味精的生产工艺

味精的生产工艺

【摘要】本文主要介绍了味精的发现、谷氨酸的生物合成以及由谷氨酸制得味精的工艺流程。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、结晶及分离得到谷氨酸钠。谷氨酸钠俗称味精，是重要的鲜味剂，对香味具有增强作用。

【关键字】味精、谷氨酸、发酵、氨基酸

内蒙古阜丰生物科技有限公司是世界第一大谷氨酸生产商——中国阜丰集团的核心企业。成立于2006年3月，坐落于呼和浩特经济技术开发区金川南区。阜丰集团有限公司是一家在香港主板上市的国际化生物制品公司。主要致力于生物发酵产品的生产、经营和研发，是全球第三大黄原胶生产商。公司目前下辖谷氨酸、味精、淀粉、葡萄糖、复混肥、热电、黄原胶、新型建材厂等多个分厂。主要产品及年产量为谷氨酸20万吨，味精10万吨，淀粉80万吨，结晶葡萄糖15万吨，复混肥30万吨，黄原胶2万吨。主导产品谷氨酸、味精、黄原胶销往全国二十多个省市，并出口到世界四十多个国家和地区。

1.味精简介

味精，又名“味之素”，学名“谷氨酸钠”。成品为白色柱状结晶体或结晶性粉末，是目前国内外广泛使用的增鲜调味品之一。其主要成分为谷氨酸和食盐。我们每天吃的食盐用水冲淡400倍，已感觉不出咸味，普通蔗糖用水冲淡200 倍，也感觉不出甜味了，但谷氨酸钠盐，用于水稀释3000倍，仍能感觉到鲜味，因而得名“味精”。

2．味精的发现

1908年的一天，日本东京大学教授Ikeda做完一天的实验后，回到家中。妻子端上做好的晚饭，早已饥肠辘辘的教授吃得特别香，尤其是汤，尽管汤里只有几片黄瓜和海带，却异常鲜美。黄瓜绝不会这么鲜美，教授心想，这个奥妙一定出自海带。于是教授决定揭示其中的秘密。通过对海带中含有的化学物质提取研究后，Ikeda终于发现海带里含有一种叫“谷氨酸钠”的物质。它非常鲜美，放进汤里，能使汤的味道更佳。池田菊苗教授给它取了个名字，叫“味之素”。从此开始了工业化生产氨基酸的历史。在此后的近50年中，谷氨酸的生产都是以大豆或面筋蛋白为原料，采用酸水解后分离提取的方法。1957年日本科学家Kinoshita等人发现，在培养某些微生物，如谷氨酸棒杆菌（Corynbacterium glutamicam）时会产生谷氨酸的积累，从此揭开了用微生物发酵方法生产氨基酸

的历史新篇章。至今，几乎所有的氨基酸都能采用发酵法生产。谷氨酸是第一种应用发酵法进行工业化生产，也是目前产量最高的氨基酸。全世界的年产量超过50万吨，中国已经成为世界上最大的氨基酸钠（味精）生产和消费国。

3．谷氨酸的生物合成途径

谷氨酸是生物体内代谢的基本氨基酸之一，也是连接糖代谢与氨基酸代谢的枢纽之一。在谷氨酸生产菌中，葡萄糖首先经过酵解途径（EMP）和单磷酸己糖途径（HMP）生成丙酮酸。然后，丙酮酸一方面氧化脱羧生成乙酰CoA，另一方面经CO₂固定作用生成草酰乙酸，乙酰CoA和草酰乙酸合成柠檬酸后进行三羧酸循环（TCA循环）。最后，三羧酸循环的中间产物α—酮戊二酸在谷氨酸脱氢酶催化的还原氨基化反应下，或者在由转氨酶催化的转氨作用下或者在谷氨酸合成酶催化的由谷氨酰胺提供氨基的反应下，合成谷氨酸。在这三种谷氨酸合成反应中，谷氨酸脱氢酶催化的还原氨基化作用占主导地位。

3.1 发酵法生产谷氨酸的菌种选育

工业发酵要求选育出高产菌种。一种微生物经过育种，能够积累过量的目标产物，就可以用于工业发酵，同时也说明它的遗传基因型与野生菌相比已经发生了变化。如果目标产物的代谢途径和调节机制已经比较清楚，在菌种选育时就可以有目的得采用适当的方法对细胞内的调节机制机理进行改造，就能够容易地获得高产菌种。

