环境与生物工程学院

本科毕业论文（设计）开题报告

论  文  题  目：年产20000吨味精厂发酵装置工艺设计

所  在  班  级：生物工程0701

学  生  姓  名：刘芳伊

学  生  学  号：0709030127

指  导  教  师：韩秋菊

辽宁石油化工大学

环境与生物工程学院

二零一一年三月

一、研究现状

1研究背景

味精是人们熟悉的鲜味剂，是L-谷氨酸单钠盐的一水化合物，具有旋光性，有D-型和L-型两种光学异构体。在比较其生产工艺之前，先更正一下多食味精对身体健康有影响的错误观点，味精在化学上称为谷氨酸钠，其前体物质之一的谷氨酸是人类食物和人体蛋白质的重要成分。在天然食品中，它比同一种蛋白质的其它氨基酸往往高出120倍。成年人普通的一日三餐都需要摄入较多的谷氨酸，因为在人体各部分组织器官中，谷氨酸占的比例十分令人瞩目。谷氨酸发酵产业发展十分迅速，据统计，目前谷氨酸产量近150万吨[1]。绝大多数谷氨酸发酵厂采用玉米淀粉作为生产原料。以玉米淀粉酶解的葡萄糖液为原料，应用广泛。因此，葡萄糖液的质量好坏直接影响到发酵水平的高低[2]。1987年3月，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十九次会议，宣布取消对味精的食用限量，再次确认为一种安全可靠的食品添加剂。味精添加在食品中可使食品风味增加，故被广泛使用。味精在胃酸作用下生产谷氨酸，被人体吸收后，参与人体内多种代谢反应，并与其他氨基酸一起共同构成人体组织的蛋白。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，对治疗脑震荡和脑神经损伤有一定的功效。

尽管味精广泛的存在于日常生活中，但谷氨酸以及其它氨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院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绘但很不错的味道。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。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。

早期味精是由酸法水解蛋白质进行制造的，我国味精生产已经有 80多年的生产历史，1923年从我国面筋水解法生产味精到1958年利用淀粉糖发酵法生产味精研究开始，我国利用发酵法生产味精，已经走过了50年的历程。自从1956年日本协和发酵公司用发酵法生产以后，发酵法生产迅速发展[3]。80年代以前，我国大部分味精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％左右。90年代后期，我国部分味精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，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％[4]。从总体上说，我国作为世界上人口最多的国家，味精行业的发展前景是十分广阔的。

近十几年来，由于国内市场需求不断增加．从而刺激味精行业不断改进生产工艺和设备，提高产量，降低成本，以适应市场竞争的需求。目前日本在味精生产方面处于世界领先地位。日本用于谷氯酸发酵的菌种有十多个不同种属的上千个菌株，生产中轮换使用，有效地防止了噬菌体的污染，而且产酸能力比国内菌种高一倍。在工艺方面，日本对发酵过程的pH、溶氧、温度、搅拌、消泡等采用计算机控制，使糖酸转化率达到55％，比我国高lO倍 。此外发酵过程采用带升式发酵罐，罐体容积人多在500m。左右，采用高糖发酵及流加糖工艺，同时提高罐压，保证溶氧供给，从而有效地提高了产酸水平及设备利用率。在提取过程中,日本采用浓缩-等电点工艺,不仅谷氨酸回收率高，而且废渣均得到综合利用,技术较为先进。与发达国家相比，我国的味精生产行业差距较大，有待于生产和科研部门大力协作开发、改进技术，争取国家扶持，从而在较短时间内缩小差距，迎接复关后国际同行的竞争。

2味精生产工艺和设备选择

2.1 味精生产工艺概述

味精生产过程可划分为四个工艺阶段：（1）原料的预处理及淀粉水解糖的制备（2）种子扩大培养及谷氨酸发酵（3）谷氨酸的提取（4）谷氨酸制取味精及味精的成品加工。与这四个工艺阶段相对应的味精生产厂家一般都设置的糖化车间、发酵车间、提取车间和精制车间作为主要生产车间。另外，为保障生产过程中对蒸汽的需求，同时还设置了动力车间，利用锅炉燃烧产生蒸汽，并通过工期管路输送到各个生产需求部位。为保障全厂生产用水，还要设置供水站。所供的水经消毒、过滤系统处理，通过供水管路输送到各个生产需求部位。

2.2 原料预处理及淀粉水解糖制备

2.2.1 原料的预处理

此工艺操作的目的在于初步破坏原料的结构，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除盘磨机外，还有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。

2.2.2 淀粉水解糖制备

在工业生产上将淀粉水解为葡萄糖的过程称为淀粉的糖化，所制得的糖液成为淀粉水解糖。由于谷氨酸生产菌不能直接利用淀粉或糊精作碳源，因而必须将淀粉水解为葡萄糖，才能供发酵使用[5]。目前，国内许多味精厂采用双酶法制糖工艺。双酶法制糖工艺，具有明显的淀粉转化率高，有利于发酵和提取的特点。双酶法制糖工艺过程基本分为两种：两次喷射工艺、一次喷射工艺。两次喷射工艺过程存在着明显的弱点。一次喷射工艺过程明显改变了两次喷射的弱点，具有蒸汽消耗和动力消耗小，容易控制，糖液质量稳定，设备数量少，占地面积小，生产环境好，可实现计算机控制等优点[6]。主要工艺操作 及设备如表1：

表1 原料预处理及制糖工艺过程与设备

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-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。现阶段我国谷氨酸发酵三种工艺并行。对不同工艺的评价在于节能降耗，节能的关键为发酵过程通风的总耗电量，既每吨发酵谷氨酸所耗的KWH总量。设备生产强度以每立方米发酵罐总容积每小时所产谷氨酸的数量进行比较。由此得出 目前的三种工艺没有一种是合理或者是不合理的。在于设计和生产过程的把握。

发酵设备国内味精厂大多数采用机械搅拌通风通用式发酵罐，罐体大小在50立方米到200立方米之间。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。 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[7]。

2.4 谷氨酸的提取

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[8]。

2.5 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[9]。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，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度和外形有影响，同时厂房建筑要求较高，这洋均不如振动式干燥床应用效果好。

3研究目的与意义

谷氨酸发酵是通气发酵，也是我国目前通气发酵产业中，生产厂家最多，、产品产量最大的产业。该生产工艺和设备具有很强的典型性，本论文对味精发酵生产工艺及主要设备作简要介绍，以期有助于了解通气发酵工艺及主要设备的有关知识。本设计是年产量为20000吨的味精厂，重点是产品的物料衡算，热量衡算，同时工艺流程及设备选型等设计。本设计的重点车间为发酵工艺车间，重点设备为糖化，煮沸，发酵设备。