味精工艺设计(3)

2.工艺设计

2.1工艺流程设计

2.1.1 工艺流程设计的重要性

（1）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。

（2）工艺流程设计图是物料衡算、设备选型的基础。从其他角度来说，工艺流程设计是定性分析工作阶段，物料衡算是定量计算阶段。一般来说，先定性后定量，所以，工艺流程设计是物料衡算的前提和基础。

2.1.2 工艺流程设计的原则

（1）先进性

工艺流程的先进性从两个方面考虑：一方面是技术的先进；一方面是经济上的合理。两方面同等重要，缺一不可。

（2）可靠性

所设计的工艺流程必须可靠即经过实验室、工业小试、中试，证明技术是成熟的，生产安全可靠，才可以设计选用。

（3）结合国情，因地制宜

工艺流程的选择从技术角度来说，应尽量采用新工艺、新技术，单从具体情况考虑，并不必选择国外的先进的技术。因为国外的技术往往价格较高，技术保密性强，实用价值不大。所以，结合实际，选择自己易于掌握和改进的技术要方便、实用。 2.1.3 工艺流程设计

味精工艺流程图2.1如下。

图2.1 味精生产工艺流程图

2.2玉米制备淀粉工艺

2.2.1湿法玉米淀粉制备工艺过程

玉米在我国广泛种植，产量高，与其他淀粉原料相比，具有易于储存、工厂可以全年生产、不受季节限制、淀粉质量高等优点。因此玉米成为我国制造淀粉最重要的原料，玉米淀粉占我国淀粉总产量的90%以上，卫生发酵行业需要的糖源大都来自玉米。

玉米淀粉的制备分干法和湿法两种[6]。所谓干法是指靠磨碎筛分风选的方法，分出胚芽和纤维，而得到低脂肪的玉米粉。湿法是指“一浸二磨三分”，即将玉米温水浸泡、粗磨、细磨，分离胚芽、纤维素和蛋白质，而得到高纯度的淀粉。一般为获得高纯度的玉米淀粉都采用封闭式湿法工艺进行。封闭式流程只在最后的淀粉洗涤时用新水，其他用水工序都用工艺水，因此新水用量少，干物质损失少，污染大为减轻。本设计采用湿法制备淀粉。

湿法玉米淀粉生产工艺流程如图3.1所示。

图2.2 湿法玉米淀粉生产工艺流程图

1.玉米储存

玉米的储存一般采取立筒仓或平仓。储存玉米应备有相应的输送设备，装设测温仪表，同时注意通风、发热、发霉、虫害、防爆等问题，保证玉米质量。 2.玉米净化

玉米粒中混有砂石、铁片、木片、尘土等杂物，在加工之前要先将其去除，常采用带有吸尘（风力）的振动筛、比重除石器、除尘器等去除大小杂质，电磁分离机去除铁片，然后将玉米采用水力输送到浸泡罐，同时将灰分除去。水力输送的速度为0.9~1.2m/s，玉米和输送水的比例为1：（2.5~3.0），水温35~40℃。 3.玉米浸泡

玉米浸泡时亚硫酸浓度为0.15%~0.35%，浸泡温度48~50℃，浸泡时间40~50h。浸泡过程要严格控制亚硫酸浓度，过高过低对玉米浸泡都不利。 4.破碎与胚芽分离

浸泡的玉米经齿轮磨破碎后，用泵送至一次旋液分离器，底流物经曲筛虑去浆料，筛上物进入二道齿轮磨。经二次破碎的浆料泵入二次旋液分离器，分离出的浆料经二次曲筛得到粗淀粉乳与一次曲筛分离出的淀粉乳混合。两次旋液分离器分离的胚芽料液进入胚芽分离器分离出胚芽，得到的稀浆料进入细磨工序。进入一次和二次旋液分离器的淀粉悬乳液浓度为7~9°Bé，压力为0.45~0.55MPa，胚芽分离过程的物料温度不低于35℃。 5.细磨

二次旋流分离出的筛上物进入冲击磨（针磨）进行细磨，最大限度地使与纤维素联结的淀粉分

离出来，细磨后的浆料进入纤维素槽洗涤。 6.纤维分离

细磨后的浆料与洗涤纤维素水依次泵入六级压力曲筛进行逆流洗涤，纤维素从最后一级曲筛筛面排出，第一级曲筛筛下物为粗淀粉乳进入淀粉分离工序。细磨后的浆料浓度为5~7°Bé，压力曲筛进料压力为0.25~0.30MPa,洗涤用水温度45℃，可溶物不超过1.5%，纤维素洗涤用水量（210~230L）/100kg干玉米。 7.淀粉蛋白质分离

