《生物工艺原理》课程设计说明书题目：生产10万吨味精厂发酵工段工艺设计学院：太原科技大学化学与生物工程学院系别：生物工程系班级：1142班学生姓名：刘思学生学号：201121030205指导老师：刘仙俊杨艳2013年12月16-20日摘要味精的主要成分是谷氨酸钠，是生活中必不可少一种鲜味剂。
本设计是生产纯度为100%商品味精的设计，采用的是中糖发酵、一次等电点提取的发酵方法生产味精。
从谷氨酸发酵液中提取出的谷氨酸制成味精要经过谷氨酸加水溶解，用碳酸钠或氢氧化钠中和，经脱色、除铁、钙、镁等离子，再经蒸发浓缩、结晶、分离、干燥、筛选等单元操作，得到高纯度的晶体或粉体味精。
本设计对全厂进行了物料衡算、发酵车间热量衡算、无菌空气用量计算。
对味精发酵车间进行工艺流程的设计和发酵罐的设计与选型计算。
关键词：味精谷氨酸发酵工艺设计目录摘要 (1)第一章文献综述 (3)1.1味精的性质 (3)1.2 味精工业发展历程 (3)1.3我国味精工业发展现状 (3)1.3.1 工艺技术进展 (4)1.3.2 技术指标进展 (4)1.4 设计任务及目的意义 (5)1.4.1设计任务： (5)1.4.2 设计目的和意义 (5)第二章味精生产工艺 (6)2.1 味精生产的工艺概述 (6)2.2 谷氨酸发酵的工艺概述 (7)第三章谷氨酸发酵车间物料衡算 (9)3.1工艺技术指标及基础数据 (9)3.3 100000t/a味精厂发酵车间的物料衡算表 (11)第四章连续灭菌和发酵工段能量衡算 (13)4.1 热量衡算的方法 (13)4.2 连续灭菌和发酵工段能量衡算 (14)4.2.1 计算指标（以淀粉质为原料） (14)4.2.2 培养液连续灭菌用蒸汽量 (15)4.2.3 培养液冷却用水量 (16)4.2.4 发酵罐空罐灭菌蒸汽量 (16)4.2.5 发酵过程产生的热量及冷却用水量 (17)总结与体会 (18)参考文献 (19)第一章文献综述1.1 味精的性质味精是谷氨酸的一种钠盐，为有鲜味的物质，学名叫谷氨酸钠，亦称味素。
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，是一种无嗅无色的晶体，对光和热稳定，无吸湿性，在232℃时解体熔化。
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[1]。
1.2 味精工业发展历程味精作为人们生活的主要调味品且是食品工业的高利税产品，自80年代以来，整个行业呈现突飞猛进的势态。
80年我国味精产量只有3.1万吨到91年已经发展到200多家企业，味精产量达到27.16万吨。
年发展速度达到121.81%。
在以味精、啤酒、白酒、糖、卷烟、五项农产品为原种的工业品中，味精发展速度最快[2]。
世界味精的发展可分为三个阶段[3]，即：第一阶段，1866年德国人H·Ritthasen(里德豪森)博士从面筋中分离到氨基酸，他们称谷氨酸，根据原料定名麸酸或谷氨酸。
1908年日本东京大学池田菊苗试验，从海带中分离到L —谷氨酸结晶体，这个结晶体和从蛋白质水解得到的L—谷氨酸是同样的物质，而且都是有鲜味的；第二阶段，以面筋或大豆粕为原料通过用酸水解的方法生产味精，在1965年以前是用这种方法生产的；第三阶段，1965年以后我国味精厂都自采用以粮食为原料通过微生物发酵、提取、精制而得到符合国家标准的谷氨酸钠，自此后味精便走进全世界人的生活[4]。
1.3 我国味精工业发展现状自1964年上海轻工业研究所食品室应用谷氨酸黄色段杆菌以发酵法生产谷氨酸的重大科研成果取得成功以后，1965年在上海天厨味精厂首先投产，完成了以蛋白质原料水解法转向发酵法生产味精的进程，当时从菌种、工艺、发酵罐规模及技术水平上均达到1956年日本水平，差距不到10年，是世界上继日本之后首先投产的国家[5]。
随着科学技术的不断进步，味精生产技术也在不断变革，由创建之初的以面筋、豆粕为原料水解法生产工艺改变为现在以糖质为原料发酵法生产工艺。
发酵法制造味精的生产技术进步较大，尤其近几年进展更快，无论菌种还是工艺方法及装备水平，逐步缩小与国际间的差距[6]。
1.3.1 工艺技术进展（1）制糖工艺进展：以淀粉或大米为原料首先要制备葡萄糖，其工艺方法进展历程：酸法水解→酶酸法水解→双酶法水解。
双酶法制糖，糖液质量好（含糖量高，透光率高），淀粉转化率高，有利于发酵和提取。
