1、摘要 味精，學名“谷氨酸鈉（C5H8NO4Na）”。谷氨酸是氨基酸的一種，也是蛋白質的最后分解產物。我們每天吃的食鹽用水沖淡400 倍，已感覺不出咸味，普通蔗糖用水沖淡200 倍，也感覺不出甜味了，但谷氨酸鈉，用于水稀釋3000倍，仍能感覺到鮮味，因而得名“味精”。 谷氨酸是利用微生物發酵生產的一個具有代表性的產品，生產工藝涉及種子培養、發酵、提取、脫色、離心和干燥等重要的單元操作和工程概念。通過對谷氨酸車間的工藝設計，可以加強對自己對所學知識的綜合利能力。本設計是以精制淀粉（純度為85.9%）為原料進行設計，使用一次噴射雙酶法為糖化工藝，以年實際工作日300天計算，日產味精165噸。對全廠物

2、料進行了衡算，對糖化工段的罐體如糖化罐進行了詳細計算，以確定它的參數，便于設備布置圖的繪制。關鍵詞：谷氨酸鈉；糖化；工藝計算Abstract Monosodium glutamate (MSG) is the sodium salt of the non-essential amino acid glutamic acid，which is the final resolve product from protein. If we dilute the salt with 400 times water, we cant taste salty any more. If we dilute t

3、he sucrose with 200 times water, we cant taste sweetness too. But even if 3000 times water, Monosodium glutamate still taste flavor. Glutamate is produced by microbial fermentation of a representative of the products, production processes involved in seed culture, fermentation, extraction, bleaching

4、, centrifugation and drying unit operations and other important engineering concepts.Through the workshop process design glutamate, can enhance their knowledge of the comprehensive profitability. The design is based on refined starch (85.9% purity) as raw materials forthe design, the use of a jet of

5、 two enzymes for the saccharification process, the actual working days to 300 days calculated at 165 tons of monosodium glutamate production.The whole plant materials for the balance, the chemical section of the tank, such as sugar saccharification tanks carried out a detailed calculation to determi

6、ne its parameters, easy to draw the layout of the device.Key words:glutamate;saccharification;process calculation.目 錄引言1第一章 糖化工段工藝11.1 味精簡介11.2 設計方案的確定2 糖化方法的選擇論證21.2.2 液化工藝條件的論證21.3 糖化工藝流程31.4 糖化工藝技術要點31.4.1 調漿配料31.4.2 噴射液化41.4.3 糖化41.4.4 過濾41.4.5 貯存4第二章 糖化工段物料衡算42.1 生產能力42.2 計算指標42.3 總物料衡算52.3.1 商

7、品淀粉用量52.3.2 糖化液量52.3.3 產谷氨酸量52.3.4 衡算結果匯總62.4 糖化工段物料衡算62.4.1 淀粉漿量及加水量62.4.2 液化酶量62.4.3 CaCl2量62.4.4 糖化酶量62.4.5 糖液產量72.4.6 過濾糖渣量72.4.7 生產過程進入的蒸汽冷凝水及洗水量7衡算結果匯總7第三章 糖化工段設備選型73.1 糖化罐7 3.2 調漿罐8 3.3 儲漿罐9 3.4 連續液化噴射器10 3.5 維持罐10 3.6 層流罐10 3.7 儲糖罐103.8 設備選型匯總11參考文獻12課程設計體會12附圖(糖化罐設備總裝圖)引 言味精又稱谷氨酸一鈉，其基本成分為L-

8、谷氨酸，具有強烈的肉類鮮味。將其添加在食品中可使食品風味增強，鮮味增加，故被廣泛使用。味精在胃酸作用下生成的谷氨酸，被人體吸收后，參與人體內許多代謝反應，并與其他氨基酸一起共同構成人體的組織蛋白。谷氨酸能用來預防和治療肝昏迷，還能促進中樞神經系統的正常活動，對治療腦震蕩和腦神經損傷有一定功效。我國的味精生產始于1923年，上海天廚味精廠最先用水解法生產。1932年沈陽開始用脫脂豆粉水解生產味精。我國從1958年開始谷氨酸生產篩選及其發酵機理的基礎性研究，1964年首先在上海進行工業化試生產。目前國內味精生產已全部用發酵法。所以，今后菌種，工藝技術和生 產規模方面還需加大改革力度，使生產水平再上

