年產(chǎn)102萬噸99%味精工廠發(fā)酵工段種子罐發(fā)酵罐工藝設(shè)計

1、 發(fā)酵(制藥)工廠設(shè)計課程設(shè)計 說明書 設(shè)計題目 年產(chǎn)10.2萬噸99%味精工廠發(fā)酵 工段（種子罐+發(fā)酵罐）工藝設(shè)計 姓 名 學(xué) 號 院 (系) 專 業(yè) 指導(dǎo)教師 2015 年 1 月 9 日 1 年產(chǎn)10.2萬噸99%味精工廠發(fā)酵工段工藝設(shè)計 摘要: 設(shè)計一個味精工廠，以工業(yè)淀粉（純度80）為原料，采用雙酶法進行糖化生產(chǎn)，谷氨酸純度為99。本設(shè)計從全工藝流程，物料、能量衡算、設(shè)備選型、工藝布置、車間設(shè)計、主要設(shè)備工藝設(shè)計幾個方面對發(fā)酵車間進行設(shè)計。 :關(guān)鍵詞味精；谷氨酸；發(fā)酵；設(shè)計 The Fermentation Process Design Of The MSG Factory for

2、the Annual Capacity of 60,000 Tons/Year Abstract:The design is to establish a monosodium glutamate factory. Its raw material is starch that the purity is 80%; the technique method is double-enzyme saccarfication production; the purity of glutamates is 99%. The whole design includes plant technologic

3、al process, metrical and energy balance, equipment selection, technological layout, workshop design and the main equipment technological process, which are to design an efficient fermentation workshop. Key words: glumatic acid; monosodium glutamate; fermentation; Process design 目錄 2 1. 總論. 4 1.1. 概述

4、 . 5 1.1.1. 產(chǎn)品名稱、性質(zhì) . 5 醫(yī)藥工業(yè) . 5 制造工業(yè) . 6 農(nóng)業(yè)領(lǐng)域 . 6 1.2. 產(chǎn)品的各種生產(chǎn)方法 . 6 1.2.1. 水解提取法 . 6 1.2.2. 合成法 . 6 1.2.3. 發(fā)酵法 . 6 1.2.4. 味精各種制法的比較及選擇 . 7 1.2.5. 產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) . 7 1.3. 設(shè)計任務(wù) . 7 2. 生產(chǎn)方案和生產(chǎn)流程的確定 . 7 3. 味精生產(chǎn)工藝概述 . 8 3.1.1. 味精發(fā)酵總流程圖（見下頁圖1） . 8 3.2. 原料及其預(yù)處理 . 8 3.2.1. 原料的種類 . 8 3.2.2. 原料預(yù)處理 . 9 3.2.3. 淀粉水解糖制

5、備 . 9 3.2.4. 種子擴大培養(yǎng) . 9 3.3. 影響種子質(zhì)量的主要因素 . 9 3.3.1. 谷氨酸發(fā)酵 . 10 3.3.2. 谷氨酸生物合成途徑 . 11 4. 谷氨酸發(fā)酵工藝 . 12 4.1. 發(fā)酵培養(yǎng)基 . 12 4.2. 培養(yǎng)基滅菌 . 12 4.3. 谷氨酸發(fā)酵 . 13 4.4. 發(fā)酵條件控制 . 13 4.5. 谷氨酸的提取 . 14 4.6. 谷氨酸制取味精及味精成品加工 . 15 5. 工藝計算 . 16 5.1. 設(shè)計依據(jù)與主要工藝技術(shù)參數(shù) . 16 5.2. 谷氨酸發(fā)酵車間的物料衡算 . 17 5.2.1. 谷氨酸發(fā)酵車間的物料衡算 . 17 5.3. 10

6、2000噸味精廠發(fā)酵車間的物料衡算結(jié)果 . 18 5.4. 熱量衡算 . 20 5.4.1. 液化工序熱量衡算 . 20 5.4.2. 連續(xù)滅菌和發(fā)酵工序熱量衡算 . 21 5.4.3. 谷氨酸鈉溶液濃縮結(jié)晶過程的熱量衡算 . 23 5.4.4. 干燥過程的熱量衡算 . 24 5.4.5. 生產(chǎn)過程耗用蒸汽衡算匯總衡算結(jié)果： . 24 5.5. 無菌空氣耗量計算 . 24 6. 設(shè)備設(shè)計與選型 . 25 3 6.1. 發(fā)酵罐 . 25 6.1.1. 發(fā)酵罐的選型 . 25 6.1.2. 生產(chǎn)能力、數(shù)量和容積的確定 . 25 6.1.3. 主要尺寸的計算 . 26 6.1.4. 冷卻面積的計算

