年产万吨味精生产工艺设计

目录

摘要 ............................................................................................................................................ 1 前言................................................................................................................................................ 2 一．工艺方法.................................................................................................................................4 原料的预处理和淀粉水解制备.............................................................................................. 4 谷氨酸发酵 ........................................................................................................................... 4 种子扩大培养与谷氨酸的提取..............................................................................................5 谷氨酸制取味精及味精成品加工......................................................................................... 5 二．工艺计算 ...............................................................................................................................6 . 味精工厂工艺技术指标.......................................................................................................6 主要经济技术指标...............................................................................................................7 主要原材料质量指标 ......................................................................................................7 二级种子培养基 ............................................................................................................... 7 发酵培养基 ........................................................................................................................7 接种量 ..............................................................................................................................7 谷氨酸发酵车间的物料衡算 .............................................................................................7 发酵车间的物料衡算结果..................................................................................................... 8 三．味精生产过程中的污水处理................................................................................................. 8 污水处理工艺总流程..............................................................................................................9 四．味精厂发酵车间设备一览表..................................................................................................9 结束语 ........................................................................................................................................10 参考文献....................................................................................................................................... 10

摘要

本设计是年产两万吨味精工艺设计，以薯干原料及淀粉水解成葡萄糖。利用谷氨酸生产菌进行碳代谢、生物生成谷氨酸、谷氨酸与碱作用生成谷氨酸钠，即味精主体工艺。再进行工艺计算、物料衡算、热量衡算、设备选型，并绘制了等电点罐结构图，发酵工序带控制点图，糖化工序图，工厂平面布置图。生产工艺流程设计是工艺设计的基础，所涉及面很广，是味精工厂设计的核心和重要部分。在设计中必须做到技术先进、经济合理、成熟可靠；在保证产品质量条件下，力求工艺流程简化，生产管理方便；把各个生产过程按一定顺序、要求组合起来，编制成工艺流程图等来完成工艺流程设计。因为工艺流程设计的质量直接决定车间的生产产品质量、生产能力、操作条件、安全生产、三废治理、经济效益等一系列根本性问题。

关键词：味精、发酵、工艺设计

前言

本设计是年产两万吨味精工艺设计。通过发酵法生产及等电点—离子交换法提取工艺生产谷氨酸钠。

味精即谷氨酸钠，是L-谷氨酸的单钠盐，又称味素，学名α-氨基戊二酸钠，含有一分子的结晶水，分子式为NaC5H8O4N·H2O，分子量为。是一种胺基酸谷氨酸的钠盐。是一种无颜色无气味的晶体，在232℃时解体熔化。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。味精的主要作用是增加食品的鲜味，在中国菜里用的最多，也可用于汤和调味汁。

目前工业上应用的谷氨酸产生菌有谷氨酸棒状杆菌、乳糖发酵短杆菌、散枝短杆菌、黄色短杆菌、等。我国常用的菌种有北京棒状杆 菌、纯齿棒状杆菌等。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，然后进入三羧酸循环，生成α-酮戊二酸。α-酮戊二酸在谷氨酸脱氢酶的催化及有NH+4存在的条件下，生成谷氨酸。我国现有生产谷氨酸的菌种有3种：1）生物素亚适量型；2)高生物素及表面活性剂型；3)温度敏感型。现在全国味精行业 82 家生产厂所用的生物素亚适量菌种为 Ｓ9114 和 ＦＭ415两 种 ，尚处生产试验阶段； 生物素亚适量型菌种是谷氨酸发酵较为普遍使用的菌种，其特点是产酸稳定、提取收率高、发酵周期短、不易染菌、放罐体积小和经济效益好。生物素亚适量菌种发酵周期为 30ｈ，产酸率为 ％，糖酸转化率 60％以上，提取收率达 96％。生物素亚适量菌种工艺路线是液化、糖化、发酵、提取和精制，为等电加离交的提取工艺。 温度敏感型菌种是现在一种新兴的菌种，此菌种的优点是发酵产酸率高和糖酸转化率高。温度敏感型菌种的产酸率在 14％-16 ％，糖酸转化率 ％左右，提取收率达 85％，发酵时间为 36ｈ。

