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

来，水和其他杂质则流出。

3）洗脱当交换吸附完成后，通入碱液，碱液中钠离子与谷氨酸离子再交换而被吸附，谷氨酸黪则随水流出，此过程称为洗脱。

阳离子树脂柱提取工艺

谷氨酸制取味精

谷氨酸是不呈鲜味，只有将其转化成为谷氨酸钠盐，才具有强烈的鲜味，故还需要对谷氨酸进行中和调制成谷氨酸钠盐。其工艺过程为：

水纯碱

↓↓

谷氨酸粗晶→溶解→中和→脱色→过滤→蒸发结晶→干燥→成品

1、谷氨酸的中和

谷氨酸中和反应的pH应控制在谷氨酸第二等电点pH 6．96。当pH高时，生成的谷氨酸二钠增多，而谷氨酸二钠没有鲜味。将谷氨酸溶于水中，加热、加碱进行中和。随着碱的不断加入，溶液的pH逐步升高，谷氨酸的电离平衡移动，当绝大多数的谷氨酸都变成阴离子形式时，即为中和生成谷氨酸一钠的等电点。

2、中和液的脱色

谷氨酸中和液一般都含有深浅不同的黄褐色色素，其主要是铁离子与水解糖中的单宁结合生成的紫黑色单宁铁和葡萄糖聚合反应产生的色素等。这会影响味精成品的色泽和纯度，必须进行脱色处理。脱色处理有物理吸附(活性炭脱色)和化学脱色（离子交换树脂脱色）两种方法。

3、中和液的结晶

结晶操作主要包括浓缩、起晶、整晶、育晶、放罐等几个阶段。

(1)浓缩谷氨酸钠在水中的溶解度很大，要想生成大量的结晶必须使溶液达到过饱和状态而析出结晶。浓缩通常采用2种方法：一是降低溶液的温度，使溶质的溶解度减小，达到过饱和状态；二是在温度不变的条件下，蒸发掉溶液中一部分水，使溶液的浓度提高，达到饱和状态。高温条件易使谷氨酸一钠脱水环化，生成焦谷氨酸钠。

(2)结晶析出结晶味精的晶体要求颗粒大小均匀，透明，光洁。结晶析出的具体步骤是：当溶液浓缩到一定浓度后，投人晶种，进行起晶。起晶时溶液微混浊，经过一定时间晶种的晶粒稍长大，并出现细小的新晶核(称假晶)。当料液浓度增加，晶粒长大速度反而比晶核长大速度小时，需要整晶。整晶就是加入一定量与料液温度接近的温水，使晶核全部溶解掉。加水量不宜过多，以溶掉新形成的小晶核为止，防止晶种溶化。整晶后继续浓缩，若再次出现新晶核就要多次进行整晶。在结晶过程中，应保持锅内浓度维持在较低的过饱和状态，保证晶体不断生长，又较少生成新晶核。通过补实而促使晶粒长大的过程称为育晶。补料结束后，待晶粒长成所要求的大小时，准备出晶。

4、味精的分离干燥

(1) 味精的分离生产上采用过滤式离心分离机进行湿谷氨酸分离。离心后的母液中含有大量的谷氨酸一钠，可将其并人下批中和液中进行处理。

(2) 味精干燥干燥是除去味精表面的水分，而不失去结晶水，外观上保持原有晶型和晶面的光洁度。干燥温度要严格控制，以不超过80℃较为合适。目前味精工业主要采用振动式沸腾干燥设备干燥。

(3) 味精筛选采用振动筛选机对干燥好的味精及时进行筛选，根据不同晶体规格的要求，选择不同孔径的筛网。筛分时能通过10目而不通过24目的晶粒称粗晶粒，能通过14目不能通过28目的晶粒成为细晶粒。

味精废液的处理

味精废液具有产量大、有机物和氨氮含量高、酸度低等特点，直接排放会对环境造成严重的污染问题④。目前，废母液资源化工艺已经在所有存在发酵生产工艺的味精企业普及，并成为生产工艺中的必要组成部分⑤。

目前味精废水处理的工艺流程：

目前对该类废水的处理过程采用厌氧与好氧相结合的生物处理工艺，但该工艺存在处理效率低、投资较大等缺点，因此如何实现对味精废水的经济高效处理成为了近几年来国内外学者研究的重点⑥。

好氧颗粒污泥工艺是近年来发展起来的污水处理新工艺，他是微生物在特定环境下自发凝聚、增殖而形成的沉降性能好、生物协作性强的生物颗粒。由于好氧颗粒结构上特殊的传质作用，在颗粒表面为好氧环境，内部为典型的厌氧环境，两者之间又存在一定的缺氧环境，因此可实现多种污染物的同步去除，具有良好的发展前景⑦。

同时，味精废水中含有丰富的有机物、无机物，可作为微生物营养液，以味精废水为原料利用国际公认安全的微生物进行发酵培养，生产益生菌剂，降低生产成本，减少污染，保护环境，便于工业化生产，同时可创造可观的经济效益。

随着科技发展和人们生活水平的提高，对环境保护及食品安全的日益关注，应用绿色食品、绿色饲料，实现绿色环境，强化生态文明，大力研制推广应用微生态制剂是实现这一目的的有效措施。以工业废水来生产益生菌剂，变废为宝，解决了环境污染问题，能促进动植物的生长，并能提高动植物的抗病能力，还能创造可观的经济效益，符合我国可持续发展的战略目标。在益生菌剂的研究与应用过程中，受到温度、湿度、酸碱度、使用时机、使用量和稳定性等因素的影响⑧。国内在益生菌剂方面还缺乏深入研究，在科技工作者的努力下，国内益生菌剂的品质将更加优良，益生菌剂必将在农业、医疗保健、养殖及环境改良等方面发挥更大的作用⑨。

参考文献：

①《常用饮料和调味品生产技术》周开孝，袁琰著

②《发酵工艺》周桃英，袁仲著

③《农产品加工》李明银董绍华著

④彭志平，黄继川，于俊红，李文英，林志军，味精废液对花生产量、品质和土壤酶活性的影响.热带作物学报.2012.33（9）：1579-1583

⑤董黎明，汪苹，张艳萍.味精工业废水处理工艺现状及分析.发酵科技通讯第40 卷.

⑥于鲁,冀何青,王震.好氧颗粒污泥的培养及处理味精废水.环境工程学

报.2012年6月第6卷第6期.

⑦郑晓英，陈卫．好氧颗粒污泥特质及其在工业废水处理中的应用．水资源保护， 2005， 21( 3) : 38-42.

⑧］杨建州，张松鹏．味精废水培养苏云金芽孢杆菌的预处理研究［J］．环境污染治理技术与设备，2002，3 ( 8) : 18 － 21．

⑨吴丹.利用味精废水生产益生菌剂的方法.江苏农业科学.2012年第40卷第6期.