谷氨酸钠工厂发酵车间设计报告

                      化专999味精发酵生产研发有限公司

                                市场部﹕

                                技术部﹕                                  

                                品控部﹕

总负责人﹕

市场部调查

知识背景：

 味精是一种常用的食品添加剂，日常生活中很多食品，如即食面、薯条、虾片、酒楼点心等都含有味精。人类使用味精的历史其实不长，1908年一名日本科学家吃晚餐时，在汤面里加了点海藻，发觉美味无比。经过多年的努力，终于发现当日使汤面变得美味的原因是来自一种氨基酸的钠盐－谷氨酸钠，结构式： 

谷氨酸钠（C5H8NO4Na），化学名α-氨基戊二酸一钠，是一种由钠离子与谷氨酸根离子形成的盐。其中谷氨酸是一种氨基酸，而钠是一种金属元素。生活中常用的调味料味精的主要成分就是谷氨酸钠。

1956年日本协和发酵公司用发酵法生产味精以后，发酵法生产迅速发展，目前世界各国均以此法进行生产。谷氨酸的通气发酵，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。

技术部方案

主要内容 ：

本设计主要内容为，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、管道管径的确定。最后，画出工艺管道流程图和车间布置图。

味精生产全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成品加工。

与这四个工艺阶段相对应味精生产厂家一般都设置了糖化车间、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，并通过供气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。

本设计利用淀粉为原料，双酶水解制糖后，通过微生物发酵、等电点沉淀提取来生产味精，总工艺流程图如下：

1.设计依据与主要工业设计参数

1.1设计任务

设计任务为年产9000吨MSG,纯度99%，年工作320天

1.2工艺流程

味精生产工艺为利用淀粉为原料，双酶水解制糖后，通过微生物发酵、等电点沉淀提取生产味精的工艺是目前最成熟、最典型的生产工艺。

1.3基础数据

工艺技术指标和基础参数如下：

发酵法生产谷氨酸的工艺技术指标

味精生产过程的原辅材料及动力单耗（1t99%MSG计算）

2.1生产过程的总物料衡算 

2.1.1生产能力  

年产9000吨MSG，纯度为99%，按每年生产天数320计，日产99%的MSG为28.125吨。

2.1.2总物料衡算 

1000kg纯淀粉理论上能生产99% MSG的量为：

1000kg纯淀粉实际上能生产99% MSG的量为：

1000kg工业淀粉（含量86%的玉米淀粉）生产99% MSG的量为：

 2.1.3淀粉的单耗：

生产1000kg99%MSG理论上消耗纯淀粉量为：

           1000/1141.965=0.8757 (t)

生产1000kg99%MSG理论上消耗工业淀粉量为：      

            0.8757/86%=1.018 (t)

生产1000kg99%MSG实际消耗纯淀粉量为：

           1000/572.90= 1.745(t)

生产1000kg99%MSG实际消耗工业淀粉量为：

            1000/492.7=2.029 (t)

总收率：

淀粉利用率：

生产过程的总损失：

物料在生产过程中损失的原因：

糖化转化率稍低

发酵过程中部分糖消耗于长菌体及呼吸代谢；残糖高；灭菌损失；产生其他产物

提取收率低，母液中Glu含量高

精制加工过程损耗及产生焦谷氨酸钠等

2.1.4原料及中间体的计算 

淀粉用量为：

糖化液纯糖量为： 

换算成含量24%的糖液量为： 

发酵液量的计算——纯Glu的量：（t/d）;折算为8g/dl的发酵液：（m3）; (t)(1.05为发酵液的相对密度)

