味精生产.ppt
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1、第六章 味精生产,第一节 概述,一、定义 味精:L-谷氨酸单钠的一水化合物,俗称味精,它有强烈的肉类鲜味,将其添加在食品中可使食品风味增强,鲜味增加,是食品的鲜味调味品。,味精主要物理性质,1、旋光性 L-谷氨酸钠为右旋,在20,2mol/L盐酸介质中的比旋光度为+25.16。 2、溶解度 可溶于水和酒精溶液,在水中随温度升高而增大;在酒精中随酒精浓度升高而降低。,主要化学性质,1、与酸作用生成谷氨酸 2、与碱反应生成谷氨酸二钠 3、加热脱水反应,生成焦谷氨酸钠,味精安全性,味精代谢: 味精进入胃后,受胃酸作用生成谷氨酸。谷氨酸被人体吸收后,参与体内许多代谢反应,并与其他氨基酸一起共同构成人体
2、组织的蛋白质。人体中的谷氨酸能与血液中氨结合形成谷氨酰胺,从而解除组织代谢过程中所产生的氨的毒害作用。 过食可造成体内钠驻留,血管变细,血压升高。,味精安全性,据最近台湾一项调查发现,约有30%的人由于摄取味精过量而出现了嗜睡、焦躁等现象。 味精的主要成分为谷氨酸钠,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传递物质。当味精摄入过多时,这种抑制性神经传递物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。 建议每道菜味精添加量不应超过0.5毫克。,味精安全性使用,关于食用味精安全性问题,国际第14届食品添加物专门委员会曾作过
3、如下结论: 味精作为食品添加物是极其安全的,除婴儿外,普通人一日允许摄取量为120mg/kg体重。,第二节 原料及处理,谷氨酸发酵以糖蜜和淀粉为主要原料。 一 糖蜜 1 糖蜜:是制糖工厂的副产物,分为甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜两大类,其中含较多的可发酵性糖,总糖含量:甘蔗糖蜜54.8%,甜菜糖蜜49.4%;总糖中主要是可发酵性糖。,目的: 降低生物素的含量。 方法: 活性炭吸附法:用量为糖蜜的30%40% 水解活性碳处理法:盐酸+活性碳 树脂处理法:,2 糖蜜的处理,(1)糖蜜中糖浓度高,必须进行稀释,一般稀释至1820%。 (2)糖蜜中杂质很多,如黑色素、灰分等,必须进行澄清、过滤。一般采用加酸静置
4、,加酸调pH 3.03.8,并定时通风,除溶液中的SO2、NO2等有害性挥发成分。 (3)糖蜜中的含氮物质较少,应补充营养盐,如硫酸氨,磷酸钙等物质。 (4)调pH 7.07.5。 (5)灭菌:8090。,2 糖蜜的处理,二 淀粉质原料,薯类、玉米、小麦、大米等。 直链淀粉占17%27%,其余为支链淀粉。 淀粉的水解有多种方法:酸解、酶解,酸酶结合法等, 1、酸解法工艺:原料调浆 糖化 冷却 中和脱色 过滤除杂糖液, 淀粉的酸解反应 淀粉的酸解 葡萄糖的复合反应 影响因素 葡萄糖的分解反应 5-羟甲基糠醛, 淀粉酸解法工艺要点 糖化条件的控制 淀粉乳浓度:10-110Be 酸种类与用量:盐酸
5、干淀粉的0.6%, 糖化温度和时间: 蒸汽直接加热 133,25min, 138,15min 加酸方式:先加1/3,后2/3。 糖化终点判定 酒精法,酸解结束前,将少量酸解液滴入无水酒精中,若无白色沉淀出现,表示淀粉水解完全。,酸解液的中和 液碱 酸解液pH 1.5,调至4.5 酸解液的除杂 活性炭 干淀粉量0.2%, 60-70,30min 水解糖液的质量要求: 还原糖18%; 糖液清,呈浅黄绿色,550nm处透光率90%;无糊精;糖液新鲜,2、目前生产中多采用酶解法。 工艺流程 原料 粉碎 加水 液化 糖化 淀粉水解糖 该工艺优点: 淀粉的液化条件、方法、控制 淀粉糖化 水解作用、酶来源、
6、糖化工艺,3、酸酶法 4、酶酸法,第三节 菌株及扩大培养,一、常用的生产菌株 1、 谷氨酸生产菌的共同特征 细胞呈球形、棒形或短杆形; 革兰氏染色呈阳性反应; 无鞭毛,不能运动; 是需氧性的微生物; 不形成芽孢; 以生物素作为生长因子; 具有一定的谷氨酸蓄积能力。,2、常用的生产菌株,谷氨酸棒杆菌、黄色短杆菌、乳糖发酵短杆菌、嗜氨小杆菌、硫殖短杆菌等。 北京棒杆菌AS1.299、北京棒杆菌7338、 北京棒杆菌D110、棒杆菌S-944、 钝齿棒杆菌AS1.542、钝齿棒杆菌HU7251 钝齿棒杆菌9,二、 培养基的配制,1、斜面培养基 2 一级种子和二级种子培养基 一级种子培养基。 一级种子
7、培养基应该营养丰富,有利于菌体的生长繁殖。为了避免培养过程中因产生有机酸引起培养基pH下降而造成菌体老化,所以培养基的含糖量要低,一般在2.5左右。,二级种子培养基,通过一级种子扩大培养后,种量还不能满足发酵用的需要,因此需要进一步扩大培养。 二级种子培养基的组成和原料来源应该与发酵培养基相一致,但配比上可有差异,这样就保证二级种子接到发酵罐后能很快适应环境,缩短发酵周期。,3 发酵培养基,发酵培养基不仅提供菌体生长繁殖所需要的营养和能量,而且是形成谷氨酸的物质来源。因此,这就要求发酵培养基含有足够的碳源和氮源,其量比种子培养基中的含量要高出很多。,三、 灭菌,1、无菌室的灭菌方法 2 、使用