当前也使用谷氨酸的连续离交技术于味精生产工艺。首先原料在高pH值下发酵,原料可用甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜、大米、淀粉等。发酵后pH下降，然后在结晶器内生成谷氨酸结晶，经离心机和母液分离，所得谷氨酸结晶重新溶解，加入氢氧化物，脱色后在结晶器内生成MSG结晶，分离后经干燥、包装得到产品。从发酵液中分离谷氨酸的方法较多，有等电点法、离子交换法、等电点—离子交换法、连续等点—转晶法、锌盐法、钙盐法、溶剂萃取法、电渗析法等。国内味精生产厂采用的提取工艺主要是：等电点—离交法、连续等电—转晶法、

离子交换法等。谷氨酸的分离方法应考虑工艺简单，收率高，产品纯度好，色泽低，操作安全，劳动强度小，设备简单，各种原辅材料价格低廉，来源广易，并应考虑清洁生产等方面 的原因。

近年来，广泛利用生物传感器于谷氨酸发酵生产中，谷氨酸传感器解决了谷氨酸上清液的离交回收中快速测定问题。因此我们可以预言：一旦真正实现生物传感器的在线测定与过程控制，现行的谷氨酸发酵生产技术将会产生重大变革。

本设计内容为了解味精生产中的原料预处理、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。最后，画出发酵工段的工艺流程图和平面布置图。

一． 工艺技术方法

原料的预处理和淀粉水解制备

原料预处理工艺操作的目的在于初步破坏原料结构，以便提高原料的利用率，同时去除

固体杂质，防止机器磨损。用于除杂的设备为筛选机，常用的是振动筛和转筒筛，其中振动筛结构较为简单，使用方便。用于原料粉碎的设备有盘磨机、锤式粉碎机和辊式粉碎机。盘磨机广泛用于磨碎大米、玉米、豆类等物料，而锤式粉碎机应用于薯干等脆性原料的中碎和细碎作用，辊式粉碎机主要用于粒状物料的中碎和细碎。

淀粉水解为葡萄糖的过程称为淀粉的糖化，所制得的糖液称之为淀粉水解糖。由于谷氨酸生产菌不能直接利用淀粉或糊精作为碳源，因而必须将淀粉水解为葡萄糖，才能供发酵使用。目前国内许多味精厂采用双酶法制糖工艺。

谷氨酸发酵

以淀粉、大米水解糖为原料。利用发酵法生产谷氨酸的基本要素是采用优良的菌株和控制合适的环境条件。谷氨酸发酵过程可分为三个阶段，长菌阶段，长菌型细胞向产菌型细胞的转移阶段与产酸阶段。发酵条件的控制一般包括：发酵过程温度的控制，pH控制，种龄和种量控制，泡沫控制，排气CO2控制等。对温度的控制，谷氨酸产菌的最适温度为30～34℃，谷氨酸生产菌产生谷氨酸的最适温度是35～37℃，谷氨酸发酵在不同阶段的要求不同，需要分别加以控制。

谷氨酸发酵开始前，首先必须配制发酵培养基，并对其作高温短时灭菌处理。用于灭菌的工艺除采用连消塔—维持罐一喷淋冷却系统外，还可采用喷射加热器—维持管—真空冷却系统或薄板换热器灭菌系统。但由于糖液粘度较大，流动性差，容易将维持管堵塞，同时真空冷却器及薄板加热器的加工制造成本较高，因而应用较少。发酵设备，国内味精厂大多采用机械搅拌通风通用式发酵罐，罐体大小在50m到200m之间。对于发酵过程采用人工控制，检测仪表不能及时反映罐内参数变化，因而发酵进程表现出波动性，产酸率不稳定。由于谷氨酸发酵为通风发酵过程，需供给无菌空气，所以发酵车间还有一套空气过滤除菌及供给系统。首先由高空采气塔采集高空洁净空气，经空气压缩机压缩后导入冷凝器、油水分离器两级处理，再送入贮气罐，进而经焦炭、瓷环填充的主过滤器和纤维分过滤器除菌后，送至发

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酵罐使用。在北方地区由于空气湿度小、温度低，还可采用空气压缩、冷却过滤流程，省去一级冷却设备