目前水平：透光率85％以上，含糖30％以上（淀粉原料），糖纯度98％以上，转化率95％以上。
（2）发酵工艺进展：发酵类型：亚适量生物素水平（产酸4～6g／dl）→改良型亚适量生物素水平（产酸5～8g／dl）→高生物素水平（添加青霉素、表面活性剂、采用温度敏感型菌株，产酸12～15g／dl）。
投糖方式：一次投糖发酵（中、高糖）→中糖及中后期补糖发酵→中糖或低糖及中后期连续流加糖发酵。
（3）提取工艺进展：生产工艺直接等电点方法（少数锌盐法）→等电离交方法→浓缩连续等电点法（少数厂家采用）。
分离方式：间歇三足式离心机→连续锥兰式分离机、沉降式分离机、带式滤过机。
（4）精制工艺进展：脱色除铁方式：全粉炭脱色、硫化碱除铁→颗粒炭脱色、树脂除铁。
结晶方式：夹套式结晶罐→内循环式结晶[7]。
1.3.2 技术指标进展进入90年代，尤其95年后，技术进步较快，目前行业最好水平是（仅少数厂家）制糖收率99％以上、发酵产酸11～12％、转化率59～62％，提取收率96～98％、精制收率96％。
与80年代比较全行业平均制糖收得率提高了10％，发酵产酸率提高了117％，转化率提高了43％，提取收率提高了20％，精制收率提高了8．8％，综合技术指标淀粉消耗下降了166％。
1.4 设计任务及目的意义1.4.1 设计任务：以实验小组为单位，根据老师提供的工艺技术指标及基础数据，并结合参考文献完成100000t/a味精厂发酵车间的物料衡算表及连续灭菌和发酵工段能量衡算表，最后综合列出100000t/a味精生产厂连续灭菌和发酵车间总热量衡算表。
最后，总结本次课程设计，汲取设计经验。
1.4.2 设计目的和意义生物工程工厂设计概论课程设计是学生学过相关基础课程及生物工艺学原理与实验后，进一步学习共产设计的基础知识，培养工程设计能力的重要教学环节。
通过该环节的时间，可使学生初步掌握单元操作设计的基本程序与方法，得到工程设计能力的基本锻炼。
生物工程工厂课程设计是以实际训练为主的课程，学生在过程中收集设计数据，在教师指导下完成一定的车间设计任务，以达到培养设计能力的目的。
第二章味精生产工艺2.1 味精生产的工艺概述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，味精生产厂家一般设置了糖化车间、发酵车间和精致车间作为主要生产车间。
另外，为保障生产过程中对蒸气的需求，同时还设置了动力车间利用锅炉燃烧产生蒸气，并通过供气管路输送到各个生产需求部位。
为保障供水，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。
味精发酵法生产的总工艺流程见下图。
图2-1 味精生产总工艺流程图2.2 谷氨酸发酵的工艺概述谷氨酸发酵工艺主要流程为：菌种的选育，培养基配置，鞋面培养，一级种子培养，发酵，发酵过程的参数控制（包括通风量、pH 、温度、泡沫），发酵液。
详细工艺流程简下图2-2菌种斜面培养 摇瓶扩大培养 种子罐扩大培养 原料 预处理 水解 淀粉水解糖配料 发酵 空气 空压机压缩冷却过滤除菌 汽液分离等电点调节 溶解 粗谷氨酸 离心 沉淀中和制味精 粗谷氨酸溶液离子交换处理 母液 细谷氨酸 除铁 过滤脱色浓缩结晶离心小结晶 干燥 过滤 干燥大结晶拌盐粉碎粉状味精 成品包装淀粉消泡剂消泡剂水葡萄糖液水无机盐无机盐糖蜜配料罐定容罐定容罐配料罐糖蜜玉米糖玉米糖纯维生素液氨二级种子罐连消器纯维生素实消维持罐斜面一级种子降温换热器消泡剂液氨水二级种子培养发酵罐高浓度糖液无菌空气液氨图2-2 谷氨酸发酵工艺流程示意图第三章谷氨酸发酵车间物料衡算3.1 工艺技术指标及基础数据(1)主要技术指标见表3-1指标名称单位指标数指标名称单位指标数生产规模t/a 100000 发酵初糖Kg/ 150淀粉糖化转化率% 102生产方法中糖发酵，等电点-离子交换提取年生产天数d/a 300 流加高浓糖Kg/ 500产品日产量t/d 333 糖酸转化率% 60产品质量纯度99% 麸酸谷氨酸含量% 95倒罐率% 0.3 谷氨酸提取率% 95发酵周期h 40 味精对谷氨酸产率% 122(2)主要原材料质量指标淀粉原料的含量为80%，含水14%(3)二级种子培养基（g/L）水解糖50，糖蜜20，磷酸二氢钾1.2，硫酸镁0.6，玉米浆5～10，泡敌0.8，生物素0.02mg，硫酸锰2mg/L，硫酸亚铁2mg/L。
