年产10万吨味精设计
一.文献综述 1.1味精的性质[1]
味精是谷氨酸的一种钠盐，为有鲜味的物质，学名叫谷氨酸钠，亦称味素。化学名α-氨基戊二酸一钠，是一种由钠离子与谷氨酸根离子形成的盐，是一种无嗅无色的晶体，对光和热稳定，无吸湿性，在232℃时解体熔化。其中谷氨酸是一种氨基酸，而钠是一种金属元素。生活中常用的调味料味精的主要成分就是谷氨酸钠。
摩尔质量169.111gmol-1 ，白色或近白色结晶性粉末 ， 熔点225 ℃，易溶于水，谷氨酸钠的水溶性很好，在100毫升水中可以溶解74克谷氨酸钠。微溶于乙醇。
1.2味精的作用与功能[2]
味精是一种增鲜味的调料，炒菜、做馅、拌凉菜、做汤等都可使用。一般用量为0.2%～0.5%。也可用作生化试剂。中国菜里用的最多，也可用于汤和调味汁。
味精对人体没有直接的营养价值，但它能增加食品的鲜味，引起人们食欲，有助于提高人体对食物的消化率。另外,味精中的主要成分谷氨酸钠还具有治疗慢性肝炎、肝昏迷、神经衰弱、癫痫病、胃酸缺乏等病的作用。
味精虽能提鲜，但如使用方法不当，就会产生相反的效果，会对人体有害。它在消化过程中能分解出谷氨酸，后者在脑组织中经酶催化，可转变成一种抑制性神经递质。当味精摄入过多时，这种抑制性神经递质就会使人体中各种神经功能处于抑制状态，从而出现眩晕、头痛、嗜睡、肌肉痉挛等一系列症状；有人还会出现焦躁、心慌意乱；部分体质较敏感的人甚至会觉得骨头酸痛、肌肉无力。长期过量食用味精可能导致视网膜变薄、视力下降，甚至失明。另外，过多的抑
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制性神经递质还会抑制人体的下丘脑分泌促甲状腺释放激素，妨碍骨骼发育，对儿童的影响尤为显著。
1.3味精行业发展史[3]
1.3.1味精的发现
尽管味精广泛存在于日常食品中，但谷氨酸以及其它胺基酸对于增强食物鲜味的作用，在20世纪早期，才被人们科学地认识到 。1907 年 ，日本东京帝国大学的研究员池田菊苗发现了一种，昆布（海带）汤蒸发后留下的棕色晶体，即谷氨酸。这些晶体，尝起来有一种难以描述但很不错的味道。这种味道，池田在许多食物中都能找到踪迹，尤其是在海带中。池田教授将这种味道称为“鲜味”。继而，他为大规模生产谷氨酸晶体的方法申请了专利。
1.3.2世界味精的发展
第一阶段：1866年德国人H·Ritthasen(里德豪森)博士从面筋中分离到氨基酸 ，他们 称谷氨酸 ，根据 原料定名 2 东北电力大学生物工程课程设计为麸酸或谷氨酸（因为面筋是从小麦里提取出来的）。1908年日本东京大学池田菊苗 试验，从海带中分离到L—谷氨酸结晶体，这个结晶体和从蛋白质水解得到的L—谷氨酸是同样的物质，而且都是有鲜味的。
第二阶段：以面筋或大豆粕为原料通过用酸水解的方 法生产味精，在1965年以前是用这种方法生产的。这个方法消耗大，成本高，劳动强度大，对设备要求高，需耐酸设备。
第三阶段：随着科学的进步及生物技术的发展，使味精生产发生了性的变化。1965年以后我国味精厂都自采用以粮食为原料（玉米淀粉 、大米、小麦 淀粉、甘薯淀粉）通过微生物发酵、提取、精制而得到符合国家标准的谷氨酸钠，为市场上增加了一种安全又富有营养的调味品，用了它以后使菜肴更加鲜美可口。
1.3.3我国味精工业发展史
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1925年，吴蕴初将自己的生产工艺公开，以做好向欧美行销的 准备。1926～1927年吴蕴初还将“佛手牌”味精的配方、生产技术等，向美、法等化学工业发达国家申请专利，并获批准。这也是中国历史上，中国的化学产品第一次在国外申请专利 。
1926年，佛手牌味精获得美国费城世界博览会金奖。1930年，1933年，吴蕴初的味精继续在世界博览会上连续获得奖项，佛手牌味精打入了欧洲等海外市场。日本“味之素”在 东南亚的市场也被中国产品取代。按照北洋的专利法，吴蕴初的味精专利可以享有5年的专利保护。1926年，吴蕴初宣布，放弃味精的国内的专利，希望全国各地大量仿造生产。此后，国内各地先后出现了 十几个味精品牌 ，国货味精市场极大繁荣，日本3东北电力大学生物工程课程设计的“味之素”除了在日本关东军占领的我国东北地区外，在中国的其他地区再也难见踪影。
1926年佛手牌味精参加在西班牙举办的国际博览会上，获得金奖。1930年，“佛手”味精赴比利时列日产业科学世界博览会，又获大奖。1933年，美国芝加哥世博会，主题为“一个世界进步”。吴蕴初紧扣主题制作了“百年中国调味品也之进步”的宣传手册，以及红木的展示台。由于产品品质优异，加上宣传到位，“佛手”味精再获大奖。 之后，味之素公司成立，致力于味精的生产与产品在日本市场的销售。「味之素」意味着「味觉的元素」。1947年，味精登陆美国市场，命名为:Ac'cent flavor enhancer。