粗淀粉乳经除砂器、回转过滤器，进入分离麸质和淀粉的主离心机，第一级旋流分离器顶流的澄清液作为主离心机的洗涤水。顶流分离出麸质水，浓度为1%~2%，送浓缩分离机，底流为淀粉乳，浓度为19~20°Bé，送十二级旋流分离器进行逆流洗涤。洗涤用新鲜水，水温为40℃。经十二级旋流分离器洗涤后的淀粉含水60%，蛋白质含量低于0.35%。 8.淀粉的脱水干燥

洗涤后的淀粉乳可以用来直接制备淀粉糖，也可以经自动刮刀离心机等进行脱水，得到含水34%~38%的湿淀粉，再用气流干燥机干燥后得到成品淀粉。 2.2.2湿法玉米淀粉生产的主要设备

湿法生产玉米淀粉的主要设备如表2.1所示。

表2.1 湿法生产玉米淀粉的主要设备

工序 玉米浸泡 玉米破碎 胚芽分离 胚芽洗涤 细磨 纤维分离 淀粉与蛋白质分离

淀粉洗涤 麸质浓缩 麸质回收 淀粉脱水 淀粉干燥 湿纤维胚芽干燥 麸质干燥

主要设备 浸泡罐 凸齿磨 旋流分离器

曲筛 针磨

压力曲筛货锥型离心筛

碟片分离机 12级旋流分离器 碟片分离机

转股式真空吸虑机或板框式压滤机

卧式刮刀离心机

一级负压或正压二级气流干燥机

管束干燥机 气流干燥机或管束干燥机

2.2.3玉米淀粉生产工艺技术指标

（1）计算依据

a.年产2万吨味精需商品淀粉3万t，以年产商品淀粉（含水）3万t为基准进行计算。

b.玉米质量含淀粉≥70%，碎玉米及杂质≤3%，蛋白质8%～11%，脂肪4%～6%，含水14%。 （2）主副产品产量。

a.年产商品淀粉（含水14%）：3万t。 b.副产品（年产量）。

蛋白粉（含蛋白质60%，含水10%）：2680t； 麸质饲料（含蛋白质21%，含水12%）：7430t；

麸质饲料由玉米浆2000t+玉米纤维4000t+胚芽油饼1430t组成 ； 玉米米油：1248t。

c.原料

年耗用原料玉米（含水14%）：46722t； 年耗用净化玉米（含水14%）： 45357t； 年耗用干玉米：39007t。 （3）生产及辅助用水 生产用水比列：

玉米：输送水=1：3；

亚硫酸：玉米=（1.20～1.25）：1； 胚芽洗涤水：玉米=1.2：1； 纤维洗涤水：玉米=2.0：1； 淀粉洗涤水（软水）：玉米（干物）=2.5：1。

由此可以看出，如全部用新水生产1t淀粉需用水10t以上，耗水量很大，年产1万t淀粉，用水十几万t，排放污水也有近10万t，环保压力很大。 2.3淀粉糖化工艺 2.3.1概述

将淀粉质原料（如玉米、大米、小麦、木薯等淀粉）转化为葡萄糖的过程称作糖化工艺，其糖化液称淀粉糖或淀粉水解糖。淀粉是由葡萄糖单元通过α-1，4和α-1，6糖苷键连接而成的多糖，α-1，4和α-1，6糖苷键在酸或酶的作用下会断裂，形成葡萄糖单元。淀粉糖化按使用催化剂的不同可以分为酸解法、酶酸法和双酶法三种。双酶法生产的糖液产品质量高，杂质含量低而具有较大的优势，在味精行业已广泛应用，酸法和酶酸法已被企业淘汰。双酶法制糖工艺可根据升温方式的不同分为升温液化法、喷射液化法。喷射液化法又依所用加热设备的不同可分为一次喷射液化法和二次喷射液化法。一次喷射液化法由于能耗低，设备少，糖液质量好而获得了广泛的应用。本设计采用一次喷射双酶法制糖工艺。

2.3.2一次喷射双酶法制糖工艺流程

一次喷射双酶法制糖工艺流程如下：

酶、调pH Na2CO3

↓ ↓

淀粉乳→调浆→喷射液化→高温维持→闪蒸→层流液化→降温→糖化→升温灭酶→过滤→糖液 ↑ ↓

调pH（盐酸或石灰水/ Na2CO3）、酶 糖渣→饲料

2.3.3一次喷射双酶法制糖工艺控制要点

调浆配料：根据需要，将淀粉乳调节15~20°Bé（加自来水调节），用盐酸或石灰水/ Na2CO3调pH6.0~6.2。加入适量耐高温α-淀粉酶（20000标准活力/mL），每吨干淀粉0.5~0.6L。

