1、味精工業下游分離技術案例分析 第七組：洪文靜、林明全、蔡圳、馮博、林吳靜、王揚 味精的主要成分為谷氨酸。它是中國菜肴里運用較多的一種調味劑。 但對于味精的發現是在20世紀初期，。1907年，日本東京帝國大學的研究員池田菊苗發現了一種，昆布（海帶）湯蒸發后留下的棕色晶體，即谷氨酸。這些晶體，嘗起來有一種難以描述但很不錯的味道。這種味道，池田在許多食物中都能找到蹤跡，尤其是在海帶中。池田教授將這種味道稱為“鮮味”。繼而，他為大規模生產谷氨酸晶體的方法申請了專利。池田教授將谷氨酸鈉稱為“味之素”。這種風靡整個日本的“味之素”，很快傳入中國，改名叫“味精”。味精提取工業的三大階段：味精生產工藝流程圖菌

2、種菌種斜面培養斜面培養搖瓶擴大培養搖瓶擴大培養種子罐擴大培養種子罐擴大培養原料原料預處理預處理水解水解過濾過濾淀粉水解糖淀粉水解糖配料配料發酵發酵空氣空氣空氣壓縮機空氣壓縮機冷卻冷卻氣液分離氣液分離過濾除菌過濾除菌等電點調節等電點調節沉淀沉淀離心離心粗谷氨酸粗谷氨酸溶解溶解中和制味精中和制味精 母液母液細谷氨酸細谷氨酸除鐵除鐵過濾過濾脫色脫色濃縮結晶濃縮結晶離心離心小結晶小結晶干燥干燥拌鹽粉碎拌鹽粉碎粉狀味精粉狀味精大結晶大結晶干燥干燥過濾過濾成品味精成品味精谷氨酸分離提取工藝技術簡介等電點結晶+離子交換工藝 發酵結束，pH值為6.77.0，加入酸，其pH值緩慢下降至pH3.2，使離子態谷氨酸

3、轉變為分子態的谷氨酸鈉，過飽和的分子結晶、析出。 等電結晶不可能析出所有的谷氨酸，在小于pH3.2的情況下，谷氨酸以GA+的形式存在，使用銨型交換樹脂吸附GA+，再洗脫使其進入下批次的結晶罐結晶，從而提高得率。濃縮等電轉晶工藝 此工藝下發酵液不經過除菌體直接濃縮之后加酸或水解液，在高溫下始終使谷氨酸成飽和狀態，然后一邊添加發酵濃縮液，一邊添加硫酸或水解液，在大量底料存在的情況下，使溶液始終處于飽和狀態并不斷析出晶體。 晶體經離心分離洗滌后轉晶，最后制成中和液。溫度溫度加晶種加晶種起晶起晶等電點攪拌20h靜置沉降6h離心分離濕谷氨酸緩慢緩慢加酸加酸發酵液pH4.0-4.5(起晶中和點)停酸育晶2

4、h鹽酸繼續中和至pH3.0-3.2晶種谷氨酸等電點結晶+離子交換工藝液體離子交換結晶廢液影響結晶的因素溫度與結晶的關系起晶與晶種的添加加酸速度的影響攪拌對結晶的影響溫度對結晶的影響：晶體類型晶體類型斜方型，晶體顆粒大，容易沉淀析出，純度較高。鱗片狀，晶體比較輕，不易沉淀分 離，往往夾有雜質與膠體結合，成 為“漿子”或者輕質谷氨酸，浮于 液面和母液中，純度低。：30以下形成 :晶體大且均一,易于沉降,收得率高。 :晶體大小不一,小晶體難于沉降,收得率低.自然起晶，pH中和至4.04.5時，可作為起晶中和點，應停止加酸，養晶育晶2小時左右，使晶核成長壯大。過早投放:晶種容易溶化掉過晚投放:形成更多

