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味精的生产工艺
Preparedon21November2021
味精的生产工艺
味精的生产工艺
一、味精的物理、化学性质：
1、物理性质：
1商品名称：
味精、味素、谷氨酸钠，化学名称：
L—α-氨基戊二酸一钠水化物，英文缩写：
MSG
2.相对分子量：
187.13.
3密度：
粒子的相对密度为1.635，视相对密度为0.80—0.83
④旋光性及比旋光度：
因谷氨酸钠分子结构含有不对称碳原子，因此具有旋光性，分为L型、D型、D—L型三种。
当L谷氨酸钠和D谷氨酸钠各占50%时，发生消旋，即为D—L谷氨酸钠。
在上述三种光学异构体中，只有L—谷氨酸钠具有鲜味。
L—谷氨酸钠的比旋光度为【α】20D=+24.8—+25.3（2.5mol/l.HCl）
⑤味精易溶于水，不溶于乙醚、丙酮等有机溶剂，难溶于纯乙醇，味精在水中的溶解度：
65℃、64.42g/100ml溶液，70℃、66.38g/100ml溶液,80℃、71.06g/100ml.
⑥PH6.8—7.2（10%水溶液）
⑦全氮：
7.48%
⑧熔点：
195℃（在125℃以上易失去结晶水）
2、味精的化学性质：
1味精在盐酸的作用下生成谷氨酸或谷氨酸盐酸盐。
C5H8O4N.Na+HCl=C5H9O4N+NaCl
C5H8O4N.Na+2HCl=C5H9O4N.HCl+NaCl
2味精在强碱作用下可生成谷氨酸二钠。
但加谷氨酸后仍可生成谷氨酸
C5H8O4N.Na+NaOH=C5H7O4N.Na2+H2O
C5H7O4N.Na2+C5H9O4N=2C5H8O4N.Na
特别强调的是味精在强碱作用下可生成谷氨酸二钠的同时会产生消旋生成D—L谷氨酸钠，对提取的收率及精制的透光产生较大影响，必须引起重视。
3味精在水溶液中长时间加热，可部分脱水生成焦谷氨酸钠。
C5H8O4N.Na----C5H6O3N.Na+H2O
在加温（120℃，≥2h）酸或碱作用下仍能水解生成谷氨酸钠
C5H6O3N.Na++H2O=C5H8O4N.Na
4味精在水溶液中解离：
PK1=2.19（α-PK）PK2=4.25（β-COOH）PK3=9.67（γ-COOH）
谷氨酸钠的等电点=（4.25+9.67）/2=6.96
二、味精的质量标准：
①谷氨酸钠含量≥99%
②谷氨酸钠透光≥98%
③比旋光度【α】20+24.8—+25.3
5氯化物（以Cl-计）≤0.1%
6PH6.7—7.5
7干燥失重≤0.5%
8铁≤5mg/kg
9硫酸盐（以SO4-2计）≤0.05%
二、味精生产工艺：
1、简易工艺流程：
（谷氨酸+水+碱）中和（粉炭）脱色炭柱脱色（颗粒炭）
浓缩结晶（单效、连续）分离烘干/筛分包装/成品
（粉碳）脱色母液提取
2、谷氨酸中和：
①中和原理：
谷氨酸是具有两个羧基（--COOH）一个氨基（--NH2）的酸性氨基酸与碳酸钠或氢氧化钠发生反应生成钠盐，中和的PH在谷氨酸的第二等电点6.96时，谷氨酸一钠离子在溶液中约占总离子浓度的99.95%，此时，谷氨酸一钠具有强烈的鲜味。
中和时所用碱为纯碱、液碱，现生产中中和前中期（PH3.8—6.2）基本采用纯碱，而后期用液碱再调PH至终点（PH计7.9—8.2，试纸6.6—6.8），如用液碱中和，因其为强碱，反应速度快，故加碱速度要缓慢，防止因加碱速度快导致PH过高（局部PH）过高造成的收率和质量的损失。
如使用纯碱中和，在中和过程中会产生大量的泡沫（CO2↑），且此反应速度缓慢，原因在于纯碱为强碱弱酸盐，在参与反应时本身要有两次离解的过程即：
CO32-+H2OHCO3-+OH-HCO3-+H2OCO2↑+OH-
