)系：氧供給不足，生物素過量時，發(fā)酵向其它途徑轉(zhuǎn)化 種類：玉米漿、麩皮水解液、甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜為來源。,谷氨酸的生產(chǎn)原理及工藝,谷氨酸生產(chǎn)菌以葡萄糖為碳源，經(jīng)過EMPH途徑和TCA循環(huán)生成谷氨酸，在與堿中和而成?？偟倪^程分為五部分： 1淀粉水解糖的抽取 2種子的擴大培養(yǎng) 3谷氨酸發(fā)酵 4谷氨酸提取 5由谷氨酸制味精。 味精是谷氨酸的單鈉鹽。,氨基酸生產(chǎn)菌都不能直接利用淀粉和糊精作碳源，必須把淀粉變成葡萄糖。 淀粉水解為葡萄糖的過程稱為淀粉糖化。 淀粉水解糖制備方法： 1酸水解法：酸作催化劑，經(jīng)高溫、高壓把淀粉轉(zhuǎn)化為葡萄糖。 2酶水解法：利用淀粉酶將淀粉轉(zhuǎn)化成糊精及低聚糖，增加淀粉溶解性，再用糖化酶將糊精、低聚糖轉(zhuǎn)化為葡萄糖。,3酸酶結(jié)合水解法：將淀粉先酸化成糊精、低聚糖，再用糖化酶水解成葡萄糖。,谷氨酸發(fā)酵的工藝控制,pH 溫度 溶氧,pH對氨基酸發(fā)酵的影響及其控制,作用機理：主要影響酶的活性和菌的代謝 控制pH方法：流加尿素和氨水 流加方式：根據(jù)菌體生長、pH變化、糖耗情況和發(fā)酵階段等因素決定。 發(fā)酵前期PH為7.5-8.0。如PH低長菌不產(chǎn)酸；如PH高菌體生長慢，發(fā)酵周期長。 發(fā)酵中、后期PH7.O7.6,對產(chǎn)酸有力。,控制： （1）菌體生長或耗糖慢時，少量多次流加尿素，避免pH過高 （2）菌體生長或耗糖過快時，流加尿素可多些，以抑制菌體生長。 （3）發(fā)酵后期，殘?zhí)巧?，接近放罐時，少加或不加尿素，以免造成氨基酸提取困難。 （4）氨水對pH影響大，應(yīng)采取連續(xù)流加。,溫度對氨基酸發(fā)酵的影響及其控制,菌體生長達一定程度后再開始產(chǎn)生氨基酸，因此菌體生長最適溫度和氨基酸合成的最適溫度是不同的。 前期32，溫度過高，則菌體易衰老。 后期3437 ，因菌體生長基本結(jié)束，適當(dāng)提高溫度，利于產(chǎn)酸。 采取措施：少量多次流加尿素，維持最適生長溫度，減少風(fēng)量等，促進菌體生長。,氧對氨基酸發(fā)酵的影響及其控制,供氧量對菌體生長和谷氨酸積累影響較大 發(fā)酵前期，菌體生長，以低通風(fēng)量為宜。供氧過量可抑制菌體生長； 發(fā)酵中后期，以高通風(fēng)量為宜。此階段偌供氧量不足，發(fā)酵產(chǎn)物有谷氨酸變?yōu)槿樗帷?4.谷氨酸產(chǎn)生菌（全是細菌） 棒桿菌屬 北京棒桿菌 C. pekinense Corynebacterium 鈍齒棒桿菌 C. crenatum 谷氨酸棒桿菌 C. glutamicum 短桿菌屬 黃色短桿菌 B. flvum Brevibacterium 產(chǎn)氨短桿菌 B. ammoniagenes 小桿菌屬 嗜氨小桿菌 M. ammoniaphilum Microbacterium 節(jié)桿菌屬 球形節(jié)桿菌 A. globiformis Arthrobacter,產(chǎn)生菌株特點： 革蘭氏陽性 不形成芽胞 沒有鞭毛，不能運動 需要生物素作為生長因子 在通氣條件下才能產(chǎn)生谷氨酸。