味精生产技术.docx
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1、少味精生产技术码旋.懈仓(Monosodium glutamate production technology)第九组系部:食品与生物工程系专业:生物工程班级:文生105-2成员:王照生201090621235李亚东 201090621216 王汝春 201090621233 马成龙 201090621210 一、行业简介味精,也称味之素(商品名称),学名谷氨酸钠,是调味料的一 种,主要成分为谷氨酸钠。谷氨酸钠是谷氨酸的钠盐,是一种无色无 臭的晶体,在232C时解体融化,吸湿性强,易溶于水。谷氨酸钠还 具有治疗慢性肝炎、肝昏迷、神经衰弱、癫痫病、胃酸缺乏等病的作 用。要注意的是,如果在100C
2、以上的高温中使用味精,鲜味剂谷氨 酸钠会转变为致癌性的焦谷氨酸钠。如果在碱性环境中,味精会起化 学反应产生一种叫谷氨酸二钠的物质,因此要注意使用和存放味精的 条件。1、产品的分类和用途我国的味精目前有四种规格,即俺含有谷氨酸钠的纯度可分为 99%、95%、90%、80%四种。除99%以外,其他三种分别加5%、 10%、20%食盐等作填充料,有白色柱状结晶型和白色粉末状结晶型。 市场上供应的味精,谷氨酸钠含量低于80%的只能称之为调味品,所 以在选购时要看清包装上的谷氨酸钠含量。2、行业的历史1866年,德国人H.Ritthasen博士从面筋中分离到谷氨酸,根据 原料定名为麸酸(因为面筋是从小麦
3、里的提取出来的)。1908年,日 本东京大学池田菊苗实试验,从海带中分离的得到L-谷氨酸结晶体, 这个晶体和从蛋白质水解得到的L-谷氨酸是同样的物质,而且都是 有鲜味的。在1965年以前是以面筋或大豆粕为原料,通过酸水解的 方法生产味精的。这种方法消耗大,成本高,劳动强度大,对设备要 求高,需耐酸设备。随着科学的进步及生物技术的发展,史使味精生 产发生了革命性的变化,自1965年以后我国味精厂都以粮食(玉米 淀粉、大米、小麦淀粉、甘薯淀粉)为原料,通过微生物发酵、提取、 精制得到符合国家标准的谷氨酸钠,用了它以后使菜肴更加鲜美可 口。3、地位和作用随着生产的发展以及人们消费水平的提高,味精在人
4、们的生活中 已经成为不可缺的鲜味物质。味精不仅能为菜肴增添鲜味,还具有丰 富的营养。谷氨酸钠被人们食用后,能够通过胃酸的作用解离为谷氨 酸,能很快的被消化吸收,变成人体组织中必不可少的蛋白质。而谷 氨酸是一种高级营养辅助药,在医疗上有护肝、解毒、改善神经系统 的功能,对于年少儿童还具有促进神经系统发育的作用,在日常生活 中适量地食用味精,能促进发育,增强体质。因此,味精的作用及营 养价值很重要。二、谷氨酸发酵生产方法和生产工艺流程1、生产方法谷氨酸发酵包括了谷氨酸的生物合成和积累两个过程。谷氨酸的生物合成途径大致是:葡萄糖经糖酵解(EMP途径)和己糖磷酸支路(HMP途径)生成丙酮酸,再氧化成a
5、酮戊二酸。 a酮戊二酸在谷氨酸脱氢酶的催化及有NH4+存在的条件下,生成 谷氨酸。因此,谷氨酸的生物合成途径包括EMP、HMP、TCA循环 DCA循环和CO2固定作用等。主要酶反应:a酮戊二酸+ NH4+ +NADPH2 一谷氨酸脱氢酶 谷氨酸+H2 O+NADP由葡萄糖生成的谷氨酸钠的总反应式为:C H O +NH +3/2O 一C H O N+3H O+CO61263259422谷氨酸棒状杆菌、黄色短杆菌的代谢均存在EMP途径和HMP 途径。经这两条途径发酵至丙酮酸后,一部分经氧化脱羧生成乙酰辅 酶A,一部分通过羧化固定CO2生成草酰乙酸或苹果酸,草酰乙酸与 乙酰辅酶A在柠檬酸合酶催化作用