导致缓慢释放出OH-，，因反应速度慢，在中和时更要控制加减速度，一是防止产生大量CO2↑造成溢料造成的损失和污染带来的损失，二则是因为如加减速度过快，余碱不能完全中和导致局部PH过高，中和过程中产生消旋反应（D—L谷氨酸钠，此反应不可逆），造成中间体质量、产品质量、收率的损失。
（D—L谷氨酸钠产生的前提条件是温度高≥80℃且PH过高≥7，随着PH的升高，产生D-L谷氨酸钠的比例增加，严重影响收率，且D—L谷氨酸钠的溶解度小于味精的溶解度，当料液温度降低时，造成透光的大幅度下降而影响产品质量。
②谷氨酸与纯碱、液碱的反应方程式：
2C5H9O4N+Na2CO3=2C5H8O4N.Na+CO2↑+H2O
C5H9O4N+NaOH=C5H8O4N.Na+H2O
③原材料单耗计算：
2C5H9O4N+Na2CO3=2C5H8O4N.Na+CO2↑+H2O
2*1471062*187
中和理论收率：
187/147*100%=127.2%
实际生产中和收率一般在126—126.5%
中和1吨折纯谷氨酸需纯碱：
106/（2*147）≈0.361T/T
生产1吨味精中和用纯碱为：
106/（2*187）≈0.283T/T
C5H9O4N+NaOH=C5H8O4N.Na+H2O
中和1吨谷氨酸需（32%）液碱：
40/147/32%≈0.85T/T
生产1吨味精中和需（32%）液碱：
40/187/32%≈0.67T/T
谷氨酸一钠的溶解度很大，而谷氨酸在常温下溶解度很低，为保证正常生产的需要，在加热的情况下进行中和过程，中和温度一般控制在55℃--60℃.
谷氨酸溶解度的经验计算公式：
lgs=0.5331+0.0136T
S---溶解度g/100g水T—温度℃
谷氨酸一钠的溶解度经验公式：
Se=39.18+0.109T+0.0013T2
Se---溶解度g/100g溶液T---温度℃
④原材料质量要求：
谷氨酸质量要求
项目
指标
备注
L-CIu%
85—90
湿纯，三足、锥蓝式
L-CIu%
70—75
湿纯，卧螺分离机
L-CIu%
96—98
干纯
Cl-%
0.23—0.26
以湿基计
SO42-%
0.25—0.30
以湿基计
Fe2+mg/kg
20—30
以湿基计
液碱指标
项目
优级
一级
合格
NaOH质量分数≥%
30
30
30
Na2CO3质量分数≤%
0.1
0.2
0.4
NaCl质量分数≤%
0.05
0.008
0.01
Fe2O3质量分数≤%
0.0006
0.0008
0.001
纯碱质量要求
指标项目
优质品1
优等品2
总碱量（干基）≥%
99.4
99.2
总碱量（湿基）≥%
98.1
97.9
氯化钠（干基）≤%
0.30
0.70
铁（干基）≤%
0.003
0.0035
硫酸盐（干基）≤%
0.03
0.035
水不溶物%
0.02
0.03
堆积密度g/ml
0.85
0.90
⑤中和工艺技术条件：
项目
技术条件
中和温度
55℃---60℃
中和液PH
6.5—7.0（PH计）
中和液浓度
25±1Be
中和周期
≥5.5h
纯碱溶解浓度
30±1Be/60℃
⑥中和工艺条件分析：
⑴中和温度：
中和温度高，除发生消旋反应外，谷氨酸钠还会发生脱水环化产生焦谷氨酸钠，对产品质量和收率带来严重的影响，因此在整个中和过程中温度控制在55℃---60℃.
⑵中和速度（中和周期）：
中和周期对中和液的收率和质量影响巨大。
当用纯碱中和时，如加减速度快，会产生大量的CO2↑泡沫，致中和液溢出造成污染和损失，更重要的是因纯碱与谷氨酸反应速度慢，加减速度过快会造成局部PH过高而产生消旋反应造成收率和质量的影响；经过大量实验证实，中和周期（PH3.8～3.9—6.5～7.0）≥5.5h.
