7谷氨酸制味精

1、7 谷氨酸制味精 從發(fā)酵液中提取得到的谷氨酸，僅僅是味精生產(chǎn)中的半成品。谷氨酸與適量的堿進行中和反應，生成谷氨酸一鈉，其溶液經(jīng)脫色、除鐵、鈣、鎂等離子，再經(jīng)蒸發(fā)、結晶、分離、干燥、篩選等單元操作，得到高純度的晶體或粉體味精，這個生產(chǎn)過程統(tǒng)稱為精制。1 谷氨酸一鈉不僅酸味消失，而且有很強的鮮味（閾值為0.03%）。谷氨酸一鈉的商品名稱就是味精或味素。如果谷氨酸與過量的堿作用生成的是谷氨酸二鈉，則不具有味精的鮮味。27.1 味精的性質 味精的主要物理性質結構式：-OOC-CH2-CH2-CHNH3+-COO-Na+H2O分子量：187.13結 晶：晶體的形狀屬斜方晶系，在顯微鏡下觀察，其晶形為棱柱

2、狀的八面體。3相對密度：1.65熔 點：195，在120以上逐漸失去結晶水。比旋光度：D20=+25.16（C=10，2M HCl）。水溶液的pH：在3%谷氨酸一鈉水溶液中的pH為7.0。4味精的主要化學性質 谷氨酸一鈉具有一個羧基(-COOH)，一個羧酸鈉(-COONa)，一個氨基(-NH2)，所以呈中性。 與酸作用生成谷氨酸或谷氨酸鹽酸鹽 與堿作用生成谷氨酸二鈉，加酸后又生成谷氨酸一鈉。 熱穩(wěn)定性：在120下失去結晶水；在155下分子內(nèi)脫水；225以上分解。若其水溶液長時間受熱，會引起失去，生成焦谷氨酸一鈉。5 味精的生理作用和安全性 味精是一種強堿弱酸鹽，在水溶液中可以完全電離變成谷氨酸

3、離子和鈉離子。谷氨酸是氨基酸的一種，也是構成蛋白質的基本單位，是人體和動物的重要營養(yǎng)物質。谷氨酸一鈉被人體吸收后同樣也電離成谷氨酸離子和鈉離子而分別參與人體的代謝活動。所以，味精作為調(diào)味品除了能增加食品的美味，在人體中具有特殊的生理作用。6 谷氨酸雖非人體必需氨基酸，但它在生物體蛋白質代謝中是一種十分活躍的物質，谷氨酸通過轉氨反應把氨基酸轉移到酮酸上，合成人體代謝所需要的其它氨基酸。 7 腦組織只能氧化谷氨酸，而不能氧化其它氨基酸。谷氨酸能與蛋白質的分解代謝中所產(chǎn)生的氨相結合，變成谷氨酰胺，當葡萄糖供應不足時谷氨酰胺能起組織的能源作用，它能通過血腦障壁，因此，谷氨酸對改進和維持腦機能是必要的。

4、8 谷氨酸有降低血液中氨中毒的作用。當肝臟有疾病，肝功能受損時，血液中氨含量增高，引起嚴重的氮代謝紊亂，導致肝昏迷，而谷氨酸能與氨起作用，變成谷氨酰胺，降低血液中氨含量，從而起著解氨毒的作用。9 谷氨酸對防治腦震蕩或腦神經(jīng)損傷亦有一定療效。長期適當?shù)胤霉劝彼?，可提高神?jīng)有缺陷兒童的智力。近年來，味精已成為人們普遍使用的一種調(diào)味品。10 在1987年3月在荷蘭海牙召開的聯(lián)合國糧農(nóng)組織和世界衛(wèi)生組織食品添加劑專家聯(lián)合委員會第19次會議，宣布取消對味精的食用限量，再次確認味精是一種安全可靠的食品添加劑。這次權威機構的會議結束了多年來對味精安全性的爭論。117.2 谷氨酸制味精的工藝流程 谷氨酸 水

5、 純堿（或液堿） 谷氨酸中和 脫色除鐵 濃縮結晶 分離 味精母液 濕味精 次品味精 精制食鹽 干燥 混鹽 粉碎 篩選 包裝 包裝 包裝 含鹽味精 粉末味精 晶體味精127.3 谷氨酸的中和、除鐵7.3.1 谷氨酸的中和 谷氨酸是具有二個羧基的酸性氨基酸，與碳酸鈉或氫氧化鈉均能發(fā)生中和反應生成鈉鹽。當中和的pH在谷氨酸的第二等電點pI2=(pK2+pK3)/2=(4.25+9.67)=6.96時，谷氨酸一鈉離子在溶液中約占總離子濃度的99.59%，而谷氨酸一鈉具有強烈的鮮味。13 當谷氨酸中和液的pH超過7以后，隨著pH的升高，溶液中谷氨酸二價負離子逐漸增多，也就是說中和液pH越高，生成的谷氨酸

