菱花集团见习报告

菱花集团见习报告生命科学与工程系食品科学与工程专业毛凤娇2014/5/16菱花集团见习报告摘要：谷氨酸是利用微生物发酵生产的一个具有代表性的产品，生产工艺涉及种子培养、发酵、提取、脱色、离心和干燥等重要的单元操作和工程概念。通过对谷氨酸车间的实习参观，可以加强对自己对所学知识的综合利能力。通过本毕业实习训练，可以提高自己理论联系实际的能力和工程设计方面的能力。味精又称谷氨酸一钠，其基本成分为L-谷氨酸，具有强烈的肉类鲜味。将其添加在食品中可使食品风味增强，鲜味增加，故被广泛使用。味精在胃酸作用下生成的谷氨酸，被人体吸收后，参与人体内许多代谢反应，并与其他氨基酸一起共同构成人体的组织蛋白。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功效。我国的味精生产始于1923年，上海天厨味精厂最先用水解法生产。1932年沈阳开始用脱脂豆粉水解生产味精。我国从1958年开始谷氨酸生产筛选及其发酵机理的基础性研究，1964年首先在上海进行工业化试生产。目前国内味精生产已全部用发酵法。所以，今后菌种，工艺技术和生产规模方面还需加大改革力度，使生产水平再上一个新台阶！目前，企业生产味精都是以发酵法生产，但每生产1吨味精要排放20～25吨母液，其属于高浓度有机酸性废水，需对母液进行回收，发展高效提取工艺，提高谷氨酸提取率和降低工艺用水，减少废水排放量，实现味精的清洁生产，在发展工业经济的同时走上可持续发展的文明道路，这样，我国的味精工业不但真正收到经济效益和环境效益的共同丰收，而且也会减轻政府对行业的管理负担，形成多种因素和谐统一，走上良性运行可持续发展的健康道路。一、公司简介菱花集团有限公司位于济宁高新技术产业开发区，创建于1979年，是国家级大型企业集团，农业产业化国家重点龙头企业，全国农产品加工业示范基地，国家火炬计划重点高新技术企业，山东省高新技术企业，山东省知识产权试点企业，中国专利山东明星企业，山东省资源综合利用企业、山东省环保优秀企业，山东省节能先进企业，2007年被国家六部委认定为国家循环经济试点企业。拥有国家级企业技术中心和山东省氨基酸工程技术研究中心。现拥有资产18亿元，员工4300余人，下辖菱花股份、正大菱花、菱花诚志、菱花立功、菱澳科技等十余家公司。产品拓展到以“菱花”牌味精为主，鸡精、酱油、复合调味品等调味品系列；谷氨酸、赖氨酸、谷氨酰胺为主的氨基酸系列；生物肥料、热电、化工、彩印、机械等领域。主导产品“菱花”牌味精荣获“人民大会堂宴会专用产品”，首批“中国名牌产品”、“绿色食品”等殊荣，“菱花”商标被认定为“中国驰名商标”，通过了ISO9001：2000国际质量体系认证。国内市场占有率达到16%以上，产品远销亚、欧、非、南北美洲的60多个国家和地区。菱花集团现已形成年产18万吨味精生产能力，综合实力位居国内同行业前列。二、主要原材料和产品的物化性质1、物理性质（一）谷氨酸的立体异构体（1）谷氨酸分为L型、D型、DL型三种。（2）谷氨酸具有一般氨基酸的性质，其分子具有不对称的碳原子，所以有旋光性。它的氨基在不对称碳原子右方的称为D型（或右型），在不对称碳原子左方的称为L型（或左型），在化学命名中以前左旋用“l”表示，右旋用“d”表示，消旋体用“dl”表示。现在化学才统一用D型、L型和DL型表示光学异构体，而左旋和右旋则用（-）与（+）表示。所以L型谷氨酸旧的命名为1-谷氨酸，因为它的水溶液中是右旋，故沃尔—罗登宝命名法叫做L-(+)-谷氨酸，现在统称L-谷氨酸，又名d-α-氨基戊二酸。同样D型谷氨酸旧的命名为1-谷氨酸，因为它的水溶液为左旋，故称为D-（-）-谷氨酸，又名1-谷氨酸，又名1-α-氨基戊二酸。而DL型谷氨酸即消旋异构体。（3）在动植物和微生物等生物机体中天然存在的，都是L型谷氨酸，L-谷氨酸是味精的前体。（二）谷氨酸结晶的特征（1）谷氨酸结晶体是有规则晶形的化学均一体其晶形结构是以原子、分子或离子在晶格结合点上呈对称排列。