湖北工业大学氨基酸工艺处理学谷氨酸制味精

1 蒸发方法 （1）常压蒸发 溶液在一个大气压下，加热使溶液
汽化而达到浓 缩。溶液的沸点是随着溶质的摩尔 浓度增大而升 高。如谷氨酸钠水溶液，沸点就高于100℃的纯水 (一般高6～8℃)。溶液的沸点高，蒸发的速率就 慢，加热的时间长。谷氨酸钠水溶液中长时间受 热，会引起失水而生成焦谷氨酸钠，一般都不采用 常压蒸发。
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第一节 味精的性质
一 理化性质 1．味精的 主要物理性质
L-谷氨酸一钠带有一个分子的结晶水。 味 精的学名叫a-氨基戊二酸一钠简称MSG。
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口 分子量：187.13 口 结晶系：晶体的形状
属斜方晶系，在显微 镜下观察，其晶形为 棱柱状的八面体（图 7-1）。
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口 溶解度：谷氨酸一钠易溶于水，不溶于 纯酒精、乙醚及丙酮等有机溶剂。
口 锌离子：则主要是提取工艺采用锌盐法而带入 谷氨酸中，一般含锌离子1500ppm左右，若谷 氨酸不经水洗，合锌离子可高达3000ppm以 上。因此，在味精精制过程小必须加以除去。
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2. 中和液中铁的存在形式
口 中和液中的铁离子多数以二价离子存在，三 价离子较少。
口 原因是二价铁离子在酸性溶液中较稳定，在 碱性溶液中会转变为三价离子。
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二 、中和液除铁、除锌
口 味精中含铁、锌离子过量，不符食品规定标准。 口 合铁量高时，会使味精呈黄色，影响成品色泽。 口 因此味精产品必须控制铁、锌离子含量，99%
的味精合铁在5ppm以下，80％的味精含铁在 10ppm以下，合锌在5ppm以下。
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1.中和液中铁、锌离子的来源
口 铁离子：由于生产原材料不纯而夹带铁离子， 特别是设备的腐蚀而游离出较多的铁离子。
口 树脂除铁的基本原理 中和液中的铁与谷氨酸 螯合，形成络合物形式 存在。利用带有酚氧 基团的树脂(表面具有较 强的配位基团）使络 合铁与树脂螯合成新的更 稳定的络合物，以 达到除铁的目的。
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树脂除铁操作过程
口 树脂预热:以热水预热至40－50℃，避免谷 氨酸钠析出;
口 交换:进料流量为树脂体积的1一2倍，一般 为顺流交换;
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硫化钠除铁的特点：
口 操作环境差，空气中有H2S臭味，浓度高时可导致 中毒;
口 间歇操作; 口 除铁效果较树脂差，脱色液中铁的残留量一般为1-
2mg/L; 口 操作费用低； 口 产品中Na2S残留时有异味，对质量有一定影响。
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2 树脂除铁
口 谷氨酸中和液除铁的树脂有通用1号、122弱酸 性阳离子树脂。以通用1号树脂除铁效果好。
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口 中和液中的铁离子与谷氨酸离子形成络合 物，即以如下形式存在：
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其它离子在Glu存在形式：
口 资料表明，除铁离子能与谷氨酸形成络合物以 外，还有锌、锰等二价离子也能与谷氨酸形成 络合物。这些络合物的稳定常数见表7－12。
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3.除铁的方法
口 目前国内除铁、锌离子的方法主要用 硫化钠和树脂法两种。
• ① 与酸作用生成谷氨酸或谷氨酸盐酸盐; • ② 与碱作用生成谷氨酸二钠，加酸后又生成谷氨
酸一钠; • ③ 热稳定性：在120℃下失去结晶水；在155℃下
分子内脱水；225℃以上分解。若其水溶液长时 间受热，会引起失去，生成焦谷氨酸一钠。
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三、味精的生理作用和安全性
口 味精是一种强碱弱酸盐，它在水溶液中可以 完全电离变成谷氨酸离子和钠离子。
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(4)脱水环化反应生成的焦谷氨酸或焦谷氨酸钠在2M HCl或4%碱溶液中，100℃加热1～2h，可以水解 重新生成谷氨酸或谷氨酸一钠。工业生产上就是 利用这一特性，将末道母液经酸水解，使焦谷氨 酸转变为谷氨酸钠，减少杂质，有利于结晶，提 高收率。
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溶解度：水中的溶解度
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酒精中的溶解度：
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口 相对密度：1.65。 口 熔点：195℃，在120℃以上逐渐失去结晶水 口 水溶液的pH:3%谷氨酸钠水溶液中的pH为7.0 口 纯净的谷氨酸一钠晶体几乎没有潮解性。
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二 、化学性质
谷氨酸一钠具有一个羧基(-COOH)，一个羧酸 钠(-COONa)，一个氨基(-NH2)，所以呈中性。