6、二鈉越多。谷氨酸二鈉是沒有鮮味的，因此在生產(chǎn)過程中防止生成谷氨酸二鈉是中和的關鍵。14 谷氨酸二鈉也易溶于水，在水溶液中也電離成谷氨酸二價陰離子和鈉離子。由于谷氨酸的電離過程是可逆的，中和液的pH用酸重新調(diào)整到中性時，谷氨酸二價陰離子就轉變成谷氨酸兼性離子，因而谷氨酸二鈉就重新變成谷氨酸一鈉。15 目前生產(chǎn)廠家多數(shù)采用純堿(Na2CO3)，而少數(shù)廠家用液堿(NaOH)中和，主要是因為液堿中氯化鈉及其它雜質高于純堿，影響產(chǎn)品質量和收率。16 近年來，隨著膜技術的發(fā)展和應用，液堿的生產(chǎn)由原來的隔膜法、苛化法發(fā)展為離子膜法，使液堿質量有了較大提高，特別是采用離子膜法生產(chǎn)的液堿中氯化鈉含量已低于純堿。

7、因此，離子膜法所制得的液堿已開始用于谷氨酸中和。17 采用離子膜法生產(chǎn)的液堿應用于谷氨酸中和，其優(yōu)點是使用方便，中和速率快，不產(chǎn)生CO2泡沫，設備利用率高。谷氨酸以液堿中和是弱酸強堿的放熱反應，可減少蒸汽用量。缺點是反應劇烈，若加堿太快，局部過熱和pH過高反而影響精制過程物料的質量和收率。18 谷氨酸與堿反應生成谷氨酸一鈉鹽，其換算因數(shù)為169.13/147.13=1.115；如以含有一個結晶水的谷氨酸一鈉（味精）計算，其換算因數(shù)為187.13/147.13=1.272。中和100kg谷氨酸，理論上需要純堿36.1kg 或氫氧化鈉27.2kg。197.3.2 中和液的除鐵、除鋅 味精中含鐵、鋅

8、離子的來源 味精中含鐵、鋅離子過量，不符合食品規(guī)定標準。味精含鐵量高時，會使味精呈黃色，影響成品色澤。因此味精成品必須控制鐵、鋅離子的含量，99%的味精含鐵在5ppm以下；80%的味精含鐵在10ppm以下，含鋅在5ppm以下。20 由于生產(chǎn)原材料不純而夾帶鐵離子，特別是設備的腐蝕而游離出較多的鐵離子。鋅離子則主要是提取工藝采用鋅鹽法而帶入谷氨酸中，一般含鋅離子1500ppm左右，若谷氨酸不經(jīng)水洗，則含鋅離子可高達3000ppm以上。因此，在味精精制過程中必須加以除去。21 中和液中鐵的存在形式 中和液中的鐵離子可能是二價離子，也可能是三價離子。但三價離子占多數(shù)。二價鐵離子在酸性溶液中較穩(wěn)定，在

9、堿性溶液中會轉變?yōu)槿齼r離子。在中和液中鐵離子與谷氨酸離子形成絡合物。 除鐵離子能與谷氨酸形成絡合物以外，還有鋅、錳等二價離子也能與谷氨酸形成絡合物。22 除鐵的方法 目前國內(nèi)除鐵、鋅離子的方法主要有硫化鈉和樹脂法二種。23 硫化鈉除鐵、鋅 硫化鈉除鐵、鋅的原理NaS+Fe2+FeS+2Na+Zn2+Na2CO3ZnCO3+2Na+Zn2+NaSZnS+2Na+ 24 利用硫化鈉使溶液中存在的少量鐵離子變成硫化亞鐵沉淀。在中性或堿性溶液中，硫化亞鐵是一種難溶的鹽，其溶解度極小，幾乎不溶于水，可以完全沉淀。但在酸性溶液中溶解度變大，并能溶于稀鹽酸溶液中形成硫化氫，所以生產(chǎn)上要求溶液偏堿性條件下除鐵

10、效果好。25 同理，鋅離子在中性條件下(pH67)，與碳酸鈉或硫化鈉反應生成難溶解鋅鹽，沉淀而被除去。 實踐證明，谷氨酸成品中的鐵離子以有機物形式存在。所以在中和鐵過程中所用的硫化鈉量超過測定所得的游離態(tài)亞鐵離子量要近十倍才能除盡。26 硫化鈉除鐵的工藝要求 待中和液溫度降至50以下，復測中和液pH在6.4左右，加入1518波美度（硫化鈉含量為1012%）的硫化鈉，除盡鐵離子。 加入硫化鈉后，攪拌片刻，讓其自然沉淀8h以上。將上清液用真空抽入脫色桶脫色桶，進行下道工序脫色。27 注意事項 硫化鈉質量要求 硫化鈉含硫化鈉在63%以上，不溶物少于1%，水溶解后顏色為微黃色澄清。 加硫化鈉要適量 硫

11、化鈉用量不宜太多或太少，否則將出現(xiàn)不沉淀。一般要稍過量即可。 加硫化鈉的溫度要嚴格控制在50以下。因為中和液若在偏酸性在高溫下，加入硫化鈉則會產(chǎn)生硫化氫氣體逸出。28 樹脂除鐵 用于谷氨酸中和液除鐵的樹脂有通用1號，122弱酸性陽離子樹脂。以通用1號樹脂除鐵效果較好，特別是提取采用等電點工藝，制得的谷氨酸含鐵離子低，基本不含鋅離子。采用此法除鐵，不但解決了硫化鈉除鐵所引起的環(huán)境污染問題，改善了操作條件，而且提高味精質量，是一種較為理想的除鐵方法。目前國內(nèi)已逐步采用。29 樹脂除鐵的基本原理 鑒于鐵以絡合物的形式存在于谷氨酸鈉溶液中，利用帶有酚氧基團的樹脂，使絡合鐵與樹脂螯合成新的更穩(wěn)定的絡合物