谷氨酸在不同的结晶条件下，其晶格形状、大小、颜色是不同，通常分为α型结晶和β型结晶。α型的密度为1.535g/cm3,β型的密度为1.570g/cm3.（2）α型和β型结晶的外观和X射线衍射图形均不同。表1-1谷氨酸两种结晶型比较结晶型α型β型光学显微镜下的晶体形态多面棱柱形的六面晶体，呈颗粒分散，横断面为三或四边形、边长与厚度相近针状或薄片状凝聚结集，其长和宽比厚度大得多晶体特点晶体光泽，颗粒大，纯度高，相对密度大，沉降快，不易破碎薄片状，性脆易碎，相对密度小，浮于液面和母液中，含水量大，纯度低晶体分离离心分离不碎，抽滤不阻塞，易洗涤，纯度高离心分离困难，易碎，抽滤易阻塞，洗涤困难，纯度低母液中晶形的显微镜观察颗粒状态小晶体分散的针状结晶（三）谷氨酸的溶解度（1）谷氨酸在水中的溶解度表1-2温度/℃溶解度/(g/100g)温度/℃溶解度/(g/100g)00.341451.81650.411502.186100.495552.632150.596603.160200.717653.816250.864704.594301.040755.532351.250806.660401.50810014.00（2）谷氨酸对酸、碱的溶解度谷氨酸在水中的溶解度除温度外，还与pH有关，且随着pH变化，影响很大。（3）谷氨酸在乙醇中的溶解度表1-3乙醇浓度/%在25℃时的溶解度/(g/100ml)乙醇浓度在25℃时的溶解度/(g/100ml)24.50.29274.350.03750.750.13195.140.00942、化学性质（1）谷氨酸可以与酸作用（2）谷氨酸与碱作用①与氢氧化钠反应生成谷氨酸单钠和水②与碳酸钠反应生成氨酸单钠和水，放出二氧化碳（3）加热谷氨酸长期加热，经脱水后生成焦谷氨酸（无鲜味）。（4）谷氨酸与亚硝酸作用谷氨酸与亚硝酸反应生成羟基酸，释放出氮气（5）谷氨酸的脱羧作用在谷氨酸脱羧酶的催化下，谷氨酸生成γ-氨基丁酸和二氧化碳（6）谷氨酸在氨的存在下，通过谷氨酰胺合成酶的催化能生成谷氨酰胺（7）谷氨酸与茚三酮反应谷氨酸或其它α-氨基酸在pH2.5-5.0与茚三酮共热，能显示蓝色或蓝紫色，按其显色的深淡度可作为α-谷氨酸定性或定量分析的依据。（8）甲醛反应氨基酸与甲醛反应后，碱性的氨基被遮盖，用标准NaOH溶液滴定羧基。三、谷氨酸的生物合成途径1、谷氨酸合成方式许多研究者利用不同的谷氨酸产生菌对其合成方式和途径进行了研究。这些研究表明，谷氨酸产生菌菌体内形成谷氨酸的方式主要有两种，即氨基酸的转移作用和还原性氨基化作用。①氨基转移作用在氨基转移酶的催化下，除甘氨酸以外，任何氨基酸都可以与α—酮戊二酸变成谷氨酸。同样谷氨酸与其他α—酮酸之间在转氨酶的催化下，也能生成α—酮戊二酸和新的氨基酸。②还原性氨基化作用在NH+和供氢体（还原型辅酶Ⅱ，即NADPH2)存在的条件下，α—酮戊二酸在谷氨酸脱氢酶的催化下形成谷氨酸。2、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)、乙醛酸循环体、二氧化碳固定和还原氨基化反应等。生成谷氨酸的有关酶类主要有苹果酸酶、丙酮酸羧化酶、异柠檬酸脱氢酶、异柠檬酸裂解酶、酮戊二酸脱氢酶、谷氨酸脱氢酶等。四、工艺流程4.1糖化工段加压冷却除水棉花过滤二级种子液化淀粉酶糖化过滤糖化液配料连续灭菌发酵等电点分离谷氨酸中和脱色过滤过滤液炭柱脱色脱色液蒸发结晶贮晶分离湿味精干燥筛选结晶味精糖化酶玉米浆糖蜜无机盐滤渣消泡剂液氨离交法回收谷氨酸水母液硫酸或盐酸碳酸钠活性炭废炭母液制白谷氨酸水蒸汽晶种空气020406080100第一季度第三季度东部西部北部种子水淀粉4.1.1发酵原料发酵生产谷氨酸的原料——淀粉淀粉来自粮食原料，通常利用各种谷类或薯类淀粉，如北方常用玉米，南方常用番薯淀粉等。非粮淀粉原料主要指甜菜或甘蔗糖蜜﹑醋酸﹑乙醇﹑正烷烃（如液体石蜡）等。