味精的发酵生产工艺；摘要：味精生产始于1923年至今，已有91年历史；关键词：味精发酵谷氨酸谷氨酸钠；味精主要是有谷氨酸钠组成，谷氨酸本身及其水溶液并；精，原料是由澳洲进口，生产成本高，产量很小；味精的全部生产工艺过程可以分为四个工艺过程：（一；（四）、谷氨酸制取味精以及味精的成品加工；一、原料的预处理剂淀粉水解糖的制备；制糖工艺进展：以淀粉或大米为原料首先
味精的发酵生产工艺
摘要：味精生产始于1923年至今，已有91年历史了。它经历了创建、转换和发展三个历史阶段。早在1992年中国其生产量就已达34万吨，跃居世界首位。现如今中国已成为当今时节味精的重要产区。而味精现在是中国不可或缺的一种鲜味剂、是含一个结晶水的L-谷氨酸一钠的晶体，溶于水后有强烈的肉类鲜味。其发酵生产工艺有两部，即由原料发酵生产出L-谷氨酸，再通过的谷氨酸的提取和精制制成味精。
关键词： 味精 发酵 谷氨酸 谷氨酸钠
味精主要是有谷氨酸钠组成，谷氨酸本身及其水溶液并没有鲜味而它与适量碱发生中和反应生成谷氨酸一钠，不但酸味消失，而且有很强的鲜味，其鲜味阈值为0.03%。在食品加工中使用味精，可使食品原味更为浓郁、协调、圆润，并可克服异味。家庭和餐馆调味用的添加量一般用食品总量的0.2%~0.5%。日，在荷兰海牙召开的联合国FAO/WHO食品添加剂法规委员会第19届会议做出结论：作为一种增加食品风味的调味料味精，不再需要评价其每日容许摄入量，消费者可以放心食用。味精于九十年代开始生产开始至今，发展早已
精，原料是由澳洲进口，生产成本高，产量很小。1932年，沈阳味精厂用豆粕水解法生产味精，而且到1949年，全国生产味精都不足500吨。1957年开始发酵法生产谷氨酸钠的研究。1958年，北京大学的钱存柔等分离出一株谷氨酸发酵菌，并对其发酵条件和生理代谢进行了研究，不久就在上海生产进行了实验，没多久全国都开始实施发酵法生产。
味精的全部生产工艺过程可以分为四个工艺过程：（一）、原料的预处理剂淀粉水解糖的制备；（二）种子的扩到培养以及谷氨酸的发酵；（三）、谷氨酸的提取；
（四）、谷氨酸制取味精以及味精的成品加工。
一、 原料的预处理剂淀粉水解糖的制备
制糖工艺进展：以淀粉或大米为原料首先要制备葡萄糖，其工艺方法进展历程：酸法水解→酶酸法水解→双酶法水解。 双酶法制糖，糖液质量好(含糖量高，透光率高)，淀粉转化率高，有利于发酵和提取。目前水平：透光率 85％以上，含糖 30％以上(淀粉原料)， 糖纯度 98％以上， 转化率 97％以上。2.1.2 发酵工艺进展：发酵类型：亚适量生物素水平(产酸 4g~6g／d1)改良型亚适量生物素水平(产酸5g～8g ／ d1)高生物素、高通风大种量水平(添加青霉素、表面活性剂、采用温度敏感型菌株，产酸 12g~15g ／ d1。投糖方式：一次投糖发酵(中、高糖)→中糖及中后期补糖发酵→中糖或低糖及中后期连续流加糖发酵。)。发酵初糖的控制最好控制在 6％以下 ，要求发酵糖质量要好， 首先要求淀粉糖透光率要高，并且淀粉质量和工艺必须稳定。 当发酵进行到 6h~8h，进行高浓度糖浆进行流加，是发酵流加残糖始终保持在 2％以下，30h 结束发酵， 发酵产酸达到 15％，糖酸转化率达到 65％左右的水平。
