味精生產(chǎn)培訓課程(PPT 72頁).ppt

1、第六章 味精生產(chǎn),第一節(jié) 概述,一、定義 味精：L-谷氨酸單鈉的一水化合物，俗稱味精，它有強烈的肉類鮮味，將其添加在食品中可使食品風味增強，鮮味增加，是食品的鮮味調味品。,味精主要物理性質,1、旋光性 L-谷氨酸鈉為右旋，在20，2mol/L鹽酸介質中的比旋光度為+25.16。 2、溶解度 可溶于水和酒精溶液，在水中隨溫度升高而增大；在酒精中隨酒精濃度升高而降低。,主要化學性質,1、與酸作用生成谷氨酸 2、與堿反應生成谷氨酸二鈉 3、加熱脫水反應，生成焦谷氨酸鈉,味精安全性,味精代謝： 味精進入胃后，受胃酸作用生成谷氨酸。谷氨酸被人體吸收后，參與體內許多代謝反應，并與其他氨基酸一起共同構成人體

2、組織的蛋白質。人體中的谷氨酸能與血液中氨結合形成谷氨酰胺，從而解除組織代謝過程中所產(chǎn)生的氨的毒害作用。 過食可造成體內鈉駐留，血管變細，血壓升高。,味精安全性,據(jù)最近臺灣一項調查發(fā)現(xiàn)，約有30%的人由于攝取味精過量而出現(xiàn)了嗜睡、焦躁等現(xiàn)象。 味精的主要成分為谷氨酸鈉，在消化過程中能分解出谷氨酸，后者在腦組織中經(jīng)酶催化，可轉變成一種抑制性神經(jīng)傳遞物質。當味精攝入過多時，這種抑制性神經(jīng)傳遞物質就會使人體中各種神經(jīng)功能處于抑制狀態(tài)，從而出現(xiàn)眩暈、頭痛、嗜睡、肌肉痙攣等一系列癥狀。 建議每道菜味精添加量不應超過0.5毫克。,味精安全性使用,關于食用味精安全性問題，國際第14屆食品添加物專門委員會曾作過

3、如下結論： 味精作為食品添加物是極其安全的，除嬰兒外，普通人一日允許攝取量為120mg/kg體重。,第二節(jié) 原料及處理,谷氨酸發(fā)酵以糖蜜和淀粉為主要原料。 一 糖蜜 1 糖蜜：是制糖工廠的副產(chǎn)物，分為甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜兩大類，其中含較多的可發(fā)酵性糖，總糖含量：甘蔗糖蜜54.8%，甜菜糖蜜49.4%；總糖中主要是可發(fā)酵性糖。,目的： 降低生物素的含量。 方法： 活性炭吸附法：用量為糖蜜的30%40% 水解活性碳處理法：鹽酸+活性碳 樹脂處理法：,2 糖蜜的處理,(1)糖蜜中糖濃度高，必須進行稀釋，一般稀釋至1820%。 (2)糖蜜中雜質很多，如黑色素、灰分等，必須進行澄清、過濾。一般采用加酸靜置

4、，加酸調pH 3.03.8，并定時通風，除溶液中的SO2、NO2等有害性揮發(fā)成分。 (3)糖蜜中的含氮物質較少，應補充營養(yǎng)鹽，如硫酸氨，磷酸鈣等物質。 (4)調pH 7.07.5。 (5)滅菌：8090。,2 糖蜜的處理,二 淀粉質原料,薯類、玉米、小麥、大米等。 直鏈淀粉占17%27%，其余為支鏈淀粉。 淀粉的水解有多種方法：酸解、酶解，酸酶結合法等， 1、酸解法工藝：原料調漿 糖化 冷卻 中和脫色 過濾除雜糖液, 淀粉的酸解反應 淀粉的酸解 葡萄糖的復合反應 影響因素 葡萄糖的分解反應 5-羥甲基糠醛, 淀粉酸解法工藝要點 糖化條件的控制 淀粉乳濃度：10-110Be 酸種類與用量：鹽酸