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。

种子扩大培养与谷氨酸的提取

种子扩大培养为保证谷氨酸发酵过程所需的大量种子，发酵车间内设置有种子站，完成生产菌种的扩大培养任务。从试管斜面出发，经活化培养，摇瓶培养，扩大至一级乃至二级种子罐培养，最终向发酵罐提供足够数量的健壮的生产种子。

谷氨酸的提取一般采用等电点—离子交换法，国内有些味精厂还采用等电点—锌盐法、盐酸水解—等电点法及离子交换膜电渗析法提取谷氨酸。但存在废水污染大，生产成本高，技术难度大等问题，应用上受到。

谷氨酸制取味精及味精成品加工

精制车间加工的谷氨酸产品为谷氨酸单钠，即味精。粗品经提纯、加工、包装，得到成

品。味精中和液的脱色过程，除使用碳柱外，还可使用离子交换柱，利用离子交换树脂的吸附色素。味精的干燥过程，国内许多厂家还采用箱式烘房干燥，设备简单，投资低，但操作条件差，生产效率低，不适应大规模生产的要求。也有的厂家使用气流干燥技术，生产量大，干燥速度快，干燥时间短，但干燥过程对味精光泽和外形有影响，同时厂房建筑要求较高，这样均不如振动式干燥床的应用效果好。

味精发酵法生产的总工艺流程：

菌种 斜面培养 摇瓶扩大培养 种子罐扩大培养 原料 预处理 水解 过滤 淀粉水解糖 空气 空气压缩机 冷却 气液分离 过滤 过滤除菌 脱色 浓缩结晶 离心 除铁 配料 发酵 等电点调节 小结晶 大结晶 沉淀 干燥 干燥 离心 拌盐粉碎 过滤 粗谷氨酸 粗谷氨酸 母液 粉状味精 成品味精 中和制味精 离子交换处理 溶解 粗谷氨酸溶液

图1.发酵法生产味精工艺流程图

二．工艺计算

. 味精工厂工艺技术指标 主要经济技术指标

指标名称 生产规模 生产方法 年生产天数 产品日产量 产品质量 倒灌率 发酵周期 发酵初糖 淀粉糖化转化率 糖酸转化率 谷氨酸含量 谷氨酸提取率 味精对谷氨酸产率 d/a t/a 纯度% % h Kg/m3 % % % % % 单位 t/a 指标数 2万 中糖发酵，一次等电点提取 300 99 48 180 98 50 90 90 112 主要原材料质量指标

淀粉原料的淀粉含量为80%，含水14%。 二级种子培养基（g/L）

水解糖40，糖蜜20，尿素，磷酸氢二钾，硫酸镁，玉米浆8，泡敌，硫酸镁，硫酸亚铁。

发酵培养基（g/L）

水解糖180，糖蜜5，硫酸镁，氯化钾，磷酸氢二钠，硫酸亚铁，硫酸锰，尿素（总尿）40，泡敌，植物油。 接种量为2% 。

谷氨酸发酵车间的物料衡算

首先计算生产1000kg纯度为100%的味精需耗用的原辅材料及其他物料量。 （1）发酵液量V1

V1100018050%90%99%112%11.13m3

式中 180——发酵培养基初糖浓度（kg/m3） 50%——糖酸转化率 90%——谷氨酸提取率

99%——除去倒灌率1%后的发酵成功率 112%——味精对谷氨酸的精制产率 （2）发酵液配制需水解糖量G1

以纯糖算，

G1V11802003.4(kg)

（3）二级种液量 V2

V22%V10.2m3

（4）二级种子培养液所需水解糖量 G2

G240V28m3

式中 40——二级种子液含糖量（kg/m3） （5）生产1000kg味精需水解糖总量G为：

GG1G22011.4kg

（6）耗用淀粉原料量

理论上，100kg淀粉转化生成葡萄糖量为111kg，故理论上耗用的淀粉量G淀粉为：

G淀粉2011.480%98%111%2311.95kg式中 80%——淀粉原料含纯淀粉量 98%——淀粉糖转化率 （7）尿素耗用量

二级种子液耗尿素量为V3

V33.5V20.7kg

发酵培养基耗尿素为V4

V440V1445.2kg

故共消耗尿素量为 （8）甘蔗糖蜜耗用量

二级种子液耗用糖蜜量V5

V520V24kg

发酵培养基耗糖蜜量V6

V65V155.65kg

合计耗糖蜜 kg （9）氯化钾耗量GKCl

GKCl0.8V18.90kg

（10）磷酸氢二钾（K2HPO4）耗量G3

G3 = 1V2 =(kg)

