谷氨酸中和技術(shù)

第十章谷氨酸與賴氨酸提取及精制技術(shù)第一節(jié)谷氨酸提取技術(shù)目前國內(nèi)谷氨酸提取工藝主要有等電點(diǎn)法、離子交換法與等電點(diǎn)—離子交換法等，下面主要介紹這三種方法。一、等電點(diǎn)法提取谷氨酸（一）谷氨酸發(fā)酵液的主要成分對(duì)于正常發(fā)酵液，放罐時(shí)pH為6.5~7.2，呈淺黃色，表面有少量泡沫，有谷氨酸發(fā)酵的特殊氣味，發(fā)酵液的主要成分以及含量見表10-1。成分含量成分含量谷氨酸＞8%谷氨酸類似物質(zhì)少量濕菌體5~10%其他氨基酸少量有機(jī)酸＜0.8%無機(jī)鹽微量葡萄糖＜0.6%有機(jī)色素少量銨離子0.6~0.8%殘留消泡劑及其他雜質(zhì)少量核酸、核苷酸類物質(zhì)0.02~0.06%5/9/20241谷氨酸中和技術(shù)（二）谷氨酸的性質(zhì)1.谷氨酸的立體異構(gòu)谷氨酸分為L型、D型、DL型三種，在動(dòng)植物和微生物機(jī)體中天然存在的，都是L型谷氨酸，L型谷氨酸是味精的前體。2.谷氨酸結(jié)晶的特性谷氨酸結(jié)晶具有多晶型性質(zhì)，在不同條件下會(huì)形成不同晶型的谷氨酸結(jié)晶。通常分為α-型結(jié)晶和β-型結(jié)晶兩種。3.谷氨酸的溶解度在一定溫度下，每100g水中所能溶解谷氨酸的最多克數(shù)，稱為谷氨酸的溶解度。①pH值對(duì)谷氨酸溶解度的影響谷氨酸等電點(diǎn)pH3.22時(shí)，溶解度顯著減少到最低點(diǎn)。②溫度對(duì)谷氨酸溶解度的影響谷氨酸溶解度受溫度影響較大，溫度越低，溶解度越小，這是低溫等電點(diǎn)法提取谷氨酸的依據(jù)。③雜質(zhì)對(duì)谷氨酸溶解度的影響發(fā)酵液中合有殘?zhí)?、其它氨基酸、菌體及肢體物質(zhì)等雜質(zhì)，這些雜質(zhì)都會(huì)影響谷氨酸的溶解度。5/9/20242谷氨酸中和技術(shù)（三）影響谷氨酸結(jié)晶的主要因素1.發(fā)酵液性質(zhì)對(duì)結(jié)晶晶型的影響①谷氨酸含量對(duì)結(jié)晶晶型的影響

若發(fā)酵液中谷氨酸含量過低，低于4.5%時(shí)，不容易達(dá)到過飽和度，即使提取溫度很低，所形成晶核數(shù)量也不會(huì)太多。如果谷氨酸含量較高，在室溫條件下已經(jīng)容易形成β-型結(jié)晶，導(dǎo)致分離困難，影響谷氨酸收率，且谷氨酸含水量較大、純度較低。②菌體對(duì)結(jié)晶晶型的影響當(dāng)帶菌體進(jìn)行等電點(diǎn)提取谷氨酸時(shí)，如果菌體數(shù)量多，發(fā)酵液黏度大，易使結(jié)晶形成β-型結(jié)晶。③雜菌和噬菌體結(jié)晶晶型的影響如果谷氨酸發(fā)酵感染雜菌和噬菌體，發(fā)酵液中膠體物質(zhì)增多，泡沫多，殘?zhí)歉撸l(fā)酵液黏度大，容易形成β-型結(jié)晶。④殘?zhí)菍?duì)結(jié)晶晶型的影響如果發(fā)酵液殘?zhí)沁^高，不僅會(huì)影響谷氨酸的溶解度，而且易產(chǎn)生β-型結(jié)晶。⑤發(fā)酵液雜質(zhì)對(duì)結(jié)晶晶型的影響發(fā)酵液的雜質(zhì)，如消泡劑，糊精、焦糖、蛋白質(zhì)、色素等雜質(zhì)，如果過多，對(duì)提取帶來影響。2.溫度對(duì)結(jié)晶晶型的影響溫度越低，析出α-型結(jié)晶純度越高。當(dāng)?shù)入婞c(diǎn)調(diào)酸時(shí),發(fā)酵液溫度高于30℃,β-型結(jié)晶增加；當(dāng)溫度低于30℃，β-型結(jié)晶減少。溫度在20℃以下時(shí)主要是α-型結(jié)晶析出。5/9/20243谷氨酸中和技術(shù)3.降溫速度對(duì)結(jié)晶晶型的影響如果降溫速度過快，不僅晶核小而多，結(jié)晶微細(xì)，而且會(huì)引起α-型結(jié)晶向β-型結(jié)晶轉(zhuǎn)化，導(dǎo)致收率下降。4.加酸速度對(duì)結(jié)晶晶型的影響發(fā)酵液加酸至pH5.0左右，加酸速度可以快一些；pH5.0以下，特別是接近育晶點(diǎn)，加酸速度要緩慢，發(fā)現(xiàn)晶核時(shí)，應(yīng)立即停止加酸，育晶2~3h，使晶核成長壯大，再繼續(xù)緩慢加酸至pH3.2。5.投晶種與育晶對(duì)結(jié)晶晶型的影響谷氨酸起晶有兩種方法：自然起晶和加晶種起晶。一般來說，加晶種起晶，晶核容易控制，不易出現(xiàn)β-型結(jié)晶，但必須要選擇質(zhì)量好的α-型晶體作為晶種。投晶種一定要掌握好投放時(shí)間，根據(jù)結(jié)晶理論，應(yīng)在發(fā)酵液處于介穩(wěn)區(qū)時(shí)投入晶種。6.