5、干淀粉的0.6%， 糖化溫度和時間： 蒸汽直接加熱 133,25min, 138,15min 加酸方式:先加1/3,后2/3。 糖化終點判定 酒精法，酸解結束前，將少量酸解液滴入無水酒精中，若無白色沉淀出現(xiàn)，表示淀粉水解完全。,酸解液的中和 液堿 酸解液pH 1.5,調至4.5 酸解液的除雜 活性炭 干淀粉量0.2%, 60-70,30min 水解糖液的質量要求: 還原糖18%； 糖液清,呈淺黃綠色,550nm處透光率90%；無糊精；糖液新鮮,2、目前生產(chǎn)中多采用酶解法。 工藝流程 原料 粉碎 加水 液化 糖化 淀粉水解糖 該工藝優(yōu)點： 淀粉的液化條件、方法、控制 淀粉糖化 水解作用、酶來源、

6、糖化工藝,3、酸酶法 4、酶酸法,第三節(jié) 菌株及擴大培養(yǎng),一、常用的生產(chǎn)菌株 1、 谷氨酸生產(chǎn)菌的共同特征 細胞呈球形、棒形或短桿形； 革蘭氏染色呈陽性反應； 無鞭毛，不能運動； 是需氧性的微生物； 不形成芽孢； 以生物素作為生長因子； 具有一定的谷氨酸蓄積能力。,2、常用的生產(chǎn)菌株,谷氨酸棒桿菌、黃色短桿菌、乳糖發(fā)酵短桿菌、嗜氨小桿菌、硫殖短桿菌等。 北京棒桿菌AS1.299、北京棒桿菌7338、 北京棒桿菌D110、棒桿菌S-944、 鈍齒棒桿菌AS1.542、鈍齒棒桿菌HU7251 鈍齒棒桿菌9,二、 培養(yǎng)基的配制,1、斜面培養(yǎng)基 2 一級種子和二級種子培養(yǎng)基 一級種子培養(yǎng)基。 一級種子

7、培養(yǎng)基應該營養(yǎng)豐富，有利于菌體的生長繁殖。為了避免培養(yǎng)過程中因產(chǎn)生有機酸引起培養(yǎng)基pH下降而造成菌體老化，所以培養(yǎng)基的含糖量要低，一般在2.5左右。,二級種子培養(yǎng)基,通過一級種子擴大培養(yǎng)后，種量還不能滿足發(fā)酵用的需要，因此需要進一步擴大培養(yǎng)。 二級種子培養(yǎng)基的組成和原料來源應該與發(fā)酵培養(yǎng)基相一致，但配比上可有差異，這樣就保證二級種子接到發(fā)酵罐后能很快適應環(huán)境，縮短發(fā)酵周期。,3 發(fā)酵培養(yǎng)基,發(fā)酵培養(yǎng)基不僅提供菌體生長繁殖所需要的營養(yǎng)和能量，而且是形成谷氨酸的物質來源。因此，這就要求發(fā)酵培養(yǎng)基含有足夠的碳源和氮源，其量比種子培養(yǎng)基中的含量要高出很多。,三、 滅菌,1、無菌室的滅菌方法 2 、使用

8、高壓消毒鍋的滅菌條件 3 、空罐滅菌 4、實罐滅菌 5、 尿素的滅菌 6 、消泡劑的滅菌 7、 管路的滅菌 8 、空氣過濾器的滅菌,四、 空氣的凈化,1、空氣的凈化系統(tǒng) 2、過濾介質,五 、種子擴大培養(yǎng),工藝流程 保藏菌種斜面活化搖瓶種子培養(yǎng)種子罐發(fā)酵罐 一級種子標準 二級種子標準,五 、種子擴大培養(yǎng),1、一級種子培養(yǎng) 通常谷氨酸發(fā)酵的接種量為1。 在1000ml三角瓶中，裝入一級種子培養(yǎng)基180200ml， 搖床上，在3032振蕩培養(yǎng)1012h。,2、二級種子培養(yǎng) 二級種子是在種子罐里培養(yǎng)的， 培養(yǎng)二級種子時的接種量為0.2%0.5，溫度為3234，培養(yǎng)時間為68h。 注意事項： 種子培養(yǎng)基

