味精生产技术.doc
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1、味精生产技术(Monosodiumglutamateproductiontechnology)第九组系部:食品与生物工程系专业:生物工程班级:文生105-2成员:王照生李亚东王汝春马成龙一、 行业简介味精,也称味之素(商品名称),学名谷氨酸钠,是调味料的一种,重要成分为谷氨酸钠。谷氨酸钠是谷氨酸的钠盐,是一种无色无臭的晶体,在232时解体融化,吸湿性强,易溶于水。谷氨酸钠还具有治疗慢性肝炎、肝昏迷、神经衰弱、癫痫病、胃酸缺少等病的作用。要注意的是,假如在100以上的高温中使用味精,鲜味剂谷氨酸钠会转变为致癌性的焦谷氨酸钠。假如在碱性环境中,味精会起化学反映产生一种叫谷氨酸二钠的物质,因此要注意
2、使用和存放味精的条件。1、 产品的分类和用途我国的味精目前有四种规格,即俺具有谷氨酸钠的纯度可分为99、95%、90%、80%四种。除99%以外,其他三种分别加5%、10%、20%食盐等作填充料,有白色柱状结晶型和白色粉末状结晶型。市场上供应的味精,谷氨酸钠含量低于80%的只能称之为调味品,所以在选购时要看清包装上的谷氨酸钠含量。2、 行业的历史1866年,德国人H.Ritthasen博士从面筋中分离到谷氨酸,根据原料定名为麸酸(由于面筋是从小麦里的提取出来的)。192023,日本东京大学池田菊苗实实验,从海带中分离的得到L-谷氨酸结晶体,这个晶体和从蛋白质水解得到的L-谷氨酸是同样的物质,并
3、且都是有鲜味的。在1965年以前是以面筋或大豆粕为原料,通过酸水解的方法生产味精的。这种方法消耗大,成本高,劳动强度大,对设备规定高,需耐酸设备。随着科学的进步及生物技术的发展,史使味精生产发生了革命性的变化,自1965年以后我国味精厂都以粮食(玉米淀粉、大米、小麦淀粉、甘薯淀粉)为原料,通过微生物发酵、提取、精制得到符合国家标准的谷氨酸钠,用了它以后使菜肴更加鲜美可口。3、地位和作用随着生产的发展以及人们消费水平的提高,味精在人们的生活中已经成为不可缺的鲜味物质。味精不仅能为菜肴增添鲜味,还具有丰富的营养。谷氨酸钠被人们食用后,可以通过胃酸的作用解离为谷氨酸,能不久的被消化吸取,变成人体组织
4、中必不可少的蛋白质。而谷氨酸是一种高级营养辅助药,在医疗上有护肝、解毒、改善神经系统的功能,对于年少儿童还具有促进神经系统发育的作用,在平常生活中适量地食用味精,能促进发育,增强体质。因此,味精的作用及营养价值很重要。二、谷氨酸发酵生产方法和生产工艺流程1、生产方法谷氨酸发酵涉及了谷氨酸的生物合成和积累两个过程。谷氨酸的生物合成途径大体是:葡萄糖经糖酵解(EMP途径)和己糖磷酸支路(HMP途径)生成丙酮酸,再氧化成酮戊二酸。酮戊二酸在谷氨酸脱氢酶的催化及有NH4+存在的条件下,生成谷氨酸。因此,谷氨酸的生物合成途径涉及EMP、HMP、TCA循环DCA循环和CO固定作用等。重要酶反映:酮戊二酸+
5、NH4+NADPH谷氨酸+HO+NADP由葡萄糖生成的谷氨酸钠的总反映式为:CHO+NH+3/2OCHON+3HO+CO谷氨酸棒状杆菌、黄色短杆菌的代谢均存在EMP途径和HMP途径。经这两条途径发酵至丙酮酸后,一部分经氧化脱羧生成乙酰辅酶A,一部分通过羧化固定CO生成草酰乙酸或苹果酸,草酰乙酸与乙酰辅酶A在柠檬酸合酶催化作用下,缩合成柠檬酸,再经TCA循环中的部分环节生成酮戊二酸,经转氨反映生成谷氨酸。2、 发酵工艺流程材料准备谷氨酸发酵生产菌种制备移种谷氨酸发酵过程的控制谷氨酸等电点回收谷氨酸发酵培养基的制备谷氨酸的中和,精制味精的结晶与干燥提交工作任务报告单3、 重要工艺参数溶解氧对谷氨酸