7、. 26 6.1.5. 攪拌軸功率的計算 . 28 6.1.6. 設(shè)備結(jié)構(gòu)的工藝計算 . 29 6.1.7. 10 . 31 設(shè)備材料的選擇6.1.8. 發(fā)酵罐壁厚的計算 . 31 6.1.9. 接管設(shè)計 . 32 6.2. 種子罐 . 33 6.2.1. 三級種子罐容積和數(shù)量的確定 . 33 6.2.2. 二級種子罐 . 38 6.2.3. 一級種子罐 . 39 6.3. 空氣分過濾器 . 39 6.3.1. 三級種子罐分過濾器： . 39 6.3.2. 二級種子罐分過濾器： . 39 6.3.3. 一級種子罐分過濾器： . 40 6.3.4. 發(fā)酵罐分過濾器 . 40 6.4. 味精廠發(fā)酵

8、車間設(shè)備一覽表 . 41 7. 設(shè)備布置和管道布置 . 41 8. 總結(jié). 42 . 1. 總論 本文對味精發(fā)酵生產(chǎn)工藝及主要設(shè)備作簡要介紹，以期有助于了解通氣發(fā)酵工藝和主要設(shè)備的有關(guān)知識。 設(shè)計內(nèi)容為，了解味精生產(chǎn)中的原料預(yù)處理、發(fā)酵、提取部分的生產(chǎn)方法和生產(chǎn)流程，根據(jù)實際情況來選擇發(fā)酵工段合適的生產(chǎn)流程，并對流程中的原料進行物料衡算、熱量衡算及設(shè)備的選擇。最后，畫出發(fā)酵工段的工藝流程圖和平面布置圖。 整個設(shè)計內(nèi)容大體分成三部分，第一部分主要是味精生產(chǎn)的工藝和設(shè)備選擇；第二部分包括發(fā)酵罐、種子罐及空氣分過濾器的設(shè)計與選型；第三部分是工藝流程和平面布置圖。 4 1.1. 概述 1.1.1. 產(chǎn)

9、品名稱、性質(zhì) 本次 味精，化學(xué)名稱為L-谷氨酸鈉(sodium L-glutamate),全稱為L谷氨酸單鈉一水化物或L-氨基戊二酸單鈉一水化物(monosodium L-glutamate monohydrate,MSG),分子式CHONNa?HO,具有旋光性,又稱谷氨酸,麩酸鈉,味素2654等.它是增強食品風(fēng)味的增味劑,主要呈現(xiàn)鮮味,也稱鮮味劑.味精呈無色或白色柱狀結(jié)晶性粉末，無臭，有特殊鮮味。易溶于水，微溶于乙醇，不溶于乙醚。無吸濕性，對光穩(wěn)定，水溶液加溫也較穩(wěn)定.水中溶解度為64.1%(0).于100的溫度下加熱3h,分解率為0.6%,在120時失去結(jié)晶水,155-160或長時間受熱,

10、失水而味力降低. 味精的應(yīng)用范圍 1.1.2 食品工業(yè) 味精在食品類方面可以作為一種添加劑，能夠產(chǎn)生“鮮味”是其重要的功能。此外，味精還可以改善食品的自然風(fēng)味，使食品克服異味。隨著國家現(xiàn)代化、社會化的發(fā)展，食品加工業(yè)也在不斷地壯大，同時對味精的需求量也越來越大。味精在罐頭、冷藏食品、熟食品加工、小食品和快餐調(diào)料等方面的應(yīng)用也日益廣泛。 然而，我們在使用味精時，應(yīng)該注意使用溫度和烹飪方法。燒菜時，不要過早地放入味精。當(dāng)烹調(diào)加熱至120以上時，谷氨酸鈉會發(fā)生化學(xué)變化，生成焦谷氨酸鈉，既失去了鮮味，又對人體沒有營養(yǎng)價值，而且還會有輕微的毒害作用。所以平時炒菜、做湯時，應(yīng)該在臨出鍋時放入味精，并且不要