9、的N源、生物素和P鹽適當高，但G 2.5%左右。 溫度不要波動太大；適當通風攪拌；注意種子培養(yǎng)時間。,第四節(jié) 谷氨酸發(fā)酵,一、 代謝途徑 （一）谷氨酸合成的方式 （1）氨基轉移作用,（2）還原氨基化作用,NH4+和供氫體還原性輔酶II（NADPH2）存在的條件下，a一酮戊二酸在谷氨酸脫氫酶的催化下形成谷氨酸 。,（3）其他生物合成方式,谷氨酸合成酶的催化下可產(chǎn)生下列反應：,（二）谷氨酸合成途徑,谷氨酸生物合成途徑主要有糖酵解途徑（EMP途徑）、磷酸己糖途徑（HMP途徑）、三羧酸循環(huán)（TCA）、乙醛酸循環(huán)、伍德-沃克反應（二氧化碳的固定反應）等。,1谷氨酸生物合成過程中的途徑,(1) 糖酵解途徑

10、 糖酵解分為兩個階段共10個反應，每個分子葡萄糖經(jīng)第一階段共5個反應，消耗2個分子ATP為耗能過程，第二階段5個反應生成4個分子ATP為釋能過程。,葡萄糖6-磷酸葡萄糖1,6-二磷酸果糖3-磷酸甘油醛1，3-二磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸,（2）磷酸己糖途徑,葡萄糖生成6-磷酸葡萄糖后，經(jīng)磷酸己糖途徑，可以生成核糖、乙酸輔酶A和4-磷酸赤蘚糖等芳香族氨基酸的前體物質，這些都是細菌構建細胞所必需的。 過程中有6-磷酸果糖、3-磷酸甘油醛和多量NADPH2生成，前兩者可以跟糖酵解途徑聯(lián)系起來，進一步生成丙酮酸；后者是a一酮戊二酸進行還原氨基化反應所必需的供氫體。,磷酸己糖途徑,（3）三羧酸循環(huán)

11、,丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸經(jīng)脫氨基后，可分別生成丙酮酸、草酸乙酸和a一酮戊二酸。,（4）二氧化碳固定反應,由于合成谷氨酸不斷消耗a-酮戊二酸，從而引起草酰乙酸缺乏。 為了保證三羧酸循環(huán)不被中斷和源源不斷供給a-酮戊二酸，在蘋果酸酶和丙酮酸羧化酶的催化下，分別生成蘋果酸和草酸乙酸，前者再在蘋果酸脫氫酶催化下，被氧化成草酸乙酸，從而使草酸乙酸得到了補充。,（5）乙醛酸循環(huán),谷氨酸生產(chǎn)菌的a-酮戊二酸脫氫酶活力很弱。因此，琥珀酸的生成量尚難滿足菌體生長的需要。通過乙醛酸循環(huán)異檸檬裂解酶的催化作用，使琥珀酸、延胡索酸和蘋果酸的量得到補足，這對維持三羧酸循環(huán)的正常運轉有重要意義。,（6）還原氨基化反應,

12、-酮戊二酸在谷氨酸脫氫酶的催化下，發(fā)生還原氨基化反應，生成谷氨酸。 異檸檬酸脫氧過程中產(chǎn)生的NADPH為還原氨基化反應提供了必需的供氧體。,（二）、谷氨酸生產(chǎn)菌的生化特征,（1）有催化固定二氧化碳的二羧酸合成酶蘋果酸酶和丙酮酸羧化酶的存在，使三羧酸循環(huán)的中間代謝物能得到補充。同時，丙酮酸脫羧酶活力不能過強，以免丙酮酸被大量耗用而使草酰乙酸的生成受到影響。 （2）a-酮戊二酸脫氫酶的活性很弱，這樣有利于a-酮戊二酸的蓄積。 （3）異檸檬酸脫氫酶活力強，而異檸檬酸裂解酶活力不能太強，這就有利于谷氨酸前體物a-酮戊二酸的生成，滿足合成谷氨酸的需要。,（二）、谷氨酸生產(chǎn)菌的生化特征,（4）谷氨酸脫氫酶

