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1、年产 4.0 万吨味精工厂工艺设计1 前言味精是采用微生物发酵的方法由粮食制成的现代调味品，是 L-谷氨酸单钠(Mono sodium glutamate)的一水化合物（HOOC-CH 2CH(NH2)-COONaH20） ，具有旋光性，有 D-型和 L-型两种光学异构体。谷氨酸是氨基酸的一种，也是蛋白质的最后分解产物。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，用于水稀释 3000倍，仍能感觉到鲜味，现在是广泛使用的鲜味剂。1987 年 3 月，联合国粮农组织和世界卫生组织食品添加剂专家联合委员会第十九次会议，宣布取消对味
2、精的食用限量，再次确认为一种安全可靠的食品添加剂 1。关于味精的生产有着两种方式，发酵法和水解蛋白质法，用发酵法生产味精最想起源于日本，当时日本一家私人公司发明了这个方法，从那以后发酵法便广泛流传开来，截止到目前为止世界上所有国家仍然是以这种方法生产味精的。但是在很久以前我们是用水解蛋白质的方法来生产味精的。味精可以参与体内的各种代谢活动，比如糖代谢，蛋白质代谢，这些代谢活动对我们的中枢神经系统的正常运行时非常重要的，此外，味精在治疗神经运动性发作和癫痫病发作方面还是有一定作用的。长期食用谷氨酸对于我们智力的提高还是有一定效果的。但是味精确实有时候会存在一定的危害，但这种危害是因为对味精特性不
3、够了解，食用方法不当造成的，如果烹饪时温度超过了 120的话，谷氨酸钠就会发生裂解变成焦谷氨酸钠，这种物质不但会减退鲜味，而且具有一定的毒性，但是我们只要注意味精的加入时间就不会出现这样的问题。此外，我们还需要注意味精不能与碱性物质一起使用，在碱性环境中味精会发生化学反应生成谷氨酸二钠的化合物，所以存放味精时注意不要和苏打放在一起。谷氨酸发酵是通气发酵，也是我国目前通气发酵产业中，生产厂家最多、产品产量最大的产业 2。味精是一种弱酸强碱盐，当它遇到水以后可以完全解离成钠离子和谷氨酸离子。当人们使用的味精到达胃部，由于胃酸的作用会生成谷氨酸。谷氨酸对人体是一种非常重要的氨基酸，它不但能够参与身体
4、内的许多化学反应而且可以与其他氨基酸协同作用，构成对人体有用的蛋白质。味精还具有其他功效，比如说他可以提高人们的食量，促进人体对对各种食物的消化吸收。味精是由大量的谷氨酸组成，谷氨酸又是一种构成人体蛋白质的非常重要的组分，所以说味精对于人体健康来说也有着非常重要的作用。谷氨酰胺具有解除人体代谢所产生的氨的毒害作用，而谷氨酰胺又可以由谷氨酸与血氨结合而产生，故味精对于治疗一些疾病具有积极的作用。本设计的工艺流程为：发酵预处理（包括种子培养、原料预处理和制无菌空气）发酵等电点提取中和制味精浓缩结晶精制分装。该处理工艺的结构紧凑简洁，运行控制比较灵活。是味精生产的理想途径，具有良好的经济效益、环境效
5、益和社会效益。2 工艺流程选择及说明2.1 工程概况2.1.1 工厂概况味精工厂生产一般的过程主要为：1、发酵预处理（包括种子培养、原料预处理，制无菌空气） ，2、发酵，3、等电点提取，4、中和制味精，5、浓缩结晶，6、精制分装。味精生产厂家一般都会设置糖化车间、发酵车间、提取车间还有精制车间作为主生产车间。另外，为了保障生产过程中的蒸汽需求，同时还会设置动力车间，锅炉燃烧产生蒸汽，并通过供气管路输送到各个生产需求部位。还要设置供水站，以保障对水的需求。所供的水经消毒、过滤系统的处理，输送到各个生产需求部位。2.1.2 设计依据1、生物工程工厂设计概论 3。2、相关味精资料。2.1.3 设计范