⑶中和PH：
谷氨酸中和的过程既是用碱调节PH的过程，如果中和PH低（＜6.5）尚有一部分谷氨酸（30—40%）未溶解，此时加炭脱色会造成收率的损失且过滤困难；如中和PH高（≥7.0），影响下到工序脱色的效果，给产品质量带来麻烦，故中和PH控制在6.5—7.0（PH计）。
基地谷氨酸（中和液）质量标准
项目
Be
L-CIu%
PH
透光%
SO42-%
参数
25±1
≥39
6.5—7.0
≥15
≤0.05
3、中和液、母液脱色：
①色素的来源：
由于原辅材料的杂质特别是谷氨酸在整个生产过程中（淀粉糖化、发酵配料、培养基灭菌、发酵液浓缩、等点、水解等）生产过程产生色素（葡萄糖聚合、葡萄糖与氨基酸的美拉德反应、水解过程中色素）带入谷氨酸及精制母液不断循环造成的杂质、色素积累，导致中和液和精制母液色素重。
②脱色原理：
脱色的方法采用粉炭和颗粒炭两步脱色，因粉状活性炭具有很大的表面积（每克活性炭的表面积为500---1000㎡），具有很强的吸附色素的能力。
吸附作用分为物理吸附和化学吸附。
活性炭表面与色素分子之间的范德华引力为物理吸附，吸附特点：
吸附速度快，吸附与温度成反比，容易吸附，无选择性。
另一种为活性炭表面的不饱和键与色素分子的极性基团形成一种共价键的化学吸附，吸附特点：
吸附速度慢，吸附速度与温度成正比具有选择性；在整个脱色过程中，化学吸附与物理吸附都有
③粉炭脱色的工艺条件：
生产过程
主要控制条件
生产过程
主要控制条件
中和液脱色
加炭量1—2kg/m3中和液
PH6.5—7.0
温度55—60℃
时间≥40min
25±1Be
过滤：
开始打循环≥30min，待透光达到要求时，打入滤液储槽
过滤液透光：
≥50%（三厘米比色皿）
母液脱色
加炭量2—4kg/m3母液
PH6.5—7.0
温度55—60℃
时间≥40min
24±1Be
过滤：
开始打循环≥30min，待透光达到要求时，打入滤液储槽
过滤液透光：
≥25%（三厘米比色皿）
④粉炭脱色工艺条件的分析：
⑴脱色温度：
随着温度的提高，分子运动速度加快，料液粘度降低，色素分子向炭表面的扩散速度增加，接触机会增多，有力于吸附，但温度过高。
炭表面向溶液中解析色素的速度也会大大增加，综合考虑，脱色温度控制在55℃--60℃.
⑵脱色PH：
PH对脱色的影响很大，PH在4.5—5.0时脱色效果最好，但在此范围内尚有40%的谷氨酸未溶解，如在此范围脱色会造成收率的损失；如PH过高≥6.3-6.4，脱色效果不好，导致影响产品质量，综合考虑，现工艺中一般将料液PH先调至5.5加炭脱色，而后在适度调整PH至5.7—6.0（PH计6.7—7.0）过滤。
⑶脱色时间：
色素分子向炭表面扩散及炭对色素的吸附都需要一定的时间，只有充分接触才能充分发挥炭的脱色作用，但到一定的时间后再延长时间，脱色效果不再增加，故在生产中一般控制在其他条件达到后从加入炭完毕40min即可达到脱色饱和。
⑷炭的用量与谷氨酸、炭的质量关系重大，随着提取工艺得不断改进，转晶谷氨酸质量的提高，用炭量大大降低，现用炭量一般控制在1—4kg/m3之间，如苏氨酸、活性炭质量差，可适度增加，但增加过多，并起不到应有的效果，原因在于炭本身也含有钙、镁、铁、氯等杂质，反而使系统的杂质量增加，对脱色更不利。
⑸料液浓度：
料液浓度高，粘度大，色素分子向炭表面扩散速度变慢，不但影响脱色效果，给后道工序过滤也带来困难，鉴于现谷氨酸质量的提高和能耗的考量，中和液浓度控制在25±1Be，母液脱色浓度控制在24±1Be.