细细胞内氨基酸的合成具有如下特点：①某一类氨基酸往往有一个共同的前体；②氨基酸的生物合成与EMP途径、三羧酸循环有密切的关系；③一种氨基酸可能是另一种氨基酸的前体。因此，如果要细胞大量地积累氨基酸，就必需做到：①必需解除氨基酸代谢途径中存在的产物反馈抑制；②应该防止所合成的目标氨基酸降解或者用于合成其他细胞组分；③若几种氨基酸有一个共同的前体，应该切断其他氨基酸的合成途径；④应该增加细胞膜的通透性，是的细胞内合成的氨基酸能够及时释放到胞外，降低其胞内的浓度。因此在氨基酸生产菌种的育种工作中，应该在基因水平对微生物进行改造，改造的方法包括传统的诱变育种及应用现代基因工程。

3.2 谷氨酸的发酵工艺

谷氨酸的发酵是一个复杂的生化过程，野生型谷氨酸产生菌不能在体外大量积累地谷氨酸，故生产上常采用代谢调节异常化的细菌为菌种。这些菌种对环境因素的变化非常敏感，易受多方面的环境条件的影响，包括发酵培养及配比、温

度、溶解氧、pH、NH+浓度等。在适宜的培养条件下，谷氨酸生产菌能够将50%以上的糖转化成谷氨酸，只有极少量的副产物。否则，几乎不产生谷氨酸，而得到大量的菌体或者由谷氨酸发酵转化为积累乳酸、琥珀酸或α—酮戊二酸、丙氨酸、缬氨酸、谷氨酰胺、乙酰谷酰胺等等发酵。因此，谷氨酸发酵必须严格控制工艺条件。

（1）培养基：谷氨酸生产菌为异养型微生物，只能以有机化合物为碳素营养（2）种子扩大培养：由于现代的发酵工业生产规模越来越大，谷氨酸生产的发酵罐容积可达几十立方米甚至几百立方米。要使微生物在几十个小时的较短时间内，完成如此巨大的生物转化的任务，必须首先培养出数量巨大、代谢旺盛的种子。目前，谷氨酸种子的扩大培养普遍采用二级种子培养的流程。

（3）温度对谷氨酸发酵的影响及其控制：温度对发酵的影响是多方面的，对菌体生长和代谢产物形成的影响是各种因素综合表现的结果。不同的微生物种类，所具有的酶系及其性质不同，所要求的温度范围也不同；同一种微生物，培养条件不同，最适温度也往往不同。谷氨酸生产菌的生长最适温度为30～32o C，合成氨基酸的最适温度一般比生长温度高，为34～37o C。

（4）pH对谷氨酸发酵的影响及其控制：pH对微生物的生长和代谢产物积累都有很大影响。谷氨酸生产菌均能在广泛的的pH范围内生长。谷氨酸发酵在中性和微碱性条件下（pH 7.0～8.0）积累谷氨酸，在酸性条件下（pH 5.0～5.8）则容易形成谷氨酰胺N—乙酰谷酰胺。在不同培养阶段对pH的要求也往往不同，发酵前，幼龄菌体细胞对氮的利用率高，pH变化大。发酵前期pH偏低，菌体生长旺盛，消耗营养成分快，菌体转入正常代谢，长菌而不产谷氨酸。当pH偏高，对菌体生长不利，糖代谢缓慢，发酵周期延长。但是，在发酵前期pH稍高些（pH 7.5～8.0）对抑制杂菌生长有利。因此，发酵前期控制pH 7.5左右，发酵中、后期控制pH 7.2左右。因为谷氨酸脱氢酶的最适作用pH为7.0～7.2，氨基转移酶的最适pH为7.2～7.4。在将近放罐时，为了谷氨酸后续提取工序，控制pH 6.5～6.8为宜。

（5）氧对谷氨酸发酵的影响及其控制：谷氨酸生产菌是兼性好气菌，在谷氨酸发酵中，供氧过大或过小对菌体生长和谷氨酸积累都有很大影响。在菌体繁殖期，若供氧过量，在生物素限量的情况下，抑制菌体生长，表现为耗糖慢，长菌慢，pH偏高，不易下降。在发酵产酸阶段，若供氧不足，发酵的主要产物由谷氨酸转为乳酸。在缺氧条件下，丙酮酸以后的氧化反应停滞，使糖代谢中间体——丙