6、产生菌种的种子培养影响很大。溶解氧过低,菌体呼吸取到克制,从而克制生长,引起乳酸等副产物的积累;但是并非溶解氧越高越好,当溶解氧满足菌的需氧量后继续升高,不仅会导致浪费还会由于高氧水平克制菌体生长和谷氨酸的生成。温度谷氨酸发酵0-12h为长菌期,菌种生长最适温度30-32。当菌体生长到稳定期,进入产酸期,控制温度为34-36。pH为了维持发酵的最佳条件,根据谷氨酸产生菌发酵的最适pH在7.0-8.0之间,采用提高通风量、控制流加氮源的方法来调节谷氨酸的发酵。磷酸盐是谷氨酸发酵过程中必需的,但浓度不能过高,否则会转向缬氨酸发酵;但磷浓度过低,则菌体生长不好,不利于产酸。发酵结束后,常用离子互换树
7、脂法等进行提取。三、 技术参数1、 菌种方面目前在谷氨酸发酵生产中所使用的菌种重要如下:棒状杆菌属:谷氨酸棒状杆菌、北京棒状杆菌、钝齿棒状杆菌。短杆杆菌:黄色短杆菌、天津短杆菌。这些菌种具有以下共同的特性:细胞形态为棒状、断杆;革兰氏阳性菌,无芽包,无鞭毛,不能运动;都是需氧型;都是生物素缺陷型;脲酶强阳性;不分解淀粉;谷氨酸脱氢酶活力强;不分解谷氨酸,并能耐高浓度谷氨酸;发酵中菌体发生明显的形态变化,同时细胞膜渗透性发生变化;二氧化碳固定反映酶系活力强;乙醛酸循环弱;-酮戊二酸氧化缺失或薄弱。菌种的选育根据各个军中的特性,选择合适的菌种作为培养的对象很重要,英雌在生产实践中,育种思绪可以从以
8、下几个方面考虑。一是可通过诱变选育L-谷氨酸的结构类似物抗性突变株和营养缺陷型的回复突变株,以解除自身的反馈克制和反馈阻遏,增大L-谷氨酸积累量。二是选育强化能量代谢的突变株。三是选育不能以L-谷氨酸作为唯一碳源生长的突变株。(1)北京棒状菌AS1.99(Corynebaxteriumpekinensen.sp.AS1.99)细胞呈短杆或棒状,有时略呈弯曲状,两端钝圆,排列为单个、成对或V字形。革兰染色阳性。无芽孢,无鞭毛,不运动。普通肉汁平皿培养,菌落圆形,中间隆起,表面光滑湿润,边沿整齐,菌落颜色开始呈白色,直径1mm,随培养时间延长变为淡黄色,直径增大至6mm,不产水溶性色素。普通肉汁液
9、体培养,稍馄饨,有时表面呈微环状,管底有粒状沉淀。(2)钝齿棒状菌AS1.542(Corynebacteriumcrenatumn.sp.AS1.542)细胞呈短杆或棒状,两端钝圆,排列为单个、成对或V字形。革兰染色阳性。无芽孢,无鞭毛,不运动。细胞内次极端有异染颗粒并存在数个横隔。普通肉汁固体平皿培养,菌落扁平,呈草黄色,表面湿润无光泽,边沿较薄呈钝齿状,不产水溶性色素,直径3-5.普通肉汁液体培养浑浊,表面有薄菌膜,管底有较多沉淀。2、 工艺上材料准备谷氨酸常用材料有玉米、小麦、甘薯、大米等。谷氨酸生产时发酵原料具有一定的选择原则。一方面要考虑菌体生长繁殖的营养,是否有助于谷氨酸的大量积累
10、,还要考虑原料是否丰富、价格便宜,发酵周期是否短,产品是否易提取等因素。菌种制备菌种制备的重要目的是尽也许地培养出高活性、能满足大规模发酵需要的纯种,重要方式为:分离纯化和扩大培养。分离纯化一般两个月左右就应当分离纯化一次,分两步进行。第一步是用平板稀释法分离出单细胞菌落,具体方法是把待分离的菌株用无菌生理盐水制成菌悬液,并在装有玻璃珠的三角瓶中充足震荡,运用玻璃珠的滚动使菌体细胞分散,然后将菌悬液稀释成一定的浓度,分别做平板培养,使被分离的单细胞长成单菌落;第二步是挑取若干单细胞菌落接种于试管斜面培养基上,然后把这些菌株分别用三角瓶进行摇瓶发酵实验,比较各菌株产酸的高低,选择产酸的菌株供生产