攪拌對(duì)結(jié)晶晶型的影響攪拌有利于晶體長大，避免“晶簇”生成，但攪拌太快，液體翻動(dòng)劇烈，會(huì)引起晶體的磨損，對(duì)晶體長大不利，造成結(jié)晶細(xì)小。攪拌太慢，液體翻動(dòng)不大，晶體容易下沉，pH和溫度不均勻，引起局部pH過低，形成過多的微細(xì)晶核，造成結(jié)晶顆粒大小不均，不易與菌體分離，影響收率。一般攪拌轉(zhuǎn)速以25~35r/min。5/9/20244谷氨酸中和技術(shù)（四）帶菌體低溫等電點(diǎn)分批提取工藝1.工藝流程溫度加晶種起晶等電點(diǎn)攪拌20h靜置沉降6h離心分離濕谷氨酸緩慢加酸發(fā)酵液pH4.0-4.5(起晶中和點(diǎn))停酸育晶2h鹽酸繼續(xù)中和至pH3.0-3.2晶種5/9/20245谷氨酸中和技術(shù)2.操作要點(diǎn)①育晶前的加酸操作當(dāng)發(fā)酵液放到等電點(diǎn)罐以后，先降溫至28℃左右，然后加入鹽酸或硫酸（為降低生產(chǎn)成本，目前基本使用硫酸）調(diào)節(jié)pH值。為了縮短提取周期，根據(jù)目前國內(nèi)發(fā)酵液谷氨酸含量情況，一般在pH5.0之前的加酸速度可以快些，在1~2個(gè)小時(shí)內(nèi)完成。pH值逐漸接近起晶點(diǎn)時(shí)，加酸速度逐漸減慢。在pH值降低的過程中，用冷水緩慢降溫，一般在起晶點(diǎn)時(shí)控制溫度在23~25℃。②投晶種與育晶根據(jù)目前國內(nèi)發(fā)酵液的谷氨酸含量（80~140g/L），在23~25℃、pH4.4~4.8時(shí)，發(fā)酵液中的谷氨酸可達(dá)到過飽和狀態(tài)，會(huì)有晶核析出。因此，當(dāng)pH下降至5.0之后，要注意不時(shí)取樣仔細(xì)觀測(cè)（可通過顯微鏡觀察），一旦發(fā)現(xiàn)晶核出現(xiàn)，應(yīng)立即停止加酸，停止繼續(xù)降溫，并投入質(zhì)量良好的α-型晶種0.1~0.3%，攪拌育晶2h。③育晶后繼續(xù)加酸操作育晶后繼續(xù)緩慢加酸，并逐漸降低溫度，一直將pH值調(diào)節(jié)至3.2，耗時(shí)4~6h，此時(shí)溫度降低到10~13℃。④等電點(diǎn)攪拌育晶當(dāng)達(dá)到等電點(diǎn)，停止加酸，繼續(xù)用冷水降低溫度至4℃左右，攪拌育晶8~12h。⑤沉淀與分離如果使用人工卸料離心機(jī)分離，由于勞動(dòng)強(qiáng)度較大，通常在分離之前要停止攪拌，沉淀4h，排出上清液，然后再用人工卸料離心機(jī)分離等電點(diǎn)罐底部沉淀下來的谷氨酸固液混合物料。如果使用自動(dòng)卸料離心機(jī)，在離心機(jī)生產(chǎn)能力足夠的情況下，通常不必經(jīng)過沉淀即可直接泵送至自卸機(jī)分離。5/9/20246谷氨酸中和技術(shù)二、離子交換法提取谷氨酸（一）離子交換法提取谷氨酸的基本原理谷氨酸是兩性電解質(zhì)，是一種酸性氨基酸，含有可交換的-NH4+和COOH—，與酸、堿兩種樹脂都能發(fā)生交換。谷氨酸的等電點(diǎn)為pH3.22，當(dāng)pH＞3.22時(shí)，羧基離解，而帶負(fù)電荷，它能被陰離子交換樹脂交換吸附；當(dāng)pH＜3.22時(shí)，谷氨酸在酸性介質(zhì)中，呈陽離子狀態(tài)，氨基離解，帶正電荷，它能被陽離子交換樹脂交換吸附。離子交換法從發(fā)酵液提取谷氨酸，是谷氨酸與發(fā)酵液中其它同性離子性質(zhì)不同，樹脂對(duì)這些離子的吸附能力有差別，采用不同的樹脂將這些離子分別選擇地吸附，然后根據(jù)吸附能力差別，用洗脫劑分別先后洗脫。目前各味精廠均采用732#強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂。離子交換法提取谷氨酸，就是利用陽離子交換樹脂對(duì)谷氨酸陽離子的選擇性吸附，以使發(fā)酵液中妨礙谷氨酸結(jié)晶的殘?zhí)羌疤堑木酆衔?、蛋白質(zhì)、色素等非離子性雜質(zhì)得以分離，后經(jīng)洗脫達(dá)到濃縮提取谷氨酸的目的。5/9/20247谷氨酸中和技術(shù)（二）谷氨酸陽離子交換機(jī)制谷氨酸發(fā)酵液交換層次的剖析5/9/20248谷氨酸中和技術(shù)（三）陽離子樹脂柱提取工藝1.工藝流程

