味精加工装备
出处：按学科分类—工业技术 中国轻工业出版社《中国食品与包装工程装备手册》第353页（4853字）
1 概述
味精是L－谷氨酸钠盐。它具有强烈的肉类鲜味，是人们重要的调味品之一。味精的生产方法有蛋白质水解法、发酵法和化学合成法。蛋白质水解法水解工艺简单，操作容易，收率较为稳定。但耗用大量蛋白质原料和辅料，生产周期长，收率低。目前已由发酵法替代。发酵法原料来源丰富，可以连续化生产，生产效率高，我国主要用此法生产味精。化学合成法是从石油中提取原料，不用粮食，工艺复杂，成本高，容易掺入有害杂质，此法日本曾用过，后停止生产。
我国是世界上味精最大生产国，味精质量亦为优质，特别是白亮度、透光率、结晶形和匀整度等都已达到国际先进水平。
但我国味精厂生产规模较小，国内发酵罐容积多为20～50m3，日本发酵罐容积为240～500m3；单位发酵罐味精产量，国内为3～8t味精／m3·a，日本为15t味精／m3·a；国内平均产酸水平是5%～6%，糖酸转化率为40%～45%，日本平均产酸水平10%～12%，糖酸转化率为50%～60%。因此，国内原料未被充分利用，成本较高。另外，我国味精工业机械化自动化程度不高，劳动生产率低，味精加工工艺较落后。
今后除采用先进的加工工艺、改进设备外，还要应用微机控制味精结晶，控制整个生产过程。
2 加工工艺
2．1 淀粉水解成葡萄糖液(图1－13－33)
图1－13－33 淀粉水解成葡萄糖液工艺流程图
水解淀粉为葡萄糖有酸水解和酶水解，我国大型味精厂多用酸水解。酸水解的过程是：将淀粉与水充分混合，谓之调浆，使浓度成为10°Bé的淀粉浆。加入盐酸，催化淀粉水解，盐酸用量为干淀粉的0．6%左右，通常控制淀粉液pH1．5左右后水解，水解压力0．25～0．26MPa(表压)，维持30min。当水解液用无水酒精试验，无白色浑浊时，将水解液进行冷却，冷却到70～80℃后进行第一次中和，用碳酸钠中和至pH4．8～5．0。然后加入活性炭脱色助滤，过滤后进行第二次中和，用氢氧化钠溶液中和至pH6．7～7．0，即得葡萄糖液。
2．2 谷氨酸发酵制造味精(图1－13－34)
图1－13－34 谷氨酸发酵制造味精工艺流程
2．2．1 发酸 放进发酵罐的菌种有AS1．299和B－9。经斜面菌种培养、一级种子摇瓶培养和二级种子培养即可入罐。
(1)斜面菌种培养 将AS1．299或B－9菌株接种到消毒灭菌的肉胨培养基(蛋白胨1%、牛肉膏1%，氯化钠0．5%、琼脂2%；pH7．0～7．2)上，培养温度为30～32℃。培养时间大约20h左右。培养后置于4℃的恒温箱中备用。
(2)一级种子摇瓶培养 培养基组成：葡萄糖2%，玉米浆1%～2%，尿素0．5%，磷酸氢二钾0．1%，硫酸镁0．04%，硫酸锰和硫酸亚铁各加入2mg／kg，pH6．4～6．7mL。培养条件：取200mL培养基移至1000mL三角瓶中，将斜面菌种接入，置于冲程76mm，频率96次／min的往复式摇床中，在30～32℃培养12h左右。
(3)二级种子培养 培养基组成：淀粉水解糖2．0%～4．0%，尿素0．5%，玉米浆1%～2%，磷酸氢二钾0．1%，硫酸镁0．04%，硫酸亚铁和硫酸锰各加入2mg／kg，pH6．4～6．7。接种量0．5%～1．0%，培养温度30～32℃，培养时间7h左右。通气量：250L种子罐通常为1∶0．3，搅拌转速为300r／min；500L种子罐通常为1∶0．25，搅拌转速为230r／min。保持罐内压力98～148kPa18h左右，待确实无杂菌和噬菌体感染时方可接入发酵罐内。
一般发酵36h，产谷氨酸可达5%～6%。在发酵的全过程，前12h主要长菌体，后12h，谷氨酸合成快，糖耗也多，24h后，糖耗减少，谷氨酸合成减慢。整个发酵过程必须严格操作，不得有杂菌污染。适时、适量供应氧气，消除泡沫。
2．2．2 谷氨酸提取、粗制 谷氨酸发酵液中除谷氨酸外，还有培养基的残留物、代谢物和菌体等，可采用高速离心分离、加热和添加絮凝剂等方法将上述杂物分离。分离后即可进行谷氨酸提取，提取的方法有等电点法、离子交换树脂法、盐酸水解法和金属盐法等。实际生产中，往往用等电点法和锌盐调制法或等电点法和离子交换法结合进行，才能得到较高的回收率。
(1)等电点法 放罐后，用盐酸逐渐调pH至4．0，加入晶种，一般投种量为谷氨酸含量的5%左右，停止加酸，搅拌育种1～2h。然后继续加酸至pH3．1～3．2。这段时间加酸速度应注意放慢些，尽量避免大量晶核形成。检测pH后继续搅拌大约15h左右，停止搅拌，静置4h，使谷氨酸沉淀，移去上清液和洗去谷氨酸表面的菌体，经离心分离，得到湿的谷氨酸。