提取Glu量——纯Glu量：（t/d），折算为90%的Glu量：（t/d）

Glu废母液量（采用等点—新离子回收法，以排出之废母液含Glu0.7g/dl计算）：（m3/d）

2.1.5总物料衡算结果

年产9000吨味精生产工艺的总物料衡算结果

1.年产9000吨味精生产工艺的总物料衡算结果

发酵车间布置平面图：

8. 画出工艺管道流程图：

品控部

谷氨酸钠

检验标准方案

中华人民共和国国家标准 

谷 氨 酸 钠 GB 67-88

Monosodium L-glutamate 

1 主题内容与适用范围 本标准规定了谷氨酸钠的技术条件。 本标准适用于发酵碳水化合物(淀粉、糖蜜、糖质等原料)或水解植物蛋白质加工制 得的谷氨酸钠。

2 引用标准 GB 7718 食品标签通用标准 GB 2828 逐批检查计数抽样程序及抽样表 GB 5009.11 食品中总砷的测定方法

3 产品分类 本品为一种规格。 化学名称： L-谷氨酸单钠-水化物(简称：MSG) 2-氨基戊二酸单钠-水化物 分子式：C5H8NNaO4·H2O 

结构式：HOOC-CH2-CH2-CH-COONa·H2O 

　　　　 ｜ 

　　　　 NH2 

分子量：187.13(按1985年国际原子量) 

4 技术要求 

4.1 外观和感观要求 本品为无色～白色柱状结晶,或白色结晶性粉未,有光泽,无肉眼可见杂质。具有特 殊的鲜味,无异味。

4.2 理化性能 表 1 

项 目 指 标 

含量,% ≥99.0 

透光率 ,% ≥98 

20 

比旋光度,［a］ +24.8°～+25.3° 

D 

氯化物(以CL计),% ≤0.1 

pH 6.7～7.2 

干燥失重,% ≤0.5 

砷(As),mg/kg ≤0.5 

重金属(以 pb计),mg/kg ≤10 

铁(Fe),mg/kg ≤5 

锌(Zn),mg/kg ≤5 

硫酸盐(以 SO 计),% ≤0.03 

注：①出口产品按合同规定执行。 ②在生产过程中,不使用硫酸时,可不测定其硫酸盐。 

5 试验方法 本试验方法中所用水,系指纯度符合分析要求的蒸馏水或去离子水。所用试剂除另有 注明外,均为分析纯。

5.1 外观和感官检查 将谷氨酸钠撒在白色滤纸上,目视法观察其颜色及杂质。品尝其味。

5.2 理化试验

5.2.1 含量 

5.2.1.1 高氯酸非水滴定法 a.原理：酸碱中和反应 

　　　 O　　　　　 O

　　 // 　　　　 //

　　 C-ONa 　　　C-OH

　　 ｜ HAC 　　｜

2HClO4+H-C-NH2───→NaClO4+H-C-NH2·HClO4 

　　｜ 　　　｜

　 H- C-H H- C-H　

　 ｜ 　　｜ 

　H- C-H　 H- C-H 

　 ｜ 　　｜

　 C-OH 　C-OH 

　 \\\　　 \\\\ 

　　 O 　　O 

b.试剂和溶液 高氯酸(GB 623)：0.1mol/L(0.1N)标准溶液,按 GB 601《标准溶液制备方法》配制和标定; 冰乙酸(GB 676); 甲 酸(HG3- 1296); 0.2% a-萘酚苯基甲醇-乙酸指示液。C.试验程序 称取于98±1℃干燥 5h之样品 0.15g(称准至 0.0001g),加 3ml甲酸,轻轻摇动直至 完全溶解,再加30ml冰乙酸、10滴 a-萘酚苯基甲醇指示液,用0.1mol/L标准高氯酸溶液 滴定样液至绿色,即为终点,记录消耗高氯酸标准溶液的体积(ml)。同时作空白试验。 

注：① 若滴定样品与标定高氯酸时温度之差超过10℃,则须重新标定高氯酸溶液的浓度;若不超过10℃,可按补充件附录Ａ加以校正。 ② 为准确判断终点,可采用电位滴定法,电位的转折点(突跃点),即为滴定 终点。见补充件附录Ｂ。 d.结果的计算 

