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1、生物工程专业课程设计说明书年产3万吨味精工厂糖化工段设计说明书（教师参考用）摘要谷氨酸是利用微生物发酵生产的一个具有代表性的产品，生产工艺涉与种子培 养、发酵、提取、脱色、离心、和干燥等重要的单元操作和工程概念。通过对谷氨酸车 间的工艺设计，可以加强对自己对所学知识的综合利能力。通过本毕业设计训练，可 以提高自己理论联系实际的能力和工程设计方面的能力。本设计是以商品淀粉（纯度为86%）为原料进行设计，使用一次喷射双酶法为糖 化工艺，以年实际工作日300天计算，日产味精90吨。对全厂物料、糖化工段物料 进行衡算，对糖化工段的罐体如调浆罐、储浆罐、维持罐、层流罐、糖化罐、储糖罐 以与一些标准设备如
2、液化喷射器、板框过滤机、板式换热器和泵等进行了详细计算， 以确定它们的参数，便于设备布置图的绘制。关键词：谷氨酸钠；糖化；工艺计算AbstractGlutamate is produced by microbial fermentation of a representative of the products, production processes involved in seed culture, fermentation, extraction, bleaching, centrifugationand drying unit operations and other importa
3、nt engineering concepts.Through the workshop process design glutamate, can enhance their knowledge of the comprehensive profitability.Graduate training through the design, can improve their ability to integrate theory with practice and engineering design capabilities.The design is based on refined s
4、tarch (86% purity) as raw materials for the design, the use of a jet of two enzymes for the saccharification process, the actual working days to 300 days calculated at 90 tons of monosodium glutamate production.The whole plant material, the heat balance on the line for sugar chemical segment, such a
5、s mixing tanks tank, slurry storage tank, the maintenance tank, laminar flow tank, saccharification tanks, storage sugar and some standard equipment such as liquid jet, framefilter, plate heat exchanger and pump a detailed calculation, to determine their parameters, to facilitate the drawing of equi
6、pment layout.Key words:glutamate;saccharification;process calculation引言1第一章糖化工段工艺21.1味精简介21.2设计方案的确定21.2.1糖化方法的选择论证21.2.2液化工艺条件的论证31.3糖化工艺流程41.4糖化工艺技术要点41.4.1调浆配料41.4.2喷射液化51.4.3糖化51.4.4过滤51.4.5贮存5第二章糖化工段物料衡算52.1生产能力52.2计算指标62.3总物料衡算62.3.1商品淀粉用量62.3.2糖化液量72.3.3产谷氨酸量72.3.4衡算结果汇总72.4糖化工段物料衡算82.4.1淀粉浆量
7、与加水量82.4.2液化酶量82.4.3 CaC量 82.4.4糖化酶量82.4.5糖液产量82.4.6过滤糖渣量92.4.7生产过程进入的蒸汽冷凝水与洗水量92.4.8衡算结果汇总9第三章糖化工段设备选型93.1糖化罐的选型计算93.2设备选型汇总10结论11参考文献错误!未定义书签。引言味精又称谷氨酸一钠，其基本成分为L-谷氨酸，具有强烈的肉类鲜味。将其添加 在食品中可使食品风味增强，鲜味增加，故被广泛使用。味精在胃酸作用下生成的谷 氨酸，被人体吸收后，参与人体许多代反应，并与其他氨基酸一起共同构成人体的组 织蛋白。谷氨酸能用来预防和治疗肝昏迷，还能促进中枢神经系统的正常活动，对治 疗脑震
8、荡和脑神经损伤有一定功效1我国的味精生产始于1923年，天厨味精厂最先用水解法生产。1932年开始用脱 脂豆粉水解生产味精。我国从1958年开始谷氨酸生产筛选与其发酵机理的基础性研 究，1964年首先在进行工业化试生产。目前国味精生产已全部用发酵法。所以，今 后菌种，工艺技术和生产规模方面还需加大改革力度，使生产水平再上一个新台阶！目前，企业生产味精都是以发酵法生产，但每生产1吨味精要排放2025吨母 液，其属于高浓度有机酸性废水，需对母液进行回收，发展高效提取工艺，提高谷氨 酸提取率和降低工艺用水，减少废水排放量，实现味精的清洁生产，在发展工业经济 的同时走上可持续发展的文明道路，这样，我国