12、，以達到除鐵的目的。 30 通用1號樹脂除鐵吸附條件 樹脂的離子形式對吸附的影響 用處理好的通用1號樹脂，分別轉為H型和鈉型，在其它上柱條件相同的情況下，進行上柱。試驗表明，將樹脂轉為鈉型吸附，其效果要比氫型為好。 31 中和液的鐵含量對吸附的影響 用轉為鈉型的樹脂，在其它條件相同的情況下，對不同的鐵含量進行上柱。試驗結果表明，中和液的鐵含量越高，樹脂的吸附容量越大，但從符合工藝要求的角度上看，其上柱倍數(shù)就低。 樹脂為鈉型上柱，其它上柱條件相同的情況下，樹脂層高度對吸附效果并無明顯的影響。 32 吸附流量流量對吸附的影響 由于中和液是強大的緩沖劑，因此將樹脂轉變?yōu)殁c型上柱時（增強其堿性）當中和

13、液流過一定量后，在一定時間內(nèi)便會影響到部分未來得及與鐵螯合的酚鈉基團，使這轉為比酚鈉更穩(wěn)定的酚羥基因。從而改變了螯合劑的酸堿性，相對地影響了樹脂的吸附能力。33 樹脂洗脫劑濃度及樹脂的再生 洗脫劑濃度的選擇 選用鹽酸作為洗脫劑。洗脫劑濃度以1.52%為宜，而洗脫流量以稍慢些為好。 樹脂的再生 由于樹脂以鈉型吸附為好，因此用濃度為23%的氫氧化鈉溶液作再生劑時，不但可將樹脂轉為鈉型，而且還起到解吸色素的作用。34 樹脂除鐵與硫化鈉除鐵比較，具有如下優(yōu)點： a. 沒有硫化鈉除鐵時所產(chǎn)生硫化氫臭味，避免造成環(huán)境污染，對人體無害。 b. 除鐵完全，對樹脂除鐵后味精成品基本上沒有鐵離子，且母液中含鐵量也

14、很低。 c. 產(chǎn)品沒有由于硫化鈉殘留而造成產(chǎn)品色澤等質量問題，符合食品衛(wèi)生要求。 357.4 谷氨酸中和液的脫色 色素的來源 一般谷氨酸中和液都具有深淺不同的黃褐色色素，如果不進行脫色處理，色素帶入味精成品中影響味精的色澤和純度。中和液透光度的高低，常常是用來衡量其中雜質多少的指標之一，中和液透光率高，相對地說明其中雜質的含量較少。36 色素產(chǎn)生的原因有以上幾個方面： 生產(chǎn)過程中各種成分的化學變化產(chǎn)生有色物質，淀粉水解過程中時間長、溫度高，使葡萄糖聚合產(chǎn)生焦糖。鐵制的設備接觸酸堿產(chǎn)生電化作用，其結果使設備腐蝕，游離出許多鐵離子，除產(chǎn)生紅棕色外，還與水解糖內(nèi)單寧結合，生成紫黑單寧鐵。另外，葡萄糖

15、與氨基酸在受熱情況下也會結合產(chǎn)生黑色素等，使谷氨酸夾帶大量的色素。37 生產(chǎn)過程中由于操作不當，使中和液色素加深，試驗結果表明，在中和液除鐵過程中，若硫化堿用量不當（過量或不足），會導致中和液色素增加。38 脫色原理和工藝條件 中和液的脫色方法有活性炭脫色法和樹脂脫色法。常用的活性炭有粉末活性炭和K-15顆?；钚蕴?，脫色的樹脂常用弱酸性陽離子交換樹脂122或通用1號，也可使用弱酸性陰離子交換樹脂701或705。由于樹脂脫色能力較活性炭差，不能單獨使用。所以生產(chǎn)中均以活性炭脫色為主。39 活性炭脫色吸附原理 粉末活性炭具有很大的表面積（每克活性炭的總表面積可達5001000m2），具有很強的吸附

16、色素能力。其吸附作用力分為物理和化學吸附二種。活性炭表面和色素分子之間范德華引力為物理吸附作用。此種吸附特點：速度快、吸附量與溫度成反比，吸附熱小，容易吸附。40 另一種是存在活性炭表面的不飽和鍵與色素分子的極性基團形成的一種共價鍵的化學吸附，此種吸附速度慢，吸附速度與溫度成正比，吸附熱大，具有選擇性。41 活性炭的脫色特點 粉末活性炭脫色常用于中和液的第一步脫色，作為顆?；钚蕴棵撋貍涞那疤幚砉ば?。顆粒炭脫色一般用于最后一次脫色。 影響脫色效果的各種因素 脫色條件不同，活性炭脫色效果也不同。42 影響粉末活性炭脫色的因素 a. 溫度 在一定溫度范圍內(nèi)，溫度升高，分子運動速率加快，同時溶液的粘