9、一個新臺階！ 目前，企業生產味精都是以發酵法生產，但每生產1噸味精要排放2025噸母液，其屬于高濃度有機酸性廢水，需對母液進行回收，發展高效提取工藝，提高谷氨酸提取率和降低工藝用水，減少廢水排放量，實現味精的清潔生產，在發展工業經濟的同時走上可持續發展的文明道路，這樣，我國的味精工業不但真正收到經濟效益和環境效益的共同豐收，而且也會減輕政府對行業的管理負擔，形成多種因素和諧統一，走上良性運行可持續發展的健康道路。第1章 生產工藝1.1 味精簡介學名：L-谷氨酸單鈉鹽-水化合物商品名：味精、味素、谷氨酸鈉，因味精起源于小麥，俗稱麩酸鈉英文名：Monosodium L-Glutamate，簡寫MS

10、G結構式： HOOC-CH2-CH2-CH-COONa·H2O NH2分子式：NaC5H8O4N·H2O，分子量：187.13味精于1909年被日本味之素（味素）公司所發現并申請專利。純的味精外觀為一種白色晶體狀粉末。當味精溶于水（或唾液）時，它會迅速電離為自由的鈉離子和谷氨酸鹽離子（谷氨酸鹽離子是谷氨酸的陰離子，谷氨酸則是一種天然氨基酸）。要注意的是如果在100以上的高溫中使用味精，經科學家證明，味精在100時加熱半小時，只有0.3的谷氨酸鈉生成焦谷氨酸鈉，對人體影響甚微。還有如果在堿性環境中，味精會起化學反應產生一種叫谷氨酸二鈉的物質。所以要適當使用和存放。味精不僅應用

11、于食品行業，還被廣泛應用于醫藥、工業、農業等方面。味精2004年的全球市場約為170萬噸，預計2010年將增長到210萬噸。我國是味精生產大國，2003年中國味精產量118.9萬噸，占世界53%，2006年產量136萬噸，居世界第一2。味精曾一度被懷疑是不可安全食用的增鮮調味品3。1973年FAO/WHO食品添加劑專家聯合組織一度規定，味精的ADI值0mg120mg，即攝入量每天每千克人體體重不得超過120mg。但國際上許多權威機構都做過味精的各種毒理試驗，到目前為止，還未發現味精在正常使用范圍內對人體有任何危害的依據，即證明食用味精是安全的。1.2 設計方案的確定1.2.1 糖化方法的選擇論

12、證糖化工段主要有酸解法、酶酸法、雙酶法這三種方法。酸解法是傳統的制糖方法，它是利用無機酸為催化劑，在高溫高壓條件下，將淀粉轉化為葡萄糖。酶酸法是將淀粉乳先用-淀粉酶液化，然后用酸水解成葡萄糖。雙酶法是通過淀粉酶液化和糖化酶糖化將淀粉轉化為葡萄糖。三種糖化工藝，各有其優缺點。從糖液質量、收得率、耗能以及對粗淀粉原料的適應情況看，雙酶法最佳、酶酸法次之、酸解法最差。但雙酶法生產周期長，糖化設備較龐大。從糖漿的黏度來看，雙酶法最低、酸解法最高。雙酶法制糖工藝可根據升溫方式的不同分為升溫液化法、噴射液化法。噴射液化法又依所用加熱設備的不同分為一次噴射液化法和二次噴射液化法。一次噴射液化法由于能耗低，設

13、備少，糖液質量好而獲得廣泛的應用5。所以本次設計采用一次噴射雙酶法。1.2.2 液化工藝條件的論證液化的原理 ： -淀粉酶是內切型淀粉酶，可從淀粉分子的內部任意切開-1，4糖苷鍵，不能水解-1，6糖苷鍵，液化產物除了麥芽糖和葡萄糖外，還含有一系列帶有-1，6糖苷鍵的寡糖。淀粉在糊化之前，-淀粉酶是難以直接進入淀粉顆粒內部與淀粉分子發生作用的。所以淀粉一定要經過糊化階段，酶才能開始發生作用。液化是利用液化酶使糊化淀粉水解成糊精和低聚糖等，使粘度大為降低，流動性增高。（1）淀粉液化條件淀粉是以顆粒狀態存在的，具有一定的結晶性結構，不容易與酶充分反應,如淀粉酶水解淀粉顆粒和水解糊化淀粉的比例為120