9、的味精工业不但真正收到经济效益和 环境效益的共同丰收，而且也会减轻政府对行业的管理负担，形成多种因素和谐统一， 走上良性运行可持续发展的健康道路。第一章糖化工段工艺1.1味精简介学名：L-谷氨酸单钠盐-水化合物商品名：味精、味素、谷氨酸钠，因味精起源于小麦，俗称麸酸钠英文名：Monosodium L-Glutamate，简写 MSG结构式：HOOC-CH -CH -CH-COONaH O222INH2分子式：NaCHONHO,分子量：187.135 8 42味精于1909年被日本味之素（味刀素）公司所发现并申请专利。纯的味精外观 为一种白色晶体状粉末。当味精溶于水（或唾液）时，它会迅速电离为自
10、由的钠离子 和谷氨酸盐离子（谷氨酸盐离子是谷氨酸的阴离子，谷氨酸则是一种天然氨基酸）。 要注意的是如果在100笆以上的高温中使用味精，经科学家证明，味精在100笆时加 热半小时，只有0.3%的谷氨酸钠生成焦谷氨酸钠，对人体影响甚微。还有如果在碱 性环境中，味精会起化学反应产生一种叫谷氨酸二钠的物质。所以要适当使用和存放。味精不仅应用于食品行业，还被广泛应用于医药、工业、农业等方面。味精2004 年的全球市场约为170万吨，预计2010年将增长到210万吨。我国是味精生产大国， 2003年中国味精产量118.9万吨，占世界53%，2006年产量136万吨，居世界第一。味精曾一度被怀疑是不可安全食
11、用的增鲜调味品幻。1973年FAO/WHO食品添加剂 专家联合组织一度规定，味精的ADI值0mg120mg，即摄入量每天每千克人体体重不 得超过120mg。但国际上许多权威机构都做过味精的各种毒理试验，到目前为止，还 未发现味精在正常使用围对人体有任何危害的依据，即证明食用味精是安全的。1.2设计方案的确定1.2.1糖化方法的选择论证糖化工段主要有酸解法、酶酸法、双酶法这三种方法。酸解法是传统的制糖方法， 它是利用无机酸为催化剂，在高温高压条件下，将淀粉转化为葡萄糖。酶酸法是将淀 粉乳先用a-淀粉酶液化，然后用酸水解成葡萄糖。双酶法是通过淀粉酶液化和糖化 酶糖化将淀粉转化为葡萄糖。三种糖化工艺
12、，各有其优缺点。从糖液质量、收得率、 耗能以与对粗淀粉原料的适应情况看，双酶法最佳、酶酸法次之、酸解法最差。但双 酶法生产周期长，糖化设备较庞大。从糖浆的黏度来看，双酶法最低、酸解法最高。 双酶法制糖工艺可根据升温方式的不同分为升温液化法、喷射液化法。喷射液化法又 依所用加热设备的不同分为一次喷射液化法和二次喷射液化法。一次喷射液化法由于 能耗低，设备少，糖液质量好而获得广泛的应用。所以本次设计采用一次喷射双酶 法。1.2.2液化工艺条件的论证a-淀粉酶能能水解淀粉与其产物部的a-1，4糖昔键，不能水解a-1，6糖昔键， 但能越过a-1，6糖昔键继续水解a-1，4糖昔键，而将a-1，6糖昔键留
13、在水解产 物中。（1）淀粉液化条件淀粉是以颗粒状态存在的，具有一定的结晶性结构，不容易与酶充分反应，如淀 粉酶水解淀粉颗粒和水解糊化淀粉的比例为1：20000。因此必须先加热淀粉乳，使 淀粉颗粒吸水膨胀，使原来排列整齐的淀粉层结晶结构被破坏，变成错综复杂的网状 结构。这种网状会随温度的升高而断裂，加之淀粉酶的水解作用，淀粉链结构很快被 水解为糊精和低聚糖分子，这些分子的葡萄糖单位末端具有还原性，便于糖化酶的作 用。由于不同原料来源的淀粉颗粒结构不同，液化程度也不同，薯类淀粉比谷类淀粉 易液化。淀粉酶的液化能力与温度和pH值有直接关系。每种酶都有最适的作用温度和pH 值围，而且pH和温度是互相依
14、赖的，一定温度下有较适宜的pH值。在37笆时，酶 活力在pH值5.07. 0围较高，在pH值6. 0时最高，过酸过碱都会降低酶的活性。 a -淀粉酶一般在pH值6.07.0较稳定。酶活力的稳定性还与保护剂有关，生产中可通过调节加入的CaCl2的浓度，提高 酶活力的稳定性。一般控制钙离子浓度0.01mol/L。钠离子对酶活力稳定性也有作用， 其适量浓度为0.01mol/L左右。现在研究发现当物料pH大于5.7后，在最终糖液中即有可能生成麦芽酮糖。研 究还发现，随着液化pH的不断升高，麦芽酮糖的含量也在同步增长。在液化pH低于 5.6时，即可避免在糖化过程中产生麦芽酮糖。工业生产上，为了加速淀粉液
15、化速度，多采用较高温度液化，例如8590笆或者 更高温度，以保证糊化完全加速酶反应速度。但是温度升高时，酶活力损失加快。因 此，在工业上加入。a2+或Na+，使酶活力稳定性提高。(2)液化程度的控制淀粉经液化后，分子量逐渐减少，黏度下降，流动性增强，给糖化酶的作用提供 了条件。但是，如果让液化继续下去，虽然最终水解物也是葡萄糖和麦芽糖等，但这 样所得糖液葡萄糖DE值低；而且淀粉的液化是在较高温度下进行的，液化时间加长， 一部分已经液化的淀粉又会重新结合成硬束状态，使糖化酶难以作用，影响葡萄糖的 产率，因此必须控制液化进行程度。淀粉液化的目的是为了给糖化酶的作用创造条件，而糖化酶水解糊精与低聚
16、糖等分子时，需先与底物分子生成络合结构。这就要求被作用的底物分子有一定的大 小围，才有利于糖化酶生成这种结构，底物分子过大或过小都会妨碍酶的结合和水解 速度。根据发酵工厂的生产经验，在正常液化条件下，控制淀粉水解程度在葡萄糖值 为1020之间为好(即此时保持较多量的糊精与低聚糖，较少量的葡萄糖)。而且， 液化温度较低时，液化程度可偏高些，这样经糖化酶糖化后糖化液的DE值较高。淀 粉酶液化终点常可以典液显色来控制。1.3糖化工艺流程图1-1 一次喷射双酶法制糖工艺流程图1.4糖化工艺技术要点1.4.1调浆配料淀粉乳调成15-20oBe。研究发现，在淀粉液化过程的配料阶段，当物料pH大于 5.7后，在最终糖液中即有可