17、度也降低，色素分子向活性炭表面的擴散速率增加，進入小孔機會多，增加接觸的機會，有利于吸附。但溫度過高，分子運動過劇，反而使解析色素的速率也會增大，有利于色素的解析。綜合溫度對色素的吸附與解析二方面的得失，一般控制溫度在60左右時效果較理想。43 b. pH 溶液的pH對脫色效果影響很大。pH在4.55.0脫色效果較好。但是在此pH范圍內(nèi)，溶液尚有約40%的谷氨酸未生成谷氨酸一鈉，谷氨酸溶解不完全，既影響收率又影響質量。因此，考慮綜合因素，生產(chǎn)上一般控制pH6.66.8。當控制pH在6.06.2范圍內(nèi)，脫色效果較好，但脫色后尚需調(diào)整pH。44 c. 脫色時間 色素分子向活性炭表面擴散以及吸附均需

18、要一定的時間，只有充分接觸，活性炭才能發(fā)揮脫色效力。但是，達到一定時間后，再延長時間，脫色效力并不增加，反而影響設備效率。生產(chǎn)上加活性炭后攪拌30min左右即可達到脫色飽和。45 d. 活性炭用量 活性炭用量一般取決于于其本身的質量和谷氨酸的質量。如果二者質量均好，活性炭用量一般在0.20.5%(W/V)。如果活性炭或谷氨酸質量差，活性炭用量要適當增加，但增加過多，有時并不能取得滿意的效果。因為活性炭本身也含有鈣、鎂、鐵、氯等雜質。反而使系統(tǒng)內(nèi)雜質含量增加。46 因此，生產(chǎn)上要求活性炭質量除必須符合標準規(guī)定外，一般還要增加實物（即谷氨酸）脫色質量的要求?；钚蕴康牧６纫m當，粒度小脫色力強，但過

19、濾速率慢，對生產(chǎn)不利。 谷氨酸質量差、雜質多、色澤深，其制備的中和液質量也差。尤其發(fā)酵染噬菌體和雜菌及其返消或者糖蜜原料生產(chǎn)的谷氨酸液中和液，色素深，脫色困難。47 影響顆粒活性炭脫色力的因素 流量與吸附的關系 吸附量與進料速率密切相關，顆粒炭吸附色素需要一定的時間。流量大，物料停留時間短，吸附效果差。根據(jù)實驗結果，適宜的進料量為顆粒炭體積的12倍。48 上柱液質量 上柱液的質量對炭柱影響很大。如果透光率低，色素深、雜質多，則顆粒炭的交換量顯著下降（正常交換量為樹脂量的2030倍）。因此必須重視上柱前料液的質量。一般先經(jīng)粉末炭脫色，除去大部分雜質，透光率達到60%以上再上柱。49 顆粒炭的再生

20、條件 顆粒炭的再生，用氫氧化鈉水溶液作為洗脫劑，解析吸附的色素，用鹽酸水溶液解析吸附的鐵離子和作為再生劑。當洗脫劑和再生劑濃度低時，再生效果差；濃度高，效果增加不明顯，造成浪費。根據(jù)實驗結果和生產(chǎn)實踐，采用24%氫氧化鈉和24%鹽酸水溶液再生較為理想。50 溫度 提高溫度，溶液的粘度降低，分子運動速率加快，脫色效果好。但溫度過高，解析色素速率增加，吸附色素效果反而下降，同時顆粒炭也易破碎。若溫度太低，溶液粘度大，影響流速，同時易結柱。生產(chǎn)上一般控制在4050。517.5 谷氨酸中和液的濃縮和結晶 谷氨酸鈉在水中的溶解度很大，要想從溶液中析出結晶，必須除去大量的水分，使溶液達到飽和狀態(tài)，過量的溶

21、質才會以固體狀態(tài)結晶出來。晶體的產(chǎn)生是先形成極細小的晶核，然后這些晶核再成長為一定大小形狀的晶體。因此，從溶液到晶體生成包括三個過程：形成過飽和溶液； 晶核形成； 晶體成長。52 溶液達到過飽和是結晶的前題，使溶液處于過飽和狀態(tài)，通常有二種方法：一是降低溶液的溫度，使溶液的溶解度減少，因而使溶液由原來飽和狀態(tài)，甚至不飽和狀態(tài)轉變?yōu)檫^飽和狀態(tài)；另一種方法是通過蒸發(fā)，使溶液中的一部分溶劑減少，達到過飽和狀態(tài)。工業(yè)生產(chǎn)中都是采用蒸發(fā)的方法。53 7.5.1 中和液的濃縮 蒸發(fā)方法 常壓蒸發(fā) 溶液在一個大氣壓下，加熱使溶液汽化而達到濃縮。溶液的沸點是隨著溶質的摩爾濃度增大而升高。如谷氨酸鈉水溶液，沸點