⑹粉炭质量标准：
GB/T12496—1999
指标名称
指标
脱色力（亚甲基蓝）/ml
≥12
PH
6-9
钙镁总量/%
≤1.5
灰分/%
≤8.0
细度（100目以上）%
≥10
总铁量（Fe3+）（mg/Kg）
≤500
外观
黑色粉末
正常生产中一般除对粉炭进行检测外，进行实物脱色试验。
4炭柱脱色：
1脱色原理同粉炭。
2炭柱脱色的工艺条件：
生产过程
主要控制条件
生产过程
主要控制条件
中和液脱色
上柱PH6.5—7.0
上、下柱流量7—8m3/h
上柱温度40-50℃
25±1Be
下柱透光≥75%
洗柱再生规范、到位
上柱液透光≥50%
下柱液PH调至8.0—8.2
母液脱色
上柱PH6.5—7.0
上、下柱流量7—8m3/h
上柱温度40-50℃
24±1Be
下柱透光≥30%
洗柱再生规范、到位
上柱液透光25%
下柱液PH调至8.0—8.2
3炭柱脱色工艺条件分析：
1下柱流量控制：
色素吸附与下柱流量关系密切，颗粒炭吸附色素需要一定的时间。
流量大，在柱中停留周期短，色素分子与炭表面接触周期短，吸附效果差，下柱液质量差，根据现生产实际，控制进、出流量在7—8m3/h。
2上柱液质量：
上柱液质量对炭柱影响很大，如果上柱液色素高、杂质多、透光低，下柱液质量也差，且因颗粒炭吸附的饱和周期短，导致下柱液透光急剧下降，故生产上必须严格控制上柱液（过滤液）透光，以保证最终产品的质量。
3温度控制：
料液温度高，分子运动速度快，色素分子与炭表面接触几率增加，有利于吸附，但温度过高反而解析速度增加，下柱液透光反而不高，同时温度高，颗粒炭易破碎；如上柱温度低，料液粘度大，分子运动速度慢，不利于吸附，且因浓度高、粘度大，很可能造成结柱现象。
现生产上控制下柱料液温度控制在40—50℃
4PH控制：
PH对颗粒炭脱色效果的影响同粉炭，但要提醒注意的是上柱液的PH必须尽量保持稳定，如果上柱液的PH由低向高变化很大，颗粒炭的吸附效果急剧下降，下柱液质量（透光）也会明显下降
5炭柱再生要规范、到位：
流程为：
6
色素下柱色素反洗预热压碱浸泡正洗碱
反洗碱压酸浸泡正洗酸反洗酸备用
※操作注意事项：
ⅰ所有反洗必须采用间歇大水反洗（防止跑炭），将柱中的杂质反洗干净。
ⅱ配碱、酸前、后体积必须准确，计算方法：
V1ρ1Q1=V2ρ2Q2
Q2=V1ρ1Q1/V2ρ2
V1、V2：
配碱、酸前后碱、酸体积；ρ1、ρ2：
配碱、酸前后的碱、酸相对密度
Q1、Q2：
配碱、酸前碱、酸质量含量
ⅲ配碱温度控制在80—82℃，温度低洗脱色素效果不好，温度高颗粒炭容易破碎，缩短了颗粒炭的使用周期。
4、味精结晶：
①名词解释：
⑴结晶：
溶质（原子、分子、离子）按照一定秩序排列的过程—结晶。
结晶时，因溶质与杂质的溶解度不同，或者溶质与杂质溶解度接近，但晶格不同，使溶质与杂质分离，结晶本身就是提纯的过程。
⑵溶解度：
在一定温度下，100g溶剂中溶解溶质的量即使这种溶质在这种溶剂中的溶解度。
含结晶水的谷氨酸钠在不同温度下的溶解度经验公式为：
S=39.18+0.109t+0.0013t2
S—谷氨酸钠的溶解度g/100g溶液t--℃，65℃溶解度为64.24g/100ml溶液，70℃溶解度为66.38g/100ml溶液.