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（2）减压蒸发 目前味精生产的浓缩过程普遍采用减压
蒸发。减压蒸发即减小大气压力，移开被蒸 发液体的蒸汽压，使液体的沸点相应降低。 真空度越高，沸点下降得越多，浓缩锅内液 温越低，蒸发速率越快，谷氨酸钠破坏少。 这样既可缩短浓缩时间，又可避免谷氨酸钠 的脱水环化生成破坏。
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2. 产生焦谷氨酸的原因
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口 流出液收集: 当品尝流出液有鲜味至12Be左右 时
，进入低浓度溶液贮罐，作为谷氨酸中和及调节 母液浓度之用，当流出液浓度高于12Be时，并检查 无铁时，收集，颗粒炭脱色。当检查出现铁时，停 止进料，改进凝结水，收集低浓度溶液，至流出液 为0Be，侍再生;
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口 再生:正、反水洗→酸洗→正水洗(pH5-6） 碱洗→正、反水洗(pH8-9）→备 用 ;
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1. 生理作用
口 （1）合成人体代谢所需要的其它氨基酸
谷氨酸虽非人体必需的氨基酸，但它在生物 体蛋白质代谢中是一种很活跃的物质。谷氨 酸通过转氨反应把氨基转移到酮酸上合成人 体代谢所需要的其他氨基酸。
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口 (2)作为脑组织的能源和改善脑机能
脑组只能氧化谷氨酸，而不能氧化其它氨基酸。 谷氨酸能与蛋白质的分解代谢中所产生的氨相结 合，生成谷氨酰胺。它能通过血脑屏障，因此谷 氨酸对改进和维持脑机能是必要的。
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口 （2）中和液的浓度 选择21--23Be 口 （3）中和温度 60－70℃ 谷氨酸一钠的溶解度
较大，但谷氨酸在常温下溶解度很 低。为保证工艺要求 浓度，一般 加热条件下进行中和。
口 （4）中和液pH 一般在6.0-66
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口 （5）中和操作方式：
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口 3.中和工艺条件
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（4）粉末活性炭脱色工艺条件
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第五节 中和液的浓缩和结晶
口 结晶过程具有成本低、设备简单、操作方便， 广 泛应用于氨基酸、有机酸、抗生素、维生素 、核 酸等产品的精制。
口 饱和溶液：当溶液中溶质浓度等于该溶质在同 等 条件下的饱和溶解度时，该溶液称为饱和溶 液；
口 过饱和溶液：溶质浓度超过饱和溶解度时，该 溶 液称之为过饱和溶液；
• 溶质只有在过饱和溶液中才能析出；
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谷氨酸钠在水中的溶解度很大，要想从溶液中析 出结晶，必须除去大量的水分，使溶液达到饱和 状态，过量的溶质才会以固体状态结晶出来。晶 体的产生是先形成极细小的晶核，然后这些晶核 再成长为一定大小形状的晶体。因此，从溶液到 晶体生成包括三个过程： ①形成过饱和溶液； ②晶核形成； ③晶体成长。
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活性炭脱色 （1）活性炭脱色原理:
物理吸附：吸附过程由吸附剂表面与被吸附物质分子之 间的范德华引力引起。这种吸附作用的选择性很差，甚 至没有选择性。 化学吸附（主要）：吸附剂表面存在着不饱和的价键可 以与被吸附分子的极性基团形成某些副价键，例如氢键 等，从而产生吸附作用。化学吸附作用有一定的选择 性，而且适当升高温度可以加快吸附速度，吸附过程中 发生能量的变化，解吸较困难。
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在1987年3月在荷兰海牙召开的联合国粮农组 织和世界卫生组织食品添加剂专家联合委员会 第 19次会议，宣布取消对味精的食用限量，再次 确 认味精是一种安全可靠的食品添加剂。这次权 威 机构的会议结束了多年来对味精安全性的争论。
味精的使用量？
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第二节 谷氨酸制味精的工艺流程
谷氨酸 →中和 →脱色 →浓缩 结晶→ 干燥→ 过筛→ 包装→ 成品
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除铁液检查方法
测定除铁是否彻底可用以下两种方法鉴定: 口 取加过Na2S的中和液，滴入二滴Na2S溶
液，若无黑色沉淀产生，说明铁已除尽。 口 取加过Na2S的中和液，滴加5％的FeSO4
溶液，若出现黑色沉淀，说明除铁彻底。
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第四节 谷氨酸中和液的脱色
一、色素的来源： 二、脱色的方法 口 1．活性炭脱色 口 2. 树脂脱色法
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第三节 谷氨酸的中和、除铁(锌)
一.谷氨酸的中和
2C5H9NO4+Na2CO3→2C5H8NO4Na+CO2↑ +H2O 100kg谷氨酸需要36.1kg Na2CO3 C5H9NO4+NaOH→C5H8NO4Na+H2O 100kg谷氨酸需要40kg NaOH
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2 中和工艺技术条件