14、000。因此必須先加熱淀粉乳，使淀粉顆粒吸水膨脹，使原來排列整齊的淀粉層結晶結構被破壞，變成錯綜復雜的網狀結構。這種網狀會隨溫度的升高而斷裂，加之淀粉酶的水解作用，淀粉鏈結構很快被水解為糊精和低聚糖分子，這些分子的葡萄糖單位末端具有還原性，便于糖化酶的作用。由于不同原料來源的淀粉顆粒結構不同，液化程度也不同，薯類淀粉比谷類淀粉易液化。淀粉酶的液化能力與溫度和pH值有直接關系。每種酶都有最適的作用溫度和pH值范圍，而且pH和溫度是互相依賴的，一定溫度下有較適宜的pH值。在37時，酶活力在pH值5.07.0范圍內較高，在pH值6.0時最高，過酸過堿都會降低酶的活性。-淀粉酶一般在pH值6.07.0

15、較穩定。酶活力的穩定性還與保護劑有關，生產中可通過調節加入的CaCl2的濃度，提高酶活力的穩定性。一般控制鈣離子濃度0.01mol / L。鈉離子對酶活力穩定性也有作用，其適量濃度為0.01mol / L左右。現在研究發現當物料pH大于5.7后，在最終糖液中即有可能生成麥芽酮糖。研究還發現，隨著液化pH的不斷升高，麥芽酮糖的含量也在同步增長。在液化pH低于5.6時，即可避免在糖化過程中產生麥芽酮糖。工業生產上，為了加速淀粉液化速度，多采用較高溫度液化，例如8590或者更高溫度，以保證糊化完全加速酶反應速度。但是溫度升高時，酶活力損失加快。因此，在工業上加入Ca2+或Na+,使酶活力穩定性提高。

16、（2）液化程度的控制淀粉經液化后，分子量逐漸減少，黏度下降，流動性增強，給糖化酶的作用提供了條件。但是，如果讓液化繼續下去，雖然最終水解物也是葡萄糖和麥芽糖等，但這樣所得糖液葡萄糖DE值低；而且淀粉的液化是在較高溫度下進行的，液化時間加長，一部分已經液化的淀粉又會重新結合成硬束狀態，使糖化酶難以作用，影響葡萄糖的產率，因此必須控制液化進行程度。淀粉液化的目的是為了給糖化酶的作用創造條件，而糖化酶水解糊精及低聚糖等分子時，需先與底物分子生成絡合結構。這就要求被作用的底物分子有一定的大小范圍，才有利于糖化酶生成這種結構，底物分子過大或過小都會妨礙酶的結合和水解速度。根據發酵工廠的生產經驗，在正常液

17、化條件下，控制淀粉水解程度在葡萄糖值為1020之間為好（即此時保持較多量的糊精及低聚糖，較少量的葡萄糖）。而且，液化溫度較低時，液化程度可偏高些，這樣經糖化酶糖化后糖化液的DE值較高。淀粉酶液化終點常可以典液顯色來控制。1.3 糖化工藝流程圖1-1 一次噴射雙酶法制糖工藝流程圖淀粉乳閃蒸高溫維持噴射液化調漿NaCO3過濾過濾過濾過濾升溫滅酶調PH（鹽酸或石灰水、碳酸鈉）、酶酶、調PH糖化降溫層流液化 1.4 糖化工藝技術要點1.4.1 調漿配料淀粉乳調成15-20oBe。研究發現，在淀粉液化過程的配料階段，當物料pH大于5.7后，在最終糖液中即有可能生成麥芽酮糖。研究還發現，隨著液化pH的不斷