11、把它放在有小蘇打或堿的菜中，以免味精中的谷氨酸反應(yīng)生成谷氨酸二鈉，從而失去其鮮味。炒菜、做湯時，加點味精可以使菜、湯更加鮮美，但是，味精也不是越多越鮮，放多了3。反而會使舌頭發(fā)麻，產(chǎn)生一種似咸非咸、似澀非澀的怪味 醫(yī)藥工業(yè) 谷氨酸鈉進入到胃腸后，會很快分解出的谷氨酸，并且立即參與人體內(nèi)正常物質(zhì)代謝的過程；當(dāng)人體內(nèi)葡萄糖供應(yīng)不足時，谷氨酸還能及時替補葡萄糖，作為腦組織活動的能源，改善大腦組織的一些機能；谷氨酸能與人體內(nèi)血氨結(jié)合生成無毒的谷氨酰胺，具有保肝的重要生理功能并輔助治療肝病、肝功能不全、肝功能受損及肝昏迷；谷氨酸鈉在臨床上用于治療某些精神病疾患、增強記憶、安定情緒及對神經(jīng)衰弱等有明顯的效

12、果和輔助治療精神分裂癥和癲癇病，谷氨酸鈉2。 已被列入許多國家的藥典 5 制造工業(yè) 焦谷氨酸鈉（味精脫水后生成的產(chǎn)物），具有很好的吸濕性，能夠保持皮膚濕潤，防止皮膚干燥，并且可以增強皮膚、毛發(fā)的柔軟性和彈性。日本已經(jīng)有以谷氨酸鈉（或谷氨酸）作為原料生產(chǎn)的化妝品、高級人造革和洗滌劑等產(chǎn)品。 農(nóng)業(yè)領(lǐng)域 谷氨酸作為植物生長調(diào)節(jié)劑，可以增加柑橘果實的含糖量，降低酸度。另外，谷氨酸鈉還可用于制備農(nóng)藥。谷氨酸鈉不僅是西紅柿的保護性殺菌劑，還是防治果樹腐爛病的殺菌劑。它還可以用做微肥的載體，發(fā)揮微量元素的效果。 1.2. 產(chǎn)品的各種生產(chǎn)方法 味精制造方法分為水解提取法、合成法和發(fā)酵法三大類。現(xiàn)在水解提取法（

13、蛋白質(zhì)水解法和從廢糖蜜中提取法）與合成法已停用。目前世界生產(chǎn)味精的廠商都2。在采用發(fā)酵法生產(chǎn)味精 1.2.1. 水解提取法 水解提取法包括植物蛋白質(zhì)水解法和從甜菜糖蜜提取法。植物蛋白質(zhì)水解法是生產(chǎn)味精的傳統(tǒng)工藝，是以豆粕或面筋等植物蛋白為原料，加酸水解，使蛋白質(zhì)水解成多種氨基酸，然后單離出谷氨酸，再制成味精。從甜菜糖蜜提取法，在制糖的過程中，用石灰石處理甜菜糖蜜，谷氨酸轉(zhuǎn)化為焦谷氨酸，焦谷氨酸水解后可轉(zhuǎn)化為谷氨酸，由于此方法收率低，而且不經(jīng)濟，已經(jīng)停止使用。 1.2.2. 合成法 合成法是以丙烯腈、糠醛、環(huán)戊二烯或其他物質(zhì)為原料來合成谷氨酸，再加工制成味精。化學(xué)合成方法制造味精有10多種方法，

14、我國也曾經(jīng)進行過合成法的小中型試驗，但是沒有工業(yè)化。 1.2.3. 發(fā)酵法 發(fā)酵法生產(chǎn)味精，是以糖蜜或淀粉為原料，經(jīng)糖化、發(fā)酵、提取、中和和精制一系列工藝制成味精。 味精生產(chǎn)工藝流程： 原料的預(yù)處理及淀粉水解糖的制取 谷氨酸生產(chǎn)菌種子的擴大培養(yǎng) 谷氨酸發(fā)酵 6 谷氨酸的提取與分離 味精生產(chǎn)工藝流程圖圖2-1 味精各種制法的比較及選擇1.2.4. 設(shè)備腐蝕性小，單耗低，三種制法中，以發(fā)酵法最為優(yōu)越。它原料來源廣闊，所以本現(xiàn)在世界各地都在普遍使用發(fā)酵法生產(chǎn)味精。生產(chǎn)成本低，經(jīng)濟效益高。 設(shè)計選擇中糖發(fā)酵，一次等電點提取的方法制取味精。 產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)1.2.5. 生產(chǎn)符合國家QB/T8967-200