6、下,缩合成柠檬酸,再经TCA循 环中的部分步骤生成a酮戊二酸,经转氨反应生成谷氨酸。2、发酵工艺流程材料准备谷氨酸发酵生产菌种制备谷氨酸发酵培养基的 制备谷氨酸等电点回收谷氨酸发酵过程的控制谷氨酸的中和,精制味精的结晶与干燥提交工作任务报告单3、主要工艺参数溶解氧对谷氨酸产生菌种的种子培养影响很大。溶解氧过低, 菌体呼吸收到抑制,从而抑制生长,弓I起乳酸等副产物的积累;但是 并非溶解氧越高越好,当溶解氧满足菌的需氧量后继续升高,不但会 造成浪费还会由于高氧水平抑制菌体生长和谷氨酸的生成。温度 谷氨酸发酵0-12h为长菌期,菌种生长最适温度30-32C。当菌体生长到稳定期,进入产酸期,控制温度为
7、34-36C。pH 为了维持发酵的最佳条件,根据谷氨酸产生菌发酵的最 适pH在7.0-8.0之间,采用提高通风量、控制流加氮源的方法来调节 谷氨酸的发酵。磷酸盐是谷氨酸发酵过程中必需的,但浓度不能过高,否则会 转向缬氨酸发酵;但磷浓度过低,则菌体生长不好,不利于产酸。发 酵结束后,常用离子交换树脂法等进行提取。三、技术参数1、菌种方面目前在谷氨酸发酵生产中所使用的菌种主要如下:棒状杆菌属:谷氨酸棒状杆菌、北京棒状杆菌、钝齿棒状杆菌。短杆杆菌:黄色短杆菌、天津短杆菌。这些菌种具有以下共同的特征:细胞形态为棒状、断杆;革兰氏 阳性菌,无芽包,无鞭毛,不能运动;都是需氧型;都是生物素缺陷 型;脲酶强
8、阳性;不分解淀粉;谷氨酸脱氢酶活力强;不分解谷氨酸, 并能耐高浓度谷氨酸;发酵中菌体发生明显的形态变化,同时细胞膜 渗透性发生变化;二氧化碳固定反应酶系活力强;乙醛酸循环弱;a-酮戊二酸氧化缺失或微弱。菌种的选育根据各个军中的特征,选择合适的菌种作为培养的对象很重要, 英雌在生产实践中,育种思路可以从以下几个方面考虑。一是可通过 诱变选育L-谷氨酸的结构类似物抗性突变株和营养缺陷型的回复突 变株,以解除自身的反馈抑制和反馈阻遏,增大L-谷氨酸积累量。 二是选育强化能量代谢的突变株。三是选育不能以L-谷氨酸作为唯 一碳源生长的突变株。(1) 北京棒状菌 AS 1.99 (Corynebaxter
9、ium pekinense n.sp.AS 1.99) 细胞呈短杆或棒状,有时略呈弯曲状,两端钝圆,排列为单个、成对 或V字形。革兰染色阳性。无芽孢,无鞭毛,不运动。普通肉汁平皿培养,菌落圆形,中间隆起,表面光滑湿润,边缘整齐, 菌落颜色开始呈白色,直径1mm,随培养时间延长变为淡黄色,直 径增大至6mm,不产水溶性色素。普通肉汁液体培养,稍馄饨,有 时表面呈微环状,管底有粒状沉淀。(2) 钝齿棒状菌 AS 1.542 ( Corynebacterium crenatum n.sp.AS 1.542) 细胞呈短杆或棒状,两端钝圆,排列为单个、成对或V字形。革兰 染色阳性。无芽孢,无鞭毛,不运动
10、。细胞内次极端有异染颗粒并存在数个横隔。普通肉汁固体平皿培养, 菌落扁平,呈草黄色,表面湿润无光泽,边缘较薄呈钝齿状,不产水 溶性色素,直径3-5.普通肉汁液体培养浑浊,表面有薄菌膜,管底 有较多沉淀。2、工艺上 材料准备 谷氨酸常用材料有玉米、小麦、甘薯、大米等。谷 氨酸生产时发酵原料具有一定的选择原则。首先要考虑菌体生长繁殖的营养,是否有利于谷氨酸的大量积累,还要考虑原料是否丰富、价 格便宜,发酵周期是否短,产品是否易提取等因素。 菌种制备 菌种制备的主要目的是尽可能地培养出高活性、 能满足大规模发酵需要的纯种,主要方式为:分离纯化和扩大培养。 分离纯化一般两个月左右就应该分离纯化一次,分