22、就高于100的純水(一般高68)。溶液的沸點高，蒸發(fā)的速率就慢，加熱的時間長。谷氨酸鈉水溶液中長時間受熱，會引起失水而生成焦谷氨酸鈉，一般都不采用常壓蒸發(fā)。54 減壓蒸發(fā) 目前味精生產(chǎn)的濃縮過程普遍采用減壓蒸發(fā)。減壓蒸發(fā)即減小大氣壓力，移開被蒸發(fā)液體的蒸汽壓，使液體的沸點相應降低。真空度越高，沸點下降得越多，濃縮鍋內(nèi)液溫越低，蒸發(fā)速率越快，谷氨酸鈉破壞少。這樣既可縮短濃縮時間，又可避免谷氨酸鈉的脫水環(huán)化生成破壞。55 產(chǎn)生焦谷氨酸的原因 谷氨酸一鈉溶液加熱脫水環(huán)化生成焦谷氨酸鈉。 谷氨酸一鈉的脫水環(huán)化反應與谷氨酸的脫水環(huán)化是相同的。脫水環(huán)化反應的速率不僅與加熱溫度和時間有關，而且與溶液的pH也

23、有很大的關系。在pH或10的溶液中，100加熱50h，98%以上的谷氨酸一鈉發(fā)生脫水環(huán)化。在pH3時，120加熱3h，可以全部脫水環(huán)化。 56 脫水環(huán)化反應生成的焦谷氨酸或焦谷氨酸鈉在2M HCl或4%堿溶液中，100加熱12h，可以水解重新生成谷氨酸或谷氨酸一鈉。工業(yè)生產(chǎn)上就是利用這一特性，將末道母液經(jīng)酸水解，使焦谷氨酸轉變?yōu)楣劝彼徕c，減少雜質，有利于結晶，提高收率。 焦谷氨酸鈉的存在對味精質量有嚴重的影響，因為味精中夾入焦谷氨酸鈉后使味精容易吸潮變質，鮮度降低。577.5.2 結晶的基本原理 結晶是制備純物質的有效方法。結晶過程具有高度選擇性，只有同類的分子或離子才能結合成晶體。因此，晶體

24、系化學性均一的固體，具有一定規(guī)則的晶形，是以分子或離子、原子在空間晶格的結晶點上的對稱排列為特征。水合作用對結晶的操作有很大影響，由于水合作用，溶質從溶液中成為具有一定晶形的晶體水合物析出，晶體水合物含有一定數(shù)量的水分子，稱為結晶水。味精是帶有一個結晶水的棱柱形八面體晶體。58 溶解度和溶解度曲線 一般物質的溶解度隨溫度升高而增大（也有例外），味精也是這樣，當溶液濃度超過飽和濃度達到一定的過飽和程度時，則結晶表面積已不足以承受味精分子的沉積，而導致產(chǎn)生新的晶核析出，溶質就結晶析出。59 如溶液恰好達到飽和，則固體的溶解和析出數(shù)量相等。此時固體與其溶液處于相平衡，這種平衡關系，常以固體在溶液中的

25、溶解度事表示。不同的資料中所列谷氨酸鈉溶解度的數(shù)據(jù)不僅稍有出入，而且溶解度的表示方式也有所不同。60 谷氨酸一鈉溶解度常用的經(jīng)驗公式 S1=35.30+0.098t+0.0012t2 S2=38.55+0.116t+0.00118t2 式中t表示溫度； S1表示在100g水溶液中溶解的谷氨酸鈉（無結晶水）的克數(shù)； S2表示在100g水溶液中溶解的谷氨酸鈉（帶一分子結晶水）的克數(shù)。61 過飽和溶液與過飽和溶解度曲線 味精結晶過程與其它電解質、非電解質的水溶液結晶一樣，是溶質由液相進入固相的物理過程。從飽和溶液的性質可以知道：當一種溶液處于飽和狀態(tài)時，如果溶液中還存在著固相的溶質，則此時溶液的液相

26、與溶質的固相處于一種平衡狀態(tài)。62 由于分子運動的原因，單位時間內(nèi)有一定數(shù)量的固相溶質分子進入液相，但同樣也有相等數(shù)量的溶質分子從液相吸附固定在固相的表面，二者是平衡的。然而這種平衡受溫度的影響，溫度改變時，這種平衡就會發(fā)生變化。63 如果溫度升高，溶解度增大，溶液就變成不飽和，溶質就要繼續(xù)溶解；相反，如果溫度降低，溶解度就變小，溶液就變成過飽和溶液，此時溶液中過量的溶質就會逐漸吸附到固相溶質上，使溶液的濃度降低到飽和濃度為止。64 過飽和溶液與過飽和溶解度曲線 溶液的過飽和程度不同常用過飽和系數(shù)來表示： =S0/St 溶液處于不飽和時，1；溶液處于飽和狀態(tài)時 =1；則溶液處于過飽和狀態(tài)時，

27、1。 谷氨酸一鈉的過飽和介穩(wěn)區(qū)的大致在1.01.3的范圍內(nèi)，而 1.3時，處于不穩(wěn)區(qū)的范圍。657.5.3 結晶的過程和影響結晶的因素 結晶的過程通常包括晶核的形成和晶體的長大兩個階段。也就是說首先在溶液中產(chǎn)生細小的晶核，隨后以這些晶核為中心，絡續(xù)在晶核表面吸附周圍溶質分子使晶粒不斷長大。66 在一種普通的溶液中，溶質分子在溶液中呈均勻分散狀態(tài)，并且進行著不規(guī)則的分子運動，即布郎運動。如果溶液的溫度升高，可以使分子動能增加，并使溶液粘度降低，這時溶質分子的運動速率就會加快，因而表現(xiàn)的溶解度也隨之增大。67 當溶液的濃度逐漸升高時，溶質分子密度增加，分子間距離縮小和分子間的引力都隨著增加，當溶液

