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1第八章谷氨酸制味精口从发酵液中提取得到谷氨酸，仅是味精生产中的半成品。谷氨酸与适量的碱进行中和反应，生成谷氨酸一钠，其溶液经过脱色、除铁、除去部分杂质，最后通过减压浓缩、结晶及分离得到较纯的谷氨酸一钠的晶体，不仅酸味消失，而且有很强的鲜味。口谷氨酸一钠的商品名称就是味精或味素。如果谷氨酸与过量的碱作用，生成的是谷氨酸二钠不具有味精的鲜味。2第一节味精的性质一理化性质1．味精的主要物理性质L-谷氨酸一钠带有一个分子的结晶水。味精的学名叫a-氨基戊二酸一钠简称MSG。3口分子量：187.13口结晶系：晶体的形状属斜方晶系，在显微镜下观察，其晶形为棱柱状的八面体（图7-1）。4口溶解度：谷氨酸一钠易溶于水，不溶于纯酒精、乙醚及丙酮等有机溶剂。5溶解度：水中的溶解度6酒精中的溶解度：7口相对密度：1.65。口熔点：195℃，在120℃以上逐渐失去结晶水口水溶液的pH:3%谷氨酸钠水溶液中的pH为7.0口纯净的谷氨酸一钠晶体几乎没有潮解性。8二、化学性质9谷氨酸一钠具有一个羧基(-COOH)，一个羧酸钠(-COONa)，一个氨基(-NH2)，所以呈中性。•①与酸作用生成谷氨酸或谷氨酸盐酸盐;•②与碱作用生成谷氨酸二钠，加酸后又生成谷氨酸一钠;•③热稳定性：在120℃下失去结晶水；在155℃下分子内脱水；225℃以上分解。若其水溶液长时间受热，会引起失去，生成焦谷氨酸一钠。三、味精的生理作用和安全性10口味精是一种强碱弱酸盐，它在水溶液中可以完全电离变成谷氨酸离子和钠离子。口谷氨酸是氨基酸的一种，氨基酸是构成蛋白质的基本单位，是人体和动物的重要营养物质。谷氨酸一钠被人体吸收以后，同样也是电离成谷氨酸离子和钠离子而分别参与人体的代谢。谷氨酸盐广泛存在于蛋白类食品中11味精除提供鲜味外，还具有特殊的生理作用12口味精被食用后，经胃酸作用转化为谷氮酸，被消化吸收构成蛋白质，并参与体内其它代谢过程。口（1）合成人体代谢所需要的其它氨基酸谷氨酸虽非人体必需的氨基酸，但它在生物体蛋白质代谢中是一种很活跃的物质。谷氨酸通过转氨反应把氨基转移到酮酸上合成人体代谢所需要的其他氨基酸。131.生理作用口(2)作为脑组织的能源和改善脑机能14脑组只能氧化谷氨酸，而不能氧化其它氨基酸。谷氨酸能与蛋白质的分解代谢中所产生的氨相结合，生成谷氨酰胺。它能通过血脑屏障，因此谷氨酸对改进和维持脑机能是必要的。15口（3）降低血液中氨中中毒谷氨酸有降低血液中氨中毒的作用，当肝脏有疾病，肝功能受损时，血液中氨含量增高，引起严重的氮代谢紊乱，导致肝昏迷。而谷氨酸能与氨起作用，生成谷氨酰胺，降低血液中氨含量，从而起解“氨毒”的作用。16口（4）在人体内转化为糖，再进入糖代谢172.安全性1819在1987年3月在荷兰海牙召开的联合国粮农组织和世界卫生组织食品添加剂专家联合委员会第19次会议，宣布取消对味精的食用限量，再次确认味精是一种安全可靠的食品添加剂。这次权威机构的会议结束了多年来对味精安全性的争论。味精的使用量？20第二节谷氨酸制味精的工艺流程谷氨酸→中和→脱色→浓缩结晶→干燥→过筛→包装→成品21第三节谷氨酸的中和、除铁(锌)22一.谷氨酸的中和2C5H9NO4+Na2CO3→2C5H8NO4Na+CO2↑+H2O100kg谷氨酸需要36.1kgNa2CO3C5H9NO4+NaOH→C5H8NO4Na+H2O100kg谷氨酸需要40kgNaOH2中和工艺技术条件23口（1）中和剂的选择和用量生产上要求使用含盐分少的碳酸钠或固体氢氧化钠进行中和而不用工业液碱。生产中，通常采用纯碱。口（2）中和液的浓度24选择21--23Be口（3）中和温度60－70℃谷氨酸一钠的溶解度较大，但谷氨酸在常温下溶解度很低。为保证工艺要求浓度，一般加热条件下进行中和。口（4）中和液pH一般在6.0-6625口（5）中和操作方式：262013-11-135口3.