11、两步进行。第一步 是用平板稀释法分离出单细胞菌落,具体方法是把待分离的菌株用无 菌生理盐水制成菌悬液,并在装有玻璃珠的三角瓶中充分震荡,利用 玻璃珠的滚动使菌体细胞分散,然后将菌悬液稀释成一定的浓度,分 别做平板培养,使被分离的单细胞长成单菌落;第二步是挑取若干单 细胞菌落接种于试管斜面培养基上,然后把这些菌株分别用三角瓶进 行摇瓶发酵试验,比较各菌株产酸的高低,选择产酸的菌株供生产用。 扩大培养室菌种制备的主要手段,其培养顺序为:斜面菌种、一级种 子、二级种子。 工艺操作要点a制备淀粉水解唐b发酵发酵过程分为:斜面活化一二级摇瓶种子一二级罐种 子一发酵c谷氨酸提取大本分工厂提取谷氨酸采用等电
12、点法。将发酵 液的pH调至3.22,谷氨酸就处于过饱和状态呈结晶析出。d中和脱色谷氨酸与碳酸钠中和制成谷氨酸钠,才具有强力鲜 味。中和温度为60-65,中和液的浓度为22B,pH为6.9-7.0。106g 的t碳酸钠可中和294g的谷氨酸。中和完毕后,需将中和液脱色。 先用谷氨酸将中和液pH调回至6.3,加热至60C,使谷氨酸钠充分 溶解加入粉末活性炭进行脱色,搅拌30min后,即可让其自然沉淀或 进行过滤。e浓缩结晶 将脱色液放入真空浓缩锅内,真空度保持8000Pa 以上,温度控在60C以下,当锅内液体浓度达到32B时,即开搅拌 机,关掉蒸汽,用真空吸入晶种,进行起晶,然后将所得晶液在离心
13、机内进行离心分离。f干燥过筛 将结晶味精于80C干燥,然后过筛。大片的可打碎 成粉搅拌入食盐,作为粉状味精;过细的作为小结晶味精或当晶种使 用。g成品包装、标志、运输和存储产品的外包装按照包装储运 图示标志(GB/T 191-2008)的要求,外包装物应有明显的标志。产 品在运输过程中应轻拿轻放,严防污染、雨淋和曝晒。产品储存在阴 凉、干燥、通风无污染的的环境下,不应露天堆放。3、产物的分离和提取主要工艺流程图:a、使用碳酸钠对谷氨酸钠进行中和,pH 一般控制在6.7-7.0得 到的是谷氨酸一钠I (有鲜味)。在实际操作中,由于谷氨酸在水中的 溶解度较小,中和反应的体系应当控制在60C左右,应
14、先将谷氨酸 加入到热水中,在逐步加入碳酸钠,完成中和。b、脱色常用的活性炭脱色法,温度一般控制在50-60C。c、根据实际操作所使用设备的材质,此步骤选做。d、浓缩和结晶包括三个过程:形成过饱和溶液f晶核形成f晶 体成长e、用抽滤装置将味精晶体分离,再放入干燥箱干燥,干燥温度 不超过60C,即得到味精原晶体。4、主要生产设备试管;三角瓶;高压灭菌锅;摇床;培养箱;显微镜;膜组件;板块 过滤器;旋转蒸发器;发酵罐:GUJS-50-500型,种子罐50L,发酵罐 500L。四、技术进展(一).菌种方面为了证实在谷氨酸棒杆菌中,利用H + -ATPase基因失活构建高产谷 氨酸基因工程菌的应用可行性
15、,通过重组PCR技术部分缺失H + -ATPaseY亚基基因序列,采用插入失活方法构建H + -ATPase失活 的谷氨酸棒杆菌。考察了其谷氨酸产生能力及对生长速率的影响。实 验结果表明,H + -ATPase失活的谷氨酸棒杆菌在含有100g /L的葡 萄糖培养基中摇瓶发酵,其谷氨酸最大累积量为51. 6g /L,比野生 菌株提高了42. 9%。生长速率研究结果表明,H + -ATPase失活的 谷氨酸棒杆菌生长速率略低于野生谷氨酸棒杆菌。证实了日+-ATPase 基因失活对提高谷氨酸产量的作用,为利用H + -ATPase基因构建高 产谷氨酸基因工程菌株提供了科学依据。(二).工艺上1选育优
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