第七章糖蜜發(fā)酵生產(chǎn)味精

第七章糖蜜發(fā)酵生產(chǎn)味精第一節(jié)概述 學(xué)名 L 型谷氨酸單鈉分子式 C5H8O4NNa H2O1 味精的作用是一種重要的調(diào)味料 具有強(qiáng)烈的肉鮮味 在pH6 8時(shí)鮮味最為顯著 如在味精中添加2 12 的肌酸鈉或鳥(niǎo)苷酸鈉 其鮮味提高3 9倍 稱為復(fù)合味精 主要在日本生產(chǎn) 2 發(fā)展情況發(fā)酵法生產(chǎn)味精于40年代后期開(kāi)始 直到1957年 日本協(xié)和發(fā)酵公司采用直接發(fā)酵法生產(chǎn)味精 世界產(chǎn)量76 在亞洲 主要是日本 中國(guó) 20 在歐美 70年代未出現(xiàn)了以甜菜糖蜜為原料 哈爾濱糖廠 80年代用甘蔗糖蜜為原料生產(chǎn)味精 試產(chǎn)成功 之后 福建和廣東還引進(jìn)國(guó)外技術(shù) 建造甘蔗糖蜜味精廠 使味精生產(chǎn)在原料消耗和生產(chǎn)成本方面有較大幅度的降低 第二節(jié)谷氨酸發(fā)酵機(jī)理 谷氨酸生產(chǎn)菌必需具備以下的主要生化特性 1 生產(chǎn)菌的 酮戊二酸脫氫酶的活性必須極低或缺失 這樣才有可能使 酮戊二酸得以累積而利于谷氨酸形成 2 生產(chǎn)菌的谷氨酸脫氫酶的活性必須很高 以免被低濃度產(chǎn)物谷氨酸所抑制 3 菌體細(xì)胞膜對(duì)谷氨酸產(chǎn)物具有較高的通透性 以利于谷氨酸的分泌 如 油酸缺陷型硫殖短桿菌D 248 二 谷氨酸發(fā)酵機(jī)理谷氨酸生產(chǎn)菌合成谷氨酸的途徑可以包括以下三步 第一步 葡萄糖轉(zhuǎn)化為丙酮酸 第二步 丙酮酸轉(zhuǎn)化為 酮戊二酸 第三步 酮戊二酸通過(guò)還原性氨基化 加氨 合成谷氨酸 詳見(jiàn)97 98頁(yè) 第三節(jié)糖蜜生產(chǎn)味精的流程圖解 甘蔗糖蜜發(fā)酵制取味精主要包括發(fā)酵 提取和精制三個(gè)流程 一 發(fā)酵流程1 發(fā)酵工藝流程如圖1 7 2 99頁(yè) 說(shuō)明 將培養(yǎng)擴(kuò)大后的菌種接入發(fā)酵罐 并連續(xù)流加糖液 營(yíng)養(yǎng)液 清水 通入無(wú)菌空氣 控制一定的pH和發(fā)酵液濃度 待發(fā)酵成熟后 將成熟醪送去提取流程 二 提取流程從發(fā)酵液提取谷氨酸的方法有 等電點(diǎn)離子交換法 鋅鹽點(diǎn) 一次冷凍等電點(diǎn)法 雙柱離子交換法 濃縮等電點(diǎn)法等 1 等電點(diǎn)離子交換法將發(fā)酵液用鹽酸調(diào)節(jié)至谷氨酸等電點(diǎn) PH3 3 2 使谷氨酸沉淀析出 2 鋅鹽法在發(fā)酵法中加入ZnSO4使谷氨酸生成難溶的谷氨酸鋅沉淀 再用鹽酸溶解并調(diào)節(jié)pH值至谷氨酸等電點(diǎn)使谷氨酸沉淀析出 3 一次冷凍等電點(diǎn)法本法根據(jù)谷氨酸的溶解度隨溫度下降而減小的性質(zhì) 以冷凍鹽水作冷卻劑 將發(fā)酵等電液降溫至0 5 使結(jié)晶析出 4 濃縮等電點(diǎn)法此法是將發(fā)酵液加熱除菌體后真空濃縮至一定濃度 然后調(diào)節(jié)等電點(diǎn) 冷凍結(jié)晶 為提高收得率 菌體經(jīng)處理 過(guò)濾得到的濾清液返回至真空濃縮 其流程如圖1 7 3所示 101頁(yè) 三 精制流程精制過(guò)程是將提取過(guò)程獲得的粗谷氨酸制成符合產(chǎn)品要求的谷氨酸單鈉 味精 的過(guò)程 從發(fā)酵液提取出來(lái)的只是粗谷氨酸結(jié)晶 其中仍?shī)A雜有少量雜質(zhì) 色素等 必須進(jìn)一步除雜提純才能獲得成品味精 精制流程如圖1 7 4 101頁(yè) 流程說(shuō)明 1 中和中和的目的就是用堿調(diào)整溶液的pH值 至中性 