11、用。扩大培养室菌种制备的重要手段,其培养顺序为:斜面菌种、一级种子、二级种子。工艺操作要点a制备淀粉水解唐b发酵发酵过程分为:斜面活化二级摇瓶种子二级罐种子发酵c谷氨酸提取大本分工厂提取谷氨酸采用等电点法。将发酵液的pH调至3.22,谷氨酸就处在过饱和状态呈结晶析出。d中和脱色谷氨酸与碳酸钠中和制成谷氨酸钠,才具有强力鲜味。中和温度为60-65,中和液的浓度为22B,pH为6.9-7.0。106g的t碳酸钠可中和294g的谷氨酸。中和完毕后,需将中和液脱色。先用谷氨酸将中和液pH调回至6.3,加热至60,使谷氨酸钠充足溶解加入粉末活性炭进行脱色,搅拌30min后,即可让其自然沉淀或进行过滤。e
12、浓缩结晶将脱色液放入真空浓缩锅内,真空度保持8000Pa以上,温度控在60以下,当锅内液体浓度达成32B时,即开搅拌机,关掉蒸汽,用真空吸入晶种,进行起晶,然后将所得晶液在离心机内进行离心分离。f干燥过筛将结晶味精于80干燥,然后过筛。大片的可打坏成粉搅拌入食盐,作为粉状味精;过细的作为小结晶味精或当晶种使用。g成品包装、标志、运送和存储产品的外包装按照包装储运图示标志(GB/T191-2023)的规定,外包装物应有明显的标志。产品在运送过程中应轻拿轻放,严防污染、雨淋和曝晒。产品储存在阴凉、干燥、通风无污染的的环境下,不应露天堆放。3、 产物的分离和提取重要工艺流程图:谷氨酸中和脱色除铁浓缩
13、和结晶成品分离和干燥a、使用碳酸钠对谷氨酸钠进行中和,pH一般控制在6.7-7.0得到的是谷氨酸一钠|(有鲜味)。在实际操作中,由于谷氨酸在水中的溶解度较小,中和反映的体系应当控制在60左右,应先将谷氨酸加入到热水中,在逐步加入碳酸钠,完毕中和。b、脱色常用的活性炭脱色法,温度一般控制在50-60。c、根据实际操作所使用设备的材质,此环节选做。d、浓缩和结晶涉及三个过程:形成过饱和溶液晶核形成晶体成长e、用抽滤装置将味精晶体分离,再放入干燥箱干燥,干燥温度不超过60,即得到味精原晶体。4、 重要生产设备试管;三角瓶;高压灭菌锅;摇床;培养箱;显微镜;膜组件;板块过滤器;旋转蒸发器;发酵罐:GU
14、JS-50-500型,种子罐50L,发酵罐500L。四、 技术进展(一).菌种方面为了证实在谷氨酸棒杆菌中,运用H+-ATPase基因失活构建高产谷氨酸基因工程菌的应用可行性,通过重组PCR技术部分缺失H+-ATPase亚基基因序列,采用插入失活方法构建H+-ATPase失活的谷氨酸棒杆菌。考察了其谷氨酸产生能力及对生长速率的影响。实验结果表白,H+-ATPase失活的谷氨酸棒杆菌在具有100g/L的葡萄糖培养基中摇瓶发酵,其谷氨酸最大累积量为516g/L,比野生菌株提高了429%。生长速率研究结果表白,H+-ATPase失活的谷氨酸棒杆菌生长速率略低于野生谷氨酸棒杆菌。证实了H+-ATPas
15、e基因失活对提高谷氨酸产量的作用,为运用H+-ATPase基因构建高产谷氨酸基因工程菌株提供了科学依据。(二)工艺上1选育优良菌种高产、纯正、优良的菌种是保证发酵成功的前提,因此优良生产菌种的选育一直是谷氨酸发酵的重要研究课题。谷氨酸发酵一般采用黄色短杆菌(BrevibacteriumfLavum)为出发菌株,根据代谢控制发酵原理进行人工诱变,定向选育高产率的菌种。如陈宁等人以黄色短杆菌T1为出发菌株,运用紫外线、硫酸二乙酯进行诱变,定向选育出具有寡霉素抗性、谷氨酸氧肟酸盐抗性的温度敏感型突变株TM106。然后,以TM106和产酸率高(10.5%以上)的天津短杆菌TG961为亲株,通过原生质体
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