谷氨酸作业

味精（L-谷氨酸钠）的生产（生物法）精化1122 张杨杨1、认识味精（1）、味精的分子结构；H2O·NaOOC CH2 CH2 CH COOHNH2(α-氨基戊二酸钠) （2）、味精的性质；物理性质：纯晶的分子量为147.13，含氮9.52％，密度 1.538g/ml，熔点＞200℃为无色斜方晶系(八面柱状)，在73°酒精中25℃的溶解度为0.037g ，在无水酒精中25℃的溶解度为0.003g，不溶于乙醚、丙酮等，极易溶于水。

化学性质：•①两性性质和等电点：谷氨酸含有一个碱性基团（氨基）和两个酸性基团（羧基），它可以和酸生成盐，也可以和碱生成盐，是一个两性物质。

（例如，在碱性溶液中，氨基被抑制，谷氨酸的酸性基团（羧基）便于碱结合成盐并成负离子解离出来；若在酸性溶液中，羧基被抑制，氨基与酸结合成盐并成负离子解离出来。

）②水合茚三酮反应：α-氨基酸的水溶液遇水合茚三酮，生成紫蓝色产物。

（这种颜色反应常被用于α-氨基酸的比色测定和色层分析的显色。

）•③与金属盐反应：谷氨酸与金属盐在一定pH下反应生成难溶于水的复盐。

（这种性质也被用于提取发酵液中谷氨酸。

）•④热稳定性：在水溶液中长时间加热（120℃，3小时），会引起完全失水生成焦谷氨酸或焦谷氨酸钠。

•(3)、味精的功能及应用；•味精具有强烈的肉类鲜味，特别是在微酸性溶液中味道更鲜。

普通蔗糖用水冲淡至200倍则不觉甜味，食盐用水冲淡至400倍则不觉咸味，而味精虽用水稀释至3000倍，仍能感觉到鲜味。

味精一般使用浓度仅2-5‰，所以它是广泛用于食品菜肴的调味品。

•味精进入胃后，受胃酸作用反应生成谷氨酸，很快被消化吸收构成人体组织中的蛋白质并参与体内许多其他代谢过程，因而有较高的营养价值。

•在人体内的谷氨酸与血氨结合形成谷氨酰胺，解除组织代谢过程中所产生的氨的毒害作用，从而能预防和治疗肝昏迷，保护肝脏，故谷氨酸可作为治疗肝脏病的辅助药物。

谷氨酸并参与脑蛋白质代谢和糖代谢，能促进中枢神经系统的正常活动，对于治疗脑震荡或脑神经损伤亦有一定疗效。

谷氨酸与其他药物合用，可治疗癫痫发作及精神运动性发作。

长期服用谷氨酸，可提高神经有缺陷儿童的智力。

•其亦可用于制造聚谷氨酸（PLG）产生高级人造革，用焦谷氨酸钠制高级润滑剂等。

（用于日用品工业）（4）、（我国）味精的质量标准。

2 、追根溯源(1) 味精的诞生与发展过程；谷氨酸广泛存在于蛋白质，在谷物、大豆等的粮油种子的蛋白质中含量达20-40%之多，特别是小麦的蛋白质中含量高达46%。

1866年德国的李浩生（Ritthauson）利用硫酸水解小麦面筋，最先分离出谷氨酸。

1890年乌尔夫（wolff）利用4-酮戊酸（CH3COCH2CH2COOH）溴化合成消旋谷氨酸。

1908年，日本池田菊苗等从海带汁液中提取出谷氨酸，并开始生产味精作为商品销售。

1910年，日本味之素公司用水解法生产谷氨酸。

1936年，美国用甜菜废糖蜜提取谷氨酸，这是因为甜菜废糖蜜中含有不少数量的谷酰胺的缘故，此法称为司蒂芬法。

用微生物发酵制造谷氨酸始于40年代中期。

1946年美国用发酵法能够积累α-酮戊二酸，并发表用酶法或化学法将此酮酸转换为L-谷氨酸的研究报告。

50年代中期以前，日本等国味精生产还是用水解法或者是以α-酮戊二酸发酵为主体的二步发酵法。

1956-1957日本协和发酵研究所的木下、鹈高等发表用谷氨酸棒状杆菌，东京大学应用微生物研究所的朝井、相田、大石等用易变小球菌由葡萄糖直接发酵生产谷氨酸的特许公报，前者对糖的谷氨酸收率可达30%，并由协和公司开始工业规模的生产。