现代的味精商业化生产是通过淀粉，甜菜，甘蔗培养基发酵生产的。2001年，味精的销售量达到大约有150万吨，比上年增长了4%。在欧美国家老一套的看法中，味精总是与中餐馆的食物联系到一起。而事实上，现在在美国销售的许多种普通食品中都能找到味精的踪迹： 大多数美国产罐装汤，如美国汤品生产商金宝汤公司的汤类产品（部分低钠产品除外） ,大多数美国产肉鸡肉牛产品，如史云生（部分低钠产品除外） ,大多数美国产薯条产品，其它的许多零食产品，众多的冷冻食物，快餐产品，如各种调味品。
二．味精生产工艺概述[4]
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2.1味精的加工工艺发展
其实味精的历史不长，从发现至今还不到百年，和源远流长的油、盐、酱、
醋、酒等调味品相比，味精只能算是个蹒跚学步的幼儿。 味精早期生产是利用蛋白质水解法制取。将面粉制成含蛋白质较多的面筋，或用
豆饼加盐酸溶液加热，使蛋白质完全水解生成含谷氨酸的溶液，再浓缩使之结晶。
五十年代起人们采用糖和氮肥（硫铵、氨水、尿素等）为原料，利用细菌发酵法制谷氨酸。该法卫生又经济, 每百斤糖可制谷氦酸五十多斤，因而迅速推广成为目前生产味精的主要方法。
2.2味精生产全过程可划分为糖化、发酵、提取谷氨酸晶体、精制得谷氨酸钠晶体四个工艺阶段:
2.2.1调浆→糖化工艺
淀粉、水 → 调浆（加Na2CO3和淀粉酶）→ 喷射液化 → 保温灭菌 → 过滤 → 层流罐 → 贮罐 → 冷却 → 糖化
2.2.2发酵→提取谷氨酸晶体工艺
冷却 → 发酵罐发酵 → 冷却 → 等电点中和 → 谷氨酸晶体→ 加水溶解 → 二次中和 → 得谷氨酸钠溶液
2.2.3精制得谷氨酸钠晶体工艺
活性炭脱色 → 过滤 → 离子交换脱金属离子 → 浓缩 → 蒸发结晶 → 分离出湿味精 → 干燥 → 得晶体味精 → 筛选 → 分装
三．总物料衡算
年产10万吨（99%占80%，80%占20%），原料为24%葡萄糖液，产酸率为10.2g/dl，糖酸转化率54%，谷氨酸提取率93%，谷氨酸钠收率94%，发酵周期
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40-44h。
3.1生产过程的总物料衡算
3.1.1生产能力
此次设计的味精精制车间工艺设计的生产能力为年产量10万吨，99%规格的味精占80%，即80000（t/d）；80%的味精占20%，即20000（t/d）。 （1）折算为100%味精为：80000*99%+20000*80%=95200（t/d）
（2）全年生产日为320天，则日产商品味精：100000/320=312.5（t/d） （3）日产100%MSG的量：95200/320=297.5（t/d）
3.1.2总物料衡算
本设计以24%葡萄糖液为原料，以1000kg葡萄糖液为例计算。 （1）1000kg葡萄糖理论产100%MSG的含量：
1000*81.7%*1.272=1039.22（kg）
式中：81.7%——糖酸理论转化率； 1.272——精制理论收率。
（2）依照本设计的生产指标，1000kg24%葡萄糖液实际产100%MSG：
1000*93%*54%*94%*1.272*24%=144.11（kg）
式中：54%——发酵时糖酸转化率； 93%——谷氨酸提取率； 94%——谷氨酸钠收率。 （3）生产味精时葡萄糖单耗
1t100%MSG消耗葡萄糖量：1000/144.11=6.94(t)
24%葡萄糖液的密度为1.09kg/L，则实际消耗24%葡萄糖液体积：
6.94/1.09=6.37（m3）
3.1.3生产过程中所用的工业原料及中间品计算 （1）葡萄糖液用量
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297.5*6.49=20.65t/d）
100%葡萄糖量：297.5*6.94*24%=495.45（t/d） （2）发酵液量
495.45*54%=267.55（t/d）
折算为10.2g/dl的发酵液为：267.55/10.2%=2623.00（m3），2623.00*1.05=2754.15（t） （1.05为发酵液的相对密度） （3）提取谷氨酸的量
纯谷氨酸量：267.55*93%=248.82（t/d）
折算为90%的谷氨酸量为：248.82/90%=276.47（t/d）
（4）谷氨酸废母液量（采等点—离回收法，以排出之废母液含谷氨酸0.3g/dl 计算）
（267.55-248.82）/0.3% =6243.33（m3）
3.1.4总物料衡算结果表