（11）硫酸镁（MgSO4）用量G4

G40.6V1V26.8kg

（12）泡敌消耗用量G5

G50.6(V1V2)6.8kg （13）磷酸氢二钠耗用量G6

G60.2V12.23kg （14）谷氨酸量

发酵液谷氨酸含量为：

G150%11%991.68kg

实际生产的谷氨酸（提取率90%）为：

991.6890%2.51kg

（15）玉米浆用量G7

G78V21.6(kg)

(16) 植物油用量G8 G8 = =（kg） 20000t/a味精厂发酵车间的物料衡算结果

年产20000吨味精物料衡算表 物料名称 发酵液（m3） 二级种液（m3） 发酵水解用糖（kg） 生产1t味精（100%）20000t/a味精生产的的物料量 物料量 103 4103 106 每日物料量 742 103 二级种子培养用糖（kg） 水解糖总量（kg） 淀粉(kg) 尿素（或液氨） 糖蜜（kg） 8 888103 40.228106 46.226106 134.093103 154.086103 8.9106 106 29.7103 3.9103 742 氯化钾（kg） 硫酸镁（kg） 泡敌（kg 磷酸氢二钠（kg） 植物油 谷氨酸（kg）

178103 136103 136103 44.6103 ×105 17.85106 59.5103 三．味精生产过程中的污水处理

此设计是以发酵法生产味精，此法以粮食为原料,水解、发酵生成谷氨酸,再中和结晶生成味精。生产过程中需要大量的浓硫酸、浓氨水等。味精废水具有浓度高、粘性大、pH 值

2-低、S 含量高等特点,其中SO4及NH3-N 含量高,使味精废水处理难度大。用Ca(OH)2 中和味精废水。在该过程的蛋白质提取工段中是以烯酸钠为絮凝剂,味精废水温度需控制在50 ℃左右,通过气浮法提取水中蛋白,每80t 废水可提干蛋白1t 左右,使废水的污染负荷大大降低。COD可降低30 %～40 % ,SS 降低70 %～80 % ,提取的蛋白营养丰富,可作为饲料,干蛋白市场售1800～2000元/ t ,经济效益非常可观。 污水处理工艺总流程

Ca (OH) 2

↓

味精废水→提取蛋白→调节池1 →中和沉淀→沉淀池→UASB 反应器→调节池2 →SBR 反应器→达标排放

↑ 低浓度废水

四．味精厂发酵车间设备一览表

20000t/a味精厂发酵车间设备一览表 位号 F301-311 F321-326 F331-336 R301-311 R321-326 R331-336

设备名称 发酵罐 二级种子罐 一级种子罐 发酵罐分过滤器 种子罐分过滤器 种子罐分过滤器

材料 A3钢 A3钢 A3钢 A3钢 A3钢 A3钢 备注 专业设备 专业设备 专业设备 专业设备 专业设备 专业设备

结束语

在此次的课程设计当中，不仅让我们进一步熟悉和巩固了很多发酵工艺方面的知识，还初步掌握了许多有关设计方面的知识，同时也让我们明白理论联系实际的重要性，更让我们懂得了思考问题、分析问题和解决问题，以及谦虚的求教态度和团结的合作精神等。这些对于我们将来的工作和生活都将有着很大的作用。

由于理论知识与设计经验的不足，本设计对于有些工艺等方面没有加以分析，已经计算的无料也可能与实际有偏差，同时所选的参考资料比较单一，有些信息与实际情况有些差距，因此本设计用于实际生产时需要进一步的改进。本设计的这些不足之处和错误之处还需要老师多多指点并加以改进。同时也感谢马文平老师的悉心辅导，使我们能够在规定的时间内完成任务，还有感谢我们的团队精神，让我们能够顺利的进行此次的设计。

参考文献

[1]张克旭．氨基酸发酵工艺学，中国轻工业出版社，1992

[2]王旭 禹郑超．味精发酵生产工艺及其主要设备，高等函授学报（自然科学版），1995 [3]吴思方．生物工程工厂工计概论，中国轻工业出版，2011