1959年美国也开始采用直接发酵法生产谷氨酸。

同年我国台湾省的陈秩宗、杜聪明、陈论宗等人也分离到谷氨酸棒杆菌并且L-谷氨酸的产率也相当高。

直接发酵法生产谷氨酸的成功是现代发酵工业的重大创举，它大大推动了氨基酸发酵的研究和其他新型发酵的进展。

除用葡萄糖直接发酵生产谷氨酸外，1962年，有人用有机合成法生产谷氨酸，但产量较小，1973年停止生产。

（1963年以后，不少人发表了以石油烃为原料发酵生产谷氨酸；1966年日本协和公司采用石油工业副产品醋酸发酵生产谷氨酸。

）1977年开始了用糖蜜发酵生产谷氨酸。

目前，世界味精总产量超过40万吨/年，其中日本占1/4以上。

我国味精生产于1923年，上海天厨味精厂用面筋水解法生产。

1932年沈阳味精厂用豆粕水解法生产味精。

用发酵法生产谷氨酸，我国是开始于1958年进行菌种筛选和发酵工艺的研究，至1964年，上海天厨味精厂首先用黄色杆菌617为生产菌株，发酵生产谷氨酸试验成功，随后投入工业化生产。

1965年以后，随着一株株谷氨酸生产菌在我国筛选出来，发酵法生产谷氨酸的味精厂像雨后春笋般地先后在沈阳、天津、杭州、广州、武汉等地投入生产，形成了我国发酵工业的一个重要系统。

此后，落后的水解法味精生产便被淘汰。

目前，我国味精生产的主要原料是淀粉水解糖，东北和西北地区少数厂家用甜菜糖蜜，南方有用甘蔗糖蜜为原料的。

原料资源较为丰富。

(2) 味精各种生产方法比较；(3) 味精现在常用的生产方法。

目前主要的生产方法为发酵法。

3 、生产技术——生化法(发酵法)生产味精的技术(1) 原料及要求:淀粉、糊精（糖质原料），将其先水解成葡萄糖，又称水解糖。

制取水解糖的方法有酸水解和酶水解法。

糖蜜中因含有丰富的生物素，必须先将它处理掉才行，或在发酵液中加入Tween60或青霉素。

(2) 生产原理:诸如味之素等味精制造商，使用经过挑选的谷氨酸微球菌菌株，在培养基中生产谷氨酸。

这些细菌通过其所能分泌谷氨酸的能力进行筛选。

之后谷氨酸从液体培养基中被分离出来，提纯，制成其钠盐，谷氨酸钠。

图1 味精生产总工艺流程图(4) 工艺流程说明及主要工艺参数：＆、玉米为原料生产味精工艺概述及工艺流程图玉米为原料生产味精全过程可划分为四个工艺阶段:①原料的预处理及淀粉水解糖的制备；②菌种的活化及种子液的制备；③发酵；④谷氨酸制取味精及味精成品加工。

①、原料预处理及淀粉水解糖制备ａ、原料的预处理此工艺操作的目的在于初步破坏原料结构，以便提高原料的利用率，同时去除固体杂质，防止机器磨损。

用于除杂的设备为筛选机，常用的是振动筛和转筒筛，其中振动筛结构较为简单，使用方便。

用于原料粉碎的设备除盘磨机外，还有锤式粉碎机和辊式粉碎机。

盘磨机广泛用于磨碎大米、玉米、豆类等物料，而锤式粉碎机应用于薯干等脆性原料的中碎和细碎作用，辊式粉碎机主要用于粒状物料的中碎和细碎。

ｂ、淀粉水解糖制备在工业生产上将玉米淀粉水解为葡萄糖的过程称为淀粉的糖化，所制得的糖液称为淀粉水解糖。

由于谷氨酸生产菌不能直接利用淀粉或糊精作碳源，因而必须将淀粉水解为葡萄糖，才能供发酵使用。

目前，国内许多味精厂采用双酶法制糖工艺。

首先，淀粉先要经过液化阶段，然后在与β-淀粉酶作用进入糖化阶段。

首先利用α-淀粉酶将淀粉浆液化,降低淀粉粘度并将其水解成糊精和低聚糖,应为淀粉中蛋白质的含量低于原来的大米,所以经过液化的混合液可直接加入糖化酶进入糖化阶段,而不用像以大米为原材料那样液化后需经过板筐压滤机滤去大量蛋白质沉淀。