15、7標(biāo)準(zhǔn)的味精。 1.3. 設(shè)計任務(wù) 本次設(shè)計為年產(chǎn)10.2萬噸99%味精工廠發(fā)酵工段（種子罐+發(fā)酵罐）工藝設(shè)計。具體內(nèi)容如下： 1.工藝流程設(shè)計； 2.物料衡算； 3.設(shè)備設(shè)計與選型； 4.設(shè)備布置設(shè)計； 5.物料管道設(shè)計； 6.圖紙繪制（CAD繪制）： （1）工藝流程圖 （2）設(shè)備布置圖 （3）物料管道布置圖 2. 生產(chǎn)方案和生產(chǎn)流程的確定 選擇的主要依據(jù)有：原料來源、種類和性質(zhì)；產(chǎn)品的質(zhì)量和規(guī)格；生產(chǎn)規(guī)模； 7 技術(shù)水平；建廠地區(qū)的自然環(huán)境；經(jīng)濟合理性。保證產(chǎn)品質(zhì)量符合國家標(biāo)準(zhǔn)，外銷產(chǎn)品還必須滿足銷售地區(qū)的質(zhì)量要求；盡量采用成熟的、先進的技術(shù)和設(shè)備；盡量減少三廢排放量，有完善的三廢治理措施

16、；確保安全生產(chǎn)，以保證人身和設(shè)備的安全；生產(chǎn)過程盡量采用機械化和自動化，實現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)。 確定由原料到成品的各個生產(chǎn)過程順序，即說明生產(chǎn)過程中物料和能量發(fā)生的變化及流向，應(yīng)用了哪些生物反應(yīng)或化工過程及設(shè)備，繪制工藝流程圖。 xx工藝流程圖見附件一 3. 味精生產(chǎn)工藝概述 利用淀粉為原料，雙酶水解制糖后，通過微生物發(fā)酵、等電點沉淀提取生產(chǎn)味精的工藝使用目前最成熟、最典型的生產(chǎn)工藝。 味精生產(chǎn)全過程課劃分為四個工藝階段: （1）原料的預(yù)處理及淀粉水解糖的制備；（2）種子擴大培養(yǎng)及谷氨酸發(fā)酵；（3）谷氨酸的提取；（4）谷氨酸制取味精及味精成品加工。 與上述工藝階段相對應(yīng)的味精生產(chǎn)工廠一般都設(shè)置了糖化

17、車間、發(fā)酵車間、提取車間和精制車間作為主要生產(chǎn)車間。另外，為保障生產(chǎn)過程中對蒸汽的需求，同時還設(shè)置了動力車間，利用鍋爐燃燒產(chǎn)生蒸汽，并通過供氣管路輸送到各個生產(chǎn)需求部位。為保障全廠生產(chǎn)用水，還要設(shè)置供水站。所供的水經(jīng)消毒、過濾系統(tǒng)處理，供水管路輸送到各個生產(chǎn)需求部位。對于廢水，應(yīng)該進行一定的處理之后再排掉。 本文只是做前兩個步驟，即（1）原料的預(yù)處理及淀粉水解糖的制備；（2）種子擴大培養(yǎng)及谷氨酸發(fā)酵。因此，相對應(yīng)的兩個車間的工藝分別為：糖化車間和發(fā)酵車間。 3.1.1. 味精發(fā)酵總流程圖（見下頁圖1） 3.2. 原料及其預(yù)處理 3.2.1. 原料的種類 發(fā)酵生產(chǎn)谷氨酸的原料主要是淀粉，其次還有

18、非糧食淀粉原料。淀粉來自糧食原料，通常利用各種各樣的淀粉，如北方常用玉米淀粉，南方常用番薯淀粉等。非糧淀粉原料主要指甜菜或甘蔗蜜糖、醋酸、乙醇、正烷烴等。 8 3.2.2. 原料預(yù)處理 非糧食原料除蜜糖外，一般均不需要預(yù)處理，可直接用來配制培養(yǎng)基；而蜜糖中色素含量過高，雖然生產(chǎn)菌可以良好生長，但采用一般谷氨酸，在采用蜜糖為原料進行谷氨酸發(fā)酵生產(chǎn)時，常要對蜜糖進行預(yù)處理。大多數(shù)谷氨酸發(fā)酵菌種都不能直接利用淀粉和糊精，因此用淀粉質(zhì)原料進行谷氨酸發(fā)酵生產(chǎn)時，必須先將淀粉水解成葡萄糖，才能供發(fā)酵使用。 3.2.3. 淀粉水解糖制備 淀粉的水解方法有：酸水解法、酶水解法和酸酶水解法等3種。在工業(yè)生產(chǎn)上，

