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1、资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。1 前言谷氨酸, 是一种酸性氨基酸。分子内含两个羧基, 化学名称为-氨基戊二酸。谷氨酸是里索逊1856年发现的, 为无色晶体, 有鲜味, 微溶于水, 而溶于盐酸溶液, 等电点3.22。大量存在于谷类蛋白质中, 动物脑中含量也较多。谷氨酸在生物体内的蛋白质代谢过程中占重要地位, 参与动物、 植物和微生物中的许多重要化学反应。医学上谷氨酸主要用于治疗肝性昏迷, 还用于改进儿童智力发育。食品工业上, 味精是常见的食品增鲜剂, 其主要成分是谷氨酸钠盐。过去生产味精主要用小麦面筋( 谷蛋白) 水解法进行, 现改用微生物发酵法来进行大规模生产。
2、 谷氨酸(2氨基戊二酸)有左旋体、 右旋体和外消旋体。左旋体, 即L-谷氨酸。L-谷氨酸是一种鳞片状或粉末状晶体, 呈微酸性, 无毒。微溶于冷水, 易溶于热水, 几乎不溶于乙醚、 丙酮及冷醋酸中, 也不溶于乙醇和甲醇。在200时升华, 247249分解, 密度1.538g/cm3, 旋光度+37+38.9(25)。L-谷氨酸的用途广泛, 它本身作为药品, 能治疗肝昏迷症, 也可用来生产味精、 食品添加剂、 香料和用于生物化学的研究。 谷氨酸的解离常数: pK1(COOH)为2.19, pK2(N+H3)为4.25( -COOH) , pK3为9.67( NH3+) 任何食品的食用都要适量, 味
3、精也一样, 并非多多益善, 过量的食用, 自然于健康无益。1987年2月16日至25日, 在荷兰海牙的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19次会议上, 根据对味精各种毒理性实验的综合评价结果作出了结论, 即味精作为风味增强剂, 食用是安全的, 宣布取消对味精的食用限量, 确认了味精是一种安全可靠的食品添加剂。就营养价值而言, 味精是谷氨酸的单钠盐, 谷氨酸是构成蛋白质的氨基酸之一, 是人体和动物的重要营养物质, 具有特殊的生理作用。1975年美国营养和食品工艺学词典记载, 在空腹时食用味精25毫克/公斤体重, 25-35分钟后就发生头痛、 出汗、 恶心、 体软、 口渴、 面
4、颊潮红、 腹部疼痛等症状, 但这些症状一般在数小时之内就会消失, 因此在空腹时不要吃味精。谷氨酸及谷氨酸钠的分解物质中含有很强的变异原物质, 如果将植物油与味精混在一起, 加热约20分钟, 变异原物质会进一步增加。因此在烹调时味精不宜在高温的炒菜过程中添加, 而应在烹调终了时加入作调味用。谷氨酸的生物合成途径大致是: 葡萄糖经糖酵解(EMP途径)和己糖磷酸支路(HMP途径)生成丙酮酸, 再氧化成乙酰辅酶A(乙酰COA), 然后进入三羧酸循环, 生成-酮戊二酸。-酮戊二酸在谷氨酸脱氢酶的催化及有NH4+存在的条件下, 生成谷氨酸。当生物素缺乏时, 菌种生长十分缓慢; 当生物素过量时, 则转为乳酸
5、发酵。因此, 一般将生物素控制在亚适量条件下, 才能得到高产量的谷氨酸。中国谷氨酸工业发展迅猛,产销两旺, 味精总产量已达191万t, 占世界总产量的70%以上,在国际微生物发酵产业中已占有一定竞争优势。中国味谷氨酸生产已经有80多年的生产历史, 1923 年从中国面筋水解法生产谷氨酸到1958 年利用淀粉糖发酵法生产谷氨酸研究开始, 中国利用发酵法生产谷氨酸, 已经走过了50 年的历程, 使发酵产酸发生了很大变化, 谷氨酸发酵生产技术也在不断变革, 80 年代以前, 中国大部分谷氨酸厂采用淀粉糖发酵法, 一般发酵工艺采用生物素亚适量进行发酵控制, 发酵产酸一般在5%6左右, 糖酸转化率在50