由于谷氨酸生产菌不能直接利用淀粉作为碳源，因而必须将淀粉水解为葡萄糖，才能供发酵使用。淀粉水解为葡萄糖先要进入液化阶段，然后再与糖化酶作用进入糖化阶段。液化阶段：首先利用 α-淀粉酶将淀粉浆液化，降低淀粉黏度并将其水解成糊精和低聚糖。液化使用喷射液化器，工作蒸汽压0.4Mpa，温度维持在90℃，液化时间60min，碘色反应呈棕色即可。然后130-140℃灭酶5-10min。经板式换热器冷却到70℃以下，进入糖化罐。从换热器出来的热水供配料和洗滤渣用。 糖化阶段：一定温度下液化后的糊精及低聚糖在糖化罐内将进一步水解为葡萄糖。糖化过程需要加入糖化酶，糖化温度控制在60℃左右，pH值4.0-4.4，糖化时间32h。糖化结束后，将糖化罐加热至80-85℃ ，灭酶30min。过滤得葡萄糖液，经过换热器、维持罐进行连续消毒后作为培养液进入发酵罐 用发酵法生产谷氨酸，除了用糖蜜原料外主要使用淀粉糖液。主要是将淀粉质原料（淀粉、大米等）转化为葡萄糖的过程。而其主要剩下的糖化液主要成分是葡萄糖，其余含少量的麦芽糖以及二糖、低聚糖等复合糖。葡萄糖是供作谷氨酸发酵的碳源。淀粉糖质量高低与发酵结果密切相关。碳源是谷氨酸发酵生产的主要原料，其用量大，是产品成本构成的主要部分。谷氨酸发酵采用的碳源有葡萄糖、甘蔗或甜菜糖蜜、淀粉水解糖、玉米淀粉水解糖、大米粉水解糖、烃类、醋酸和乙醇。国内主要选择淀粉水解糖最为普遍。因此，在生产中要力求糖液的质量好，而转化率也更高。淀粉糖化也可分为酸解法、酶解法和酸酶法三种。酶解法具有很大的优越性。而在味精行业已广泛应用酶解法。
二、 种子的扩到培养以及谷氨酸的发酵
1、 菌种的选育及扩大培养
1957年，日本学者发现了细菌谷氨酸小球菌（后来叫谷氨酸棒杆菌）和能直接利用糖类产生谷氨酸的另一种小球菌。后来证实在芽孢杆菌属（Bacillus）、小球菌属（Miccrococcus）、短杆菌属（Brevibacterium）棒状杆菌属（Coynebacterium）、节杆菌属（Arthrobacter）和小杆菌属（Microbacterium）六个属中有许多菌株能产生谷氨酸。中国有著名的两个工程菌，分别是北京棒状杆菌（C.pekinense）AS1.299、钝齿棒杆菌（C.crenatum）AS1.542用于谷氨酸的生产。目前谷氨酸生产菌主要分为棒状杆菌和短杆菌、小杆菌以及节杆菌。 棒状杆菌属的细胞是直到微弯的杆菌，常呈一端膨大的棒状，折断分裂形成V字形排列和栅状排列、大部分呈革兰氏染色阳性，也有少部分呈革兰氏阴性。从自然界中筛选出来的棒状杆菌谷氨酸生存菌大部分属于腐生性细菌，利用糖质原料生产谷氨酸。短杆菌属的细胞是短的不分枝的直杆菌。有周生鞭毛和端生鞭毛。在葡萄糖里发酵能产酸，不能发酵乳糖。有些还能产生非水溶性色素。主要从乳制品、土壤、昆虫、鱼、及植物样品中分离得到。大多数也是以发酵性糖为原料，以乳糖发酵短杆菌为代表。小杆菌属细胞的形状和排列大部分都和棒状杆状菌相似，美篮染色呈现颗粒，革兰氏阳性。发酵糖产酸不产气。谷氨酸生产菌主要有以下标准：
(1) 细胞的形态呈棒状、杆状、短杆状以及球形。
(2) 是革兰染色呈阳性，无芽孢，无鞭毛，不运动。
(3) 都是需氧微生物。
(4) 都是生物素营养缺陷型，需要生物素作为生长因子。
(5) α―酮戊二酸脱氢酶丧失或者活性特别低，异柠檬酸脱氢酶和L-谷氨酸脱氢酶活性强。(6) 发酵过程中，菌体发生明显的形态变化，同时发生细胞渗透性的变化，可向环境中泄露谷氨酸。
(7) 培养液中积累谷氨酸5%以上，不分解利用谷氨酸，并耐高浓度的谷氨酸。
谷氨酸生产菌一般是好气型腐生菌，所以一般可以从自然界中自然分离筛选得到，像从有机质含量丰富的土壤中采样分离。但要注意味精生产厂周围环境。像北京棒杆菌是中科院微生物所从北京某食品厂的淀粉废浆水中分离来的；钝齿棒杆菌是杭州味精厂从海南岛土壤中分离出来。菌种应该尽早从样品中分离出来，在培养基上培养菌种，然后通过初筛和复筛留下可生产谷氨酸的菌株。主要从产生谷氨酸产量上来挑选。然后进行菌种培养基的优化以及发酵实验的实验。发酵实验包括小试、中试和生产实验，就是应用比拟放大的方法将要摇瓶结果进行逐级扩大试验，确定最佳的发酵工艺。小试一般采用自动化程度比较高的5L、10L和20L的小罐进行发酵试验，确定通气量、搅拌转速以及发酵周期等工艺条件。掌握规律，设计中样、工业生产用的发酵罐中进行生产试验。
