味精的生产工艺

内蒙古工业大学本科生科研训练谷氨酸钠的生产工艺学生：张欣舒，指导教师：李永丽内蒙古工业大学化工学院，呼和浩特，010051摘要味精是调味料的一种，主要成分为谷氨酸钠。味精的主要作用是增加食品的鲜味，在中国菜里用的最多，也可用于汤和调味汁。中国自1965年以来已全部采用糖质或淀粉原料生产谷氨酸，然后经等电点结晶沉淀、离子交换或锌盐法精制等方法提取谷氨酸，再经脱色、脱铁、蒸发、结晶等工序制成谷氨酸钠结晶。现在随着工业的发展的，味精的加工规模、设备等也向着大型化发展。本文论述了味精生产的发展过程、生产设备与生产配料选择等内容。关键词：谷氨酸；发展过程；生产工艺；生产设备；配料选择内蒙古工业大学本科生科研训练引言1861年,德国的一位教授从小麦的面筋当中,第一次提取出味精的组成成分谷氨酸。1908年，日本池田菊苗教授采用水提取和结晶的方法，从海带中分离出谷氨酸，制成一种新型的调味品，并将其味道命名为umami（鲜味），即谷氨酸钠，申请了专利并起名“味之素”。日本的味之素传入中国后，引起一位名叫吴蕴初的化学工程师的兴趣，买了一瓶来研究，后来他独立发明出一种生产谷氨酸钠的方法，称之为味精。在小麦麸皮（面筋）中，谷氨酸的含量可达40%，他先用34%的盐酸加压水解面筋，得到一种黑色的水解物，经过活性炭脱色，真空浓缩，就得到白色结晶的谷氨酸。再把谷氨酸同氢氧化钠反应，加以浓缩、烘干，就得到了谷氨酸钠。他是世界上最早用水解法来生产味精的人[1]。用水解法生产味精很不经济，因为这种方法要耗用很多粮食，每生产1吨味精，至少要花费40吨的小麦。而且，在提取谷氨酸钠时要放出许多味道不好的气体，使用的盐酸也易腐蚀机器设备，还会产生许多有害污水。因此，味精公司不得不继续进行研究工作，以便用更好的方法生产出更好的产品来[2]。1956年，日本协和发酵公司宣布，发现找到了短杆菌。谷氨酸钠的发酵法生产就此诞生。科学家们用糖、水分和尿素等配制成培养液，再用高温蒸汽灭菌法将那些杂菌统统杀死，然后把培育好的纯种短杆菌在最有利的环境下接种进去，让它们繁衍后代。短杆菌把绝大部分的糖和尿素转变为谷氨内蒙古工业大学本科生科研训练酸，最后，把它中和成为钠盐[3]。近几年来，很多味精公司、生物研究所等都在致力于开发新的耗糖少，产酸多，产酸稳定的菌种。1、谷氨酸生产工艺1.1发展历程第一阶段：1866年德国人H·Ritthasen(里德豪森)博士从面筋中分离到氨基酸，他们称谷氨酸，根据原料定名为麸酸或谷氨酸（因为面筋是从小麦里提取出来的）。1908年日本东京大学池田菊苗试验，从海带中分离到L—谷氨酸结晶体，这个结晶体和从蛋白质水解得到的L—谷氨酸是同样的物质，而且都是有鲜味的。第二阶段：以面筋或大豆粕为原料通过用酸水解的方法生产味精，在1965年以前是用这种方法生产的。这个方法消耗大，成本高，劳动强度大，对设备要求高，需耐酸设备。第三阶段：随着科学的进步及生物技术的发展，使味精生产发生了革命性的变化[4]。自1965年以后我国味精厂都采用以粮食为原料（玉米淀粉、大米、小麦淀粉、甘薯淀粉）通过微生物发酵、提取、精制而得到符合国家标准的谷氨酸钠，为市场上增加了一种安全又富有营养的调味品，用了它以后使菜肴更加鲜美可口。1.2谷氨酸生产工艺的绿色探索谷氨酸的生产一向不太受到好评，主要是原有的生产工艺不能顺应国家的宏观政策，在能源和环保方面做得不好。目前为止，谷氨酸生产企业的工艺路线也是有很大差别，总体来说，可以分为三类：传统工艺：亚适量菌种+单罐等电+离交+喷浆造粒；最新工艺：温敏型菌种+浓缩连续等电+变晶+生物饲料（肥料）；混合工艺：亚适量菌内蒙古工业大学本科生科研训练种+单罐等电+离交+变晶+喷浆造粒，温敏型菌种+浓缩连续等电+变晶+喷浆造粒[5]。