8、高压消毒锅的灭菌条件 3 、空罐灭菌 4、实罐灭菌 5、 尿素的灭菌 6 、消泡剂的灭菌 7、 管路的灭菌 8 、空气过滤器的灭菌,四、 空气的净化,1、空气的净化系统 2、过滤介质,五 、种子扩大培养,工艺流程 保藏菌种斜面活化摇瓶种子培养种子罐发酵罐 一级种子标准 二级种子标准,五 、种子扩大培养,1、一级种子培养 通常谷氨酸发酵的接种量为1。 在1000ml三角瓶中,装入一级种子培养基180200ml, 摇床上,在3032振荡培养1012h。,2、二级种子培养 二级种子是在种子罐里培养的, 培养二级种子时的接种量为0.2%0.5,温度为3234,培养时间为68h。 注意事项: 种子培养基
9、的N源、生物素和P盐适当高,但G 2.5%左右。 温度不要波动太大;适当通风搅拌;注意种子培养时间。,第四节 谷氨酸发酵,一、 代谢途径 (一)谷氨酸合成的方式 (1)氨基转移作用,(2)还原氨基化作用,NH4+和供氢体还原性辅酶II(NADPH2)存在的条件下,a一酮戊二酸在谷氨酸脱氢酶的催化下形成谷氨酸 。,(3)其他生物合成方式,谷氨酸合成酶的催化下可产生下列反应:,(二)谷氨酸合成途径,谷氨酸生物合成途径主要有糖酵解途径(EMP途径)、磷酸己糖途径(HMP途径)、三羧酸循环(TCA)、乙醛酸循环、伍德-沃克反应(二氧化碳的固定反应)等。,1谷氨酸生物合成过程中的途径,(1) 糖酵解途径
10、 糖酵解分为两个阶段共10个反应,每个分子葡萄糖经第一阶段共5个反应,消耗2个分子ATP为耗能过程,第二阶段5个反应生成4个分子ATP为释能过程。,葡萄糖6-磷酸葡萄糖1,6-二磷酸果糖3-磷酸甘油醛1,3-二磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸,(2)磷酸己糖途径,葡萄糖生成6-磷酸葡萄糖后,经磷酸己糖途径,可以生成核糖、乙酸辅酶A和4-磷酸赤藓糖等芳香族氨基酸的前体物质,这些都是细菌构建细胞所必需的。 过程中有6-磷酸果糖、3-磷酸甘油醛和多量NADPH2生成,前两者可以跟糖酵解途径联系起来,进一步生成丙酮酸;后者是a一酮戊二酸进行还原氨基化反应所必需的供氢体。,磷酸己糖途径,(3)三羧酸循环
11、,丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸经脱氨基后,可分别生成丙酮酸、草酸乙酸和a一酮戊二酸。,(4)二氧化碳固定反应,由于合成谷氨酸不断消耗a-酮戊二酸,从而引起草酰乙酸缺乏。 为了保证三羧酸循环不被中断和源源不断供给a-酮戊二酸,在苹果酸酶和丙酮酸羧化酶的催化下,分别生成苹果酸和草酸乙酸,前者再在苹果酸脱氢酶催化下,被氧化成草酸乙酸,从而使草酸乙酸得到了补充。,(5)乙醛酸循环,谷氨酸生产菌的a-酮戊二酸脱氢酶活力很弱。因此,琥珀酸的生成量尚难满足菌体生长的需要。通过乙醛酸循环异柠檬裂解酶的催化作用,使琥珀酸、延胡索酸和苹果酸的量得到补足,这对维持三羧酸循环的正常运转有重要意义。,(6)还原氨基化反应,
12、-酮戊二酸在谷氨酸脱氢酶的催化下,发生还原氨基化反应,生成谷氨酸。 异柠檬酸脱氧过程中产生的NADPH为还原氨基化反应提供了必需的供氧体。,(二)、谷氨酸生产菌的生化特征,(1)有催化固定二氧化碳的二羧酸合成酶苹果酸酶和丙酮酸羧化酶的存在,使三羧酸循环的中间代谢物能得到补充。同时,丙酮酸脱羧酶活力不能过强,以免丙酮酸被大量耗用而使草酰乙酸的生成受到影响。 (2)a-酮戊二酸脱氢酶的活性很弱,这样有利于a-酮戊二酸的蓄积。 (3)异柠檬酸脱氢酶活力强,而异柠檬酸裂解酶活力不能太强,这就有利于谷氨酸前体物a-酮戊二酸的生成,满足合成谷氨酸的需要。,(二)、谷氨酸生产菌的生化特征,(4)谷氨酸脱氢酶
13、活力高,有利于谷氨酸的生成。 (5)谷氨酸生产菌经呼吸链氧化NADPH2的能力要求弱。 谷氨酸脱氢酶催化a-酮戊二酸还原氨基化反应时,需要有NADH2作为供氢体。如果NADPH2过多地经呼吸链氧化,使所带的氢跟氧结合生成水,那么由于氢的不足,将影响谷氨酸的生成。 (6)菌体本身进一步分解转化和利用谷氨酸的能力要低下,有利于谷氨酸的蓄积。,二、谷氨酸发酵的控制,1、温度的控制。 国内常用菌株的最适生长温度为3034, 产生谷氨酸的最适温度为3436。 012h的发酵前期,主要是长菌阶段; 发酵12h后,菌体进入平衡期,增殖速度变得缓慢; 温度提高到3436,谷氨酸的生成量就增加。,2 pH的控制
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