5/9/20249谷氨酸中和技術(shù)2.操作要點(diǎn)離子交換柱及其管道裝置簡單示意圖見10-8。①樹脂預(yù)處理新樹脂裝填入柱后，先用清水浸泡12h左右，再用2~3倍樹脂體積的10%食鹽水浸泡4h以上，然后用清水洗凈殘留的NaCl，最后根據(jù)樹脂類型和使用所需要的型號(hào)分別用堿和酸處理。利用732#樹脂提取谷氨酸，一般樹脂先用4%NaOH（用量一般為樹脂體積二倍）浸泡4h，水洗至pH8.0以下，加入4%鹽酸（用量一般為樹脂體積兩倍）浸泡4h，最后用少量自來水洗至pH2.0左右，備用。②上柱液pH值的控制經(jīng)試驗(yàn)表明，上柱液pH值低于1.0時(shí)，谷氨酸的離子交換效果也不理想。原因在于：在強(qiáng)酸性下（如pH1.0）陽離子交換樹脂本身交換能力差，例如，在pH1.0時(shí)的H+濃度為0.1mol/L，pH2.0時(shí)的H+濃度為0.01mol/L，H+濃度增大10倍，谷氨酸的離子交換就比較困難。③上柱量的控制上柱量是指一次通過離子交換樹脂而達(dá)到交換處理的溶液量。上柱量的多少，是離子交換效果好壞的綜合指標(biāo)，它反映樹脂交換能力。如果上柱量大于樹脂交換能力，谷氨酸就會(huì)漏吸造成損失；如果上柱量小于樹脂的交換能力，離子樹脂柱的生產(chǎn)能力不飽和，而且洗脫時(shí)谷氨酸峰不集中。在實(shí)際生產(chǎn)上，樹脂的工作交換當(dāng)量比樹脂的全交換當(dāng)量要小得多，上柱量是根據(jù)樹脂的工作交換當(dāng)量和上注液中可交換離子（主要是谷氨酸和NH4+）的濃度來決定的。④上柱液流速的控制根據(jù)實(shí)際操作，一般流速為SV（單位時(shí)間通過每立方米樹脂肪液體體積），以m3／（m3﹒h）表示。逆上柱SV=2~3m3／（m3﹒h），順上柱SV＝1.5~2m3／（m3﹒h）。⑤漏吸的判斷當(dāng)上柱流出液谷氨酸含量大于0.2%時(shí)，視為“漏吸”。上柱后階段，要特別注意防止“漏吸”的發(fā)生，用5%茚三酮溶液的顯色反應(yīng)來檢測(cè)。5/9/202410谷氨酸中和技術(shù)⑥沖洗、疏松與預(yù)熱離子交換結(jié)束必須進(jìn)行沖洗操作。通常，先從樹脂柱底部進(jìn)水反洗，使菌體等較輕的雜質(zhì)隨水流經(jīng)排污口排出，然后再順洗，直至流出液清亮為止。在沖洗過程中可通入壓縮空氣疏松樹脂，同時(shí)要防止樹脂溢出。為了防止洗脫下來的谷氨酸在樹脂柱內(nèi)結(jié)晶析出，發(fā)生“結(jié)柱”現(xiàn)象，在洗脫前，要用50~60℃熱水對(duì)樹脂柱預(yù)熱。⑦洗脫洗脫劑有很多種，生產(chǎn)上通常采用4%的NaOH溶液或用液氨調(diào)節(jié)pH9.0以上的等電點(diǎn)母液。一般來說，洗脫流速控制要比上柱流速慢，使谷氨酸高峰集中，拖尾少。但谷氨酸溶解度低，在谷氨酸濃度高時(shí)，流速過慢要發(fā)生“結(jié)柱”，此時(shí)應(yīng)迅速加快流速，使結(jié)晶溶化。⑧洗脫液的收集按洗脫過程中pH值進(jìn)行分段收集洗脫液，見表10-7。pH值成分處理初流分1.5~2.5谷氨酸含量1%左右重新上柱回收高流分2.5~9.0谷氨酸含量9%左右等電點(diǎn)提取后流分9.0~12.0谷氨酸含量2%左右，NH4+含量高。配洗脫液或重新上柱回收5/9/202411谷氨酸中和技術(shù)⑨再生谷氨酸洗脫后，樹脂成為NH4+型和Na+型，下次繼續(xù)使用之前，必須進(jìn)行再生，使樹脂轉(zhuǎn)變成為H+型。再生之前，先用熱水沖洗（逆洗與順洗結(jié)合）樹脂，至流出液接近中性，然后再用再生劑進(jìn)行再生。3.“結(jié)柱”與“漏吸”的原因分析（1）“結(jié)柱”的原因分析①上柱液交換過程中，其它陽離子將樹脂中H+置換下來，當(dāng)柱內(nèi)pH值為3.22時(shí)，谷氨酸以結(jié)晶形式析出。②菌體等雜質(zhì)干擾，影響流速。③樹脂的嚴(yán)重破碎，菌體的堵塞，影響流速，容易“結(jié)柱”。④洗脫之前，如果沒有充分沖洗菌體、色素、消泡劑等非離子型大分子粘稠物質(zhì)，或沒有充分預(yù)熱樹脂；洗脫時(shí)，如果采用NaOH洗脫劑濃度太高、溫度較低，都有可能造成（2）“漏吸”的原因分析①樹脂再生不完全，吸附能力明顯降低。②上柱量過大或上柱流速太快。③上柱液中金屬陽離子含量過多。④樹脂厚度不適當(dāng)，或樹脂破碎流失而未及時(shí)添加。⑤上柱液雜質(zhì)過多，或有雜菌感染。⑥上柱液pH不當(dāng)，部分谷氨酸未能解離為陽離子。⑦樹脂處理不當(dāng)，導(dǎo)致“結(jié)柱”，造成上柱走短路。⑧閥門有漏液現(xiàn)象。5/9/202412谷氨酸中和技術(shù)三、等電點(diǎn)—離子交換法提取谷氨酸1.工藝流程見圖10-9。5/9/202413谷氨酸中和技術(shù)四、谷氨酸提取率及其提高的措施1.谷氨酸提取率谷氨酸提取率是指經(jīng)過各種方法提取所得谷氨酸質(zhì)量占發(fā)酵液所含谷氨酸質(zhì)量的百分比?？捎孟率接?jì)算：（9-14）2.提高谷氨酸提取率的措施①連續(xù)結(jié)晶的提取法②濃縮發(fā)酵液的提取法③超濾膜除菌體的提取法5/9/202414谷氨酸中和技術(shù)第二節(jié)谷氨酸制味精技術(shù)一、味精的性質(zhì)以及谷氨酸制味精的流程（一）味精的性質(zhì)味精是L-谷氨酸單鈉一水化合物，學(xué)名叫α-氨基戊二酸單鈉一水化合物。1.