13、活力高，有利于谷氨酸的生成。 （5）谷氨酸生產(chǎn)菌經(jīng)呼吸鏈氧化NADPH2的能力要求弱。 谷氨酸脫氫酶催化a-酮戊二酸還原氨基化反應時，需要有NADH2作為供氫體。如果NADPH2過多地經(jīng)呼吸鏈氧化，使所帶的氫跟氧結合生成水，那么由于氫的不足，將影響谷氨酸的生成。 （6）菌體本身進一步分解轉化和利用谷氨酸的能力要低下，有利于谷氨酸的蓄積。,二、谷氨酸發(fā)酵的控制,1、溫度的控制。 國內常用菌株的最適生長溫度為3034， 產(chǎn)生谷氨酸的最適溫度為3436。 012h的發(fā)酵前期，主要是長菌階段； 發(fā)酵12h后，菌體進入平衡期，增殖速度變得緩慢； 溫度提高到3436，谷氨酸的生成量就增加。,2 pH的控制

14、,前期 一般發(fā)酵前期pH控制在7.5-8.5左右，發(fā)酵中、后期pH控制在7.07.2，調低pH的目的在于提高與谷氨酸合成有關的酶的活力。 尿素被谷氨酸生產(chǎn)菌細胞的脲酶所分解放出氨，因而發(fā)酵液的pH會上升。 發(fā)酵過程中，由于菌體不斷利用氨，以及有機酸和谷氨酸等代謝產(chǎn)物進入發(fā)酵液，使N源不足和發(fā)酵液pH下降，需再次流加尿素 。,3 溶解氧的控制,在實際生產(chǎn)中，攪拌轉速固定不變，通常用調節(jié)通風量來改變供氧水平。 通風比（ m3 /m3 .min ）：每分鐘向1m3的發(fā)酵液中通入0.1cm3無菌空氣，用1:0.1表示。,4 種齡和種量的控制,所謂種齡，是指在正常培養(yǎng)條件下，種子培養(yǎng)的時間。 種齡長短關

15、系到種子活力的強弱，影響下一次增殖的適應期長短。 接種量多少，將明顯影響種子生長期的長短。,5 OD值的控制,OD值是細菌個數(shù)、菌體大小和發(fā)酵液色澤深淺的綜合反應。 以B9和T6-13菌株為例，當初糖為12.514%時，長菌期的OD凈增值在0.70.9。 當細胞進入平衡期后，OD值已達到最大值，此時細胞數(shù)不再增加，但因為細胞個體還會繼續(xù)伸長增大，所以OD值會略有上升。,5 OD值的控制,生物素是谷氨酸生產(chǎn)菌不可缺少的生長因子。當培養(yǎng)基的生物素將被耗盡時，細菌就停止增殖。 提高生物素的含量，OD值會上升，但一方面細胞的膜通透性會變差，影響谷氨酸從胞內往胞外滲出；另一方面，在高生物素環(huán)境下，菌體只

16、進行增殖并不生成谷氨酸。 因此，控制OD值的增長，是保證菌體在胞外大量蓄積谷氨酸的重要手段。,6 泡沫的控制,生產(chǎn)上為了控制泡沫，除了在發(fā)酵罐內安裝機械消泡器外，還在發(fā)酵時加入消泡劑。 目前谷氨酸發(fā)酵常用的消泡劑有： 花生油、豆油、玉米油、棉子油、泡敵和硅酮等。 天然油脂類的消泡劑的用量較大，一般為發(fā)酵液的0.1%0.2%(體積分數(shù))， 泡敵的用量為0.02%0.03%(體積分數(shù))。,三、 發(fā)酵異?，F(xiàn)象及處理,1 發(fā)酵過程的檢查 OD值的測定 細胞形態(tài)的觀察 還原糖的測定 pH的測定 溫度的測定 通風量的測定 殘脲的測定 谷氨酸的測定,2 異常現(xiàn)象及處理,污染雜菌和感染噬菌體引起的發(fā)酵異常 a