5、細小晶核前期稍快中期要緩后期要慢 :開始加酸調pH至 5.0這段時間內，加酸速度可稍快些在pH 5.0以下，加酸速度要緩慢發現晶核時，應停酸育晶然后再繼續慢慢加酸直至pH緩慢降到等電點為止等電點結晶+離子交換工藝(1)不攪拌的情況下起晶:(2)攪拌的情況下起晶:攪拌速度濃縮等電轉晶工藝主要步驟： 第一步：濃縮連續等電，就是發酵液濃縮后進行以活性晶種為起頭的以酸堿度控制手段德連續等電結晶過程，此結晶仍是講究高純度的-晶形。 第二步：轉晶、洗晶，就是為了提高谷氨酸純度和品質，以溫度控制的手段使谷氨酸由-晶形轉化為-晶形，并進行2次以上的洗晶分離。 第三步：分離蛋白和旋流沉淀，就是把連續等電結晶分離

6、出的一次母液以電荷絮凝的手段提出菌體蛋白，同時把清夜用專門設計的液態旋流器是母液中結晶谷氨酸連續快速沉淀而分層逆流，增加谷氨酸的回收。谷氨酸提取工藝的比較等電離交工藝的優缺點濃縮等電轉晶工藝的優缺點等點離交工藝優缺點：優點： 工藝提取率高：94%-95% 操作簡單，適合大規模提取、分離。缺點： 物耗高 廢水污染嚴重 谷氨酸質量低濃縮等電轉晶工藝優缺點優點： 硫酸、液氨消耗量低 廢水排放量少 產物質量高缺點： 時間較久：濃縮以及連續等電均需要時間 所需反應復雜：濃縮等電必須加入轉晶這一步驟，不然所得產物質量差。等電離交與濃縮等電轉晶的技術指標、物耗以及經濟分析采用濃縮等電轉晶工藝雖然提取收率比等

7、電離交工藝低1%，但硫酸、液氨的消耗量低，同時谷氨酸專晶后的精制收率提高2%，濃縮等電工藝的總體成本比等電離交工藝低了124元。張建華, 楊玉嶺, 孫付保,等. 谷氨酸提取產業現狀與無廢化發展方向J. 生物加工過程, 2009, 7(6):1-7.等電離交與濃縮等電轉晶的后續清潔與廢水處理對比但由于等電離交工藝輔料投入大，副產物有機肥的產出量多了400多kg，因而二者經濟相當。谷氨酸提取的新技術以及清潔生產技術谷氨酸雙結晶技術味精清潔生產技術的發展谷氨酸雙結晶技術 首 先 用 發 酵 液 直 接 等 點 結 晶 ，谷 氨 酸 一 步 收 率 8 0 % 以 上 ， 得到 的 麩 酸 質 量 好

8、 ， 不 用 轉 晶 可 直接 用 于 精 制 ; 提 取 后 的 母 液 除 去 菌體 和 可 溶 性 蛋 白 后 濃 縮 ， 再 經 蒸發 結 晶 得 到 的 二 次 結 晶 谷 氨 酸( 以 后 簡 稱 二 次 谷 氨 酸 ) ， 谷 氨 酸二 步 收 率 在 7 0 % 以 上 ， 總 提 取收 率 超 過 9 4 % 但 二 次 谷 氨 酸 雜 質 含 量 多 ， 顏色 深 ， 必 須 適 當 純 化 后 才 可 精 制生 產 味 精 。轉晶是首選的純化方法。谷氨酸雙結晶技術關鍵： 半連續結晶工藝：半連續結晶是連續間歇耦聯結晶的簡稱，它保留了連續結晶和間歇結晶共有的優點。研究結果顯示

9、：一步結晶收率85%，純度98%，母液濃度 1.6%。谷氨酸提取無廢工藝研究進展毛忠貴1 張建華1 楊玉嶺 2（1.江南大學 無錫 214122；2.山東菱花集團 濟寧 272073） 二次提取（二次結晶）：二次結晶是考慮蒸發消除廢水的同時，順勢再結晶，增加主產品谷氨酸收率。關鍵和難點是從高雜高粘溶液中結晶出顆粒狀 -晶體，便于其后的固液分離。研究結果顯示：獲得正常 -晶體，二次收率 60%，濕純 75%。 固液分離快速。谷氨酸提取無廢工藝研究進展毛忠貴1 張建華1 楊玉嶺 2（1.江南大學 無錫 214122；2.山東菱花集團 濟寧 272073）提高谷氨酸雙結晶產率的核心是提高二次結晶效率