6、围本工程的设计范围为：生产味精的量达到年产 4 万吨的要求。2.1.4 设计原则1、采用合理、成熟、先进的处理工艺，并且要具有显著的环境、社会和经济效益。2、工艺设计和设备选型能在生产运行过程中具有较大灵活性、能适应水质和水量的变化。3、运行过程中，要便于操作管理和维修，节省动力消耗和运行费用。2.2 味精发酵工艺流程2.2.1 建设规模生产味精的量达到年产 4 万吨左右。2.2.2 处理工艺流程的选择1、味精生产过程可划分为四个工艺阶段。（1）淀粉水解糖的制备及原料的预处理：所谓的糖化就是利用淀粉水解酶将多糖水解为可利用的单糖，此过程称为糖化工序。所得到的发酵液就是淀粉水解糖。我们之所以将淀
7、粉进行糖化处理，是因为淀粉是多糖，而味精发酵所利用的菌株只能以单糖作为有用碳源，所以只有将淀粉水解之后才能被其利用。而目前国内使用较为广泛的水解方法是双酶裂解法。从 60 年代以来，国外在酶水解法制糖领域不断取得新的进展，由此使得酶水解法取得了很大突破，日本最早实现了工业化生产，之后其他国家也开始模仿这种先进的制糖技术，双酶解法所用到的酶具有高度专一性作用，复合和分解反应较少。双酶解法反应条件温和，采用酶法生产不仅可以大幅度的改善糖液的质量，而且还可提高糖液的浓度和淀粉的转化率，是目前应用最为广泛，效益最好的制糖方法。原料预处理的目的就在于提前毁坏原料的原始结构，从而提高原材料的利用率，其次还
8、可以预防设备的磨损，以及事先除去原材料中的比较大的杂质。筛选机是味精厂常用的杂质过滤装置，所用的筛形式转筒筛和震动筛，但是较为振动筛使用比较方便，因为其结构比较简单。一般而言，在预处理过程中，我们都需要事先将原材料细化，也就是将其磨碎，这样其原始结构在很大程度上就被破坏了。而常用的粉碎设备有辊式粉碎机和锤式粉碎机。每一种粉碎机都有其各自的特色，不同的粉碎机有着可处理相应的原料。辊式粉碎机的主要功能是将物料细碎和中碎，盘磨机大多用于豆类，玉米，大米的预处理，而锤式粉碎机一般应用于质地比较脆的薯类材料 4。（2）谷氨酸发酵及种子扩大培养：味精生产工厂需要大量的种子，为了满足对种子的需求，味精厂通常
9、都建设有种子发酵车间，以此来扩大培养目的种子。扩大培养的工艺流程是先是在实验室中小试，即在培养基中进行斜面培养，经过活化后的种子在转移到液体培养基中，进行培养，如果是好氧型的种子还需要放到摇床中进行扩大培养，经过实验检测如果是我们需要的种子，便可以进行中试培养，即在不同的种子罐中进行培养，最终目的就是工业化发酵生产足够多的种子，以满足发酵的需求。在发酵进行之前，我们首先要做的就是制备培养种子所需要的培养基，为了避免杂菌污染我们还要对培养基进行常规的灭菌处理。用于培养基灭菌的工艺有多种。一般我们采用喷射加热器维持管真空冷却系统，此外我们还可以用连消塔维持罐喷射冷却系统。但是此系统还有一个缺点，就
10、是维持管很容易被堵塞，因为发酵液粘稠度较大，不容易流动。此外还由于这种设备的制作加工成本较高，因此使得他的使用在很大程度上都受到了制约。目前国内味精生产工厂使用较为广泛的是体积大小在 50 至 200m之间的发酵罐，这种发酵罐通常具有搅拌装置和通风装置。但是这种发酵罐存在一系列的缺点，如检查仪器灵敏度弱导致仪表不能够及时反应发酵罐里的各种参数的变化，此外在整个发酵过程中需要很多人工操作的地方，导致成本加大。由于以上原因造成了发酵过程不稳定，产酸率波动性大。味精发酵工厂还应建设无菌空气制造车间，因为谷氨酸发酵过程中的菌种需要空气。无菌空气的制作过程是高空空气采集塔首先从高空中吸取一定量的洁净的空
11、气，空气压缩机对这些空气进行加压处理后进入油水分离器和空气冷凝器进行两级处理，之后再倒入空气储藏罐，在空气储藏罐中会对这些空气进行杀菌处理，所用到的过滤装置是由瓷环和焦炭填充的。经过这些过程处理后的空气才能送入发酵罐。在北方地区由于空气湿度小、温度低，还可采用空气压缩、冷却过滤流程，省去一级冷却设备 5。（3）谷氨酸的提取：目前关于谷氨酸的提取方法有很多种，如：离子交换膜电渗析法，盐酸水解等电点法，等电点锌盐法。但是一般应用范围较为广泛的是等电点离子交换法。然而所有这些提取方法都有着共同的缺点，研究技术难度较大，操作成本较高，无水排放量大，对环境造成的污染比较严重，因此限制了这些提取方法的进一