17、.污染雜菌 污染雜菌后，OD值增長快，糖耗也快，且發(fā)酵液泡沫增多，但谷氨酸生成量少。 處理： 如果發(fā)酵前期發(fā)現(xiàn)雜菌污染，可將培養(yǎng)基重新滅菌，并酌加培養(yǎng)基成分，重新接種后再發(fā)酵。 如果發(fā)酵中期發(fā)現(xiàn)染菌，而pH、OD值和糖耗等尚屬正常，此時可加大風量，按常規(guī)繼續(xù)發(fā)酵。 如果發(fā)酵后期染菌，一般對發(fā)酵影響不大。,b.感染噬菌體 感染噬菌體后，OD值不上升甚至下跌，因此發(fā)酵液pH上升且變得粘稠，泡沫也增多。發(fā)酵液中很少有谷氨酸蓄積。 處理： 如果發(fā)酵前期發(fā)現(xiàn)感染噬菌體，可將培養(yǎng)基重新滅菌，或采用并罐法。 如果發(fā)酵中期發(fā)現(xiàn)感染噬菌體，將培養(yǎng)基在70加熱10min殺死噬菌體，補料補種，重新發(fā)酵。 如果發(fā)酵后

18、期染菌，一般對發(fā)酵影響不大。,種子質量差引起的發(fā)酵異常,將種齡過長或活力弱的種子接入發(fā)酵罐后，在發(fā)酵中、后期，糖耗就變得緩慢，pH不下降、波動不活躍，谷氨酸生成量少。 處理： 停止攪拌或減小通風量，追加生物素、磷鹽和鎂鹽。,培養(yǎng)基配比差錯引起的發(fā)酵異常 a.生物素 生物素是谷氨酸生產(chǎn)菌不可缺少的生長因子。 生物素不足，長菌慢，糖耗慢，菌體生長不足。 生物素過量，葡萄糖的消耗被用于菌體增殖。,生物素,b.磷鹽。磷在微生物細胞中含量較高，它是合成核酸、核蛋白、磷脂、各種核苷酸和輔酶的重要元素。 如果培養(yǎng)基中不加或少加磷酸鹽，則菌體生長緩慢，糖耗慢，最終菌體生長不足。 如磷鹽過多，糖的降解都通過EM

19、P和TCA，菌體增殖快。,發(fā)酵條件控制不當引起的發(fā)酵異常,通風量、 發(fā)酵前期通風量不足，影響不大；中后期供氧不足，則谷氨酸生成少。 溫度、 發(fā)酵前期、中期溫度過高，細胞易衰老；溫度過低，發(fā)酵周期長。 pH,谷氨酸棒狀桿菌能夠利用葡萄糖，經(jīng)過復雜的代謝過程形成谷氨酸； 但當終產(chǎn)物谷氨酸的合成過量時，就會抑制谷氨酸脫氫酶的活性，從而導致合成途徑中斷，當谷氨酸濃度下降時，抑制作用就會被解除，該合成反應又重新啟動。,第五節(jié) 谷氨酸的分離純化,谷氨酸發(fā)酵液、提取液和水解液中，還含有許多雜質: 諸如丙氨酸、天門冬氨酸等其他氨基酸；乳酸、酮酸等有機酸； 各種糖類；各種無機離子； 微生物菌體等。 需要通過一系

20、列分離純化技術，將雜質分離，才能得到所需的純化谷氨酸。,谷氨酸分離純化的方法主要有離心分離、沉淀分離、過濾與膜分離、層析分離等。 一 、離心分離 離心分離是借助離心機高速旋轉所產(chǎn)生的離心力，使不同大小和不同密度的物質分離的技術。 常速離心機 轉速8000r/min，相對離心力 10kg 高速 1-2.5 x 104 r/min，相對離心力10- 100kg 超速 2.5 8 x 104 r/min，相對離心力8 x 108kg,二 、沉淀分離,沉淀分離是通過改變某些條件，使混合液中某種溶質的溶解度降低，從溶液中沉淀析出，而與其他溶質分離的技術。沉淀分離是谷氨酸分離純化過程中經(jīng)常使用的技術。 1