⑶不饱和溶液、饱和溶液、过饱和溶液：
不饱和溶液
饱和溶液
过饱和溶液
晶体溶解溶液
溶解速度＞晶析速度
加入晶种时，晶体颗粒逐渐变小，直至溶液达到饱和溶液
晶体溶解溶液
晶析
溶解速度=晶析速度
晶体大小不变，溶液浓度不变，此状态为晶体与溶液的动态平衡
晶体晶析溶液
溶解速度＜晶析速度
自然形成新晶核，并晶体能够长大，直至溶液降至饱和溶液
从上表可以看出，达到过饱和溶液是味精结晶的必要条件。
②过饱和溶液常用表示方法：
1浓度推动力（过饱和度）
△C=C-C0
⑵过饱和系数
S=C/C0
C—过饱和浓度g/100gC0----饱和浓度g/100g
③晶核形成及味精起晶的方法：
⑴味精结晶过程分为三个阶段：
形成过饱和溶液、晶核形成、晶体长大。
⑵味精结晶的方法：
自然起晶、刺激起晶和晶种结晶法，现普遍采用晶种结晶法。
④饱和溶解度曲线和过饱和溶解度曲线及结晶运用
⑴从下图看出，蓝线、黄线将图分成三个区域，蓝线以下为稳定区（不饱和溶液区域），蓝线、黄线之间区域为介稳区，蓝线以上区域为不稳区。
在稳定区内（蓝线以下）溶液处于不饱和状态，未有晶体析出，外加晶种会溶解。
介稳区内（蓝线、黄线之间），溶液处于略过饱和状态，不会自行成核，若外加晶种晶型可长大。
不稳区（黄线以上）料液处于过饱和状态，可以自行大量成核，晶体也可长大。
稳定区
介稳
⑵㈠过饱和系数S=C/C0＜1时即为稳定区（蓝线下方），若在此范围加晶种，只能溶解，不能长大，在结晶过程的整晶（化掉假晶）时，溶液浓度就控制在此范围（0.9＜S＜1
㈡过饱和系数S=1.0—1.25时，即养晶区（蓝线、红线之间），不能自行成核，但在外加晶种情况下晶型长大（蓝线、黄线之间）。
㈢过饱和系数S=1.25—1.3时，即刺激起晶区（红线、黄线之间），已有的晶核能长大，受外界影响也能产生新晶核。
粉体味精生产的溶液浓度控制在此范围内。
㈣过饱和系数S＞1.3时，即不稳区，在此范围内会自行产生大量晶核，自然起晶即在此范围内（泡泡粉生产）。
5味精的晶体生长机理：
晶体生长过程分为两个阶段：
（见下图）
1味精分子由液相以分子运动扩散方式透过液膜到达临界面即扩散过程。
（推动力为C-C1）
2味精分子到达晶体表面吸附层，发生表面反应，沉积在晶体表面，液体浓度降至饱和浓度C0，即表面反应过程（沉积过程）（推动力C1-C0）
3晶体生长过程总速度：
V=KT（C-C0）/（nd）
V—结晶生长速率Kg/hm2K—结晶系数T-绝对温度
C—溶液主体浓度C0—平横饱和浓度n-粘度d-膜厚度
C0
C1
⑥影响结晶速度的因素：
1过饱和度：
过饱和度是决定结晶速度的重要因素，在介稳区的养晶区，晶体能以最快的速度长大而不自行成核，且在此范围内，过饱和度越高，结晶速度越快，颗粒大，周期短；在介稳区的刺激起晶区，容易产生少量新晶核，原晶核能长大，但速度慢。
2溶液粘度：
粘度越大，溶质分子扩散过程克服的阻力也大，同时，粘度大液膜厚度增加，因此结晶速度随着粘度的增加而降低。
3溶液纯度：
在相同的过饱和度下，溶液的纯度越高结晶速度越快；反之，结晶速度急剧下降。
即溶液纯度与结晶速度成正比。
4温度：
温度越高，在保持相同过饱和度下料液粘度越小，且液膜厚度薄，结晶速度增加，但是，温度高过程中易产生焦谷氨酸钠，对收率和质量产生影响，故在生产中采用真空浓缩结晶的情况下温度控制在65—70℃
5稠度：