在自然界中的分离出来的野生型谷氨酸生产菌一般不能直接运用到生产上。要运用一些遗传育种手段来选育遗传型发生改变的变异株，以适应生产要求、新的发酵原料和发酵工艺，以提高生产发酵产酸率和糖酸转化率，缩短发酵周期，抗噬菌体污染，并利于提取，提高氨基酸生产效率。我国筛选出野生型高产菌株中只有棒杆菌属和短杆菌属两个属。其中北京棒杆菌和钝齿棒杆菌两个菌种属于棒杆菌属。短杆菌属只有天津短杆菌一种。其他两类我国还没有发现高产野生型。国外发现了谷氨酸棒杆菌（C.glutamicum）、嗜石油棒杆菌（C.petrophilum）、解烷棒杆菌（C.alkanolyticum）等属于棒杆菌属的菌种；乳酸发酵短杆菌
(B.lactofermentum)、叉开短杆菌(B.divaricatum)、黄色短杆菌(B.glutamicum)等属于段杆菌属的高产菌株。而在小杆菌属中，国外发现嗜氨小杆菌
(M.ammoniaohilum)、水杨甘短杆菌(M.salicnovorum)等；石蜡节杆菌(A.paraf fineus)、氨基酸节杆菌(A.amino furmis)等属于节杆菌属的高产菌。选取了优良的菌种还要保藏好菌种，以防菌种在保藏过程被其他杂菌污染，既然导致产量下降。谷氨酸生产菌不是形成芽孢的细菌，故采用保存期其营养细胞的方法保藏，像斜面菌种的保藏以及石蜡油封存法、真空冷冻干燥法和液氮超低温保存法。
2、谷氨酸的发酵
谷氨酸发酵开始前，首先必须配制发酵培养基，并对其作高温短时灭菌处理。用于灭菌的工艺除采用连消塔―维持罐一喷淋冷却系统外，还可采用喷射加热器―维持管―真空冷却系统或薄板换热器灭菌系统。但由于糖液黏度较大，流动性差，容易将维持管堵塞，同时真空冷却器及薄板加热器的加工制造成本较高，因而应用较少，故采用连消塔―维持罐一喷淋冷却系统。消毒后的谷氨酸培养液在流量监控下进入谷氨酸发酵罐，经过罐内冷却蛇管将温度冷却至32℃，接入菌种，添加氯化钾、硫酸锰、消泡剂及维生素等，通入无菌空气，菌种一段时间适应后，发酵过程即开始缓慢进行。谷氨酸发酵是一个复杂的微生物生长过程，谷氨酸菌摄取原料的营养，并通过体内特定的酶进行复杂的生化反应。培养液中的反应物透过细胞壁和细胞膜进入细胞体内，反应物转化为谷氨酸产物。整个发酵过程一般要经历3个时期，即适应期、对数增长期和衰亡期。每个时期对培养液浓度、温度、pH值及供风量都有不同的要求。因此，在发酵过程中，必须为菌体的生长代谢提供适宜的生长环境。经过大约34小时的培养，当产酸、残糖、光密度等指标均达到一定要求时即可放罐。发酵设备采用机械搅拌通风通用式发酵罐，罐体大小在50m3到200m3之间。对于发酵过程采用人工控制，检测仪表不能及时反映罐内参数变化，因而发酵进程表现出波动性，产酸率不稳定。由于氨酸发酵为通风发酵过程，需供给无菌空气，所以发酵车间还有一套空气过滤除菌及供给系统首先由高空采气塔采集高空洁净空气，经空气压缩机压缩后导入冷凝器、油水分离器两级处理，再送入贮气罐，进而经焦炭、瓷环填充的主过滤器和纤维分过滤器除菌后，送至发酵使用。在北方地区由于空气湿度小、温度低，可采用空气压缩、冷却过滤流程，省去一级冷却设备。根据不同的生长时期要改变通风量，其中在对数增长期，由于菌体生存于发酵液中，发酵液中的溶解氧(D0值)对菌体极为重要。 另外，发酵过程常常会出现噬菌体污染，为了避免出现大面积噬菌体污染，需要在发酵生产管理上要抓好环境消毒工作，环境消毒工作进行考核，空气过滤器定期更换、定期消毒,做好纯化罐的定期检修工作。