这三种工艺的区别主要体现在发酵、提取以及环保方面，淀粉和糖的工艺相对来说都比较成熟，区别不大，之所以把工艺这样区别，主要是从技术的更新替代方面来说。最新的工艺并不能代表是最先进的技术，并不一定是最佳工艺，随着技术进步，可能会有更好更完善的工艺来代替。对于发酵来说，菌种的影响因素至关重要，它影响转化率和单罐产量，最终影响着生产成本和经济效益。从长远和发展的观点来说，高产酸菌种的使用势在必行，高产酸菌种不仅仅是指温敏型菌种，也包括产酸和转化率高的亚适量菌种[6]。发酵原辅料的选择也很重要，随着国家政策的变化，能找到更好更经济的原辅料来进行发酵生产已经影响到了企业的利润空间，对谷氨酸企业来说，相同的工艺比拼的就是原辅料的消耗和价格了，比如氮源，豆浓、氨基酸粉、玉米浆等都可以作为氮源使用，因为价格差异较大，用哪种用多少如何合理分配使用以期达到最佳发酵成绩尤为重要。2、生产所用设备味精加工设备与选型根据味精生产工艺可知，其生产设备包括：原料处理设备（粉碎、蒸煮、糖化设备）、培养基制备设备、菌种选育及培养扩大设备、发酵设备、空气净化系统、谷氨酸分离设备、味精制造设备（中和、脱色、除铁、结晶设备等）、计量包装设备等。其中，关键技术设备为糖化设备、发酵设备、分离设备、中和罐、脱色罐、结晶设备等。内蒙古工业大学本科生科研训练2.1糖化设备分为间歇糖化设备和连续糖化设备，间歇糖化设备又称糖化锅，为一罐体，由加热系统、冷却系统、进料系统、出料系统、加曲装置等构成，糖化的整个过程都始终处于糖化锅中。而连续糖化设备则由后熟器、真空装置、糖化锅、液曲罐、冷凝器、硫酸桶等组成[7]。2.2发酵设备近几年，新设计的240,450,790ｍ３等大型和超大型发酵罐不断投入生产，为氨基酸工业的发展做出重要贡献[8]。由我国独立研发设计的793ｍ3大型发酵罐已经投产，该设备是目前国内外最大的氨基酸发酵罐，全部使用国产化材料制作，由我国工程技术人员和技术工人制作和安装调试，突破诸多技术难点，取得成功[9]。经过近几年的研发和生产摸索，在满足工艺条件下，发酵罐容积与电机功率之比为1ｍ３≤0.7ｋＷ，如350ｍ3发酵罐配用250ｋＷ电机，450ｍ３发酵罐配用300ｋＷ电机[10]。2.3脱色设备国内主要脱色方法有活性炭脱色和离子交换树脂脱色，活性炭类型较多，用于味精脱色活性炭，主要有粉末状药用炭和Ｋ-15颗粒活性炭两种[11]。2.4结晶设备真空煮晶锅通常用于分批操作对蔗糖、味精、柠檬酸等进行结晶，当结晶过程完成时，破坏真空，由底阀排放至分离机（通常用三足式离心机）分离母液，得到谷氨酸钠的湿晶体[12]。味精行业近年来设计内蒙古工业大学本科生科研训练的新型内热搅拌结晶罐，不但设备大型化，生产周期短，产量高，同时节能效果也极为显著，因此目前全国味精行业已在使用。2.5分离设备去除粘附在味精晶体上的母液和水分，借助离心力的作用，将晶体上的液体甩去。结晶分离多采用三足式离心机，为减轻劳动强度可用三足式下卸料离心机或卧式活塞推料离心机提高效率[13]。三足式过滤离心机是最早出现的一种过滤式离心机，至今目前仍广泛应用于生物工业，由于各种新技术的相继应用，三足式过滤离心机得到了迅速发展，出现了许多新型的自动操作的三足式过滤离心机，整个操作在完全自动的周期性循环过程下进行[14]。2.6干燥设备根据味精产品性质和质量要求选择干燥设备，因含有结晶水，所以干燥温度需严格控制，以不超过80℃为宜。干燥设备可用箱式烘房、真空箱式干燥、气流干燥、带式干燥、振动流化床式干燥等。振动流化床式干燥特点适合于味精干燥，振动流化干燥器是在干燥器内装有振动床的装置[15]。味精晶体在振动床上被通入干燥器内的干热空气所干燥。