即为精浆液的固液比（干稀度），结晶过程中，稠度大，晶间距小，液膜厚度薄，有利于结晶；但稠度大，晶体流动的阻力大，降低了结晶速度；当稠度低时，晶间距大，液膜厚度增加，扩散速度慢易形成新晶核，结晶速度慢，且因稠度小，单罐产量低，故实际生产中要控制适度的稠度。
6结晶液的流动性：
结晶液的流动性好，液膜薄，有利于溶质分子的扩散，结晶速度快。
在一定粘度下，流动性取决于搅拌强度，强度大，罐内循环好，料液浓度、温度均匀，有利于晶体生长。
但搅拌速度太快，溶质分子流动太快也不利于结晶，且易产生新晶核，同时会造成对晶体的损伤，故搅拌强度选择要适当。
⑦结晶表面积、结晶速度、结晶时间与结晶量的关系：
W=VFt
W=结晶量V=结晶速度F=表面积t=结晶周期
⑴V、t一定，表面积越大，结晶量越大，这也是我们增大加种量（或大、小晶种混投）以保证结晶面积的原因。
⑵W、F一定，V越大，周期越短，特别是现在谷氨酸质量提高的情况下，适度提高原母液浓度，缩短由C0到C（正常生产中C一定）的时间，提高V，结晶周期缩短。
⑧味精结晶工艺：
⑴晶种的质量要求：
项目
质量要求
外观
整齐、均匀、不夹带碎粒粉尘
规格
30目、40目、50目、60目
纯度
≥99%
⑵投种方式：
一次混投方式，目的是保证、增大晶种表面积，提高单罐产量，提高一次结晶率。
⑶结晶流程：
提真空加底料（原液）开蒸汽浓缩加晶种
整晶流加原液、母液（保持一定稠度、中间根据关情整晶1—2次）提纯放罐至助晶槽。
4结晶主要工艺参数：
项目
控制条件
浓缩过程
罐内真空度
罐内温度
蒸汽压力
底料量
浓缩液浓度
0.078---0.085MPa
65—70℃
0.25—0.4MPa/0.05—0.10MPa
10—14m3/25Be（≥50%）
29.5—30.5Be/65--70℃
投晶种
投种浓度
投种量
整晶
29.5—30.5Be/65--70℃
按结晶罐全容积计50g—55g/L40目
70g---80g/L30目
45g----50g/L50目
缓慢加50--60℃水至罐内清亮，罐内无假晶，后浓缩至加晶种前浓度（液位）根据罐情再加小水稍浓缩调整好浓度后流加料，整晶的用水量控制依次减少的原则。
结晶过程
罐内真空度
罐内温度
蒸汽压力
补料操作
0.078—0.082MPa
65---75℃
0.25—0.4MPa/0.05—0.10MPa
使进料速度、蒸发速度、结晶速度保证平衡，使罐内清亮且保持一定稠度（浆液甩在视镜一撮、一撮），严禁真空、罐温的波动，
尽量减少假晶形成，如假晶较多时，停料，处理假晶，后再流加料液。
整个结晶周期整晶次数一般控制在3次左右，放罐前必须提纯到位，将料液中过剩的溶质长在晶体上。
放罐体积
放罐浓度
全容积75—78%，严格控制液位，防止逃料。
29.5—30.5Be/70℃
一次结晶率
＞55%
5、味精分离：
⑴分离原理：
生产上使用分离机，利用转鼓高速旋转所产生的离心力作为过滤推动力，使悬浮液中固体颗粒与母液分离。
2分离操作技术条件：
1
操作顺序：
装车布起车装料提速离心水洗
：
离心减速停车出料
②相关参数：
装车转数150—200r/min，正常离心转数900—950r/min,洗水量：
5L/车左右。
离心分离时间：
大颗粒味精4—6min/车，小颗粒、粉体味精8—10min/车
③分离质量要求：
味精表面含水量：
大晶：
1—2%，小晶、粉体味精：
5—8%，要求分离后味精有光泽、不夹带面子。
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