19、淀粉的處理主要是指糖化，制得的水解糖叫淀粉糖?？梢杂脕碇苽涞矸厶堑脑虾芏啵饕惺眍?、玉米、小麥、大米等。我國味精生產(chǎn)廠有的是采用酸水解法進行淀粉水解，既是以無機酸為催化劑，在高溫高壓下使淀粉快速水解成葡萄糖， 還有的更多的再生產(chǎn)上采用了酶水解法對淀粉進行水解。先用-淀粉酶將淀粉水解成糊精和低聚糖，然后再用糖化酶將糊精和低聚糖進一步水解成葡萄糖的方法，稱為酶水解法。這里我們主要介紹酶水解法。 3.2.4. 種子擴大培養(yǎng) 種子擴大培養(yǎng)為保證谷氨酸發(fā)酵過程所需的大量種子，發(fā)酵車間內(nèi)設(shè)置有種子站，完成生產(chǎn)菌種的擴大培養(yǎng)任務(wù)。從試管斜面出發(fā)，經(jīng)活化培養(yǎng)，搖瓶培養(yǎng)，擴大至一級乃至二級種子罐培養(yǎng)，最終向

20、發(fā)酵罐提供足夠數(shù)量的健壯的生產(chǎn)種子。 3.3. 影響種子質(zhì)量的主要因素 種子培養(yǎng)基的氮源、生物素和磷鹽的含量要適當(dāng)高些，而葡萄糖的含量必須限制在2.5%左右，這樣可以得到活力強的種子，避免由于糖多產(chǎn)酸，引起pH下12。 降而引起種子老化(1)種子對溫度變化敏感。因此，在培養(yǎng)過程中溫度不宜太高和波動過大，以免種子老化。 (2)在種子培養(yǎng)過程中通風(fēng)攪拌要恰當(dāng)。溶氧水平過高，菌體生長受抑制，糖的消耗十分緩慢，在一定的培養(yǎng)時間里，菌體數(shù)達不到所需求的數(shù)量，氧不足菌體生長緩慢，為了達到發(fā)酵所需菌體數(shù)，必須延長發(fā)酵時間。 (3)正處在對數(shù)期的細胞，其活力最高，一般以此階段的細胞做種子，因此這就需要掌握好種

21、子的培養(yǎng)時間。種齡過短，種子稚嫩，對環(huán)境的適應(yīng)能力差； 9 種齡過長細胞的活力已下降，當(dāng)接入發(fā)酵培養(yǎng)基后會出現(xiàn)調(diào)整期延長現(xiàn)象。 空氣 菌種原料 空氣壓縮斜面培預(yù)處理 冷搖瓶擴大培水除鐵氣液分淀粉水解種子罐擴大培過濾 脫過濾除配料濃縮結(jié)晶發(fā)離心 等電點調(diào)小結(jié)大結(jié)晶沉淀干干離心 過拌鹽粉粗谷氨母細谷氨酸離子交換處溶解成品味粉狀味 中和制味粗谷氨酸溶液 1 圖味精生產(chǎn)總工藝流程圖 谷氨酸發(fā)酵3.3.1. 因培養(yǎng)基的主要成分時葡萄糖、尿素和磷酸鹽等，谷氨酸發(fā)酵屬細菌發(fā)酵，左右。發(fā)酵液內(nèi)主要有菌此發(fā)酵液較稀薄，不粘稠。放罐時的發(fā)酵溫度在34這些物質(zhì)的量因菌株和發(fā)酵工藝條件細菌的代謝產(chǎn)物和培養(yǎng)基的殘留成分