口 （1）中和剂的选择和用量 生产上要求使用 含盐分少的碳酸钠或固体氢氧化钠进行中和 而不用工业液碱。生产中， 通常采用纯碱。
第八章 谷氨酸制味精
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Hale Waihona Puke 口 从发酵液中提取得到谷氨酸，仅是味精生产中的半 成品。谷氨酸与适量的碱进行中和反应，生成谷氨 酸一钠，其溶液经过脱色、除铁、除去部分杂质， 最后通过减压浓缩、结晶及分离得到较纯的谷氨酸 一钠的晶体，不仅酸味消失，而且有很强的鲜味。
口 谷氨酸一钠的商品名称就是味精或味素。如果谷氨 酸与过量的碱作用，生成的是谷氨酸二钠不具有味 精的鲜味。
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(1)硫化钠除铁、锌原理
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口 由于谷氨酸半成品中的铁离子以络合形式存 在，所以在中和除铁过程中所用的硫化碱量 要超过测定所得的游离态亚铁离子量近10余 倍才能除尽。
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硫化钠除铁的工艺控制
待中和液温度降至50℃以下，复测中和液pH在 6.4左右，加入15～18波美度（硫化钠含量为10～ 12%）的硫化钠，除尽铁离子。 加入硫化钠后，
口 谷氨酸是氨基酸的一种，氨基酸是构成蛋白 质的基本单位，是人体和动物的重要营养物 质。谷氨酸一钠被人体吸收以后，同样也是 电离成谷氨酸离子和钠离子而分别参与人体 的代谢。
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谷氨酸盐广泛存在于蛋白类食品中
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味精除提供鲜味外，还具有特殊的生理作用
口 味精被食用后，经胃酸作用转化为谷氮酸， 被消化吸收构成蛋白质，并参与体内其它代 谢过程。
（1）谷氨酸一钠溶液加热脱水环化生成焦谷氨酸钠
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口 （2）谷氨酸一钠溶液加热时脱水环化的情 况
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口 （3） 谷氨酸一钠的脱水环化反应与谷氨酸
的脱水环化是相同的。脱水环化反应的速率不 仅与加热温度和时间有关，而且与溶液的pH 也有很大的关系。在pH4 或 10的溶液中， 100℃加热50h，98%以上的谷氨酸一钠发生 脱水环化。在pH3时，120℃加热3h，可以全 部脱水环化。
搅拌片刻，让其自然沉淀8h以上。将上清液用 真空抽入脱色桶脱色桶，进行下 道工序脱色。
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注意事项:
• 硫化钠质量要求 硫化钠含硫化钠在63%以上， 不溶物少于1%，水溶解后颜色为微黄色澄清。
• 加硫化钠要适量 硫化钠用量不宜太多或太 少 ，否则将出现不沉淀。一般要稍过量即可。
• 加硫化钠的温度要严格控制在50℃以下。因为 中和液若在偏酸性在高温下，加入硫化钠则会 产生硫化氢气体逸出。
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（2）活性炭的脱色特点
口 粉状活性炭常用于中和液的第一步脱色，是 颗粒炭脱色必备的前处理工序。颗粒炭脱色 一般用于最后一次脱色。
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（3）影响脱色效果的各种因素
脱色条件不同，活性炭脱色效果也不同。 口 a. 温度 □ b. pH 口 c. 脱色时间 口 d. 活性炭用量 口 e. 流量与吸附的关系 口 f. 上柱液质量
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口 （3）降低血液中氨中中毒 谷氨酸有降低血 液中氨中毒的作用，当肝脏有疾病，肝功能 受损时，血液中氨含量增 高，引起严重的 氮代谢紊乱，导致肝昏迷。 而谷氨酸能与氨起作用，生成谷氨酰胺，降 低血液中氨含量，从而起解“氨毒”的作用。
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口 （4）在人体内转化为糖，再进入糖代谢
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2. 安全性
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溶液达到过饱和是结晶的前题，使溶液处于过 饱和状态，通常有二种方法： • 一是降低溶液的温度，使溶液的溶解度减少，因 而使溶液由原来饱和状态，甚至不饱和状态转变为 过饱和状态； • 另一种方法是通过蒸发，使溶液中的一部分溶剂 减少，达到过饱和状态。
工业生产中都是采用蒸发的方法。
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一、中和液的浓缩
酸洗技术条件:盐酸浓度2－4％，用量为树脂体积 的2－3倍，浸泡2一4h; 碱洗技术条件:烧碱浓度2 －4％，温度40－45℃， 用量为树脂体积的2－3倍，浸泡2－4h。
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树脂除铁的特点
口 操作环境好; 口 连续操作; 口 除铁完全，同时有脱色作用，除铁液透光率高，经树脂 除铁
后味精成品基本上没有铁离子。且母液中合铁量也 很低，在 3mg/L以下。 口 设备一次性投资大，且操作过程耗用酸、碱、水费用高， 排放废水对环境有一定的影响; 口 产品没有由于Na2S残留而造成的产品色泽等质最问题， 符合食品卫生要求。