12、步推广应用 1。（4）味精成品加工及谷氨酸制取味精：谷氨酸单钠是经过精制车间以谷氨酸为原料进行加工而成的，这就是我们所说的味精。谷氨酸单钠再经过一系列的包装，加工，提纯后就的到了成品。在得到成品的过程中还有一道脱色的工序，我们可以利用离子交换树脂，炭柱等材料吸取味精中和液中的色素。如果是小规模生产，我们可以利用箱式烘房干燥技术来干燥味精，因为其投资较低且设备简单。但是如果是大规模生产，箱式烘房干燥技术就不适用了，这时我们可以采用气流干燥技术，干燥时间短，干燥速度快，且产量大。但是这种技术存在一定的局限性，因为如果采用这种干燥技术就会增加厂房建设费用，提高生产成本，所以我们最终选用振动干燥床 5
13、。2、与这四个工艺阶段相对应的味精生产厂家一般都会设置糖化车间、发酵车间、提取车间还有精制车间作为主生产车间。另外，为了保障生产过程中的蒸汽需求，同时还会设置动力车间，锅炉燃烧产生蒸汽，并通过供气管路输送到各个生产需求部位。还要设置供水站，以保障对水的需求。所供的水经消毒、过滤系统的处理，输送到各个生产需求部位。2.2.3 处理工艺路线的确定通过上述分析比较，其工艺流程如图 2.1 所示。图 2.1 味精厂生产工艺2斜面培养摇瓶扩大培养种子罐扩大培养预处理水解过滤淀粉水解糖配料发酵空气压缩机冷却气液分离过滤除菌等电点调节沉淀离心粗谷氨酸溶解中和制味精 母液离子交换处理粗谷氨酸溶液粗谷氨酸除铁过
14、滤脱色浓缩结晶离心小结晶干燥拌盐粉碎粉状味精大结晶干燥过滤成品味精配料罐 定容罐二级种子罐实消降温二级种子培养消泡剂水无机盐糖蜜玉米浆纯生物素氮液消泡剂水无机盐糖蜜玉米浆纯生物素一级种子斜面无菌空气 发酵罐葡萄糖定容罐连消器维持罐换热器消泡剂高浓度糖液液氨图 2.2 谷氨酸发酵的工艺流程 63 工艺流程计算3.1 味精厂计算与构筑物设计3.1.1 基础数据及工艺技术指标（1）主要技术指标指标名称 单位 指标数倒灌率 % 1.0糖酸转化率 % 48淀粉糖转化率 % 95麸酸谷氨酸含量 % 90谷氨酸提取率 % 80发酵周期 h 48产品质量 % 99生产天数 d/a 300生产规模 t/a 40
15、000发酵初糖 Kg/m3 150生产方法 等电点离子交换提取味精对谷氨酸产率 % 112产品日均产量 t/d 134（2）接种量 5%。（3）发酵培养基：尿素 40 g/L，硫酸锰 0.002 g/L，糖蜜 4 g/L，氯化钾 0.8 g/L，水解糖 100 g/L，硫酸亚铁 0.002 g/L，碳酸氢二钠 0.2 g/L，植物油 1.0 g/L，泡敌 0.6 g/L。（4）二级种子培养基：泡敌 0.6 g/L，硫酸镁 0.6 g/L，糖蜜 20 g/L，水解糖 23 g/L，玉米浆 6 g/L，硫酸亚铁 0.002 g/L，磷酸氢二钾 1.0 g/L，尿素 3.5 g/L，硫酸镁 0.00
16、2 g/L。（5）主要原材料质量指标 淀粉原料的淀粉含量为 80%，含水 14%。3.1.2 谷氨酸发酵车间的物料衡算为了计算方便，首先需要计算出生产 1 吨 100%纯度的味精所需要的各种物料的量。（1）计算 V1，V1 是发酵液量：36.5 %129%80410mV式中：味精对谷氨酸的精制产率112%除去倒灌率 1%后的发酵成功率99%谷氨酸提取率80%糖酸转化率48%发酵培养基初糖浓度（kg/m3）150（2）配制发酵液所需要的水解糖的量 G1：)(23491501kgVG（3）配制二级种液量 V2：31278.%m（4）配制二级种子培养液所需的水解糖量 G2：32203VG二级种子培养基水解糖含量23 g/L（5）生产 1 吨味精一共需要的水解糖量为 G：kgG01.2376（6）需要消耗的尿素量为 V 尿：V 尿=V3+V4二级种子培养液消耗尿素量V3 发酵培养