味精的物理性質(zhì)味精是無色至白色的柱狀結(jié)晶或白色的結(jié)晶性粉末，屬斜方晶系，在顯微鏡下觀察，其晶形為棱柱狀的八面體。其分子式為C5H8NO4Na﹒H2O，分子量為187.13。由于分子結(jié)構(gòu)含有不對(duì)稱碳原子，具有旋光性，分為L-型、D-型及DL-型三種光學(xué)異構(gòu)體。2.味精的化學(xué)性質(zhì)①與鹽酸作用生成谷氨酸或谷氨酸鹽酸鹽NaC5H8NO4+HClNaCl+C5H9NO4C5H9NO4·HCl②與堿作用生成谷氨酸二鈉鹽，加酸后又生成一鈉鹽。NaC5H8NO4+NaOHH2O+Na2C5H7NO4NaC5H8NO4+NaCl③穩(wěn)定性在120℃下失去結(jié)晶水，在155℃下分子內(nèi)脫水，225℃以上分解。若其水溶液長時(shí)間受熱，會(huì)引起失水，生成焦谷氨酸一鈉。其結(jié)構(gòu)式如下：5/9/202415谷氨酸中和技術(shù)（二）谷氨酸制味精的流程5/9/202416谷氨酸中和技術(shù)二、谷氨酸轉(zhuǎn)晶技術(shù)1.谷氨酸轉(zhuǎn)晶的目的近幾年來，國內(nèi)個(gè)別生產(chǎn)廠家在谷氨酸中和之前采用轉(zhuǎn)晶工藝，即將顆粒較大的α-谷氨酸α-晶體轉(zhuǎn)變?yōu)轭w粒較小的谷氨酸β-晶體，從而增加谷氨酸晶體的比表面積，使包藏在谷氨酸α-晶體內(nèi)部的色素和雜質(zhì)暴露在晶體表面出來，用熱水洗滌可以除去晶體表面大部分的色素和雜質(zhì)，從而減小中和液脫色難度，有利于提高味精產(chǎn)品的質(zhì)量。2.谷氨酸轉(zhuǎn)晶的工藝流程

谷氨酸轉(zhuǎn)晶工藝流程如圖10-11所示。5/9/202417谷氨酸中和技術(shù)3.谷氨酸轉(zhuǎn)晶操作①配制谷氨酸α-晶體的懸液先在轉(zhuǎn)晶罐中加入一定量的水或末次味精母液，啟動(dòng)攪拌，并用蒸汽加熱至60℃左右，然后投入谷氨酸α-晶體，調(diào)整濃度使混和液的谷氨酸含量為50%左右，最后用純堿溶液或燒堿溶液調(diào)節(jié)pH值至4.5~4.8。②加熱轉(zhuǎn)晶用蒸汽繼續(xù)加熱，使溫度升至75℃左右，維持30min左右，觀察懸液變化，若固-液分明的懸液變?yōu)榫鶆虻暮隣?，取樣用顯微鏡觀察晶體，全部轉(zhuǎn)變?yōu)棣?型晶體時(shí)即轉(zhuǎn)晶結(jié)束，可進(jìn)行過濾分離。③真空過濾及洗滌用濃漿泵將轉(zhuǎn)晶液打到真空帶式過濾機(jī)進(jìn)行過濾，邊進(jìn)料邊過濾，色素等可溶性雜質(zhì)隨濾液被濾除。濾布連續(xù)循環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)濾布運(yùn)行到過濾機(jī)中部時(shí)，濾布上已形成30~40mm厚度的β-型谷氨酸濾餅，在濾機(jī)中部位置的濾餅上方，用60℃左右的軟水進(jìn)行連續(xù)均勻的噴淋，以洗滌β-型晶體表面的色素。為了控制轉(zhuǎn)晶母液量，洗滌用水不宜過多，其流量一般為轉(zhuǎn)晶液流量的1/30。當(dāng)濾布從過濾機(jī)中部運(yùn)行至尾部時(shí)，洗滌濾餅的水分基本被吸走，大部分的色素已被除去，最終得到白色的β-型谷氨酸濾餅，其谷氨酸含量為75%（w/w）左右。在濾機(jī)尾端，β-型谷氨酸濾餅隨濾布轉(zhuǎn)動(dòng)自動(dòng)掉進(jìn)收集漏斗，進(jìn)入中和罐。④轉(zhuǎn)晶母液的處理由于轉(zhuǎn)晶母液含有溶解的谷氨酸、色素以及少量濾布漏出的β-型谷氨酸晶體，總的谷氨酸含量大概在8%左右，必須回收并加以處理，然后與發(fā)酵液合并，采用等電點(diǎn)法進(jìn)行提取。為了溶解母液中的β-型谷氨酸晶體，并將部分色素、膠體雜質(zhì)去除，避免轉(zhuǎn)晶母液給等電點(diǎn)提取帶來危害，一般先用堿液調(diào)節(jié)至pH6.0~6.5，開啟攪拌，使轉(zhuǎn)晶母液中的谷氨酸β-晶體完全溶解，加入母液量0.3%（w/v）左右的粉末活性炭脫色60min以上，然后進(jìn)行壓濾，所得濾液與發(fā)酵液合并，通過等電點(diǎn)結(jié)晶回收，結(jié)晶操作實(shí)際上也能去除部分色素。5/9/202418谷氨酸中和技術(shù)三、谷氨酸中和技術(shù)（一）中和原理谷氨酸是具有兩個(gè)羧基（-COOH）的酸性氨基酸，與碳酸鈉或氫氧化鈉均能發(fā)生中和反應(yīng)生成它的鈉鹽。當(dāng)中和的pH在谷氨酸的第二等電點(diǎn)[（pK2+pK3）/2=（4.25+9.67）/2=6.96]時(shí)，谷氨酸單鈉離子在溶液約占總離子濃度的99.59%，谷氨酸單鈉具有強(qiáng)烈的鮮味。以純堿和燒堿為中和劑的化學(xué)反應(yīng)如下式：5/9/202419谷氨酸中和技術(shù)2.中和操作