22、，體、其他氨基酸（天冬氨酸、5%8%,的不同而不同，通常發(fā)酵液中谷氨酸銨鹽含量鎂離子、鈉離子，銨鹽在1%0.8%左右，殘?zhí)堑陀?.5%丙氨酸等）的含量不超過，以上，鉀離子、氯離子、硫酸根離子和磷酸根離子等的含量很少，濕菌體占2% 同時含有一定量的有機酸、色素以及殘存的消泡劑。 10 3.3.2. 谷氨酸生物合成途徑 谷氨酸合成方式 （1）氨基轉(zhuǎn)移作用 在氨基轉(zhuǎn)移酶的催化下，除甘氨酸外，任何氨基酸都可以與-酮戊二酸變成谷氨酸。轉(zhuǎn)化過程如圖2 圖2氨基轉(zhuǎn)移作用 （2）還原氨基化作用 +和供氫體還原性輔酶II（NADPH）存在的條件下，一酮戊二酸在谷NH42氨酸脫氫酶的催化下形成谷氨酸 。轉(zhuǎn)化過程如

23、圖3 圖3還原氨基化作用 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(yīng)（二氧化碳的固定反應(yīng)）等。由葡萄糖生物合成谷氨酸的代謝途徑如圖4 11 4. 谷氨酸發(fā)酵工藝 4.1. 發(fā)酵培養(yǎng)基 谷氨酸發(fā)酵培養(yǎng)基主要成分有碳源、氮源、生長因子和無機鹽等。碳源：淀粉水解糖、糖蜜、乙醇、烷烴。這里的碳源主要指葡萄糖由葡萄1） （ 糖合成谷氨酸的反應(yīng)如下式：3 CHNO+COO +3HCHO+NHO 292632 1241252上面反應(yīng)式表示，一分子葡萄糖生成一分子谷氨酸，兩者之間存在定量關(guān)系。其理論轉(zhuǎn)化率89.

24、7%，因此從理論上講糖濃度越大，谷氨酸產(chǎn)量越高。但實際上，糖的濃度超過一定范圍時反而不利于細菌細胞的增殖和谷氨酸的合成。反之，培養(yǎng)基中葡萄糖的濃度過低雖能提高糖酸轉(zhuǎn)化率，但谷氨酸總量上不去。所以在配制培養(yǎng)基時，應(yīng)綜合考慮以上問題，選擇適當(dāng)濃度。 （2）氮源：銨鹽、素、氨水。 通常工業(yè)發(fā)酵（C/N）為100：（0.5?2）而谷氨酸發(fā)酵為（C/N）100：（15?21），實際高達100：28原因有以下兩方面： a:用于調(diào)整pH。 +酮戊二酸蓄-不足：使?b:分解產(chǎn)生的NH從發(fā)酵液中逸出。產(chǎn)酸階段：NH43 過量：促使谷氨酸生成谷氨酰胺。積而很少有谷氨酸生成。NH4+）無機鹽：磷酸鹽、鎂、鉀、鈉、鐵

25、、錳、銅，其中磷酸鹽對發(fā)酵有顯著影（3細胞膜磷脂生成量多，不利響。不足：糖代謝受抑制，菌體生長不足。過多：a.縮合生成纈氨酸的前促使丙酮酸和乙醛（由丙酮酸脫羧生成）于谷氨酸排出。b. ?乙醛乳酸，使纈氨酸在發(fā)酵液中蓄積。體物 生長因子：生物素。作用：影響細胞膜通透性和代謝途徑。(4)的輔酶，參與脂肪CoA a:作為催化脂肪酸生物合成最初反應(yīng)的關(guān)鍵酶乙酰 酸的生物合成，進而影響磷酯的合成。乙醛酸循環(huán)活躍，a. b:濃度過大：促進菌體生長，谷氨酸產(chǎn)量低。因為： b.轉(zhuǎn)氨酶活力增強，谷氨酸轉(zhuǎn)變成其它氨基酸。酮戊二酸生成量減少。?-4.2. 培養(yǎng)基滅菌 谷氨酸發(fā)酵培養(yǎng)基一般采用淀粉水解糖為主要碳源，實