28、濃度達到一定的過飽和程度不同時（谷氨酸鈉溶液的過飽和系數(shù)為1.3左右），致使這些溶質能夠互相吸引，自然聚合形成一種細微的顆粒，這就是所謂的晶核。晶核形成的必要條件是溶液要達到一定的過飽和程度，如果有外界的因素剌激，還可以使晶核提早形成。晶核形成稱為起晶。68 工業(yè)生產(chǎn)中結晶有三種不同起晶方法： 自然起晶法 在一定溫度下，使溶液蒸發(fā)進入不穩(wěn)區(qū)析出晶核。當生成晶核的數(shù)量符合要求時，加入稀溶液使溶液濃度降低至介穩(wěn)區(qū)不使其生成新晶核，溶質即在晶核的表面上長大。這是一種古老的起晶方法，現(xiàn)已很少采用。69 剌激起晶法 將溶液蒸發(fā)至介穩(wěn)區(qū)，通過冷卻降溫進入不穩(wěn)區(qū)，從而生成一定量的晶核。例如粉狀味精就是采用這

29、個方法，先在蒸發(fā)鍋中濃縮至一定濃度后，再放入冷卻器中攪拌結晶的。70 晶種起晶法 將溶液蒸發(fā)到介穩(wěn)區(qū)的較低濃度，投入一定量和一定大小的晶種，使溶液中的過飽和溶質在所加的晶種表面上長大。晶種起晶法是一個普遍被采用的方法。71 影響結晶速率的主要因素 過飽和度 過飽和度是決定結晶速率的重要因素，在不同的范圍內(nèi)，其影響不同。在介穩(wěn)區(qū)的養(yǎng)晶區(qū)，晶體能以最大的速率長大而秒自發(fā)成核，且溶液半過飽和度愈高，結晶速率愈快，顆粒大腸桿菌，周期短；在介穩(wěn)區(qū)的剌激起晶區(qū)，容易剌激新生少量的晶核，原晶核仍能長大，不過速率減慢；在過飽和區(qū)域內(nèi)，過飽和度愈高，且出現(xiàn)大量假晶，原來晶核成長非常慢，最為不利。從結晶味精的生產(chǎn)

30、要求來看，偽晶的存在會嚴重影響晶體的外觀和質量。72 溶液粘度 粘度愈大，溶質分子擴散過程所應克服孤阻力愈大；同時粘度增高，液膜的厚度增大，且擴散距離增加；因此結晶速率隨粘度的增加而降低，結晶速率與溶液粘度成反比。溶液的粘度與其濃度、純度和溫度有關。73 溶液純度 味精結晶速率與溶液純度關系很大，在相同的過飽和度下，溶液純度愈高，結晶速率愈快；反之純度低，結晶速率急驟下降。因此生產(chǎn)中盡量除去溶液中可能存在的雜質。如殘?zhí)?、色素、表面活性劑、焦谷氨酸鈉、鹽類、金屬離子和有機酸等。74 溫度與真空度 結晶時的溫度也與結晶速率成正比關系。不管是濃縮階段還是育晶階段，溫度一直是影響罐內(nèi)溶液的過飽和系數(shù)的

31、因素。尤其是在育晶階段，希望溫度一定，這樣濃度才能保持一定，過飽和系數(shù)一定。75 從提高晶析速率來講，溫度高則母液粘度小，液膜厚度小，有利于擴散。但溫度高也易生成焦谷氨酸鈉，使成品質量下降。其次，熱量傳遞的推動力為有效的溫度差，由于溫度高而罐內(nèi)外溫度差小，影響傳熱，使沸騰緩慢，影響蒸發(fā)速率，晶體運動的線速率下降，反而影響了晶體的擴散。76 在實際操作中，常以控制罐內(nèi)真空度來達到控制溫度的目的。所以在育晶過程中，應保持真空度恒定，這樣對穩(wěn)定操作，避免出現(xiàn)偽晶起著決定性作用。77 稠度 結晶液的固液相之比稱為稠度又稱干稀度，常以晶間距表示。稠度對結晶速率有影響。結晶過程稠度大時，晶體間距小，液膜厚

32、度小，有利于結晶生長；但同時稠度大，使結晶流動性差，運動阻力大，降低結晶速率；當稠度低時，晶間距大，濃度梯度小，擴散速率慢，易形成新晶核，結晶速率慢，而且稠度低，結晶面積小，單罐產(chǎn)量少，因此生產(chǎn)上要控制適宜的稠度。78 結晶液的流動性 結晶液流動性好，液膜厚度小，有利于溶質分子的擴散，結晶速率加快。在一定粘度下，結晶液的流動性取決于攪拌速率。攪拌強度大，罐內(nèi)對流循環(huán)好，晶體呈懸浮狀態(tài)。并且使料液濃度、溫度均勻，雙能消除結晶熱對晶體長大的妨礙，有利于晶體生長。但強烈攪拌，溶質分子流動過快，不利于長晶，對晶形也有損傷，動力消耗也大，而且也容易導致二次成核現(xiàn)象，因此攪拌強度要選擇適當。79 料液質量