先向中和罐加入一定量的渣水或軟水，啟動(dòng)攪拌（轉(zhuǎn)速一般為60r/min），用蒸汽將底水加熱到65℃左右，然后按每罐定量投入麩酸，邊投入麩酸邊緩慢加入純堿溶液或燒堿，最終調(diào)節(jié)中和液的濃度至21~23°Bé，pH值至6.96。中和完畢，加入一定量的粉末活性炭，攪拌均勻后泵送至脫色罐脫色。

中和操作要應(yīng)注意以下各項(xiàng)：

①為了減少谷氨酸的損失，通常用洗壓濾機(jī)的渣水作為底水。由于谷氨酸在常溫下溶解度很低，需先將底水加熱到65℃左右。

②中和過程必須嚴(yán)格控制溫度低于70℃，避免溫度過高發(fā)生消旋化反應(yīng)和脫水環(huán)化生成焦谷氨酸鈉的反應(yīng)。

③中和時(shí)必須嚴(yán)格控制準(zhǔn)確的pH值。如果pH值偏低，谷氨酸中和不徹底；如果pH值偏高，造成谷氨酸二鈉鹽百分率高。無論是谷氨酸還是谷氨酸二鈉鹽，都不呈鮮味。因此，pH值控制不準(zhǔn)確，對(duì)精制收率和產(chǎn)品質(zhì)量均有影響。

④中和速度要控制緩慢。如果采用純堿作為中和劑，中和速度過快將產(chǎn)生大量的CO2泡沫，致使料液逸出，造成損失。同時(shí)，加堿速度過快，會(huì)導(dǎo)致局部pH值和溫度過高，容易發(fā)生消旋化反應(yīng)和脫水環(huán)化生成焦谷氨酸鈉的反應(yīng)。

⑤由于中和液要上柱脫色、除鐵，為了防止“結(jié)柱”，故中和液濃度不宜過高。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，中和液濃度一般為22°Bé左右比較理想。（二）中和工藝與操作1.中和工藝條件項(xiàng)目技術(shù)條件項(xiàng)目技術(shù)條件純堿濃度30~33°Bé/60℃中和液濃度21~23°Bé/60℃中和溫度60~70℃中和用水軟化水或中和渣水中和液pH值6.965/9/202420谷氨酸中和技術(shù)四、中和液的除鐵與脫色技術(shù)（一）中和液除鐵技術(shù)生產(chǎn)原材料夾帶的鐵離子與設(shè)備腐蝕而游離出的鐵離子，包括Fe2+和Fe3+，都可以與谷氨酸形成絡(luò)合物，使味精成品呈淺黃色或黃色，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量。因此，精制過程中必須采取措施除去鐵離子。味精工業(yè)上通常有兩種除鐵方法：一種是硫化鈉除鐵法；另一種是樹脂除鐵法。由于硫化鈉除鐵法對(duì)環(huán)境污染較大，目前較少廠家采用。1.硫化鈉除鐵利用硫化鈉使中和液存在的少量鐵質(zhì)變成硫化亞鐵沉淀，其反應(yīng)式為：Na2S+Fe++→FeS↓+2Na+硫化鐵除鐵的流程如圖10-12。5/9/202421谷氨酸中和技術(shù)2.樹脂除鐵鑒于鐵以絡(luò)合物的形式存在于谷氨酸溶液中，利用帶酚氧基團(tuán)的樹脂，使絡(luò)合鐵與樹脂螯合成新的更穩(wěn)定的絡(luò)合物，以達(dá)到除鐵的目的。反應(yīng)式為：6R-C6H4OH+Fe3+→6H++[Fe-（R—C6H4O6）]3-6R-C6H4OH+Fe2+→6H++[Fe-（R—C6H4O6）]4-樹脂除鐵的操作如下：①樹脂預(yù)熱：以熱水預(yù)熱40~50℃，避免谷氨酸鈉析出。②交換：一般順流上柱交換，每小時(shí)進(jìn)料量為樹脂體積的1~2倍。當(dāng)流出液在12°Bé以前，收集在低濃度貯罐中，作為谷氨酸中和及調(diào)節(jié)母液濃度之用；當(dāng)流出液高于12°Bé時(shí)，檢查無鐵離子時(shí)即可收集，進(jìn)入下工序；當(dāng)吸附飽和時(shí)，檢查流出液有鐵離子存在，立即停止進(jìn)料，改進(jìn)軟水洗滌，一直至洗出液為0°Bé，收集洗出液作為低濃度溶液。③再生：正、反水洗→酸洗→正水洗（pH5~6）→堿洗→正、反水洗（pH8~9）→備用。酸洗時(shí)，鹽酸濃度為4%，用量為樹脂體積的2~3倍，浸泡2~4h；同樣，堿洗時(shí)，燒堿濃度為4%，溫度40~50℃，用量為樹脂體積的2~3倍，浸泡2~4h。5/9/202422谷氨酸中和技術(shù)（二）中和液脫色技術(shù)谷氨酸中和液一般都含有深淺不同的黃褐色色素，其主要來源有：鐵制設(shè)備的腐蝕，游離出許多鐵離子，除了產(chǎn)生紅棕色外，還與水解糖中的單寧結(jié)合，生成紫黑色單寧鐵；淀粉制糖、培養(yǎng)基滅菌、葡萄糖蒸發(fā)濃縮與滅菌、發(fā)酵液蒸發(fā)濃縮等過程中發(fā)生葡萄糖聚合反應(yīng)產(chǎn)生的色素；培養(yǎng)基滅菌、發(fā)酵液蒸發(fā)濃縮等過程中葡萄糖與氨基酸在受熱情況下發(fā)生美拉德反應(yīng)產(chǎn)生的黑色素；中和液若用硫化堿除鐵，硫化堿用量不當(dāng)（過量或不足），會(huì)導(dǎo)致中和液色素增加。