18、升高，麥芽酮糖的含量也在同步增長。在液化pH低于5.6時，即可避免在糖化過程中產生麥芽酮糖，而這就需要采用低pH 特性的淀粉酶。用Na2CO3水溶液調pH5.5-5.6，以減少不可發酵糖的產生（-淀粉酶pH范圍為5.5-7.0）。CaCl2用量為干淀粉的0.15%，如果水中Ca2+超過50mg / L，可以不加CaCl2。1.4.2 噴射液化工作蒸汽壓0.4MPa,淀粉乳供料泵壓力為0.2-0.4MPa，噴射溫度100-105，液化溫度控制在90，液化時間60min,碘色反應呈棕色即可。然后130-140滅酶5-10min。冷卻至70以下，進入糖化罐。1.4.3 糖化溫度60±1，p

19、H4.0-4.4，糖化酶加量按120u / g干淀粉計算，糖化時間40-48h。要求每兩小時或四小時檢查一次糖化液的糊精狀況，直至無明顯糊精為糖化結束，即以無水乙醇檢查無白色沉淀為終點。終點DE值為95%-98%。注意控制監測及時判斷終點以防糖化過度產生異麥芽糖。1.4.4 過濾糖液先用NaCO3水溶液調pH4.8-5.0，不加或少加助濾劑，過濾。1.4.5 貯存為防止糖液貯存中發酵變質，應保證糖液溫度不低于60。第二章 全廠物料衡算2.1 生產能力商品味精年產量：50kt/a，則純谷氨酸鈉年產量為：49500t/a。商品味精日產量：50000/300=166.7t/d，純谷氨酸鈉日產量：16

20、5.0t/d。 2.2 計算指標表 2-1 計算指標項目數值淀粉糖化轉化率94.5%發酵產酸率（濃度）10.5%發酵對糖轉化率58.5%培養菌種耗糖為發酵耗糖1.5%谷氨酸提取收率96.4%精制收率96.5%商品淀粉中淀粉含量85.9%發酵周期（含輔助時間）45h全年工作日300d2.3 總物料衡算物料衡算是根據質量守衡定律而建立起來的。物料衡算是進入系統的全部物料質量等于離開系統的全部物料質量，即式中 F進入系統物料量， D離開系統的物料量， W損失的物料量，圖2-1 味精生產工藝總物料衡算流程圖 2.3.1 商品淀粉用量 1000kg純淀粉實際產100%MSG量:1000×1.1

21、11×94.5%×58.5%×(100%2%)×96.4%×96.5%×1.272=738.06kg其中：1.111淀粉轉化為葡萄糖的理論產率（C6H10O5（分子量162）C6H12O6（分子量180），180/162=1.111）；94.5%淀粉糖化轉化率；58.5%發酵對糖的轉化率；2%倒罐率；96.4%谷氨酸提取收率；96.5%精制收率；1.272谷氨酸轉化為味精的理論產率（C5H9NO4（分子量147）C5H10NO5Na（分子量187），187/147=1.272）。1000kg商品淀粉產100%MSG量：738.06&#

22、215; 85.9% = 633.99 kg （85.9%商品淀粉中淀粉含量）1噸100%MSG實耗商品淀粉量： 日產99%味精165t，單耗商品淀粉1.58 t，日耗商品淀粉量：165×1.58 =260.7t/d2.3.2 糖化液量日產純糖量： 260.07×85.9%×94.5%×1.111= 235.11t/d（85.9%商品淀粉中淀粉含量；94.5%淀粉糖化轉化率；1.111淀粉轉化為葡萄糖的理論產率）折算為30%的糖液：（發酵時糖液濃度為30%）235.11/30% = 783.7t即日產30%糖液 783.7t。2.3.3 產谷氨酸量日產純

23、谷氨酸量:260.07×58.5%×（100%-2%）×96.4%×96.5% = 139.04t/d2.3.4 衡算結果匯總表 2-2 總物料衡算結果匯總表原料規格日產(耗)量（t / d）商品淀粉 / t85.9%260.7糖液 / t30%783.7谷氨酸 / t100%139.04味精 / t99%1652.4 糖化工段物料衡算圖2-2 制糖工序物料衡算圖濾渣30%糖液 糖化工段液化酶糖化酶CaCl2配料水商品淀粉蒸汽冷凝水及洗水量 2.4.1 淀粉漿量及加水量淀粉加水比例為1:2，1000kg商業淀粉產淀粉漿：1000 ×（1+2）=