液化过程中除了加淀粉酶还要加氯化钙,整个液化时间约30min。

一定温度下液化后的糊精及低聚糖在糖化罐内进一步水解为葡萄糖。

淀粉浆液化后,通过冷却器降温至60℃进入糖化罐,加入糖化酶进行糖化。

糖化温度控制在60℃左右,pH值4.5,糖化时间18-32h。

糖化结束后,将糖化罐加热至80～85℃,灭酶30min。

过滤得葡萄糖液,经过压滤机后进行油水分离(一冷分离,二冷分离),再经过滤后连续消毒后进入发酵罐。

②、菌种的活化及种子液的制备从试管斜面出发，经活化培养，摇瓶培养，扩大至一级乃至二级种子罐培养，最终向发酵罐提供足够数量的健壮的生产种子。

ａ、菌种选择玉米为原料发酵生产味精常用菌株有：谷氨酸棒杆菌、黄色短杆菌、乳糖发酵短杆菌、嗜氨小杆菌、硫殖短杆菌等。

国产菌株有：北京棒杆菌AS1.299、北京棒杆菌7338、北京棒杆菌D110、棒杆菌S-944、钝齿棒杆菌AS1.542、钝齿棒杆菌HU7251、。

本工艺选用谷氨酸棒状杆菌ｂ、菌种的活化把保藏在斜面上的菌体移接到活化斜面（培养基中添加0.1%葡萄糖）上，在30-32℃下恒温培养18-24h，取出后存放于4℃冰箱内，随时取用。

ｃ、一级种子培养为了获得大量健壮的细胞，一级种子培养基应该营养丰富，有利于菌体的生长繁殖。

为了避免培养过程中因产生有机酸引起培养基ph下降而造成菌体老化，所以培养基的含糖量要低，一般在2.5%左右。

ｄ、二级种子培养通过一级种子扩大培养后，种量仍不能满足发酵用的需要，因此需要进一步扩大培养，二级培养基方面组成应与发酵培养基原料组成一致，只是配比上可有差异，这样就保证了二级种子接到发酵罐后能很快适应环境。

经过二级种子培养之后，一般来说，种量能够满足需求，但是有些要求高种量还可以采用三级种子培养。

③、发酵过程与控制种子扩大培养为保证谷氨酸发酵过程所需的大量种子，发酵车间内设臵有种子站，完成生产菌种的扩大培养任务。

从试管斜面出发，经活化培养，摇瓶培养，扩谷氨酸发酵开始前，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。

但由于糖液粘度较大，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。

发酵设备，国内味精厂大多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。

由于谷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，送至发酵罐使用。

在北方地区由于空气湿度小、温度低，还可采用空气压缩、冷却过滤流程，省去一级冷却设备。

ａ、发酵培养基发酵培养基不仅提供菌体生长繁殖所需要的营养和能量，而且是形成谷氨酸的物质来源，因此，要求发酵培养基含有足够的碳源和氮源，其量比种子培养基中含量要高出很多，发酵培养基的组成和配比，因菌种，设备，工艺条件和原料来源不同而异。

通常可以采用以下配比（百分比）进行发酵，菌种采用B9，T6-13菌株，水解糖 12-14，氯化钾（KCL）0.05,尿素0.5-0.8，MgSO40.06,玉米0.6ml,pH7.0,Na2HPO4 0.17。

ｂ、谷氨酸发酵参数与控制过滤的滤液冷却到32℃，进入发酵罐发酵，用冷却水调温，每隔12小时升温1～2℃，当发酵时间接近34h时，温度升至37℃。