這些色素的存在，就會(huì)影響味精成品的色澤和純度，必須進(jìn)行脫色處理。目前，常用的脫色方法有活性炭脫色、樹脂脫色和納濾脫色。5/9/202423谷氨酸中和技術(shù)（三）常用的脫色除鐵工藝流程目前，國內(nèi)味精生產(chǎn)廠家一般先采用粉末活性炭對(duì)谷氨酸中和液進(jìn)行1~2次脫色，壓濾后，所得濾液采用通用1號(hào)樹脂除鐵和K-15顆粒活性炭脫色。一般通用1號(hào)樹脂與K-15顆粒活性炭混合裝填在脫色柱內(nèi)，洗脫與再生按照K-15顆?；钚蕴康南疵撆c再生程序進(jìn)行。其流程如圖10-15所示。5/9/202424谷氨酸中和技術(shù)五、中和液蒸發(fā)濃縮與結(jié)晶技術(shù)（一）中和液蒸發(fā)濃縮與結(jié)晶的概述1.蒸發(fā)濃縮的方式要想從溶液中析出結(jié)晶，必須除去大量的水分，使溶液達(dá)到過飽和狀態(tài)。因此，在味精結(jié)晶操作之前，通常采用減壓蒸發(fā)濃縮技術(shù)對(duì)中和液進(jìn)行處理。減壓蒸發(fā)濃縮分單效蒸發(fā)濃縮和多效蒸發(fā)濃縮，有些工廠采用單效蒸發(fā)濃縮工藝，即在單效真空結(jié)晶罐中完成中和液的濃縮與結(jié)晶的全部過程；而有些工廠采用多效蒸發(fā)濃縮工藝，即先在多效真空蒸發(fā)器中將中和液濃縮至一定濃度（一般由22°Bé左右濃縮至26~28°Bé），然后送至單效真空結(jié)晶罐中繼續(xù)濃縮與進(jìn)行結(jié)晶操作，采用此工藝可以節(jié)省蒸汽25%左右。2.飽和溶解曲線和過飽和溶解曲線與其他物質(zhì)一樣，谷氨酸鈉溶液有三種狀態(tài)：不飽和溶液、飽和溶液與不飽和溶液。在不飽和溶液中，溶解速度大于晶析速度，若外加晶體時(shí)，晶體顆粒會(huì)逐漸溶解變小，直至達(dá)到飽和溶液為止；在飽和溶液中，溶解速度等于晶析速度，溶液中的晶體大小基本不變，溶液濃度不變；在飽和溶液中，溶解速度小于晶析速度，溶液會(huì)自然形成新晶體，并且晶粒能長大，直至溶液降至飽和溶液。經(jīng)過多年味精生產(chǎn)實(shí)踐，總結(jié)出結(jié)晶與過飽和系數(shù)的一般規(guī)律（特殊情況除外）如下：①過飽和系數(shù)小于1時(shí)，即穩(wěn)定區(qū)，晶體只能溶解，不能長大。在整晶或溶掉假晶時(shí)，可將溶液濃度控制在此范圍。②過飽和系數(shù)在1.0~1.2時(shí)，即養(yǎng)晶區(qū)，不能自然形成晶核，但可以使已有的晶體長大。晶種起晶法結(jié)晶過程，溶液濃度要控制在此范圍內(nèi)。③過飽和系數(shù)在1.2~1.3時(shí)，即刺激起晶區(qū)，已有的晶核能長大，受外界影響也能產(chǎn)生新的晶核。粉體味精的刺激起晶，溶液濃度控制在此范圍內(nèi)，結(jié)晶味精假晶常在此區(qū)產(chǎn)生。④過飽和系數(shù)大于1.3時(shí)，即不穩(wěn)區(qū)，在此范圍能自動(dòng)產(chǎn)生大量的晶核，自然起晶時(shí)控制在此范圍。5/9/202425谷氨酸中和技術(shù)（二）味精結(jié)晶的操作1.晶體味精結(jié)晶操作流程晶體味精結(jié)晶操作過程主要包括濃縮、起晶、整晶、育晶、養(yǎng)晶等幾個(gè)階段，而濃縮、整晶、育晶等操作又往往穿插進(jìn)行，其操作流程如圖10-17。5/9/202426谷氨酸中和技術(shù)2.結(jié)晶操作要點(diǎn)①濃縮過程的控制高質(zhì)量的晶體味精通常要求以原液（即經(jīng)過脫色除鐵的中和液）作為結(jié)晶的底料。對(duì)于一個(gè)結(jié)晶罐，按料液濃度22°Bé計(jì)算，一般將40%左右的料液作為結(jié)晶操作的底料，而其余為結(jié)晶操作過程的流加料液。在單效結(jié)晶罐內(nèi)，控制真空度為0.08~0.085MPa，溫度為60~70℃，開啟攪拌，將22°Bé的底料濃縮至29.5~30.5°Bé，使達(dá)到介穩(wěn)區(qū)。為了節(jié)省蒸汽，可以采用多效蒸發(fā)器先將22°Bé的底料濃縮至26~28Bé，然后再送到單效結(jié)晶罐繼續(xù)進(jìn)行蒸發(fā)濃縮。②起晶的控制味精結(jié)晶的起晶方法有：自然起晶、刺激起晶與晶種起晶。自然起晶是溶液濃度達(dá)到過飽和系數(shù)1.3以上時(shí),自然生成晶核的過程；刺激起晶是溶液濃度達(dá)到刺激起晶區(qū)，降溫使溶液受到刺激而生成晶核的過程；晶種起晶是向介穩(wěn)區(qū)溶液中投入一定數(shù)量晶種的過程。生產(chǎn)粉體味精可采用刺激起晶的方法，而生產(chǎn)晶體味精通常采用晶種起晶法。晶種起晶法要準(zhǔn)確掌握溶液的起晶點(diǎn)和溶晶點(diǎn)，控制好投種時(shí)的過飽和系數(shù)，使投入晶種后不產(chǎn)生新晶核，也不溶化晶種，產(chǎn)品顆粒數(shù)量與投入晶種顆粒數(shù)量基本相同。