　　9.357(V－V0)C 

X=────────×100……………………… (1) 

　　　　 m 

式中：X--样品中谷氨酸钠含量,%; V--样品消耗高氯酸溶液的体积,ml; V0--空白消耗高氯酸溶液的体积, ml; C--标准高氯酸溶液的浓度,mol/L; 9. 357──浓度为0.1mol/L(0.1N)的高氯酸溶液1ml相当于 C5H8NNaO4·H2O的量,mg; m──样品质量, mg。 同一样品进行两次测定,取平均值,结果修约到保留一位小数。 

5.2.1.2 旋光法 a. 原理 谷氨酸钠分子结构中含有一个不对称碳原子,具有光学活性,能使偏振光面旋转一定 角度,可用旋光仪测定其旋光度。 b. 试剂：盐酸(GB 622) c. 仪器：旋光仪(精度±0.01°)备钠光灯(钠光谱 D线 5.3nm)。 d. 试验程序 称取于 98±1℃干燥 5h之样品10g(称准至0.0001g),加 50ml水溶解并移入100ml 容量瓶中,加 20ml盐酸,混匀,待冷却至室温,补加水至刻度,摇匀。 在恒温室(20℃)里,将上述样液倒入旋光管中,按一般旋光法操作,测定其旋光度, 同时记录样液温度。

注：用旋光法测定含量时,比旋光度应在＋24. 91°～＋25.29°范围内。 e.结果的计算

　　　　　　　a 

　　　　　　──

　　　　　　L×C 

X2＝───────────×100………………… (2) 2

　　 5.16＋0.047(20－t) 

式中： X2--样品中谷氨酸钠含量,%; a--实测样液的旋光度; L--旋光管长度(即液层厚度), dm; C--1ml样液中含谷氨酸钠的质量,g; 20 25.16--谷氨酸钠的比旋光度［a］; D t--测定时样液温度, ℃; 0.047--温度校正系数。 同一样品进行两次测定,取平均值,结果修约到保留一位小数。 注：以高氯酸非水滴定法仲裁。

5.2.2 透光率

5.2.2.1 仪器 分光光度计(精度±0.5T%) 

5.2.2.2 试验程序 称取试样10g(称准至 0.1g),用水溶解并定容至 100ml。用上述样液洗 10mm比色 皿2～3次,然后,注入样液,于波长 430nm下,以同批水作空白,测定其透光率。同一样品进行两次测定,取平均值,修约到保留整数。

5.2.3 比旋光度 

5.2.3.1 原理 同5.2.1.2中的 a。

5.2.3.2 试剂、仪器 同5.2.1.2中的 b和c。 

5.2.3.3 试验程序 同5.2.1.2中的d。 

5.2.3.4 结果的计算 若采用钠光谱 D线,用 1dm旋光管,在 20℃测定时,可以直接读数;若在 t℃(其它条件同上)测定时,须按③式进行换算： 

　　　　　　t 

X3＝［a］——— 0.047(20－t)…………………………(3)

　　　　　　D 

　　　　20 

式中： X3-样品的比旋光度［a］; D t ［a］-t℃时,样品的比旋光度; D t-测定时,样液温度,℃; 0.047-温度校正系数。 同一样品进行两次测定,取平均值,结果修约到保留小数一位。 

5.2.4 氯化物

5.2.4.1 试剂和溶液 a. 氯化物标准溶液(1ml相当于0.1mg氯)：按 GB602《杂质标准溶液制备方法》 配制; b. (GB628)：10%溶液; c. 银(GB670)：0.1mol/L(N)标准溶液,按 GB601 《标准溶液制备方法》配 制和标定。

5.2.4.2 试验程序 a. 称取试样 10g(称准至 0.1g),用水溶解并定容至 100ml; b. 吸取 10ml样液(a)于一支 50ml 纳氏比色管中,加入13ml水; c. 准确吸取 10.0ml 氯化物标准溶液于另一支50ml纳氏比色管中,加入 13ml水; d. 同时向上述b、c两管各加 10%溶液 1ml、0.1mol/L银溶液1ml,立刻 摇匀,于暗处放置 5min,进行横向或纵向目视比浊。 