3、生产中配料选择通过查阅资料，发现影响谷氨酸发酵生产的因素有很多,有时在菌种、发酵培养基及种子培养基无任何变化的情况下,生产中出现周期延长或缩短,产酸、提取收率不稳定,发酵生产波动,使成本上升,效益下降,令管理者十分头疼。往往就是采取减少或增加糖蜜、玉米内蒙古工业大学本科生科研训练浆用量,更换菌种等措施[16]。实际在谷氨酸发酵生产中很难找到菌种与生物素用量最佳配比,不是生物素用量多了,就是少了,造成周期不稳定。生物素用量固定的前提下,发酵生产中周期,产酸,及收率出现波动,往往是原材料变化。如新进南方糖蜜生物素含量发生变化,生产淀粉的玉米产地的变化造成糖液中各种营养成份含量波动,玉米浆质量的变化等关键因子[17],由于目前大部分谷氨酸发酵厂家化验手段及仪器都存在缺陷,不能准确测出原材料营养成份及含量,给稳产、高产带来了很大困难,加强原材料特别是关键因子化验数据准确分析势在必行,也是谷氨酸发酵生产稳定的基础,另外菌种配方、性能也是不可忽视的一个方面。4、结束语近几年，味精生产设备向大型化、自动化发展。发酵罐向大型化、自动化方向发展，致力打造绿色生产、稳定生产、节能生产。在味精生产工艺上，科研技术人员不断对设备、生产条件、配料等进行研发改革。在充分认识行业差距，借鉴国内外、业内外先进经验的基础上，不断技术创新，加速企业技术进步，为味精工业发展做出更大贡献。味精工业是技术密集型产业，展望未来，味精工业将会达到更高水平，味精工业前景将更加美好。内蒙古工业大学本科生科研训练参考文献[1]吴蕴初：中国的味精大王我国工商业发展纪实之十一.东南大学STS研究中心.蒋玲.参考经济报2008.08.29第012版.[2]SanoChiaki.Historyofglutamateproduction.TheAmericanJournalofClinicalNutrition，2009，Vol.90(3)，pp.728S-732S[3]孙芝杨.鲜味剂的应用及发展前景[J].中国调味品.2011.36（6）.[4]王宏斌,赵曙光.基于PCS7的味精生产线控制系统的研究与开发.2011．[5]赵二红.谷氨酸生产的绿色工艺路线探讨.［J］．发酵科技通讯第40卷2007.10.[6]于信令，于军.氨基酸发酵工程的新进展［J］．发酵科技通讯2007（2）：24-29．[7]TamuraTakayoshi，NodaMasafumi，OzakiMoeko，MaruyamaMasafumi，MatobaYasuyuki，KumagaiTakanori，SugiyamaMasanori.Biological&PharmaceuticalBulletin,2010,Vol.33(10),pp.1673-9[8]张克旭．氨基酸发酵工艺学［Ｍ］．北京：中国轻工业出版社，2006．[9]张启先.我国发酵工业发展现状与对策［J］．科技导报，1992.（1）：44-45．[10]邓立，朱明．食品工业高新技术设备和工艺［Ｍ］．北京：化学工业出版社2007．[11]于信令.味精工业手册.第2版．北京：中国轻工业出版社，2009.1[12]邹东恢，郭宏文.味精的特点、设备选型与展望.《中国调味品》.第41卷第7期专论综述2016.7[13]焦炳华，孙树汉.现代生物工程［Ｍ］．北京：科学出版社，2007．[14]范玉和．味精行业部分工艺设备设置的缺陷及建议［Ｊ］.发酵科技通讯，2008，37（4）：26-27．[15]王家勤．中国发酵工业发展概况［Ｊ］．中国食品添加剂，1999(2)：40-43．[16]姜楠，姜长洪．味精生产全过程自动控制［Ｊ］．食品与发酵工业，2003，29（9）：91-93．[17]孟庆山.稳定提高谷氨酸发酵生产水平的方法.发酵科技通讯第32卷第1期2003.2.