中和工艺条件二、中和液除铁、除锌28口味精中含铁、锌离子过量，不符食品规定标准。口合铁量高时，会使味精呈黄色，影响成品色泽。口因此味精产品必须控制铁、锌离子含量，99%的味精合铁在5ppm以下，80％的味精含铁在10ppm以下，合锌在5ppm以下。1.中和液中铁、锌离子的来源29口铁离子：由于生产原材料不纯而夹带铁离子，特别是设备的腐蚀而游离出较多的铁离子。口锌离子：则主要是提取工艺采用锌盐法而带入谷氨酸中，一般含锌离子1500ppm左右，若谷氨酸不经水洗，合锌离子可高达3000ppm以上。因此，在味精精制过程小必须加以除去。2.中和液中铁的存在形式30口中和液中的铁离子多数以二价离子存在，三价离子较少。口原因是二价铁离子在酸性溶液中较稳定，在碱性溶液中会转变为三价离子。口中和液中的铁离子与谷氨酸离子形成络合物，即以如下形式存在：31其它离子在Glu存在形式：口资料表明，除铁离子能与谷氨酸形成络合物以外，还有锌、锰等二价离子也能与谷氨酸形成络合物。这些络合物的稳定常数见表7－12。323.除铁的方法33口目前国内除铁、锌离子的方法主要用硫化钠和树脂法两种。(1)硫化钠除铁、锌原理34口由于谷氨酸半成品中的铁离子以络合形式存在，所以在中和除铁过程中所用的硫化碱量要超过测定所得的游离态亚铁离子量近10余倍才能除尽。35硫化钠除铁的工艺控制36待中和液温度降至50℃以下，复测中和液pH在6.4左右，加入15～18波美度（硫化钠含量为10～12%）的硫化钠，除尽铁离子。加入硫化钠后，搅拌片刻，让其自然沉淀8h以上。将上清液用真空抽入脱色桶脱色桶，进行下道工序脱色。注意事项:37•硫化钠质量要求硫化钠含硫化钠在63%以上，不溶物少于1%，水溶解后颜色为微黄色澄清。•加硫化钠要适量硫化钠用量不宜太多或太少，否则将出现不沉淀。一般要稍过量即可。•加硫化钠的温度要严格控制在50℃以下。因为中和液若在偏酸性在高温下，加入硫化钠则会产生硫化氢气体逸出。硫化钠除铁的特点：38口操作环境差，空气中有H2S臭味，浓度高时可导致中毒;口间歇操作;口除铁效果较树脂差，脱色液中铁的残留量一般为1-2mg/L;口操作费用低；口产品中Na2S残留时有异味，对质量有一定影响。2树脂除铁39口谷氨酸中和液除铁的树脂有通用1号、122弱酸性阳离子树脂。以通用1号树脂除铁效果好。口树脂除铁的基本原理中和液中的铁与谷氨酸螯合，形成络合物形式存在。利用带有酚氧基团的树脂(表面具有较强的配位基团）使络合铁与树脂螯合成新的更稳定的络合物，以达到除铁的目的。树脂除铁操作过程40口树脂预热:以热水预热至40－50℃，避免谷氨酸钠析出;口交换:进料流量为树脂体积的1一2倍，一般为顺流交换;口流出液收集:当品尝流出液有鲜味至12Be左右时，进入低浓度溶液贮罐，作为谷氨酸中和及调节母液浓度之用，当流出液浓度高于12Be时，并检查无铁时，收集，颗粒炭脱色。当检查出现铁时，停止进料，改进凝结水，收集低浓度溶液，至流出液为0Be，侍再生;41口再生:正、反水洗→酸洗→正水洗(pH5-6）42碱洗→正、反水洗(pH8-9）→备用;酸洗技术条件:盐酸浓度2－4％，用量为树脂体积的2－3倍，浸泡2一4h;碱洗技术条件:烧碱浓度2－4％，温度40－45℃，用量为树脂体积的2－3倍，浸泡2－4h。树脂除铁的特点43口操作环境好;口连续操作;口除铁完全，同时有脱色作用，除铁液透光率高，经树脂除铁后味精成品基本上没有铁离子。且母液中合铁量也很低，在3mg/L以下。口设备一次性投资大，且操作过程耗用酸、碱、水费用高，排放废水对环境有一定的影响;口产品没有由于Na2S残留而造成的产品色泽等质最问题，符合食品卫生要求。除铁液检查方法44测定除铁是否彻底可用以下两种方法鉴定:口取加过Na2S的中和液，滴入二滴Na2S溶液，若无黑色沉淀产生，说明铁已除尽。口取加过Na2S的中和液，滴加5％的FeSO4溶液，若出现黑色沉淀，说明除铁彻底。第四节谷氨酸中和液的脱色45一、色素的来源：二、脱色的方法口1．活性炭脱色口2.