5.2.4.3 结果的判定 若样品管浊度深于标准管,则判定为不合格,否则,为合格。

5.2.5 pH 

5.2.5.1 仪器 pH计(酸度计)：精度为 0.02pH 

5.2.5.2 试验程序 称取试样5g(称准至0.1g),用新煮沸放冷的水溶解并定容至50ml,摇匀,用pH计测定。 

5.2.5.3 结果的处理 同一样品进行两次测定,取平均值,结果修约到保留小数一位。 

5.2.6 干燥失重 

5.2.6.1 仪器 a. 电热干燥箱(98±1℃); b. 称量瓶(直径为5cm); c. 干燥器(以硅胶作干燥剂)。

5.2.6.2 试验程序 用烘至恒重的称量瓶称取样品 5g(称准至 0.0002g),置于98±1℃电热干燥箱中, 烘干 5h,取出,加盖,放入干燥器中,冷却至室温(约30min),称量。 

5.2.6.3 结果的计算 

　　　m2－m

X4＝────-×100…………………(4) 

　　 m1－m 

式中： x4--样品的干燥失重,%; m--称量瓶的质量,g; m1--干燥前,称量瓶加样品的质量,g; m2--干燥后,称量瓶加样品的质量,g ; 同一样品进行两次测定,取平均值,结果修约到小数一位。

5.2.7 砷 

5.7.2.1 试验程序 称取样品 1g(称准至0.1g),加 25ml水溶解,以下按 GB5009.11《食品中总砷的测 定方法》中的第二法操作。 

5.2.7.2 结果的判定 取出溴化汞试纸进行目视比较,若样品砷斑深于0.5μg标准砷斑,则判为不合格,否 则,为合格。 

5.2.8 重金属

5.2.8.1 试剂和溶液 a. 冰乙酸(GB676)：6%溶液; b. 饱和硫化氢水：按 GB603《制剂和制品制备方法》制备; c. 铅标准溶液(1ml相当于 0.01mg铅)：按GB602《杂质标准溶液制备方法》配制 贮备液(1ml相当于 0.1mg铅),使用时,准确稀释 10倍。 

5.2.8.2 试验程序 称取样品2g(称准至 0.1g),置于50ml纳氏比色管中,加适量水溶解,再加6%冰乙酸 溶液 2ml,补加水至25ml。 准确吸取2.00ml铅标准溶液于另一支50ml纳氏比色管中,加 6%乙酸溶液 2ml,补 加水至25ml。 同时向上述两管各加10ml饱和硫化氢水,摇匀,于暗处放置10min,进行目视比色。 

5.2.8.3 结果的判定 若样品管颜色深于标准管,则判为不合格,否则,为合格。 

5.2.9 铁 

5.2.9.1 试剂和溶液 a. ( GB628 )：1:1溶液; b. 硫氰酸铵(GB660)：15%溶液; c. 铁标准溶液(1ml相当于0.01mg铁)：按GB602《杂质标准溶液制备方法》配 制贮备液(1ml相当于0.1mg铁),使用时,准确稀释 10倍。 

5.2.9.2 试验程序 称取样品 1g(称准至0.1g ),置于 50ml纳氏比色管中,加水 10ml溶解,再加1:1硝 酸溶液 2ml。 准确吸取0.50ml铁标准溶液于另一支50ml纳氏比色管中,加水9ml、1:1溶液 2ml。将上述比色管同时置于沸水浴中煮沸20min, 取出,用流水冲冷至室温,同时向各管加15%硫氰酸铵溶液10ml,补加水至25ml,摇匀,以白纸为背景,进行目视比色,同时作空白试验。 

5.2.9.3 结果的判定 若样品管颜色深于标准管,则判定为不合格,否则,为合格。 注：比色管每次用前,须先用稀煮沸、蒸馏水冲洗,再用去离子水洗净,直至空 白管无色为止。