糊化：将调好的淀粉乳，用泵送入水热器，利用水热器加热至108~110℃（玉米淀粉在100~160℃高温蒸煮下，才能正真溶解），然后进入高温维持罐（维持罐压力0.08~0.10MPa），通过压力维持把料液送入闪蒸罐，达到汽液分离，迅速降温至98~99℃以下。通过高温维持，温度混合均匀，淀粉颗粒充分润胀，初步水解淀粉，降低料液的黏度，达到理想的糊化效果。同时通过减压打开淀粉分子的网状结构，温度降至酶的最佳温度反应区间，以利于酶的进一步作用。

液化：料液经闪蒸后温度降至98~99℃，进入层流罐保温液化100~120min，液化结束后通过换热器降温至60~62℃，进入糖化罐。

糖化：液化液加盐酸/H2SO4调pH4.2~4.4，糖化温度（60±1）℃，加入糖化酶进行糖化。高效糖化酶的加量按1.0~1.5kg/t干基物计（以10万单位/mL为例），糖化时间36~40h，糖化结束用无水乙醇滴定检查无白色为终点。用稀碱水调节蛋白质等电点至pH4.8~5.0，然后升温至82~85℃灭酶，维持15min后降温至65℃。

过滤：灭酶后的糖化液通过动力输送到高位槽或直接上板框压滤机压滤，滤去蛋白质、糖渣，糖液透光率达到90%以上（用721分光光度计测），糖液打入贮糖罐（保温不低于60℃）供发酵用。

过滤压力先低后高，最高不超过0.25MPa。 2.4发酵工艺

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。要使谷氨酸稳定与高产，必须认识与掌握谷氨酸生产菌活动的规律，根据混种性能和发酵特点，用发酵条件来控制过程中化学及生物反应的方向和速度[7-8]。

微生物本身有多种代谢途径，当条件及环境因素发生改变时。必然影响控制代谢有关的酶的合成及其活性，从而产生不同的发酵产物。

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。在正常情况下，为了保证足够的氮源，满足谷氨酸合成的需要，发酵前期控制pH为7.2左右，中期7.0～7.2，后期6.9～7.0，在将近放罐时，为了后续工段提起谷氨酸，pH6.5～6.8为好。对于种龄来说，一般一级种子种龄9～12h，二级种子种龄为7～8h，而种量在10%左右。在谷氨酸发酵中，由于通气搅拌与菌体代谢产生的CO2而使培养液产生大量的泡沫，消除泡沫的方法可以是物理消泡，机械消泡和化学消泡等方法。对于CO2一般为10%左右，发酵开始4～5h，排气中CO2迅速上升至10%以上，加大通风量，以保持在10%，在发酵中期至后期通风需下降，才能保持在10%左右。

发酵工序：过滤的滤液冷却到32℃，进入发酵罐发酵，用冷却水调温，每隔12小时升温1～2℃，当发酵时间接近34h时，温度升至37℃。加水使糖化液浓度为14%，发酵时间为34h，发酵菌种的产酸量与葡萄糖量之比为50％。发酵完的料液进行离心分离后进入谷氨酸提取工序。这一工序中包括传热，离心分离。 2.5谷氨酸提取工艺 2.5.1概述

从发酵液中提取谷氨酸必须要了解谷氨酸理化特性和发酵液的主要成分及特征，以利用它们之间物性差异，达到分离和提纯的目的[9]。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则。本设计采用等电点—离交法提取工艺。

2.5.2谷氨酸发酵液的特征和主要成分

特征：

（1）正常发酵液放罐时的pH为6.8～7.2，温度在34～36℃，呈乳白色或淡黄色，有谷氨酸发酵的特殊气味。

（2）发酵液中有3%～5%湿菌体，折干菌体为0.8%～1.2%左右。细菌的相对密度为1.04，其大小为（0.7～1.0）μm×（1.0～3.0）μm。菌体内核酸（RNA）含量为7%～8%。

（3）谷氨酸发酵液中的菌体与其他胶体物质均以悬浮状存在，若把菌体在发酵液中视为一种胶体，它是属于S－型亲水性的。

主要成分：

（1）谷氨酸含量10%～13%。 （2）湿菌体含量2%～5%。

（3）乳酸、琥珀酸等有机酸含量<0.8%。 （4）酮酸0.06%左右。 （5）残糖0.5%以下。

（6）铵离子0.6%～0.8%。

（7）核酸和核苷酸类物质、腺嘌呤化合物0.02%～0.05% ，尿嘧啶化合物0.01%～0.03% 。

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