晶種的質(zhì)量直接影響產(chǎn)品晶形、結(jié)晶成品收率和正品率。晶種來源于大顆粒的優(yōu)質(zhì)晶體味精，經(jīng)特制的粉碎機(jī)粉碎，然后過篩分級(jí)，一般分為20目、30目、40目等檔級(jí)。正常情況下，20目晶種得率為40%左右，粉末得率為30%左右，其余為30~40目晶種。當(dāng)?shù)琢蠞舛冗_(dá)到29.5~30.5°Bé時(shí)，根據(jù)成品要求投入特定大小與數(shù)量的晶種。40目晶種用量一般為結(jié)晶罐全容積的2~3%，30目晶種用量一般為結(jié)晶罐全容積的4~6%，20目晶種用量一般為結(jié)晶罐全容積的5~8%。投晶種時(shí)，用軟管的一端連接結(jié)晶罐的進(jìn)晶種管，另一端插入晶種中，靠結(jié)晶罐的真空把晶種吸入結(jié)晶罐。5/9/202427谷氨酸中和技術(shù)③結(jié)晶過程的控制結(jié)晶過程控制罐內(nèi)真空度為0.08~0.085MPa，溫度為60~70℃，開啟攪拌。投晶種起晶后，晶核周圍溶液的溶質(zhì)受到晶核的吸引而被吸附在晶核的表面上，使溶液的濃度下降。但隨著蒸發(fā)濃縮的繼續(xù)進(jìn)行，蒸發(fā)速度大于長晶速度，結(jié)晶罐內(nèi)溶液濃度又開始增高，在晶粒稍微長大的同時(shí)，會(huì)出現(xiàn)一些細(xì)小的新晶核（假晶），這時(shí)應(yīng)加入與料液溫度接近的蒸餾水進(jìn)行整晶，即溶掉新形成的微晶核。整晶所用的蒸餾水來自于結(jié)晶罐加熱室的蒸汽冷凝水，用不銹鋼罐收集以供結(jié)晶過程流加以及貯晶槽調(diào)水使用。整晶用水量要控制適當(dāng)，以達(dá)到溶解掉新形成的微細(xì)晶核為目的，防止正常晶種的溶化和損傷。有些工廠在加蒸餾水整晶時(shí)，適當(dāng)提高罐內(nèi)溫度（72~74℃），以促進(jìn)假晶的溶解，減少用水量。隨著溶劑不斷被蒸發(fā)和晶粒的不斷長大，結(jié)晶罐內(nèi)的液位逐漸降低，需通過補(bǔ)料增加溶質(zhì)量，促使晶粒長大，此過程稱為育晶。補(bǔ)料的方式有間歇加料和連續(xù)加料兩種，無論采取哪種補(bǔ)料方式，應(yīng)注意避免罐內(nèi)溶液濃度波動(dòng)過大，補(bǔ)料過程中盡量使補(bǔ)料速度、濃縮速度與結(jié)晶速度三者保持適當(dāng)?shù)钠胶?，即保持適當(dāng)?shù)倪^飽和系數(shù)，有利于晶粒的長大，避免新晶核的產(chǎn)生。其實(shí)，整個(gè)過程是濃縮、整晶、育晶三個(gè)階段交替進(jìn)行的過程。結(jié)晶過程中，必須從視鏡仔細(xì)觀察罐內(nèi)物料的變化，根據(jù)變化而采取相應(yīng)的操作。如果控制得當(dāng)，應(yīng)盡量減少整晶的操作次數(shù)，以節(jié)省蒸汽和縮短結(jié)晶周期。目前，晶體味精的結(jié)晶時(shí)間一般為12~16h，與晶種顆粒大小及用量、底料多少、結(jié)晶速度、成品晶體要求等因素有關(guān)。④放罐過程的控制當(dāng)罐內(nèi)物料達(dá)到罐全容積的70~80%時(shí)，可以進(jìn)行放罐操作。放罐前，先用蒸餾水調(diào)整料液濃度至29.5~30.5°Bé，然后關(guān)閉真空、蒸汽，開啟貯晶槽攪拌（轉(zhuǎn)速為10r/min左右），最后物料放至貯晶槽。由于放罐過程中溫度會(huì)降低，有一些細(xì)小晶核析出，在貯晶槽中需適當(dāng)加蒸餾水調(diào)整濃度，使細(xì)小晶核溶解。同時(shí)，適當(dāng)采用蒸汽對(duì)貯晶槽保溫，避免在貯晶槽中繼續(xù)有細(xì)小晶核產(chǎn)生，影響離心分離效率與效果，造成分離后細(xì)小晶核粘附在晶體上影響成品的品質(zhì)。5/9/202428谷氨酸中和技術(shù)（三）影響味精結(jié)晶速度的因素①過飽和系數(shù)

過飽和系數(shù)對(duì)結(jié)晶速度的影響體現(xiàn)在：過飽和系數(shù)在1.0~1.2時(shí)，晶體能以最大的速度長大，且不產(chǎn)生新的晶核，在此范圍內(nèi)過飽和系數(shù)越大，結(jié)晶速度越大，形成的晶體顆粒大。②溶液的純度