10、。谷氨酸二次結晶的影響因素：雜質種類及濃度對谷氨酸二次結晶的影響雜質種類及濃度對谷氨酸二次結晶的影響濃縮倍數對谷氨酸二次結晶的影響濃縮倍數對谷氨酸二次結晶的影響溫度對谷氨酸焦化的影響溫度對谷氨酸焦化的影響晶種添加量對谷氨酸二次結晶的影響晶種添加量對谷氨酸二次結晶的影響蒸發速率對谷氨酸二次結晶的影響蒸發速率對谷氨酸二次結晶的影響雜質種類及濃度對谷氨酸二次結晶的影響上述述雜質均不同程度地增加了谷氨酸在等電母液中的溶解度。濃縮倍數對谷氨酸二次結晶的影響不同濃縮倍數下晶體粒徑分布趨勢基本相同，隨著濃縮倍數增加，中位徑依次為 122.2、138.0和 127.7m，表明濃縮倍數對結晶產品的顆粒分布影響不

11、大。但隨著濃縮倍數的提高硫酸銨隨谷氨酸結晶析出，導致結晶產品純度明顯下降。另一面，提高濃縮倍數后母液粘度大幅度增加，谷氨酸溶解度增加，結晶收率增幅較小（表 4.9），因此可以確定濃縮倍數以 6倍為宜。溫度對谷氨酸焦化的影響 理論上，提高溫度降低溶液粘度將有利于改善谷氨酸結晶條件，但并非可以任意提高結晶溫度，因為谷氨酸在高溫下會分子內脫水生成焦谷氨酸，引起谷氨酸的損失。 谷氨酸二次蒸發結晶溫谷氨酸二次蒸發結晶溫度應控制在度應控制在 7070以下較為以下較為合適。合適。晶種添加量對谷氨酸二次結晶的影響l 從粒徑分布圖 4-6 可以看出，在晶種添加量為 30%時，10-30m 之間的細晶峰最小，結晶

12、純度最高。l 表 4.5 表明當晶種添加量為 30%時，晶體純度最高。這是因為晶體顆粒較大時，晶體幾乎是分散的顆粒，雜質含量相對較低，因此純度較高。蒸發速率對谷氨酸二次結晶的影響當蒸發速率較低時，在溶液中晶體之間碰撞以及晶體與器壁之間的碰撞增加，由此產生的接觸二次成核幾率增加，產生大量的細晶。部分晶體由于生長時間延長使得顆粒直徑更大，使得晶體粒徑分布均一性變差。當蒸發速率過高時，溶液中的過飽和度不斷增加，初級成核速率增加，細晶增多，導致晶體顆粒直徑變小。蒸發速率以 207 L/m2h 為宜。味精工業常用清潔生產技術 廢水處理清潔生產技術 工藝改造 建立水循環系統 蒸汽余熱利用味精清潔生產技術的

13、發展常見的清潔生產方案序號序號技術名技術名稱稱適用適用范圍范圍技術主要內容技術主要內容解決的主要問題解決的主要問題技技術術來來源源所處所處階段階段應用前景分析應用前景分析1新型濃縮連續等電提取工藝味精行業本工藝采用新型濃縮連續等電提取工藝替代傳統味精生產中的等電-離交工藝，對谷氨酸發酵液采用連續等電、二次結晶與轉晶以及噴漿造粒生產復混肥等技術，解決味精行業提取工段產生大量高濃離交廢水的問題，且無高氨氮廢水排放；傳統的谷氨酸提取工藝大多采用等電-離交工藝，即發酵液直接在低溫條件下等電結晶，結晶母液經離交回收母液中的谷氨酸。傳統工藝投入設備多，離交廢水量大；硫酸、液氨消耗量大；自主研發應用階段本技