5.2.10 锌 

5.2.10.1 试验程序 称取样品 1g(称准至 0.1g),加 10ml水溶解,以下按GB5009.14《食品中锌的测定 方法》中第一法"原子吸收分光光度法"或第二法"双硫腙比色法"操作。注:以第二法仲裁。

5.2.10.2 结果的判定 若1g样品中锌含量超过 5μg时,则判为不合格。否则,为合格。

5.2.11 硫酸盐 

5.2.11.1 试剂和溶液 a. 盐酸(GB 622)：10%溶液; b. 氯化钡(GB 652)：5%溶液; c. 硫酸盐标准溶液(1ml相当于0.01mg硫酸)：按GB 602《杂质标准溶液制备方法》 配制贮备溶液(1ml相当于 0.1mg硫酸),使用时,准确稀释 10倍。 

5.2.11.2 试验程序 称取样品0.5g(称准至0.01g),置于50ml纳氏比色管中,加17ml水溶解,再加10%盐酸 溶液2ml。 准确吸取15.0ml硫酸盐标准溶液于另一支50ml纳氏比色管中,加水2ml,10%盐酸溶液 2ml。 同时向上述两管各加 5%氯化钡溶液5ml,摇匀,于暗处放置10min,进行目视比浊。 

5.2.11.3 结果的判定 若样品管浊度深于标准管,则判为不合格,否则,为合格。 

6 检验规则 

6.1 批 凡同一生产厂名、同一产品名称、同一规格、同一商标及批号,并具有同样质量证明书的谷氨酸钠产品,均视为一批。商品谷氨酸钠按批验收。 

6.2 取样 

6.2.1 订货方有权按本标准规定,从交付的批产品中抽样检验。

6.2.2 外观及包装检查,按表２抽样。 表 2

批样本总数(箱) 抽取样本数(箱) 抽取单位包装数(袋、桶、瓶) 合格判定数Ac 不合格判定数Re 

2～25 2 2 1 2 

26～150 3 3 1 2 

151～1200 5 5 1 2 

1201～35000 8 8 2 3 

35001以上 13 13 3 4 

注：①"样本"系指产品的最大包装箱。 ②"单位包装"系指大包装中的最小包装单位(袋、桶、瓶)。 ③若抽取单位包装总重量不足500g时,应按 500g样品加取单位包装数。

6.2.3 理化性能同样按表 2样本数及单位包装数抽样,然后,将内包装打开。迅速混匀, 用四分法缩分,分装于两个洁净、干燥的磨口瓶中,贴上标签,注明：样品名称,生产厂名、商标、批号、取样日期和地点,取样人姓名,一瓶封存备查,一瓶送化验室检验。 

6.3 检验与判定 

6.3.1 产品应由生产厂的技术检验部门按本标准规定逐批检验,出厂的产品必须符合本标准要求,并附有质量合格证。 

6.3.2 包装按 6.2.2和 6.2.3方法检查与判定。不合格品可由生产厂负责退换,或由供需双方协商解决。

6.3.3 外观和感官检查应按 4.1方法进行。按 5.1方法判定。

6.3.4 理化性能按本标准试验方法进行逐项检验,当有一项不符合本标准要求时,应重新从两倍量包装中抽取样品进行核验。核验结果,若仍有一项不合格时,则该批产品,判 为不合格批。 

7 标志、包装、运输、贮存

7.1 标志 

7.1.1 包装标志必须符合 GB7718《食品标签通用标准》的有关规定。 

7.1.2 内包装上要注明：产品名称、生产厂名、商标、规格、重量及执行的标准代号。

7.1.3 外包装箱上应标明：产品名称、生产厂名、批号、出厂日期、净重、并应标有"防水,防潮"、"轻拿轻放"等字样。 

7.2 包装

7.2.1 包装材料应符合《中华人民共和国食品卫生法》的有关规定。内包装必须用食品用塑料袋或瓶,外包装用内衬食品用塑料薄膜或防潮纸的纸板箱。

7.2.2 包装规格可按10g、25g、50g、100g、250g、500g、1kg、10kg、25kg包装(或按合同规定执行)。其包装重量允许差应符合表 3 的要求。 表 3 