表3-1 年产10万吨味精总物料衡算结果列汇总 原料项目 糖液（24%）t 谷氨酸（90%）t MSG（100%）t 0.3%谷氨酸废母液（m） 324%葡萄糖液原料 6.94 0.93 1.00 20.99 日投料量 20.65 276.47 297.5 6243.33 3.2连续灭菌和发酵工序的物料衡算
3.2.1发酵培养基
（1）1000kg 24%葡萄糖液，得到24%的糖化液15.08kg。发酵初始糖浓度16.4g/dl ，其数量为：
15.08*24%/16.4%=2773.28 (L)
16.4g/dl的糖相对密度为1.06，所以2773.28*1.06=2939.68 (kg) （2）发酵培养基的配料要求
按放罐发酵液的体积计算：2773.28*16.4%*54%/10.2%=2407.86（L）
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玉米浆：2407.86*0.2%=4.82 (kg) 甘蔗糖蜜：2407.86*0.3%=7.22 (kg)
无机盐（P，Mg，K等）：2407.86*0.2%=4.82(kg)
配料用水：向24%的糖液中加水量为（配料时培养基的含糖量不低于19%）：15.08*24%/19%-15.08=498.71 (kg) （3）灭菌过程中加入蒸汽量及补水量
2939.68-15.08-498.71-4.82*2-7.22=529.03 (kg) （4）发酵零小时数量验算：
15.08+7.22+4.82*2+498.71+529.03=2939.68(kg) 其体积为：2939.68/1.06=2773.28（L） 与以上结果计算一致。
3.2.2接种量
接种量为发酵液体积的1%，则为： 2773.28*1%=27.73（L） 2773.28*1.06=29.38 (kg)
3.2.3发液氨的量
发酵过程加液氨数量，为发酵液体积的2.8%，则液氨的量为： 2773.28*2.8%=77.65 (kg)
液氨比重为0.62kg/L，则液氨的体积为：77.65/0.62=125.24 (L)
3.2.4消泡剂的量
加消泡剂量为发酵液的0.05%，则为：2773.28*0.05%=1.39 (kg) 消泡剂的相对密度为0.8，其体积为：1.39/0.8=1.73 (L)
3.2.5发酵过程从排风带走的水分
进风25℃ 相对湿度为70% ，水蒸汽分压18mmHg ,排风32℃，相对湿度为100%，水蒸汽分压 27mmHg。进罐空气的压力为1.5 大气压（表压），排风0.5
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大气压(表压)。进出空气的湿含量差为：
27100%1870%0.622 X出-X进=0.622
1.576027100%2.57601870 =0.0149-0.0042=0.01 (kg水/kg干空气)
通风比: 1：0.2， 则带走水量：
2773.28*0.2*60*36*1.157*0.001*0.01=12.32 (kg) 式中：1.157——32℃时干空气密度(kg/m3) 过程分析：放残留及其他损失52kg
3.2.6发酵终止时的数量
2939.68+29.38+77.65+1.39-12.32- 52=2983.78（kg）
3.2.7年产10万吨商品味精厂得连续灭菌和发酵工序的物料衡算
表3-2 连续灭菌和发酵工序的物料衡算 进入系统 项目 1t24%葡萄糖液之匹配物料（kg） 15.08 t/d 项目 离开系统 1t24%葡萄糖液之匹配物料（kg） 2983.78 t/d 24%糖液 20.65 发酵液 3250.75 玉米浆 甘蔗糖蜜 4.82 7.22 5.25 7.87 空气带走水量 过程分析﹑放罐残留及其他损失 12.32 52 13.42 56.65 无机盐 配料水 灭菌过程进汽﹑水 接种量
4.82 498.71 529.03 5.25 543.33 576.36 29.38 32.01 - 8 -
液氨 消泡剂 累计 77.65 1.39 3047.1 84.60 1.51 3048.1 累计 3047.1 3048.1 3.3谷氨酸提取工序的物料衡算
3.3.1按1000 kg24%葡萄糖液计算
发酵液的体积为2773.28L，总质量为2983.78kg
3.3.2消耗硫酸质量
用98%硫酸来调节pH，用量为发酵液的3.6%（W/V），质量为：2773.28 *3.6%=99.84（kg）
98%硫酸的相对密度为1.84，故其体积为：99.84/1.84=54.26（L）
3.3.3谷氨酸的产量
（1）分离前，发酵液中100%谷氨酸量： 2773.28*10.2%（W/V）=282.87 (kg) （2）分离后谷氨酸量：
