味精发酵工艺

味精发酵工艺

味精作为食物的调味剂越来越被人们所接受，逐渐成为了厨房烹饪的必备品。随着人们对味精的青睐，味精的市场逐渐扩大，对味精的要求也逐渐提高。1922年，我国实业生产家吴蕴初先生创办了天厨味精厂①，生产我国第一批味精，那时的味精主要是通过酸解面筋获得谷氨酸钠（谷氨酸钠是味精的主要成分），生产效率低。1965年发酵法生产味精取得成功后使味精生产工业化进入快速发展时期。目前味精成为我国发酵行业发展速度最快的产品，并且我国已是世界上味精生产的第一大国，占世界味精总产量70%左右。

生产味精的微生物

产生谷氨酸是微生物的一种本能，许多霉菌、酵母菌、细菌和放线菌都能产生谷氨酸。其中以细菌的产率最大，产量也最高。但能积累相当大量的谷氨酸而不分解和重新利用的菌种并不多见。目前各国多用小球菌、扩展短杆菌、谷氨酸棒杆菌和黄色短杆菌的某些菌株。其中黄色短杆菌具有利用醋酸做基质生产谷氨酸的能力。

生产菌要求谷氨酸脱氢酶活性强，不被低浓度谷氨酸抑制，不能将α一酮戊二酸转变为琥珀酸和培养液生物素浓度低时能大量分泌谷氨酸的特点。目前生产上采用的主要有棒杆菌AS．1299、AS．1.542、F613③。

谷氨酸的生物合成途径

由葡萄糖发酵生成谷氨酸的理想途径：

该途径是α-酮戊二酸是谷氨酸合成的直接前体，它来源于三羧酸循环，是三羧酸循环的一个中间代谢产物。在谷氨酸发酵时，1mol葡萄糖经过EMP和HMP两个途径，生成2mol 磷酸烯醇式丙酮酸，然后一部分氧化脱羧生成1mol乙酰CoA，一部分固定生成1mol草酰乙酸，草酰乙酸与乙酰CoA在柠檬酸合成酶催化作用下，缩合成1mol柠檬酸，再经过氧化还原共轭的氨基化反应生成1mol谷氨酸，过程如下示：

该途径至少有16步酶促反应。糖质原料发酵生产谷氨酸时，由于三羧酸循环中的缺陷(丧失α-酮戊二酸脱氢酶氧化能力或其氧化能力微弱)，谷氨酸产生菌采用乙醛酸循环途径进行代谢，在异柠檬酸裂解酶的作用下，生成乙醛酸和琥珀酸，然后乙酰CoA在苹果酸合成酶的作用下生成苹果酸，提供四碳二羧酸及菌体合成所需的中间产物等。因此为了获得能量和产生生物合成反应所需的中间产物，在谷氨酸发酵的菌体生长期，需要异柠檬酸裂解反应，采用乙醛酸循环途径，在菌体生长期之后，进入谷氨酸生长期，为了大量生成、积累谷氨酸，需要封闭乙醛酸循环．采用谷氨酸生成的理想途径②。

谷氨酸生产菌的培养

菌种培养的基本过程：

菌种→斜面培养→一级种子培养→二级种子培养→发酵

1、斜面培养据研究，有机氨有利于菌种的生长繁殖，而糖分则变为有碍于生长发育的有

机酸等代谢产物。因此，斜面培养所用的培养基以少含或不含糖而多含有机氮。

2、种子培养种子培养通常采用液态法进行。培养液中的有机氮一般以尿素充任，以便既

能供给菌种所需要的氮素，又能减缓PH的下降。一级种子培养多用三角瓶进行，二级种子培养一般在种子罐或者通用发酵罐中进行。

发酵生产工艺

味精的发酵生产分为谷氨酸发酵、谷氨酸的分离提取和味精的中和调制三部分。

一、谷氨酸的发酵

除菌种制备外，主要又由三部分组成，即空气净化、培养基制备、氨和消泡剂的制备。其过程为：

1、材料的准备谷氨酸的发酵生产是在密闭和无菌条一件下进行深层发酵的，故对于防止杂菌的侵入要求十分严格。

(1)空气过滤器的准备空气过滤是为了滤除空气中漂浮的微生物和杂质，以获得无菌及净化空气的目的，因此在使用前必须先对过滤器进行彻底的灭菌。

(2)尿素液的准备先将尿素加入倍量水，再用直接蒸汽加热使之溶解，再升压并保1公斤／厘米2的压力灭菌15分钟。然后从夹层通水或罐外喷淋冷却降温至32℃，同时罐内用无菌空气包压2公斤/厘米2。

（3)消泡剂的：准备消泡剂实质上是一种短链高强的表面活性剂，在生产中应用均有食油、石蜡油、有机硅等。发酵规模大的使用油罐，发酵规模小的可用油瓶。

(4)发酵罐及管道准备发酵罐在使用之前，先在空罐内通入蒸汽保持1．5—2公斤／厘米=压力灭菌30分钟。

2、培养基的制备发酵培养基中应有碳源、氮源和无碳源中糖分浓度一般为10—12％，氮源有机氮以尿素为主，以麸皮或玉米浆为辅②。

3．1以淀粉为原料生产谷氨酸

3.2以甘蔗糖蜜原料生产谷氨酸

二、谷氨酸的分离提取

谷氨酸发酵液中通常只肴3—7％的谷氨酸。其提取方法有等电点法、离子交换法、盐酸法、锌盐法、浓缩结晶法和点渗析法。一般以前二者结合较多。

1、谷氨酸分离提取的原理

谷氨酸是一种氨基酸，在分子中同时具有酸性羧基(-COOH)和碱性氨基(-NH2)，与酸和碱作用都能生产盐。其结构式：

故在水中与OH‐离子作用而带负电荷，与H﹢离子作用而带正电荷。

(1)等电点提取原理由于谷氨酸分子具两性，因此调节水溶剂的pH值。可以便其分子既不带正电荷，又不带负电荷，处于正负电荷相等，即分子净电荷为零的状态。此时溶剂的pH值，称为等电点。在等电点时其溶解度最低，易析出结晶。等电点法就是调节两性物质溶液的pH值，以达到其等电点，使之沉淀分离出来的方法。谷氨酸的等电点为3．22，生产上多掌握在2.9-3.2。

在20℃时pH与谷氨酸溶解度的关系

低温等电点分批提取工艺

(2)离子交换原理离子变换是指溶液中的离子和靠静电引力结合在某种不溶性载体上的离子进行可逆交换的过程。而谷氨酸县有能离子化的羧基和氨基，因此可用酸性(H型)离子交换树脂上的离子进行交换而被吸留，从而与残糖、色素等其他杂质分开，然后再用碱液洗脱提取出来，从而得到纯净的谷氨酸。离子交换过程又分再生、．吸换和洗脱三个过程。

1）再生离子交换树脂经使用一次后，即带有钠离子，而失去交换能力。如用盐酸使树脂重新带上氢离子，而恢复原来的交换能力，这一过程习惯称为再生。

2)交换吸附当谷氨酸液通过交换树脂时·谷氨酸离子与树脂氢离子交换而被吸附保留下