(2)锌盐调制法 将上述方法的母液中尚末沉淀的谷氨酸量化验后，准确计算并投入相应数量的硫酸锌。然后迅速调pH至6．3～6．5，搅拌4h，沉淀1h，放出上层废水。随后，将谷氨酸锌调至20°Bé，并用稀盐酸迅速调pH至3．0～3．2，育种2h，再精确调pH至2．6，继续搅拌12h，沉淀4h，最后将沉淀物抽干。
发酵液中提取谷氨酸属于粗谷氨酸，进一步用碱进行中和作用，得到的产品才为谷氨酸钠，即味精。由于粗谷氨酸中含有色素和铁离子等杂质，所以还要经过脱色、除铁、浓缩结晶等工艺过程。
2．2．3 谷氨酸中和 谷氨酸与碱作用生成谷氨酸钠(味精)的过程为谷氨酸的中和过程。pH为6．4～6．7，中和温度为60℃，浓度为22°Bé。每中和1000kg谷氨酸，大约需36．1kg纯碱。
除铁的方法有硫化钠法和树脂交换法，其中常用的方法是后者。即用阳离子交换树脂吸附谷氨酸中和液中的铁离子。树脂有通用1号、122弱酸性阳离子树脂和酚醛树脂。使用通用1号树脂除铁的工艺条件是，离子交换柱Φ380mm×1700mm，装填树脂量为90kg，上柱流速2L／min。上柱完毕用水洗到0°Bé，再用0．5%盐酸溶液洗脱铁。使用盐酸的量为树脂体积的10倍左右，流速为1L／min左右。解脱完毕用水洗到中性。然后用3°Bé氢氧化钠溶液再生树脂，其用量为树脂体积的18倍，流速为1L／min左右。
2．2．4 谷氨酸脱色 脱色的方法有活性炭脱色和离子交换树脂脱色。其中使用离子交换树脂脱色为好。脱色效果好的树脂有大孔717#和390#，尤以K15活性炭和大孔717#树脂串联使用效果最好。其工艺条件是，树脂类型以阳离子交换树脂氢型较好，阴离子以氯型为好。pH控制在6．4、流速控制为1．0～1．5m3／m3·h、温度为40～50℃。
2．2．5 浓缩结晶、分离、干燥 脱色液合格后，在浓缩锅中进行低温减压浓缩，真空度为0．082MPa以上，加热蒸汽压力为98～196kPa，温度70℃以下；晶种量一般以24～32目为10%～15%；投种浓度为30～31°Bé，放罐浓度为29．5～30．5°Bé。
结晶后的味精，放入助晶槽，保温65～70℃进行搅拌。保持浓度为30～31°Bé。用过滤式离心机进行机械脱水，并根据结晶的大小控制分离的时间和含水量0．2%～4%。在离心分离时，为了洗掉粘着在晶体表面上的母液，用50℃热水喷淋晶体。分离后的味精，在干燥器中控制温度不超过70℃，进行干燥，控制晶体含水量低于0．2%。已经生产好的味精，还要进行检验，并按照味精的质量标准进行分级和包装。
3 关键装备
3．1 谷氨酸发酵罐
谷氨酸发酵罐是谷氨酸发酵的装备参见本章第3节。
3．2 味精浓缩结晶罐(图1－13－35)
图1－13－35 味精浓缩结晶罐
1－二次蒸汽排出管 2－汽液分离器 3－清洗孔 4－视镜 5－吸液孔 6－人孔 7－压力表孔 8－蒸汽进口管 9－锚式搅拌器 10－排料阀 11－轴封填料器 12－锚式搅拌器轴
该罐是一个带搅拌的夹套加热真空蒸发罐，可分为加热蒸发室、加热夹套、汽液分离器和搅拌器等四部分。其与物料接触部分均应采用不锈钢。
加热蒸发器为一圆筒形壳体，封底有半球形、碟形和锥形。器身上下圆筒部装有视镜和人孔。夹套的中上部装有进汽管，使蒸汽分布均匀。进口处加装挡板，防止蒸汽直冲而损坏内罐。冷凝水排除阀安装在最低位置，以防止冷凝水的积聚降低传热系数。
结晶罐上部顶盖多采用锥形，上接气液分离器，以分离二次蒸汽所带来的雾沫。一般采用锥形除泡帽与惯性分离器结合使用。分离出的雾液由小管回流入罐内。
搅拌装置的形式颇多，目前多采用锚式搅拌器。锚式桨叶与罐底形状相似，一般与罐底的间隙为2～5cm，转速通常是6～15r／min。搅拌轴采用下轴安装。
3．3 分离机
3．3．1 三足离心机 味精结晶后浓度为30～31°Bé，需脱水。中小型味精厂多用三足式离心机(参见第1篇第15章第2节)。使用三足式离心机结晶颗粒不易磨损，脱水效果好，特别它具有可控制分离时间来达到适应产品湿度变化的要求。
3．3．2 吊篮式离心机 吊篮式离心机按卸料方式不同有两种类型，一种是滤渣(晶体)借助人工用铲子或手动机械刮刀从转鼓底部卸出；另一种是依靠重力，在停车后自动从转鼓底部卸出。
吊篮式离心机优点：稳定并允许转鼓有一定程度的自由震动和摆动、卸渣快捷、晶体不易破碎。其缺点：主轴较长，易磨损，运转时有震动，卸料劳动强度大。
3．4 干燥器
用离心机分离后的味精，需进行干燥。味精在干燥器中温度不应超过70℃，晶体含水量低于0．2%。通常使用的干燥器有箱式干燥机(参见第1篇第6章第2节)、气流式干燥机(参见第1篇第15章第1节)、振动流化床干燥机(参见第1篇第14章第8节)。