21、、等電點沉淀法 等電點沉淀法是利用兩性電解質在等電點時溶解度最低，以及不同的兩性電解質具有不同的等電點這一特性，通過改變溶液的pH，而對兩性電解質進行分離的技術。 谷氨酸是兩性物質，在等電點的條件下，谷氨酸的溶解度最小，谷氨酸的等電點為pH 3.22。它除與溶液的pH有關，溫度越低，溶解度越小，很多生產(chǎn)廠采用低溫等電點法。,二 、沉淀分離,2、復合沉淀法 溶液中加入某些大分子物質，使之與微生物菌體、蛋白質等形成復合物而沉淀。 3、加熱沉淀法 經(jīng)加熱使混合液中微生物菌體和蛋白質變性而沉淀。谷氨酸發(fā)酵液加熱到80-85，使菌體蛋白除去。,三 、谷氨酸的離子交換層析,1、原理： 它是利用離子交換劑上

22、的可解離的基團對各種離子的親和力的不同，而使不同物質分離的技術。 由于谷氨酸是一種兩性電解質，可以用陽離子交換樹脂也可用陰離子交換樹脂進行分離純化。 在溶液的pH小于3.22時，谷氨酸分子帶正電荷，可以用陽離子交換樹脂進行層析分離。由于在此條件下，陽離子交換樹脂對谷氨酸的吸附力較弱，所以應采用強酸性陽離子交換樹脂，若采用弱酸性陽離子交換樹脂，則吸附性較差，容易脫落；,三 、谷氨酸的離子交換層析,在溶液的pH大于3.22時，谷氨酸分子帶負電荷，則要用陰離子交換樹脂進行層析分離，在此條件下，陰離子交換樹脂對谷氨酸的吸附力較強，宜采用弱堿性陰離子交換樹脂，若采用強堿性陰離子交換樹脂，則吸附牢固而難以

23、洗脫。,四、過濾與膜分離,1、粗濾 常壓、加壓、減壓過濾 2、膜分離技術 加壓膜分離 靜壓膜分離 微濾、超濾、反滲透 電場膜分離 擴散膜分離,第六節(jié) 谷氨酸鈉的生產(chǎn),谷氨酸鈉，又稱麩酸鈉，谷氨酸一鈉，學名為一氨基戊二酸一鈉 谷氨酸鈉的生產(chǎn)是在前述獲得的純化的谷氨酸的基礎上，再經(jīng)中和、脫色、濃縮、結晶、分離等步驟制造而成。 純化谷氨酸中和脫色濃縮結晶分離,味精發(fā)酵生產(chǎn)工藝流程,一 、谷氨酸的中和,谷氨酸的中和是指谷氨酸與堿或堿性鹽反應生成谷氨酸鈉的過程。 中和作用所使用的堿是氫氧化鈉，使用的堿性鹽為碳酸氫鈉或碳酸鈉。 在谷氨酸鈉的生產(chǎn)過程中，控制中和液的pH在6.46.7的范圍，就可使谷氨酸大部分生成谷氨酸鈉。pH過低，則中和不完全；pH過高，則生成較多谷氨酸二鈉，都會使谷氨酸鈉生成率降低。 溫度一般控制在60左右。,二 、除鐵,在谷氨酸加堿中和后，中和液還需要進行除鐵過程，即通過一些處理，以除去存在于中和液中過量的鐵離子。 由于鐵離子容易氧化變成黃色，對谷氨酸鈉的質量有所影響。所以谷氨酸鈉產(chǎn)品必須控制鐵離子的含量，一般要求低于5mgkg。 (1)硫化鈉除鐵 硫化鈉除鐵是在谷氨酸中和液中加入一定量10%左右濃度硫化鈉溶液，生成硫化亞鐵沉淀。 Fe2+ + Na2S FeS +