26、罐滅菌條件是105?110保溫6min。連續(xù)滅菌所采用的滅菌條件是，連消塔滅菌溫度為110?115，維持罐溫105?110,約6?10min。培養(yǎng)基滅菌后冷卻至30左右， 12 即可接入種子進行發(fā)酵。 4.3. 谷氨酸發(fā)酵 谷氨酸發(fā)酵開始前，首先必須配制發(fā)酵培養(yǎng)基，并對其作高溫短時滅菌處理。用于滅菌的工藝除采用連消塔維持罐一噴淋冷卻系統(tǒng)外，還可采用噴射加熱器維持管真空冷卻系統(tǒng)或薄板換熱器滅菌系統(tǒng)。但由于糖液粘度較大，流動性差，容易將維持管堵塞，同時真空冷卻器及薄板加熱器的加工制造成本較高，因而應(yīng)用較少。 發(fā)酵設(shè)備，國內(nèi)味精廠大多采用機械攪拌通風(fēng)通用式發(fā)酵罐，罐體大小在33之間。對于發(fā)酵過程采用

27、人工控制，檢測儀表不能及時反映罐內(nèi)參到50m200m數(shù)變化，因而發(fā)酵進程表現(xiàn)出波動性，產(chǎn)酸率不穩(wěn)定。由于谷氨酸發(fā)酵為通風(fēng)發(fā)酵過程，需供給無菌空氣，所以發(fā)酵車間還有一套空氣過濾除菌及供給系統(tǒng)。首先由高空采氣塔采集高空潔凈空氣，經(jīng)空氣壓縮機壓縮后導(dǎo)入冷凝器、油水分離器兩級處理，再送入貯氣罐，進而經(jīng)焦炭、瓷環(huán)填充的主過濾器和纖維分過濾器除菌后，送至發(fā)酵罐使用。在北方地區(qū)由于空氣濕度小、溫度低，還可采用空氣2 壓縮、冷卻過濾流程，省去一級冷卻設(shè)備4.4. 發(fā)酵條件控制 （1）溫度的控制 發(fā)酵過程中，谷氨酸產(chǎn)生菌的生長繁殖與谷氨酸的合成都是在酶的催化下進行的酶促反應(yīng)，不同的酶促反應(yīng)其反應(yīng)溫度不同。國內(nèi)常

28、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 發(fā)酵過程中pH的變化是微生物代謝情況的綜合標(biāo)志。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(diào)低pH的目的在于提高與谷氨酸合成有關(guān)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 谷氨酸

29、產(chǎn)生菌是兼性好氧性微生物，供氧不同菌體代謝產(chǎn)物不同。在實際生3 m產(chǎn)中，攪拌轉(zhuǎn)速固定不變，通常用調(diào)節(jié)通風(fēng)量來改變供氧水平。通風(fēng)比（333無菌空氣，用1:0.1表示。1m/m .min ）：每分鐘向的發(fā)酵液中通入0.1m 13 （4）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(yīng)。以B9和T6-13菌株為例，當(dāng)初糖為12.514%時，長菌期的OD凈增值在0.70.9。當(dāng)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O(shè)D值會略有上升。 生物素是谷氨酸生產(chǎn)菌不可缺少的生長因子。當(dāng)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

30、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(nèi)往胞外滲出；另一方面，在高生物素環(huán)境下，菌體只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 （5）泡沫的控制 泡沫過多培養(yǎng)基溶解氧減少，氣體交換受阻，影響菌的呼吸和代謝，還影響裝料系數(shù)等。 生產(chǎn)上為了控制泡沫，除了在發(fā)酵罐內(nèi)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))。 4.5. 谷氨酸的提取

31、谷氨酸的提取一般采用等電點離子交換法，國內(nèi)有些味精廠還采用等電點鋅鹽法、鹽酸水解等電點法及離子交換膜電滲析法提取谷氨酸。但存在廢水1 污染大，生產(chǎn)成本高，技術(shù)難度大等問題，應(yīng)用上受到限制。 從谷氨酸發(fā)酵液中提取谷氨酸制成味精要經(jīng)過以下工藝過程：谷氨酸加水溶解，用碳酸鈉或氫氧化鈉中和，經(jīng)脫水，除鐵、鈣、鎂等離子，再經(jīng)蒸發(fā)濃縮、結(jié)晶、分離、干燥、篩選等單元操作，得到高純度的晶體粉末或粉末味精。這個生產(chǎn)過程稱為“制造味精”，精制得到的味精稱為“散味精”。 14 純谷氨 谷氨酸中和 谷氨酸中和 脫色除鐵濃縮結(jié)晶分離 味精母濕味次品味精干食 粉篩選混鹽 包裝 包裝 報裝 粉體味精 晶體味精 含鹽味精 4