树脂脱色法（1）活性炭脱色原理:物理吸附：吸附过程由吸附剂表面与被吸附物质分子之间的范德华引力引起。这种吸附作用的选择性很差，甚至没有选择性。化学吸附（主要）：吸附剂表面存在着不饱和的价键可以与被吸附分子的极性基团形成某些副价键，例如氢键等，从而产生吸附作用。化学吸附作用有一定的选择性，而且适当升高温度可以加快吸附速度，吸附过程中发生能量的变化，解吸较困难。46活性炭脱色（2）活性炭的脱色特点47口粉状活性炭常用于中和液的第一步脱色，是颗粒炭脱色必备的前处理工序。颗粒炭脱色一般用于最后一次脱色。48（3）影响脱色效果的各种因素49脱色条件不同，活性炭脱色效果也不同。口a.温度□b.pH口c.脱色时间口d.活性炭用量口e.流量与吸附的关系口f.上柱液质量（4）粉末活性炭脱色工艺条件50第五节中和液的浓缩和结晶51口结晶过程具有成本低、设备简单、操作方便，广泛应用于氨基酸、有机酸、抗生素、维生素、核酸等产品的精制。口饱和溶液：当溶液中溶质浓度等于该溶质在同等条件下的饱和溶解度时，该溶液称为饱和溶液；口过饱和溶液：溶质浓度超过饱和溶解度时，该溶液称之为过饱和溶液；•溶质只有在过饱和溶液中才能析出；谷氨酸钠在水中的溶解度很大，要想从溶液中析出结晶，必须除去大量的水分，使溶液达到饱和状态，过量的溶质才会以固体状态结晶出来。晶体的产生是先形成极细小的晶核，然后这些晶核再成长为一定大小形状的晶体。因此，从溶液到晶体生成包括三个过程：①形成过饱和溶液；②晶核形成；③晶体成长。52溶液达到过饱和是结晶的前题，使溶液处于过饱和状态，通常有二种方法：•一是降低溶液的温度，使溶液的溶解度减少，因而使溶液由原来饱和状态，甚至不饱和状态转变为过饱和状态；•另一种方法是通过蒸发，使溶液中的一部分溶剂减少，达到过饱和状态。工业生产中都是采用蒸发的方法。53一、中和液的浓缩541蒸发方法（1）常压蒸发溶液在一个大气压下，加热使溶液汽化而达到浓缩。溶液的沸点是随着溶质的摩尔浓度增大而升高。如谷氨酸钠水溶液，沸点就高于100℃的纯水(一般高6～8℃)。溶液的沸点高，蒸发的速率就慢，加热的时间长。谷氨酸钠水溶液中长时间受热，会引起失水而生成焦谷氨酸钠，一般都不采用常压蒸发。（2）减压蒸发目前味精生产的浓缩过程普遍采用减压蒸发。减压蒸发即减小大气压力，移开被蒸发液体的蒸汽压，使液体的沸点相应降低。真空度越高，沸点下降得越多，浓缩锅内液温越低，蒸发速率越快，谷氨酸钠破坏少。这样既可缩短浓缩时间，又可避免谷氨酸钠的脱水环化生成破坏。552.产生焦谷氨酸的原因（1）谷氨酸一钠溶液加热脱水环化生成焦谷氨酸钠562013-11-172口（2）谷氨酸一钠溶液加热时脱水环化的情况口（3）谷氨酸一钠的脱水环化反应与谷氨酸58的脱水环化是相同的。脱水环化反应的速率不仅与加热温度和时间有关，而且与溶液的pH也有很大的关系。在pH4或10的溶液中，100℃加热50h，98%以上的谷氨酸一钠发生脱水环化。在pH3时，120℃加热3h，可以全部脱水环化。(4)脱水环化反应生成的焦谷氨酸或焦谷氨酸钠在2MHCl或4%碱溶液中，100℃加热1～2h，可以水解重新生成谷氨酸或谷氨酸一钠。工业生产上就是利用这一特性，将末道母液经酸水解，使焦谷氨酸转变为谷氨酸钠，减少杂质，有利于结晶，提高收率。(5)焦谷氨酸钠的存在对味精质量有严重的影响，因为味精中夹入焦谷氨酸钠后使味精容易吸潮变质，鲜度降低。59口结晶是制备纯物质的有效方法。结晶过程具有高度选择性，只有同类分子或离子才能结合成晶体。口水合作用对结晶的操作有很大影响，由于水合作用，溶质从溶液中成为具有一定晶形的晶体水合物析出，晶体水合物含有有一定数量的水分子，称为结晶水。口味精为带有一个结晶水的棱柱形八面体晶体。60二、结晶的基本原理1.溶解度和溶解度曲线61一般物质的溶解度随温度升高而增大（也有例外），味精也是这样，当溶液浓度超过饱和浓度达到一定的过饱和程度时，则结晶表面积已不足以承受味精分子的沉积，而导致产生新的晶核析出，