6、左右, 70 年代开始新疆石河子味精厂首先利用甜菜甜蜜, 采用高生物素、 大种量、 高通风的发酵技术进行发酵生产, 使发酵产酸达到8.5左右, 糖酸转化率在60%65, 90 年代后期, 中国部分谷氨酸厂在淀粉味精发酵行业开始进行以适量高生物素、 大种量、 高通风的发酵技术实验, 加上中国大专院校、 科研机构对淀粉制糖工艺、 发酵菌种以及工艺控制方法及装备水平进行大量研究和改进, 发酵产酸率和糖酸转化率都发生了巨大变化, 发酵产酸一般12%14%左右, 糖酸转化率在56%60%, 逐步缩小了与国际的差距。中国的谷氨酸发酵虽然在产量、 质量等方面有了较大的提高, 但与国外先进水平相比还存在一定差
7、距。主要表现在: 设备陈旧, 规模小, 自控水平、 转化率和提取率低, 易受噬菌体污染, 废水污染问题尚未完全解决等。尽管中国谷氨酸发酵工艺技术指标水平进步很快, 但与国际先进水平仍有较大差距, 国外优势主要表现在以下几个方面: ( 1) 原料: 粗原料糖蜜、 少数淀粉, 具有成本优势。( 2) 生产方式: 提取、 精制生产单元连续生产方式, 效率高、 劳动强度低。( 3) 装备水平: 自动化程度高, 广泛采用计算机, 机器装备先进, 运行稳定, 生产环境好。( 4) 生产率: 设备产能高, 生产能力比我们高50%, 人员劳动生产率高, 相同规模但人员仅是我们的1/10。( 5) 生产技术水平
8、较高: 发酵产酸14%16%, 转化率62%67%。( 6) 生产工艺方法: 谷氨酸发酵: 高生物素水平、 添加青霉素或采用温度敏感型菌株, 低糖连续流加方式, 发酵强度高, 谷氨酸热量高, 利于精制收率提高及产品质量的提高, 而且利于环保治理。本设计是河北科技大学理工学院生物工程专业的毕业设计, 是对大学四年学习的总结, 是在校期间最后一次大型作业, 是教学的基本环节之一, 对于学生生涯具有举足轻重的作用。经过毕业设计, 使我对所学理论知识融会贯通, 使专业知识系统化, 培养学生独立解决问题的能力, 使我进一步锻炼查阅文献、 收集资料、 设计计算、 工程制图、 统筹安排等综合能力, 为我走上
9、工作岗位奠定了基础。在设计前期经过查阅大量资料, 首先完成相关专业的外文翻译, 而且初步确定设计方案。在崔建东老师的带领下我们在味精厂进行了实习, 进一步加深了我们对谷氨酸生产工艺的认识, 并获得了大量可参照数据。本设计是根据多方面情况的考虑及研究, 创造性的结合个人所学的理论知识设计而成, 做到了理论与实践相结合。2 设计总论2.1 设计目的经过本设计, 学习并掌握独立检索文献的方法、 发酵工厂设计中衡算及设备选型的计算方法; 具备独立制定设计工艺方案的能力以及工程制图能力, 并由此形成初步的发酵工厂设计能力; 能够运用本专业知识独立解决一般的发酵工程技术问题; 提高综合素质, 培养创新能力
10、和实践能力。2.2 设计任务以玉米为原料年产七万吨谷氨酸工厂设计, 生产天数为320天, 连续生产。2.3 设计要求2.3.1 衡算 进行全厂物料衡算、 热量衡算、 水衡算和设备选型的计算, 其中对重点车间重点设备的选型计算要详细。2.3.2 绘图根据设备选型的情况绘制图纸。要求采用计算机绘图, 图纸大小为一号, 共五张, 其中工艺流程图二张( 发酵车间工艺流程图、 提取车间工艺流程图) 、 平面布置图二张( 全厂平面布置图、 发酵车间平面布置图) , 发酵罐剖面图一张。图纸尺寸标注应符合国家标准。2.3.3 说明书的编写 编写设计说明书, 其中应包括厂址选择、 工艺选择、 物料衡算、 热量衡