33、 如果谷氨酸原料純度低，含雜質多或母液循環(huán)次數(shù)多，相對的含雜質多，將直接影響晶體生長速率，往往容易出現(xiàn)小晶核大量產(chǎn)生，發(fā)糊，影響結晶速率。80 晶種質量 晶種要求晶粒大小要均勻，不要夾帶粉末，因為粉末也微小的晶核。結晶速率是單位時間內(nèi)單位晶體表面上所結晶的數(shù)量。而結晶速率一定時，單位時間內(nèi)的總結晶量與晶體的總表面積成正比。817.5.4 味精的結晶操作 結晶味精的成品要求晶體具有一定的大小而且顆粒均勻、透明光潔度。結晶味精的操作過程可分類濃縮、起晶、整晶、育晶、養(yǎng)晶等幾個階段。但是濃縮、整晶、育晶的過程往往同時進行。82 晶種質量的要求 晶種質量將直接影響產(chǎn)品的好壞。所以晶種要求整齊，大小均勻

34、，不夾帶碎粒和粉末，這樣做出來的產(chǎn)品，晶體比較整齊、均勻，正品率也較高。 晶種的來源，有條件的廠家是專門用優(yōu)質的谷氨酸鈉溶液制成大顆粒，經(jīng)粉碎過篩作晶種，但大多數(shù)廠家是利用結晶味精過篩分出來的12目或其它目數(shù)的晶體，經(jīng)過粉碎機加工過篩分級，一般分為20目、30目和40目等。83 晶種粉碎機的規(guī)格要求 一般采用農(nóng)用飼料粉碎機，如350型萬能粉碎機。粉碎機轉速一般宜控制在7501000r/min，篩子孔徑可根據(jù)粉碎晶體的大小而定，如12目晶體可選用2mm左右孔徑篩子，30目晶體柯選用1.5mm孔徑不銹鋼篩子。84 投晶種數(shù)量和投晶種濃度的控制 晶種用量是根據(jù)顆粒大小而定的。根據(jù)加晶種起晶要求，投入

35、晶種顆粒與產(chǎn)品晶體總數(shù)基本相等?？刂仆毒ХN濃度的高低是決定晶種多少、晶形好壞的基礎。一般投晶種濃度控制在介穩(wěn)區(qū)為好，按常規(guī)操作以控制在31.5波美度（65）左右投晶種比較妥當。若投晶種濃度控制太低，日程要溶解；若濃度控制太高，容易出現(xiàn)假晶，給操作帶來困難。85 結晶工藝要求 結晶工藝條件 真空度：80kPa以上；加熱蒸汽壓：0.150.25MPa（表壓）；溫度：6570（底料濃縮溫度控制60左右）；晶種量：由晶種大小而定，如30目晶種為底料的13%，20目為底料的17%，40目為底料的6%左右；投晶種濃度：3131.5波美度（65）；放罐濃度：2930.5波美度；結晶罐攪拌速率：15r/min

36、左右。86 結晶操作方法 以5000L結晶鍋為例，吸入脫色液3000L作為底料，夾套蒸汽回執(zhí)進行真空減壓濃縮，真空度應保持在80kPa以上，溫度控制在65以下，當鍋內(nèi)濃度達到31.5波美度時，先開攪拌，關閉蒸汽閥，用真空吸放晶種，進行起晶。87 加入晶種后繼續(xù)濃縮，晶核周圍溶液中的溶質受晶核的吸引而被吸附在晶核的表面上，使溶液的濃度下降，隨著濃縮的進行，蒸發(fā)速率大于長晶速率，因此鍋內(nèi)濃度又開始增高，不僅晶種的晶粒稍有長大，同時出現(xiàn)了細小的新晶核（假晶），在顯微鏡下觀察可看到。這時應加入與料液溫度接近的蒸餾水進行整晶，即溶解新形成的微晶核。887.5.5 結晶末次母液的處理方法 經(jīng)多次結晶（循環(huán)

37、）后，末次母液中雜質積累量很高，同時結晶過程還生成一些其它物質如焦谷氨酸鈉等。當結晶液中雜質含量增高時，粘度增大，晶體生長速率降低，周期延長，用簡單的脫色除鐵方法不能除去這些雜質，因此必須采取特殊的方法進行除雜質后再進入系統(tǒng)內(nèi)。因為結晶是物質提純的有效方法，所以通過再結晶先制成谷氨酸或粗味精達到除去雜質的目的。89 目前味精行業(yè)對末次母液的處理有如下幾種方法： 直接等電點法 結晶末次母液先用水或提取等電點上清母液調(diào)節(jié)濃度，控制1718波美度，再按直接等電點工藝進行操作，制得谷氨酸（俗稱白麩酸）。此法因物料雜質高，增加谷氨酸的溶解度，上清母液含谷氨酸量高，回收率僅有7075%，谷氨酸干純度909