内蒙古阜丰生物科技有限公司使用的的是玉米。4.1.2淀粉水解淀粉在酸或酶的作用下，其颗粒结构被破坏，α-1，4和α-1，6糖苷键被切断，分子质量逐渐变小，经中间产物蓝糊精、红糊精、无色糊精、低聚糖、麦芽糖，最后生成葡萄糖。淀粉在酸或酶作用下，发生的主要反应如下：淀粉水解产生葡萄糖的总反应可用下式表示：4.1.3糖化方法在工业上，淀粉的处理主要是指糖化，制得的水解糖叫淀粉糖。可制备淀粉水解糖的原料很多，主要有薯类、玉米、小麦、大米等。制糖方法有酸解法、酶酸法和双酶法；三种糖化工艺，各有其优缺点。从糖液质量、收得率、耗能以及对粗淀粉原料的适应情况看，酶解法最佳、酸酶法次之、酸法最差。但酶解法生产周期长，糖化设备较庞葡萄糖麦芽糖各种糊精淀粉612611221251065106222)()(OHCOHCOHCOHCOHOHxOHn18018162)(612625106OHnCOnHOHCn大。从糖浆的黏度来看，酶法最低、酸法最高。而阜丰生物科技公司使用的糖化原料是玉米，糖化方法是双酶法。双酶法制备葡萄糖可分为两个过程，即液化过程和糖化过程。液化是利用α-淀粉酶将淀粉液化，转化为糊精及低聚糖；糖化过程即利用糖化酶将液化的糊精及低聚糖进一步水解转化为葡萄糖。4.2配料及连续灭菌4.2.1玉米淀粉制备4.2.1.1玉米子粒的特征与淀粉生产工艺的关系从玉米子粒中提取淀粉需要把子粒的各种化学组分进行有效地分离，以便最大程度地提纯淀粉，并回收其他成分。湿磨是目前惟一有效的方法。风干状态的玉米子粒，含水量在15％左右，子粒坚硬，机械强度大，子粒内部各个结构部分及各种化学组分紧密结合在一起，加工时要根据子粒的特点和各种化学组分相互结合的状况采用适当的工艺方法进行分离。玉米子粒硬度大，要采取浸泡法使其吸水软化。玉米子粒皮层结构紧密，通透性差，浸泡时要采取添加SO2等成分增加皮层膜的透性。胚芽含油量大，但韧性强，加工时根据这个特点，对玉米进行粗破碎、分离胚芽。可溶性成分一般通过浸泡工艺分离出来。玉米胚乳中淀粉与蛋白质的结合非常牢固，比小麦淀粉与蛋白质结合要牢固得多，在湿法加工中，单用水不能使蛋白质和淀粉很好地分离，要通过所添加的SO2氧化还原性质打开包围在淀粉粒表面的蛋白质网膜。皮层及纤维则主要是在湿磨后采取筛选方式去除。4.2.1.2玉米淀粉提取工艺流程玉米淀粉提取采用湿磨工艺，自1842年开始在美国应用以来，100多年中，人们对玉米湿磨工艺进行了许多改进。中国玉米淀粉工业起步较晚，湿磨工艺是1956年从前苏联引进的，直到20世纪80年代末期，中国的玉米淀粉工业开始有较大幅度的发展。现在，我国淀粉年产量约400万t，其中玉米淀粉约占80％。玉米淀粉生产包括3个主要阶段：玉米清理、玉米湿磨和淀粉的脱水干燥。如果与淀粉的水解或变性处理工序连接起来，可以考虑用湿磨的淀粉乳直接进行糖化或变性处理，省去脱水干燥的步骤。玉米淀粉生产的工艺流程，大致可分为4个部分：①玉米的清理去杂；②玉米的湿磨分离；③淀粉的脱水干燥；④副产品的回收利用。其中玉米湿磨分离是工艺流程的主要部分。原料玉米↓净化→杂质↓硫磺→燃烧→二氧化硫→亚硫酸→浸泡→稀玉米浆→浓缩→玉米浆胚芽饼↓↑破碎→胚芽分离→洗涤→脱水→干燥→榨油↓↓精磨玉米油↓筛洗→渣皮→脱水→干燥→粉碎→纤维粉↓麸质分离→稀蛋白质→浓缩→干燥→蛋白粉↓清水→淀粉洗涤↓离心脱水↓气流干燥↓玉米淀粉↓计量包装玉米淀粉生产的工艺流程图4.2.2配料流程将料液、玉米浆、糖蜜及无机盐原料通入配料罐，将料液通入换热器进行换热后，泵入维持罐，蒸汽升温后，再次通入换热器降温第一次，用冷凝水降温第二次。将料液通入发酵罐，进行发酵。玉米浆罐糖蜜罐配料罐维持罐一级种子罐二级种子罐维持罐维持罐维持罐糖化罐螺旋板式换热器2个螺旋板式换热器2个螺旋板式换热器1个螺旋板式换热器1个发酵罐泵无菌空气无菌空气水碱水无机盐4.3发酵工段4.3.1发酵培养基谷氨酸发酵培养基主要成分有碳源、氮源、生长因子和无机盐等