24、 3000 kg加水量：2000kg。2.4.2 液化酶量使用耐高溫-淀粉酶（20000U / ml）,加酶量10U / g干淀粉。1000kg干淀粉加酶量： 0.5L液化酶質量：0.5 × 1.25 = 0.625kg。2.4.3 CaCl2量 此次加量為干淀粉的0.15%，即1000kg 干淀粉加CaCl2： 1000 ×0.15% = 1.5 kg2.4.4 糖化酶量 一般加糖化酶量為120U / g干淀粉，本課程使用的液體糖化酶為100 000U / ml，密度1.25。則每1000kg干淀粉加糖化酶量: 1.2L糖化酶質量：1.2 × 1.25 = 1.

25、5 kg。2.4.5 糖液產量 1000kg商品淀粉產30%糖液質量：（由日產30%糖液與日投入商品淀粉的關系可得）2.4.6 過濾糖渣量液化后的濕糖渣約為淀粉原料的1%。濕渣（含水70%）,折干渣量:1000×1%×(1-70%)=3kg2.4.7 生產過程進入的蒸汽冷凝水及洗水量3006.20 + 10 -（1.5 + 1.5 + 0.625）- 3000 =12.575 kg2.4.8 衡算結果匯總以商品淀粉的日投料量與物料的比值，填寫下表各項的日投料量。表2-3 糖化工段的物料衡算匯總表進入系統離開系統項目物料比例/ kg日投料量/ t項目物料比例/ kg日產料量/

26、 t商品淀粉1000.00 260.7 30%糖液 3006.20783.7配料水2000.00 521.4 濾渣10.00 2.61液化酶 0.625 0.16 CaCl21.50 0.39糖化酶1.50 0.39 蒸汽冷凝水及洗水量 12.575 3.28累計3016.20 786.16 3016.20786.31第三章 糖化工段設備選型3.1 糖化罐日產30%糖液783.7t，即 783.7/1.1321=692.25 m3糖化周期48h，一個糖化周期產糖液體積：692.25×（45/24）= 1297.97 m3糖化罐取200m3，裝料系數85%，實際裝料體積為：200

27、15; 85% =170m3一個糖化周期需要的糖化罐數：1297.97/170 = 7.64，取8臺取H = 2D罐下部使用圓錐形，取圓錐高度為D / 4，由 解得D = 4.96，取D = 4.96m，H = 9.92m，則V = 188.2m3。裝液量，170/188.2 × 100% = 90.32%，裝液量合適。攪拌器轉速90r / min，即1.5r / s，攪拌直徑1.4m攪拌功率其中A以列管代替擋板以及各部尺寸按比例放大后測得的攪拌功率系數（0.60.8）液體密度，kg / m3n攪拌器轉速，1 / sDi攪拌器直徑，mNp六彎葉時的功率準數（取4.8）傳動效率85%，

28、69.3 / 85% = 81.5kW，選用Y2-280M-2型三相異步電動機表3-1 Y2-280M-2型三相異步電動機參數額定功率kW額定電壓V額定電流A額定轉距重量kg額定轉速r / min903801602.35702970罐體由圓柱體和錐形封底焊接而成，材料碳鋼，內涂防腐層。查味精工業手冊（第二版）附表21-1及附表22得：罐體材料采用OCr18Ni11Ti，壁厚10mm。3.2 調漿罐每個糖化罐裝液量170m3,用200min調滿一罐，調漿一次用10min，輔助5min，則：調漿次數： （次）每次調漿量： 調漿罐裝液系數取85%，則調漿罐體積為：取H = D，由 解得：D = 2.