⑷发酵初始培养基（g/L）水解糖150，糖蜜4，硫酸镁0.6，氯化钾0.8，磷酸0.2，生物素2μɡ，泡敌1.0，接种量为8%3.2谷氨酸发酵车间的物料衡算首先计算生产1000kg纯度为100%的味精需耗用的原材料以及其他物料量。
(1)发酵液量设发酵液初糖和流加高浓糖最终发酵液总糖浓度为220kg/，则发酵液量为：V=1000/(220×60%×95%×99.8%×122%)=6.556(m3)式中220—发酵培养基终糖浓度（kg/m3）60%—糖酸转化率95%—谷氨酸转化率99.7%—除去倒罐率0.3%后的发酵成功率122%—味精对谷氨酸的精制产率（2）发酵液配制需水解糖量以纯糖计算：m1=220V1=1442.35(kg)（3）二级种液量V2=8%=0.52448(m3 )（4）二级种子培养液所需水解糖量m2=50V2=16.224(kg)式中50—二级种液含糖量（kg）（5）生产1000kg味精需水解糖总量m=m1+m2=1468.574(kg)（6）耗用淀粉原料量理论上，100kg淀粉转化生成葡萄糖量为111kg，故耗用淀粉量为：m淀粉=1468.6/(80%×108%×111%)=1621.372(kg)式中80%—淀粉原料含纯淀粉量102%—淀粉糖化转化率（7）液氨耗用量发酵过程用液氨调pH和补充氮源，耗用260～280kg；此外，提取过程耗用160～170kg，合计每吨味精消耗420～450kg。
（8）甘蔗糖蜜耗用量二级种液耗用糖蜜量为：20V2=10.4896(kg)发酵培养基耗糖蜜量为：4V1=26.224(kg)合计耗糖蜜36.7136kg（9）氯化钾耗量m kcl=0.8V1=5.2448(kg)（10）磷酸二氢钾（）耗量m3=1.2V2=0.629376(kg)（11）硫酸镁（）用量0.6(V1+V2)=4.2483(kg)（12）消泡剂（泡敌）耗用量1.0V1+0.8V2=6.975584(kg)（13）玉米浆耗用量（8g/L）m4=8V2=4.1958(kg)（14）生物素耗用量m5=0.02V2+0.002V1=0.0236(g)（15）硫酸锰耗用量m6=0.002V2=1.04895(g）（16）硫酸亚铁耗用量m7=0.002V2=1.04896(g)（17）磷酸耗用量m8=0.2V1=1.3112(kg)（18）谷氨酸（麸酸）量发酵液谷氨酸含量为：m1×60%(1-0.3%)=862.81477(kg)实际生产的谷氨酸（提取率95%）为：862.81477×95%=819.6731(kg)3.3 100000t/a味精厂发酵车间的物料衡算表物料名称生产1t味精（100%）的物料量50000t/a味精生产的物料量每日物料量发酵液量/ 二级种液量/发酵水解用糖量/kg二级种培养用糖量/kg 水解糖总量/kg淀粉用量/kg液氨用量/kg糖蜜用量/kg氯化钾用量/kg磷酸二氢钾用量/kg硫酸镁用量/kg泡敌用量/kg玉米浆用量/kg生物素用量/g硫酸锰用量/g 6.5560.524481442.3226.2241468.5441621.33898642036.71365.2480.6293714.248486.9755844.195840.02360161.048961.048961.3112819.6560328655.652.4481.442322.62241.4685441.62134423.671365.24862.9371424.848697.5584419.5842360.161.048961.048961.31128.196562183.148174.65184480.2938732.592489.025539.905139.8612225.62881746.5184209.582211414.743842322.8694721397.214727.85933349.30368349.30368436.6296272.945硫酸亚铁用量/g磷酸用量/kg谷氨酸用量/kg第四章连续灭菌和发酵工段能量衡算4.1 热量衡算的方法热量衡算是更具能量守恒定律建立起来的，热平衡方程表示如下：∑Q损=Q8式中Q1--物料带入的热量（kJ）Q2--由加热剂（或冷却剂）传给设备和所处理的物料的热量（热量）Q3--过程的热效应，包括生物反应热。