,谷氨酸生產(chǎn)菌以葡萄糖為碳源，經(jīng)過EMPH途徑和TCA循環(huán)生成谷氨酸，在與堿中和而成?？偟倪^程分為五部分： 1淀粉水解糖的抽取 2種子的擴大培養(yǎng) 3谷氨酸發(fā)酵 4谷氨酸提取 5由谷氨酸制味精。 味精是谷氨酸的單鈉鹽。,谷氨酸生產(chǎn)工藝,一、淀粉水解糖的制備：酸水解或酶水解 1、調(diào)漿：干淀粉用水調(diào)成10-11Bx的淀粉乳，加鹽酸0.5-0.8至pH1.5。 2、糖化：蒸汽加熱，加壓糖化25min。冷卻至80下中和。 3、中和：燒堿中和，至pH4.0-5.0 4、脫色：活性炭脫色和脫色樹脂?；钚蕴坑昧繛?.6-0.8，在70及酸性條件下攪拌后過濾。,酶法糖化：以大米或碎米為原料時采用 大米進行浸泡磨漿，調(diào)pH6.0，加a-淀粉酶進行液化，8530min，加糖化酶60糖化24h，過濾后可供配制培養(yǎng)基。,二、菌種擴大培養(yǎng) 1、斜面培養(yǎng)：主要產(chǎn)生菌是棒狀桿菌屬、短桿菌屬、小桿菌屬、節(jié)桿菌屬。 我國各工廠目前使用的菌株主要是鈍齒棒桿菌和北京棒桿菌及各種誘變株。 生長特點：適用于糖質(zhì)原料，需氧，以生物素為生長因子。 斜面培養(yǎng)基：蛋白胨、牛肉膏、氯化鈉組成的pH7.0-7.2瓊脂培養(yǎng)基，32培養(yǎng)18-24h。,2、一級種子培養(yǎng)：由葡萄糖、玉米漿、尿素、磷酸氫二鉀、硫酸鎂、硫酸鐵及硫酸錳組成。pH6.5-6.8。1000ml裝200-250ml振蕩，32 ,一級種的種齡為1112h。 3、二級種子培養(yǎng)：用種子罐培養(yǎng)，料液量為發(fā)酵罐投料體積的1，用水解糖代替葡萄糖，于32 進行通氣攪拌二級種齡控制在7-10h。 種子質(zhì)量要求：二級種子培養(yǎng)結(jié)束時，無雜菌或噬菌體污染，菌體大小均一，呈單個或八字排列?；罹鷶?shù)為108-109 /ml。 接種量為1。過多菌體弱，產(chǎn)酸少； 過少菌體生長慢，發(fā)酵周期長。,三、谷氨酸發(fā)酵,1、適應(yīng)期：尿素分解出氨使pH上升。糖不利用。2-4h。 措施：接種量和發(fā)酵條件控制使期縮短。 2、對數(shù)生長期：糖耗快，尿素大量分解使pH上升，氨被利用pH又迅速下降。溶氧急劇下降后維持在一定水平。菌體濃度迅速增大，菌體形態(tài)為排列整齊的八字形。不產(chǎn)酸。12h。 措施：及時供給菌體生長必須的氮源及調(diào)節(jié)pH，在pH7.5-8.0時流加尿素；維持溫度30- 32,3、菌體生長停止期：谷氨酸合成。 措施：提供必須的氨及pH維持在7.2-7.4。大量通氣，控制溫度34-37。 4、發(fā)酵后期：菌體衰老，糖耗慢，殘?zhí)堑?措施：營養(yǎng)物耗盡酸濃度不增加時，及時放罐。 發(fā)酵周期一般為30h。,谷氨酸發(fā)酵控制,（1）生物素：作為催化脂肪酸生物合成最初反應(yīng)的關(guān)鍵酶乙酰輔酶，參與脂肪酸的生物合成，進而影響磷酯的合成。 當(dāng)磷酯含量減少到正常時的一半左右時，細胞發(fā)生變形，谷氨酸能夠從胞內(nèi)滲出，積累于發(fā)酵液中。 生物素過量，則發(fā)酵過程菌體大量繁殖，不產(chǎn)或少產(chǎn)谷氨酸，代謝產(chǎn)物中乳酸和琥珀酸明顯增多。