14、術實施后，味精噸產品減少了60%硫酸和30%液氨消耗，且無高氨氮廢水排放，噸產品耗水量可降低20%以上；能耗可降低10%以上；噸產品COD產生量可降低50%左右；2 發酵母液發酵母液綜合利用綜合利用新工藝新工藝味精味精行業行業本工藝將剩余的結本工藝將剩余的結晶母液采用多效蒸晶母液采用多效蒸發器濃縮，再經霧發器濃縮，再經霧化后送入噴漿造粒化后送入噴漿造粒機內造粒烘干，制機內造粒烘干，制成有機復合肥，至成有機復合肥，至此發酵母液完全得此發酵母液完全得到利用，實現發酵到利用，實現發酵母液的零排放。工母液的零排放。工藝中利用非金屬導藝中利用非金屬導電復合材料的靜電電復合材料的靜電處理設備處理噴漿處理設

15、備處理噴漿造粒過程中產生的造粒過程中產生的具有較強異味的煙具有較強異味的煙氣，處理效率可達氣，處理效率可達95%以上。以上。味精生產中提取谷氨味精生產中提取谷氨酸后的發酵母液有機酸后的發酵母液有機物含量高，酸性大，物含量高，酸性大，處理較困難。本工藝處理較困難。本工藝不但可將剩余發酵母不但可將剩余發酵母液完全利用，實現零液完全利用，實現零排放，且具有投資小，排放，且具有投資小，生產及運行成本低，生產及運行成本低，經濟效益好的特點。經濟效益好的特點。本工藝同時還解決了本工藝同時還解決了由噴漿造粒產生的煙由噴漿造粒產生的煙氣的污染問題，具有氣的污染問題，具有顯著的經濟效益、環顯著的經濟效益、環境效

16、益和社會效益。境效益和社會效益。自主自主研發研發應應用用階階段段該技術實施后味精該技術實施后味精噸產品噸產品COD產生量產生量減少約減少約80%，并可，并可產生產生1噸有機復合噸有機復合肥，增加產值肥，增加產值600元。元。以年產以年產10萬噸味精萬噸味精示范企業為例：每示范企業為例：每年可減少年可減少COD產生產生約約6萬噸；生產萬噸；生產10萬噸有機復合肥，萬噸有機復合肥，增加產值增加產值6000萬元。萬元。全行業推廣全行業推廣(按按80%計算計算)每年可減少每年可減少COD產生約產生約96萬噸；萬噸；生產生產160萬噸有機萬噸有機復合肥，增加產值復合肥，增加產值9.6億元。億元。3高性能

17、高性能溫敏型溫敏型菌種定菌種定向選育、向選育、馴化及馴化及發酵過發酵過程控制程控制技術技術味精味精行業行業本技術利用現代生本技術利用現代生物學手段定向改造物學手段定向改造現有溫度敏感型菌現有溫度敏感型菌種，選育出具有目種，選育出具有目的遺傳性狀、產酸的遺傳性狀、產酸率高的高產菌株，率高的高產菌株，同時對高產菌株發同時對高產菌株發酵生物合成網絡進酵生物合成網絡進行代謝網絡定量分行代謝網絡定量分析，結合發酵過程析，結合發酵過程控制技術，優化發控制技術，優化發酵工藝條件，提高酵工藝條件，提高谷氨酸的產酸率和谷氨酸的產酸率和糖酸轉化率，其產糖酸轉化率，其產酸率可提高到酸率可提高到現階段味精企業普遍現階段味精企業普遍使用生物素亞適量型使用生物素亞適量型菌種，其產酸率和糖菌種，其產酸率和糖酸轉化率較低，產酸酸轉化率較低，產酸率在率在11%-12%，糖酸，糖酸轉化率在轉化率在58%-60%。采用本技術可解決味采用本技術可解決味精企業生產中菌種產精企業生產中菌種產酸率和糖酸轉化率較酸率和糖酸轉化率較低的問題，其產酸率低的問題，其產酸率可達到可達到17%-18