29、70，則取D = 2.70得V = 15.39m3 符合裝液量要求。每天可調裝糖化罐罐次： 罐次。每日糖化罐投料罐次： 罐次，所以需要1臺調漿罐。式中783.7日產30%糖液量，t1.132130%糖液密度，t / m3罐體材料采用碳鋼，內涂防腐層，壁厚5mm。攪拌器轉速120r / min，即2r / min，攪拌直徑0.8m攪拌功率其中A以列管代替擋板以及各部尺寸按比例放大后測得的攪拌功率系數（0.60.8）液體密度，kg / m3n攪拌器轉速，1 / sDi攪拌器直徑，mNp六彎葉時的功率準數（取4.8）傳動效率85%，10 / 85% = 11.8kW，選用Z2-62型電動機表 3-2

30、 Z2-62型電動機參數額定功率kW額定電壓V額定電流A飛輪力矩kg·m3重量kg額定轉速r / min1322069.50.6520024003.3 儲漿罐調漿罐每次調漿量13.08m3，儲漿罐總容積取18m3以確保連續操作要求儲漿罐下部使用圓錐形，取圓錐高度為D / 4則取H = 2D解得D = 2.25m，取D = 2.2m，則H = 4.4m。儲漿罐實際容積：罐體材料采用碳鋼，內涂防腐層，壁厚5mm。選擇與調漿罐一樣的攪拌器及Z2-62型電機。3.4連續液化噴射器每日產淀粉漿量：，料液流量：查味精工業手冊（第二版）表9-2，選用CHA-20型噴射器，處理量為35m3 / h，

31、則選取一臺噴射器即可。3.5 維持罐維持時間取8min，則維持罐體積。取H = 3D，解得D = 1.907m，查味精工業手冊（第二版）附表23-1得：取D = 1m，則H = 3m，h封 = 0.275m，封頭容積V封 = 0.1505m3。維持罐體積裝液量，符合裝液要求。罐體材料采用碳鋼，內涂防腐層，壁厚4mm，外包120mm保溫材料樹脂玻璃棉3.6層流罐層流罐保溫液化時間120min，料液流量28.69m3 / h，取4個層流罐，則：層流罐容積取H = 4D，解得D = 1.759m，查味精工業手冊（第二版）附表23-1得：取D = 1.8，則H = 7.2m，h封 = 0.375m，封

32、頭容積V封 = 0.3977m3。層流罐容積裝液量，符合裝液要求。罐體材料采用碳鋼，內涂防腐層，壁厚4mm，外包120mm保溫材料樹脂玻璃棉。根據物料衡算的數據計算出需要1個調漿罐、1個儲漿罐、2個維持罐、4個層流罐、8個糖化罐和1個儲糖罐以及它們的具體參數，其中調漿罐和儲漿罐所用的攪拌電機均為ZDT2-560-2型，糖化罐的攪拌電機要大不少，為ZDT2-560-2型3.7 儲糖罐儲糖罐取100m3，裝料85m3（裝料系數85%），則：取H = 2D，由解得：D = 3.99，取D = 4m，H = 8m，則：V = 100.53m3，取2個儲糖罐，以保證連續生產要求。罐體材料采用補膠鑄鐵，壁

33、厚8mm。3.8設備選型匯總表3-3 糖化定制設備匯總表容積(m3)D(m)H(m)h封(m)材料壁厚數量電機型號調漿罐10.862.75.4/碳鋼51Z2-62儲漿罐16.92.24.4/碳鋼51Z2-62維持罐2.657130.275碳鋼42/層流罐9.421.87.20.375碳鋼44/糖化罐135.24.969.92/碳鋼108Y2-280M-2儲糖罐100.5348/補膠鑄鐵82/參考文獻1吳思芳.生物工程工廠設計概論,中國輕工業出版社,1995.2張克旭.氨基酸發酵工藝,中國輕工業出版社,1998.3高孔榮.發酵設備,中國輕工業出版社,1991.4梁潤鐘.發酵工程設備,中國輕工業出版社,1991.5 鄭裕國. 生物工程設備M. 北京: 化學工業出版社, 2007.6 陳卓賢.味精生產工藝學M.北京：中國輕工業出版社，20037 于信令主編.味精工業手冊M.北京：中國輕工業出版社，20058 吳思方主編.生物工程工廠設計M.北京：中國輕工業出版社，2009:70719 梁世中.生物工程設備M.北京：中國輕工業出版社，2002:225010 匡照忠.化工機器與設備M.北京：化學工業出版社，200611 Norman,B.E.A novel debr