38、3%。但由于工藝簡單不需要專用設備，容易操作而廣泛采用。90 酸水解法 末次母液中含焦谷氨酸鈉510%，為谷氨酸鈉的1525%。為了提高末次母液的回收率，根據(jù)焦谷氨酸鈉的性質，在酸性條件下，架勢水解可以轉化為L-谷氨酸鹽酸鹽，從而達到提高回收率的目的。91 水解條件：加酸至pH0.5以下（混合液），溫度105，時間1.5h左右。得到的水解液可用NaOH中和制取谷氨酸，或作為中和劑用于中和發(fā)酵液，制備谷氨酸。 92 酸水解工藝最關鍵是鹽酸與母液配比要適當，否則在高溫下谷氨酸將發(fā)生外消旋化而生成消旋谷氨酸鹽酸鹽，影響回收率。此回收方法較復雜，需要水解設備，但回收率高，可達90%以上。若水解液用于中

39、和發(fā)酵液，不增加鹽酸的消耗，是比較理想的方法；若用燒堿中和工藝，鹽酸和燒堿耗量都增加。93 堿水解法 與酸水解法目的相同，主要是回收母液中的焦谷氨酸鈉，提高回收率。水解時加堿量為0.51.0mol/L(至少等于母液中總谷氨酸的摩爾數(shù)），否則也會發(fā)生消旋反應。水解溫度約105，時間1.5h左右，水解產(chǎn)生為L-谷氨酸二鈉。94 消解液用鹽酸中和制取白谷氨酸，收率達到90%以上柱，或者除鈣后用谷氨酸中和，經(jīng)脫色除鐵制取味精。 堿解工藝方法回收率高，但仍需水解設備。若用鹽酸中和工藝，比鹽酸水解堿中和工藝，酸堿的消耗量低。用谷氨酸中和工藝，生產(chǎn)上在堿消耗不增加的情況下，可達到提高末次回收率的目的。但是由

40、于鹽分等雜質仍在系統(tǒng)內(nèi)，結晶循環(huán)數(shù)較正常脫色液要少。95 再結晶方法 為了降低結晶抽取白谷氨酸的母液量，以減少工藝損失，有些廠家采用結晶制粗味精的方法。末次母液直接蒸發(fā)濃縮，再降溫結晶、分離，其母液支制備白谷氨酸以淘汰雜質，得到的粗谷氨酸鈉可直接投入結晶罐的底料中，或將其溶解、脫色除鐵，經(jīng)結晶等過程抽取味精。 此法雖然耗用一定量的蒸汽，但回收率高。967.6 味精的分離、干燥、包裝和成品質量標準7.6.1 味精的分離 谷氨酸鈉溶液經(jīng)結晶后得到的是固液混合物（固相占3040%V/V），液相（即母液）中雜質含量較高，必須采取有效的方法將其分離。生產(chǎn)上一般采用過濾式離心機，利用轉鼓調(diào)整旋轉所產(chǎn)生的離

41、心力作為過濾推動力，使懸浮液中固體顆粒與母液分離。97 分離操作技術條件 操作程序 裝料離心水洗離心出料 開始裝料轉速：150200r/min 洗水量：510L/次 離心分離時間：610min。98 分離質量要求 味精表面含水量：晶體味精1%；粉末味精5%。99 分離操作注意事項 分離懸浮液濃度和溫度 濃度要求在過飽和度以下，否則由于母液濃度過高，粘度在，影響分離效果，而且也易引起并晶或晶體光潔度降低。分離溫度低也能導致上述現(xiàn)象。在貯晶槽內(nèi)注意調(diào)水，控制好料液溫度和濃度。100 分離過程洗水 分離過程洗水可除去晶間母液，提高晶體純度和光澤，洗水分布要均，洗水量要適宜，既洗凈晶體表面，又不使晶體

42、溶解。上懸式分離機一般采用汽洗，使晶體表面粘附母液被噴洗離心出來。101 味精含水率 味精的含水量直接影響產(chǎn)品外觀的質量，含水量高，干燥易產(chǎn)生并晶。控制此指標主要取決于分離時間和設備的分離因數(shù)。分離時間長，分離因數(shù)高，晶體夾帶水分（母液）少。102 分離設備 目前使用的分離有三足式（分上、下出料）和上懸式分離機二類。分離機的主要參數(shù)為分離因數(shù)，分離因數(shù)與轉速的平方和轉鼓直徑成正比。 三足式分離機的主要特點：操作周期長，生產(chǎn)能力低；進料、出料均手工操作，勞動強度大，尤其上出料式的三蹉式離心機；分離味精含水量較上懸式略高；設備維修相對簡單。 103 上懸式分離機的主要特點：操作周期短，生產(chǎn)能力高；自動化程度 高，可程序控制，進料、出料、水洗、汽洗和出料自動或手動，勞動強度低；分離味精含水量相對低；設備維修復雜，技術性強，保養(yǎng)維護要求高。1047.6.2 味精的干燥 干燥的目的是除去味精表面的水分（經(jīng)分離后晶體味精含水量1%左右，粉狀味精表面含水量5%左右），而不失去結晶水，外觀上保持原有晶型和晶面的光潔度。105 干燥過程 味精的干燥除少數(shù)采用自然干燥外，均采用熱空氣干燥法，屬于對流式干燥?？諝饧仁禽d熱體又是載濕體。作為干燥介質的熱空氣調(diào)節(jié)