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1、摘要课程设计是普通高校本科教育中非常重要的一个环节，同时也是理论知识与实际应用相结合的重要环节。本设计为年产1万吨谷氨酸钠的生产车间设计，通过双酶法谷氨酸中糖发酵以及一次等电点提取工艺生产谷氨酸钠。本文对味精发酵生产工艺及主要设备作简要介绍，以期有助于了解通气发酵工艺和主要设备的有关知识。设计内容为，了解味精生产中的原料处理、发酵、提取部分的生产方法和生产流程，根据实际情况来选择发酵工段合适的生产流程，并对流程中的原料进行物料衡算、热量衡算及设备的选择。关键词：关键词1：谷氨酸钠；关键词2：发酵；关键词3：工艺流程ABSTRACTCourse is designed to education
2、of undergraduate course of common colleges and universities in a very important link, is also a combination of theoretical knowledge and practical application of important link.This design for the annual output of 10000 tons of mono-sodium glutamate production workshop design, through the double enz
3、ymatic sugar in glutamate fermentation and a second-class mono-sodium glutamate isoelectric point extraction process production.In this paper, a brief introduction of the process and main equipment for the production of mono-sodium glutamate fermentation, in order to help understand the concerned kn
4、owledge of aeration fermentation process and main equipment.Design content for, understand mono-sodium glutamate in the production of raw materials processing, fermentation, extraction part of manufacturing processes and production methods, according to the actual situation to choose suitable fermen
5、tation section in the production process, and the process of raw material to carry on the material balance, heat balance and the selection of equipment.Key words: MSG; FERMENTATION; TECHNOLOGICAL PROCESS1 谷氨酸发酵的工艺流程1.1 工艺流程1.1.1 谷氨酸发酵原理葡萄糖6-磷酸葡萄糖已糖激酶葡萄糖激酶6-磷酸果糖1,6-二磷酸果糖3-磷酸甘油醛1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油
6、酸磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸磷酸葡萄糖异构酶磷酸果糖激酶醛缩酶磷酸甘油醛脱氢酶磷酸甘油酸激酶磷酸甘油酸变位酶烯醇化酶丙酮酸激酶乙酰CoA草酰乙酸柠檬酸顺乌头酸乙酰CoA异柠檬酸草酰琥珀酸-酮戊二酸谷氨酸钠氨气，碳酸氢钠CoASH,NAD+,丙酮酸脱氢酶复合体 1.1.2 谷氨酸发酵工艺流程 压缩空气过滤除菌菌种斜面培养种子扩大培养原料预处理水解过滤配料发酵加热除菌等电点调节沉淀离心粗谷氨酸母液离子交换处理粗谷氨酸溶液溶解中和加纯碱活性炭脱色离子交换除镁铁钙等金属离子过滤浓缩结晶离心结晶干燥精制谷氨酸钠1.2 原料的选择2 我国味精生产均以淀粉为原料，成本相对比较高，如全部改用玉米代替大米作原料，每
7、吨味精成本由比国际同行业先进水平高1000元降到比国际同行业先进水平低2000元水平，同时可以大大减少生产所形成的有机废水、废渣，实现清洁生产。 玉米进行浸泡磨浆，再调成15Bx，调pH6.0，加细菌-淀粉酶进行液化，8530min，加糖化酶60糖化24h，过滤后可供配置培养基。1.3 谷氨酸生产菌种玉米为原料发酵生产味精常用菌株有：谷氨酸棒杆菌、黄色短杆菌、乳糖发酵短杆菌、嗜氨小杆菌、硫殖短杆菌等。国产菌株有：北京棒杆菌AS1.299、北京棒杆菌7338、北京棒杆菌D110、棒杆菌S-944、钝齿棒杆菌AS1.542、钝齿棒杆菌HU7251、。本工艺选用谷氨酸棒状杆菌(Corynebacte