使谷氨酸的電解離子平衡發(fā)生改變 最大限度生成L型 谷氨酸單鈉 2 脫色可用活性炭吸附 然后過(guò)濾除去 或用離子交換法達(dá)到脫色目的 3 除鐵目前許多味精廠是應(yīng)用硫化鈉與中和液中的鐵離子反應(yīng)生成硫化亞鐵沉淀而達(dá)到除鐵目的的 4 蒸發(fā)結(jié)晶蒸發(fā)濃縮一般在真空蒸發(fā)罐內(nèi)進(jìn)行 濃縮至濃度約500g L 結(jié)晶則在強(qiáng)制內(nèi)循環(huán)結(jié)晶罐中進(jìn)行 5 助晶 分離 干燥 篩選得到成品味精 分離的母液進(jìn)行回收 第四節(jié)影響谷氨酸發(fā)酵的因素 一 供氧量谷氨酸生產(chǎn)菌是需氧微生物 在谷氨酸發(fā)酵的菌體生長(zhǎng)期和谷氨酸形成時(shí)期 必須適量供氧才能獲得高產(chǎn) 二 溫度谷氨酸產(chǎn)生菌的最適生長(zhǎng)溫度是30 32 產(chǎn)生谷氨酸的最適溫度為34 37 根據(jù)這一特點(diǎn) 發(fā)酵前期長(zhǎng)菌體階段的溫度應(yīng)控制在30 32 發(fā)酵中 后期的溫度則應(yīng)控制在34 37 三 pH谷氨酸發(fā)酵過(guò)程控制在中性和微堿性條件下 pH7 0 8 0 有利于谷氨酸的生成 在生產(chǎn)操作上 一般在發(fā)酵前期pH控制稍高些 在7 5左右 對(duì)抑制雜菌有利 因谷氨酸脫氫酶的最適pH為7 0 7 2 故在發(fā)酵中 后期控制pH在7 2左右 四 氨離子濃度當(dāng)氨離子濃度不足時(shí) 酮戊二酸還原氨基化量減少 谷氨酸產(chǎn)量就減少 當(dāng)氨離子濃度過(guò)高時(shí) 谷氨酸則會(huì)進(jìn)一步生成酰胺 谷氨酸產(chǎn)量也減少 因此氨離子濃度在發(fā)酵液中要控制適量 五 生物素培養(yǎng)液中生物素含量是影響谷氨酸發(fā)酵的最重要因素 目前認(rèn)為 生物素的主要作用是改變細(xì)菌細(xì)胞膜的通透性 過(guò)多的生物素會(huì)降低細(xì)胞膜的通透性 造成谷氨酸排出障礙 實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明 發(fā)酵培養(yǎng)液中的生物素必須控制在亞適量水平 2 5 g L 才能保證發(fā)酵液中有大量的谷氨酸積累 甘蔗糖蜜中含有過(guò)剩的生物素 每公斤甘蔗糖蜜含生物素高達(dá)1 2 3 2mg 為解決其對(duì)谷氨酸分泌的障礙 目前采取的方法有 1 對(duì)糖蜜進(jìn)行有效的預(yù)處理活性炭處理法 用活性炭吸附除掉生物素 水解 活性炭處理法 先用鹽酸水解糖蜜 再用活性炭吸附 樹(shù)脂處理法 用非離子化脫色樹(shù)脂除去生物素 亞硝酸處理法 用亞硝酸破壞生物素 2 添加青霉素發(fā)酵法在生產(chǎn)菌的生長(zhǎng)初期 培養(yǎng)開(kāi)始后的數(shù)小時(shí) 添加青霉素G 以便使谷氨酸在菌體外部大量積累 一般認(rèn)為 由于青霉素阻止了細(xì)胞壁的合成 因而控制了菌體增殖 同時(shí)也清除了代謝產(chǎn)物的通透性障礙的緣故 3 添加表面活性劑發(fā)酵法在發(fā)酵的適當(dāng)時(shí)間添加適量的表面活性劑 可起到像添加青霉素一樣的作用 達(dá)到增加谷氨酸對(duì)糖收率的目的 例如 添加非離子系 如吐溫60 吐溫40 陽(yáng)離子系 如烷基胺 陰離子系 如氯化十六烷基三甲胺 等表面活性劑以及飽和脂肪酸蔗糖酯 硬脂酸的酯和C16 C18的飽和脂肪酸 均能達(dá)到增產(chǎn)谷氨酸的目的 4 采用非生物素營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變菌株發(fā)酵法采用油酸缺陷型突變菌株發(fā)酵 能從遺傳上解除生物素對(duì)谷氨酸積累的控制 在以甘蔗糖蜜為原料