谷氨酸代谢控制发酵能否获得成功以及谷氨酸产量的高低，取决于谷氨酸生产菌的代谢控制机制是否被解除和解除程度，可通过两条途径来实现，即控制其遗传性和控制环境条件。控制其遗产型往往能有效的控制好代谢；但是，发酵条件如营养物浓度、温度、溶解氧、PH等。谷氨酸生产菌长菌阶段和产酸阶段所需的最适温度的不同，由于谷氨酸脱氢酶的最适温度比菌体生长的最适温度为34~38℃，产酸最适合的温度是34~38℃。不同菌种的最适合温度也不一样。如表所示：
谷氨酸生产菌的最适生长温度一般在30~34℃，产酸的最适温度是34~38℃。根据菌种特点，发酵过程中采取二级或三级管理温度，前期长菌阶段控制在30~34℃,中后期34~38℃。谷氨酸生产菌的最适合PH是一般在6.0~8.0。发酵前期长菌阶段，PH变化较大。此时要注意PH的控制。若PH过低，这菌体生长旺盛，营养消耗快，菌体转入正常代谢，长菌而不产酸。若PH过高，这不利于生产菌的生产，但有利于抑制其他杂菌的生产。综上所述，谷氨酸的生产在发酵前期一般控制在7.5左右；产酸阶段控制在7.0~7.2，为了后面提取氨基酸的方便，发酵中期控制在7.2发酵后期控制在7.0左右。谷氨酸生产菌是兼性好氧菌，在控制溶氧量上也很重要。无论是扩大培养还是发酵产酸阶段都要不断地给均提供氧气。因为菌体唯一能利用的氧气就是只有溶解在培养基中的溶解氧。生产长菌阶段对于供氧的要求较低，没有那么严格。产酸阶段对其要求要要苛刻一些。要求溶氧的速率kd达1.44*10-5mol/（ml^min^atm）（po2）。对控制溶氧量如此严格是因为，如果供氧不够，会限制生产菌体的呼吸从而抑制其生长。若供养过高，溶氧分压过高也会影响其生长。溶解氧的大小是由通风和搅拌决定的。它与搅拌器大小和发酵罐大小，营养液粘稠程度等有关。谷氨酸的发酵条还与接种的生产菌菌龄以及接种量有关。对酵环境有很大影响的是发酵过程中产生的泡沫。因为生产菌在发酵过程中需要通入大量无菌空气，同时为加速氧气在水中的溶解，必须进行剧烈搅拌，再加上培养基中富含蛋白质之类的易起泡的物质，故在发酵过程中出现泡沫是必不可免的。但是泡沫过多会未发酵带来不利的影响像降低发酵罐中装载系数。工业上一般可以采取添加化学消泡剂和机械消泡器联合使用。
三、 谷氨酸的提取
利用氨基酸两性的性质，谷氨酸在等电点时，绝大部分分子以偶极离子状态存在，其分子在静电引力的作用下，易于形成较大的聚合体，即等电点下溶解度最低，可经长时间的沉淀得到谷氨酸。因此提取即用无机酸将发酵液的pH值调整到等电点pH3.2处并获得谷氨酸的结晶。 等电点中和（酸中和）首先将谷氨酸发酵液送至中和罐定容，并向中和罐盘管内注入冷冻盐水，将发酵液温度降至22℃，然后加硫酸中和，使其pH值从7.0降至3.2，温度从22℃降至8℃。该过程要先以较快的速率加酸，将pH先调整至5.0，停止加酸1.5h，保证晶体增长。然后继续缓慢加酸调整，直至pH降为3.2，温度冷却至8℃，使之达到等电点，停止中和及搅拌。
提取过程要最大限度的获得发酵液中的谷氨酸，按照等电点分离的原理，可设计温度程序设定控制及pH程序设定控制。 在等电点中和控制过程中，pH控制精度要求较高、难度较大，这是由于中和过程开始时系统具有较大的灵敏度，使得初始加酸量难以控制适当，pH值极易出现超调，进而引起中和初值pH值的大幅度波动。而在中和后期，随着pH值的降低，系统反应灵敏度减弱，若控制器仍按原来的规律和强度调节，达到中和终点的时间就会延长，因此，引入控制器参数的自调整或非线性控制策略。在中和过程中，温度和pH值必须同时按设定的参考轨迹同步变化，对温度和pH的变化速率也有严格的要求，pH与温度两个控制回路之间具有一定相关性。在二次中和过程中，要将pH值从3.2调整到5.6，随着中和点的接近,系统静态放大系数逐渐增大，导致系统稳定性下降。因此，二次中和过程与等电点中和具有相反的控制特性，这一工序需设计两套不
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