11、算、 水衡算、 设备计算选型、 设备列表、 三废处理等内容。3 厂址选择厂址选择是建设前期必须作的一项政策性很强的综合性工作。它关系到工厂投产后的生存和发展。因此新建味精厂必须认真做好厂址选择工作。3.1 厂址选择的原则1) 符合国家的方针政策。建厂靠近原料地或交通方便的地方, 厂址选择既要努力提高经济技术效果, 又要符合工农业合理布局的要求。所选厂址要满足生产需要, 但尽量不占良田, 节约用地, 又留有发展余地; 2) 要有充分水源, 水质应符合生活饮用水卫生标准和谷氨酸生产的需要; 3) 要有可靠的供电保证。谷氨酸工厂用电量大, 在供电距离、 容量和保安电方面需要得到供电部门的保证, 尽可
12、能靠近电厂或电线输送网; 4) 所选厂址周围应有良好的卫生环境。根据谷氨酸厂的生产特点, 厂址选择在空气质量要好, 大气含尘量低的地区, 同时尽可能选在地方主导风向的上侧, 不受其它单位的烟尘和污染源影响, 以满足发酵谷氨酸生产的需要; 5) 要有合理的”三废”处理设施; 6) 施工简单, 需要有闲置的空地; 7) 除生产协作外, 一般应考虑以下协作项目: 修理、 动力、 给排水、 运输、 施工、 消防、 公用仓库、 公共福利、 场地工程设施、 废料的堆存和处理设施; 8) 注意专业化协作, 靠近动力供应中心。3.2 厂址的确定石家庄位于石黄高速公路和石太高速公路交叉处, 而且是铁路枢纽, 原
13、料运输方便; 石家庄是河北省的省会, 正在处于发展阶段, 有广阔的销售市场; 石家庄有充分的地下水资源, 也有充分的电力供应。周边可提供大量玉米, 原材料丰富。综合上述因素, 厂址选定于石家庄市新乐县开发区。4 工艺论证4.1 生产规模年产七万吨谷氨酸工厂4.2 产品规格99%谷氨酸质量符合GB8967-88; 80%谷氨酸质量符合QB1500-924.3 生产方法以玉米淀粉为原料、 北京棒杆菌为生产菌种生产谷氨酸, 分为以下三个车间: 4.3.1 制糖车间: 是双酶法制糖工艺4.3.2 发酵车间: 亚适量生物素流加糖发酵工艺4.3.3 提取车间: 等电点提取工艺4.4 工作组成4.4.1 糖
14、化车间A液化B糖化C过滤4.4.2 发酵车间A种子B连消C发酵D空气净化4.4.3 提取车间A等电提取B离心分离4.4.4 辅助车间修理车间、 泵房、 化验室、 净化系统、 动力车间、 水源4.4.5 包装形式现采用塑料袋装, 塑料袋的材料有BOPP复膜聚乙烯、 聚乙烯符合GB4456-84规定。现选用机械包装, 包装规格: 10g, 20g, 50g, 100g, 250g, 500g, 1kg, 10kg, 25kg, 允许偏差符合GB8967-88和QB1500-92规定。4.5 工作制度全年生产320天, 23班作业, 连续生产4.6 全厂各工段工艺流程1) 糖化流程调浆配料喷射液化保
15、温维持层流液化灭酶糖化罐糖化灭酶过滤糖储罐发酵车间2) 发酵流程生产用菌种: 北京棒状杆菌图1 发酵流程4.7 工艺参数玉米淀粉含淀粉86%,淀粉糖转化率97%, 糖酸转化率60%, 产酸率12%, 提取收率94%。发酵周期48h, 发酵时间38h, 初糖14%, 流加糖30%, 总糖18%, 接种量10%, 生物素含在糖蜜中。4.8 原料规格工业H2SO4 98%液氨99%盐酸31%烧碱固体98%, 液体30%硫化碱63.5%, 使用时1520B尿素含氮量46%, 水中溶解度1g/ml, 10%溶液PH7.2氨水2025%Na2HPO4H2O96%, 工业H3PO4 85%MgSO47H2O98%, 精制盐99%BAPE比重1.011.025,分子量30004000,微黄色油状液体,浊点1214VB199%粒度1024目, 2842目, 4060目强度90%pH5.07.0-淀粉酶高温活力 /g, 用量12/g干淀粉中温活力4000/g, 用量1.25/g