100%纯谷氨酸量: 282.87*93%=263.07(kg) 90%谷氨酸: 263.07/90%=292.30 (kg) 式中：93%——谷氨酸提取率
3.3.4母液含谷氨酸0.3g/dl ，则母液的体积为：
（282.87-263.07）/0.3%=6600（L），因其基本是水，故母液质量近似为6600kg
3.3.5谷氨酸分离洗水量
292.30*20%=58.46（L），顾分离洗水量为58.46kg
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3.3.6母液回收过程中用水以及酸碱等数量
6600+292.30-2983.78-99.84-58.46=3750.22（kg），因其基本是水，故可看成
用水量为3750.22L
3.3.7物料衡算结果
根据以上计算，再乘以20.65（日投24%葡萄糖量）即得出每日之物料量，汇总列入表中
表3-3 谷氨酸提取工序物料衡算汇总表
进入系统 项目 发酵液 硫酸 分离用洗水 回收加水等 累计 1t24%葡萄糖液之匹配物料(kg) 2983.78 99.84 58.46 3750.22 62.3 t/d 6160.46 206.13 120.70 7742. 62.3 项目 90%谷氨酸 母液 累计 离开系统 1t24%葡萄糖液之匹配物料(kg) 292.30 6600 62.3 t/d 603.50 13626.69 62.3 3.4精制工序物料衡算
3.4.1提取出来谷氨酸的数量
100%谷氨酸：263.07 kg， 90%谷氨酸：292.30kg
3.4.2利用Na2CO3进行中和
所用量：292.30*36.6%=106.98 （kg）
3.4.3加活性炭量
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292.30*0.3%=0.88(kg)
3.4.4中和液数量
263.07*1.272/40%=836.56（L） 836.56*1.16=970.41 (L)
式中：1.16——含40%（W/V）MSG溶液的相对密度（20℃）
3.4.5中和加水量
970.41-292.30-0.88-106.98=570.25 (kg)
3.4.6产100%谷氨酸钠量（精制收率为94%）
263.07*1.272*94%=314.55（kg）
3.4.7产母液量
母液平均含谷氨酸钠量25%（W/V），则 263.07*1.272*（1-0.94）/25%=80.31（L）
母液的相对密度为1.11，则其质量为：80.31*1.11=.14
3.4.8废湿活性炭数量（湿炭含水75%）
0.88/（1-0.75）=3.52（kg）
3.4.9MSG分离调水洗水量
314.55*5%=15.73（kg）
3.4.10中和脱色液在结晶蒸发过程中蒸发出的水量
970.41+15.73-314.55-.14-3.52=578.93（kg）
3.4.11物料衡算汇总
年产10万吨商品味精日投24%葡萄糖20.65吨，精制工序的物料衡算汇总
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表3-4 精制工序物料衡算汇总表
进入系统 项目 1t24%葡萄糖液及匹配物料（kg） 292.30 106.98 0.88 570.25 15.73 986.14 t /d 项目 离开系统 1t24%葡萄糖液及匹配物料（kg） 314.55 .14 3.52 578.93 986.14 t /d 90%Glu Na2CO3 活性炭 中和加水 分离洗水 累计 603.50 220.88 1.82 1177.37 32.48 986.14 100%MSG 母液 废炭 蒸发水量 累计 9.44 180.04 7.28 1195.29 986.14 四．生产加工流程图（见图）
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参考文献
[1] http://wenku.baidu.com/view/5220276b561252d380eb6ece.html [2] 梅淑君，李继泽，浅析味精行业的现状及前景[J]，发酵通讯科技，1997,12（1）：15-18。
[3] 高淑芹，味精的实用价值与生产加工[J]，安徽农学通报，2004,10（2）：78-79。 [4] http://wenku.baidu.com/view/19a57966783e0912a2162a8b.html
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