包装规格 重量允许差 

≤25g ±0.5g 

≤50g ±1.0g 

≤100g ±1.5g 

≤250g ±2.0g 

≤500g ±2.5g 

≤1kg ±5.0g 

≤10kg ±30g 

≤2.5kg ±50g 

7.2.3 内包装应密封。检查方法：将内包装提起,封口朝下,抖动三次,如有撒漏现象, 则判为不合格。 

7.3 运输和贮存 

7.3.1 本品在搬运过程中应轻拿轻放,严禁扔、砸、磕碰。

7.3.2 本品在运输中,应防雨、防潮、防晒。 

7.3.3 本品在贮运中,不得与有毒、有害、有腐蚀性物质及其他污染物混装、混运、混贮。 

7.3.4 本品应贮存于阴凉、干燥、通风的库房中。

附 录 A 高氯酸浓度的校正 (补充件)

A1 适用范围 若滴定样品与标定高氯酸时温度之差不超过 10℃ ,可按 B2公式加以校正。

A2 换算公式

　　　　　 C0 

C1＝────────── 

　　 1＋0.0011(t1－t0) 

式中：　 C1--滴定样品时,高氯酸溶液的浓度, mol/L; C0--标定时,高氯酸溶液的浓度,mol/L; t1--滴定样品时,高氯酸溶液的温度,℃; t0--标定时,高氯酸溶液的温度,℃; 0.0011--冰乙酸的膨胀系数。

附 录 B 电 位 滴 定 法 (补充件) 

B1 仪器 自动电位滴定仪(精度±5mV) 或酸度计：备电磁搅拌器(玻璃电极为指示电极,饱和甘汞电极为参比电极)。 

B2 试剂和溶液 见5.2.1.1中的(b)。 

B3 试验程序 

B3.1 将盛有供分析样品溶液的烧杯置于电磁搅拌器上,浸入电极,搅拌,并从滴定管中分次滴加 0.1mol/L标准高氯酸溶液;开始时,每次可加入较多的量,搅拌,记录电位; 滴至将近终点前,则每次加入少量,搅拌,记录电位;到突跃点过去,仍应继续滴加标准 高氯酸溶液,并记录电位。

B3.2 用座标纸,以电位(E)为纵座标,以滴定时消耗 0.1mol/L标准高氯酸溶液的体积 (V)为横座标,绘制 E-V曲线,以该曲线的转折点为滴定终点。

附 录 C 谷 氨 酸 钠 的 鉴 别 试 验 (参考件) 

C1 氨基酸的确认 

C1.1 试剂和溶液 茚三酮(HG3-984)： 0.1%溶液

C1.2 试验程序 a.称取试样 0.1g(称准至 0.01g),加水溶解并稀释至 100ml。 b.吸取样液(a)5ml。加 1ml茚三酮溶液(A1.1)。混匀,在水浴中加热 3min。 

C1.3 结果的判定 若最终溶液呈紫色,则确认是氨基酸。

C2 钠盐的确认

C2.1 器材 a. 铂针(一端镶入玻璃棒中)：直径 0.8mm。长 20mm。 b. 本生灯

C2.2 试验程序 取少量试样(约 0.5g),加 1ml盐酸溶解,将铂针尖端插入样液内约5mm。然后,把 铂针平放在无色或兰色火焰中燃烧。

C2.3 结果的判定 若呈现黄色火焰,并持续约4S,则确认是钠盐。 

附加说明： 

本标准由中华人民共和国轻工业部提出,由轻工业食品发酵工业科学研究所归口。

本标准由沈阳味精厂、轻工业部食品发酵工业科学研究所、上海天厨味精厂负责起草。

本标准参照了日本《食品添加物公定书》第五版(1986)和美国食品化学法典(FCC) 第三版(1981)。 

中华人民共和国轻工业部 1988-04-07 批准 1988-10-01实施