,（2）種齡和種量的控制 一級種子控制在11-12h，二級控制在7-8h。 種種量為1。過多，菌體嬌嫩，不強壯，提前衰老自溶，后期產(chǎn)酸量不高。 （3）pH。 發(fā)酵前期，幼齡細胞對pH較敏感，pH過低，菌體生長旺盛，營養(yǎng)成分消耗大，轉(zhuǎn)入正常發(fā)酵慢，長菌不長酸。 谷氨酸脫氫酶最適pH為7.0-7.2，轉(zhuǎn)氨酶最適pH 7.2-7.4。在發(fā)酵中后期，保持pH不變。過高轉(zhuǎn)為谷氨酰胺，過低氨離子不足。,（4）通風(fēng)：不同種齡、種量，培養(yǎng)基成分，發(fā)酵階段及發(fā)酵罐大小要求通風(fēng)量不同。 在長菌體階段，通風(fēng)量過大，生物素缺乏，抑制菌體生長。 在發(fā)酵產(chǎn)酸階段，需要大量通風(fēng)供氧，以防過量生成乳酸和琥珀酸，但過大通風(fēng)，則大量積累a-酮戊二酸。,防止噬菌體和雜菌的污染 從空氣過濾、培養(yǎng)基、設(shè)備、環(huán)境等環(huán)節(jié)嚴(yán)格把關(guān)。,四、谷氨酸的提取,1、等電點法：操作簡單，收率60。周期長，占地面積大。常采用的方法。 （1）原理：在等電點PH3.2時，谷氨酸電荷為零，此時溶解度最低，會從溶液中析出，離心、過濾可提取谷氨酸。 谷氨酸有兩種：-型、-型，前者晶型粗壯，易沉淀分離，需控制條件利于-型形成。,（2）提取工藝控制 A 谷氨酸含量要在4以上，否則先濃縮。 B 為了生長-型晶體，降溫速度要慢，低于30 C 加酸調(diào)PH時，前期稍快，中期要緩，后期要慢，直到等電點。 D 谷氨酸含量達到5，PH44.5，加晶種； 含量在3.5-4.0，PH3.5-4.0時，投晶種。投入量為發(fā)酵液的0.2-0.3。,E 結(jié)晶過程中，攪拌速度控制在2030r/min。 F 結(jié)晶結(jié)束，靜止45h，上清液回收，沉淀離心分離得到谷氨酸粗品。,2、離子交換法：用陽離子交換樹脂提取吸附谷氨酸形成的陽離子，再用熱堿洗脫，收集相應(yīng)流分，再加鹽酸結(jié)晶。 3、鋅鹽法：谷氨酸鋅溶解度低，將溶液中的谷氨酸一次性回收。,五 味精生產(chǎn) 味精是谷氨酸單鈉鹽，在谷氨酸基礎(chǔ)上還 需通過中和、脫色、除鐵等處理。,工藝控制 （1）中和 將谷氨酸用水溶解后，攪拌，加入碳酸鈉，溫度65，濃度2124Be，PH6.6-6.8 超過7易生成二鈉鹽。 （2）脫色 采用活性炭或離子交換脫色。 （3）除鐵 加Na2S和F2+,Zn2+反應(yīng)生成沉淀除去 （4）濃縮結(jié)晶 減壓真空濃縮，0.075MPa，溫度60，濃縮到30Be，加晶種溫度維持6570 析出晶體后，離心分離。 （5）干燥包裝 晶體氣流干燥，配入精鹽包裝。,谷氨酸發(fā)酵研究新進展,繼續(xù)選育各種生化突變菌株：轉(zhuǎn)化率提高，或可在富含生物素的培養(yǎng)基中保持較高產(chǎn)酸水平。提高原料利用率，拓寬原料來源或簡化操作工藝。 生物工程新技術(shù)的應(yīng)用：體外DNA重組的基因工程和原生質(zhì)體融合技術(shù)和固定化細胞技術(shù)使產(chǎn)量提高近1倍。 改進發(fā)酵工藝：開拓原料，改進流加工藝，通過電子計算機控制發(fā)酵條件。,