32、 谷氨酸制造味精生產(chǎn)工藝流程如圖 4.6. 谷氨酸制取味精及味精成品加工精制車間加工的谷氨酸產(chǎn)品為谷氨酸單鈉，即味精。粗品經(jīng)提純、加工、包 裝，得到成品。利用離子交還可使用離子交換柱，味精中和液的脫色過程，除使用碳柱外，設(shè)備國內(nèi)許多廠家還采用箱式烘房干燥，換樹脂的吸附色素。味精的干燥過程， 15 簡單，投資低，但操作條件差，生產(chǎn)效率低，不適應(yīng)大規(guī)模生產(chǎn)的要求。也有的廠家使用氣流干燥技術(shù)，生產(chǎn)量大，干燥速度快，干燥時間短，但干燥過程對味精光澤和外形有影響，同時廠房建筑要求較高，這樣均不如振動式干燥床應(yīng)用效果更好些。 5. 工藝計算 5.1. 設(shè)計依據(jù)與主要工藝技術(shù)參數(shù) 生產(chǎn)規(guī)模： 102000噸

33、年 生產(chǎn)規(guī)格： 純度為99的味精 生產(chǎn)方法： 以工業(yè)淀粉為原料、雙酶法糖化、流加糖發(fā)酵，低溫濃縮、等電提取 生產(chǎn)天數(shù)： 300天年 倒罐率： 0.5 發(fā)酵周期：40-42小時 生產(chǎn)周期：48-50小時 種子發(fā)酵周期：8-10小時 種子生產(chǎn)周期：12-16小時 發(fā)酵醪初糖濃度： 15(WV) 流加糖濃度：45(WV) 發(fā)酵谷氨酸產(chǎn)率： 10 糖酸轉(zhuǎn)化率： 56 淀粉糖轉(zhuǎn)化率： 98 谷氨酸提取收率： 92 味精對谷氨酸的精制收率：112 原料淀粉含量：86 發(fā)酵罐接種量： 8 發(fā)酵罐填充系數(shù)： 75 發(fā)酵培養(yǎng)基(W/V)： 水解糖 15，糖蜜 0.3，玉米漿 0.2%，MgSO4 0.04，KC

34、l 0.12，Na2HPO4 0.16%，尿素 4，消泡劑 0.04 種子培養(yǎng)基(W/V)： 水解糖 2.5，糖蜜 2，玉米漿 l %，MgSO4 0.04，K2HPO4 0.1，尿素 0.35，消泡劑 0.03 16 5.2. 谷氨酸發(fā)酵車間的物料衡算 5.2.1. 谷氨酸發(fā)酵車間的物料衡算 首先計算生產(chǎn)1000kg純度為100%的味精需耗用的原輔材料及其他物料量。 （1）發(fā)酵液量V 13) =1000/(150*56%*92%*99.5%*112%)=11.61(m V 13）kg/m發(fā)酵培養(yǎng)基初糖濃度（ 150式中 56%糖酸轉(zhuǎn)化率 92%谷氨酸提取率 99.5%除去倒灌率0.5%后的發(fā)

35、酵成功率 112%味精對谷氨酸的精制產(chǎn)率 （2）發(fā)酵液配制需水解糖量G 1 以純糖算， G=V*150=1741.5(kg) 11（3）二級種液量 V 23) =0.9288 (mV=8%V12 （4）二級種子培養(yǎng)液所需水解糖量 G 2G=V*25=23.22(kg) 223） 二級種液含糖量（kg/m 25式中（5）生產(chǎn)1000kg味精需水解糖總量G為： G=G+G=1764.72(kg) 21（6）耗用淀粉原料量 理論上，100kg淀粉轉(zhuǎn)化生成葡萄糖量為111kg，故理論上耗用的淀粉量G為： 淀粉G=1764.72/(86%*98%*111%)=1886.4(kg) 淀粉式中 86%淀粉原料含純淀粉量 98%淀粉糖轉(zhuǎn)化率 （7）尿素耗用量 二級種液耗尿素量為V3 V=3.5V=3.25(kg) 23發(fā)酵培養(yǎng)基耗尿素為V 4V=40V=464.4(kg) 14故共耗尿素量為467.65kg. （8）甘蔗糖蜜耗用量 二級種液耗用糖蜜量V 5V5=20V2=18.576(kg) 發(fā)酵培養(yǎng)基耗糖蜜量V 6V6=3V1=34.83(