8、rium glutamicum)：生物素缺陷型、温度敏感型。1.4 培养基1.4.1 培养基选择 国内谷氨酸发酵种子扩大培养普遍采用二级种子培养的流程，即：斜面菌种一级种子培养二级种子培养发酵罐。 1.一级种子培养 一级种子培养的目的在于大量繁殖活力强的菌种，培养基组成应以少含糖分，多含有机氮为主，培养条件从有利于长菌考虑。 2.二级种子培养为了获得发酵所需要的足够数量菌体，在一级种子培养的基础上进而扩大到种子罐的二级种子培养。种子罐容积大小取决于发酵罐大小和种量比例。 3.发酵培养基与种子培养及不同，发酵培养基不仅是提供给菌体生长繁殖所需要的营养和能源，而且是构成谷氨酸的碳架来源，要累积大量
9、谷氨酸，就要有足够量的碳源和氮源，其量大大的高于种子培养基，对于菌体繁殖所必需的因子生物素却要控制其用量。谷氨酸产生菌是异养微生物，只能从有机化合物中取得碳素的营养，并以分解氧化有机物产生的能量供给细胞中合成反应所需要的能量。目前所发现的谷氨酸产生菌均不能利用淀粉，只能利用葡萄糖、果糖、蔗糖和麦芽糖等。在谷氨酸发酵中氮源的用途：组成菌体含氮物质；组成谷氨酸的氨基；调节pH值，形成谷氨酸铵；另外，一部分分解放出氨随排气溢出。无机盐是微生物生命活动所不可缺少的物质，其主要功能是构成菌体成分；作为酶的组成成分；酶的激活剂或抑制剂；调节培养基的渗透压；调节pH值和氧化还原点位等。在谷氨酸发酵中，由于通
10、气和搅拌，产生少量泡沫是空气溶解于发酵液中和产生二氧化碳的结果。因此，发酵的过程产生少量泡沫是正常的。为了防止泡沫的过多生成和消除泡沫，一般要加少量的消泡剂。1.4.2 发酵培养基（g/L）7 水解糖150，甘蔗糖蜜6，尿素35，玉米浆510，硫酸镁0.7，氯化钾0.9，磷酸0.2，生物素2/L，泡敌1.0，接种量为7% 用NaOH（5%）溶液调pH 7.201.4.3 斜面培养基 保藏斜面培养基：牛肉膏l，蛋白胨l，氯化钠0.5，琼脂2，pH7.0。 活化斜面培养基：葡萄糖0.1，牛肉膏l，蛋白胨l，氯化钠0.5，琼脂2，pH7.0。1.4.4 一级种子培养基3 葡萄糖2.5% 尿素0.5%
11、 硫酸镁0.04% 磷酸氢二钾0.1% 玉米浆 2.53.5% 硫酸亚铁、硫酸锰各20ppm、pH7.01.4.5 二级种子培养基（g/L）5 水解糖40，糖蜜20，尿素5，磷酸氢二钾2，硫酸镁0.6，玉米浆510，泡敌0.6，生物素0.02mg/L，硫酸锰2mg/L，硫酸亚铁2mg/L，接种量为2%。 pH 6.87.01.5 淀粉的糖化1.5.1 酸水解法4 酸水解法又称酸糖化法，是一种传统的水解方法。以酸(无机酸或有机酸)为催化剂，在高温高压下将淀粉水解为葡萄糖的方法。 该法具有生产工艺简单、设备简易、生产周期短、设备生产能力大等优点。但是，由于水解反应是在高温、高压及较高酸浓度条件下进
12、行的，因此，该法要求有耐腐蚀、耐高温、耐高压的设备。此外，淀粉在酸水解过程中所发生的副反应较多，造成葡萄糖量减少以及不可发酵性糖类、色素等物质增多。这不仅降低淀粉转化率，而且由于生产的糖液质量差，对而后的发酵、提取都带来不利影响。并且酸水解法对淀粉原料要求严格，必须是精制淀粉，淀粉颗粒大小要均匀，不宜过大，否则易造成水解不透彻。淀粉乳浓度也不宜过高，过高则淀粉转化率低。因此目前酸解法已逐步被酶解法所取代。1.5.2 酶水解法 酶水解法制葡萄糖可分为两步：第一步是利用液化脚化淀粉水解成糊精和低聚糖等，使黏度大为降低，流动性增高，所以工业上称为液化。第二步是利用糖化酶将糊精或低聚糖进一步水解为葡萄
13、糖，在生产上称为糖化。由于采用了酶液化和酶糖化工艺，故也称为双酶水解法。酶水解法(双酶水解法)的优点： (1)淀粉水解是在酶的作用下进行的，酶解反应条件较温和，因此不需耐高温、耐高压、耐酸的设备。同时，酶在反应过程中也不产生腐蚀性物质，对设备要求低，也改善了劳动卫生条件。 (2)微生物酶作用的专一性强，效率高，淀粉水解的副反应少，因而水解糖液的纯度高，淀粉转化率高，糖液颜色浅，较纯净，无异味，质量高，有利于糖液的充分利用。 (3)可在较高淀粉乳浓度下水解，水解糖液的还原糖含量可达到30以上。 (4)可采用粗原料，省去粗原料加工成精制淀粉的生产过程，避免淀粉加工中的原料流失，减少粮食消耗。 (5
14、)由于微生物酶制剂中菌体细胞的自溶，使得糖液的营养物质较丰富，简化了发酵培养基。酶水解法(双酶水解法)的缺点是：生产周期较长(一般48h)；要求的设备较多，设备投资人：由于酶本身是蛋白质，易造成糖液过滤困难。但是，随着酶制剂生产及应用技术的提高和酶制剂的大量生产，酶水解法制糖逐渐代替酸法制糖，已成为淀粉水解制糖的一个发展趋势。1.5.3 酸酶结合水解法 酸酶结合水解法是集酸法和酶法制糖的优点而成的生产工艺。此法又可分为酸酶(水解)法或酶酸(水解)法。(1)酸酶水解法 酸酶水解法即先以酸为催化剂将淀粉水解成糊精和低聚糖，然后再用糖化酶将其水解为葡萄糖的工艺。玉米、小麦等谷类淀粉，淀粉颗粒坚实，如
15、果用淀粉酶液化在短时间内往往不彻底。因此，针对这种情况，采用酸将淀粉水解到一定程度，然后将水解液降温、中和，再加入糖化酶进行糖化。由于糖化是在糖化酶作用下完成的，因此对液化液要求不高。用酸酶水解淀粉制糖，液化速度快，可采用较高的淀粉乳浓度，提高了生产效率；用酸量较少产品颜色浅，糖液质量高。(2)酶酸水解法 酶酸水解法是将淀粉乳先用淀粉酶液化到一定程度，然后用酸水解成葡萄糖的工艺方法。耐于颗粒大小不一的淀粉(如碎米淀粉等)，如果用酸法水解，则常导致水解不均匀，淀粉糖转化率低。针对此种情况可先用淀粉酶液化，过滤除杂后，再用酸法水解成葡萄糖。用酶酸法制糖，能采用粗原料淀粉，减少原料损失，一般可提高原料