在相同的過飽和系數(shù)下，溶液的純度越高，黏度就越小，抑制結(jié)晶的因素越小，溶質(zhì)分子擴(kuò)散的阻力也就越小，結(jié)晶的速度越快。因此，生產(chǎn)中盡量除去溶液中可能存在的雜質(zhì)，如殘?zhí)?、色素、表面活性劑、焦谷氨酸鈉、DL-MSG、鹽類、金屬離子和有機(jī)酸等。③溫度結(jié)晶的溫度高，溶液黏度小，有利于溶質(zhì)分子擴(kuò)散，結(jié)晶速度也提高。但溫度高易生成焦谷氨酸鈉，不僅收率低，也影響產(chǎn)品質(zhì)量。因此，生產(chǎn)上采用真空結(jié)晶操作，控制溫度65~70℃。④稠度稠度是指結(jié)晶過程中罐內(nèi)固液相之比（俗稱干稀度），稠度大，則在單位容積結(jié)晶罐中含有較多的晶體，即生產(chǎn)效率高，但稠度過大，使結(jié)晶流動(dòng)性差，運(yùn)動(dòng)阻力大，降低結(jié)晶速度；當(dāng)稠度過低時(shí)，罐內(nèi)晶間距大，濃度梯度小，擴(kuò)散速度慢，結(jié)晶速度慢，易形成新的晶核，而且稠度低，結(jié)晶面積小，單罐產(chǎn)量少，對(duì)生產(chǎn)不利。因此，生產(chǎn)上要控制適宜的稠度。⑤結(jié)晶液的流動(dòng)性結(jié)晶液的流動(dòng)性好，有利于溶質(zhì)分子的擴(kuò)散，結(jié)晶速度加快。在一定黏度下，結(jié)晶液的流動(dòng)性取決于攪拌強(qiáng)度。攪拌強(qiáng)度大，罐內(nèi)對(duì)流循環(huán)好，有利于結(jié)晶，但強(qiáng)烈攪拌，溶質(zhì)分子流動(dòng)過快，不利于長晶，對(duì)晶形也有損傷，并且容易導(dǎo)致二次成核現(xiàn)象，所以攪拌強(qiáng)度要選擇適當(dāng)。5/9/202429谷氨酸中和技術(shù)六、味精的分離、干燥和篩選1.味精的分離谷氨酸單鈉溶液經(jīng)結(jié)晶后得到的是固液混合物，必須采取有效的方法進(jìn)行分離，才能得到濕味精晶體。生產(chǎn)上，采用過濾式離心機(jī)，有三足式（分上、下出料）、平板式（分上、下出料）和上懸式分離機(jī)等。分離質(zhì)量要求是：晶體味精表面含水率在1%以下，粉體味精含水率在5~8%。分離質(zhì)量直接影響到干燥工序操作，如果晶體表面含母液高，干燥過程中易產(chǎn)生小晶核黏附在晶體表面上，出現(xiàn)并晶或晶體發(fā)毛，色澤偏黃等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量。分離質(zhì)量與離心機(jī)轉(zhuǎn)速快慢和直徑大小有關(guān)，轉(zhuǎn)速越大，分離因數(shù)越大，其分離效果也越好。為了保證分離出來的的晶體表面光潔度，在離心分離過程中當(dāng)母液離開晶體后，三足式、平板式分離機(jī)一般用適量熱水均勻噴淋晶體，而上懸式分離機(jī)一般采用汽洗，使晶體表面黏附液被噴洗出來。味精一次結(jié)晶得率一般為50%左右，即晶體成品量占總投入物料折純量的50%左右，意味著有50%左右的純谷氨酸單鈉存在于分離母液，待下一次結(jié)晶操作進(jìn)行提煉。因此，分離母液需收集，然后用去離子水稀釋至22°Bé左右，經(jīng)粉末活性炭脫色、上柱脫色除鐵等工序，再送至結(jié)晶工序進(jìn)行結(jié)晶提煉。原液經(jīng)過一次結(jié)晶、分離所得的母液稱為一次母液，一次母液再經(jīng)結(jié)晶、分離所得的母液稱為二次母液，依次類推，不斷循環(huán)，當(dāng)最后所得的母液由于色素等雜質(zhì)含量較多，從經(jīng)濟(jì)和產(chǎn)品質(zhì)量角度考慮，已不能用于結(jié)晶生產(chǎn)成品，此母液稱為末次母液。為了減少損失和提高精制收率，末次母液可以采用適當(dāng)方法處理而進(jìn)行不同程度的回收利用。2．味精的干燥干燥的目的是除去味精表面的水分，而不失去結(jié)晶水，外觀上保持原有晶型和晶面的光潔度。目前，味精工業(yè)主要采用振動(dòng)式沸騰干燥設(shè)備進(jìn)行干燥，其原理是利用振動(dòng)輸送機(jī)的槽體加一層多孔板，當(dāng)振動(dòng)時(shí)，濕味精晶體在多孔板上跳躍前進(jìn)，與此同時(shí)，熱風(fēng)從多孔板下方吹入，將濕味精晶體的水分蒸發(fā)掉，從而達(dá)到烘干的目的。影響味精干燥速度的因素有：①味精含水率，若含水率高，濕度大，干燥速度慢；②熱空氣溫度和濕度，熱空氣溫度高，其相對(duì)濕度低，吸濕力強(qiáng)，干燥速度快。但生產(chǎn)上溫度不宜過高，以免味精失去結(jié)晶水，一般不超過80℃；③熱空氣流量，熱空氣量的大小影響到物料與氣流的湍流程度，當(dāng)物料處于懸浮狀態(tài)，有利于傳熱和傳質(zhì)，加快干燥速度；④熱空氣流動(dòng)方向，盡量使物料運(yùn)動(dòng)方向與熱空氣流動(dòng)方向相反，以增大溫度差，提高汽化速度；⑤干燥停留時(shí)間，干燥停留時(shí)間愈短，晶體表面亮度就愈好，相反就越差，停留時(shí)間與振動(dòng)干燥機(jī)振動(dòng)面的長度、坡度、振動(dòng)頻率和振幅等有關(guān)。5/9/202430谷氨酸中和技術(shù)3．味精的篩選緊接著振動(dòng)式沸騰干燥設(shè)備，應(yīng)安裝