前 言

味精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工艺设计，可以加强对自己对所学知识的综合利能力。通过本毕业设计训练，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。

1. 味精的主要理化性质

味精又名麸氨酸钠，化学名称为L-谷氨酸一钠（C5H8NO4Na·H2O）[1]，是氨基酸的一种，也是蛋白质的最终分解产物。现多采用微生物发酵的方法由粮食制成。从发酵液中提取得到的谷氨酸仅仅是味精生产中的半成品。谷氨酸盐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（阈植为0.3 %）。 ① 味精的物理性质

味精是无色至白色的柱状结晶或白色的结晶性粉末。晶系结构为斜方柱状八面体。味精易容易水，不溶于乙醚、丙酮等有机溶剂，难溶于纯酒精。谷氨酸钠在水中的溶解度随温度的变化而改变（表1）。其相对密度为1.635[1]，视相对密度为0.80～0.83。比旋光度[a]20D =+24.8°～+25.3°，氮含量为7.48 %，熔点为195 ℃（在125 ℃以上易失去结晶水），常温易脱湿，100～120 ℃稳定；120～130 ℃失去结晶水；130～170 ℃稳定；170～250 ℃分子内脱水；240～280 ℃热分解；280 ℃炭化。

表1-1谷氨酸钠在水中的溶解度

温度/℃ 谷氨酸钠（/g/100mlH2O） 温度/℃ 谷氨酸钠/（g/100mlH2O） 0 10 20 30

62.73 66.84 70.47 75.71

50 89.75 60 99.0 70 110.30 80 124.11

40 82.08

② 味精的化学性质

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味精的相对分子质量为187.13g/mol，易溶于水。与酸盐反应生成谷氨酸盐，与碱反应生成谷氨酸二钠盐，主要的反应式如下：

C5H8NO4Na+HCl→C5H9O4N+NaCl (1) C5H8NO4Na+NaOH→C5H7O4NNa2+H2O (2)

纯的味精外观为一种白色晶体状粉末。当味精溶于水（或唾液）时，它会迅速电离为自由的钠离子和谷氨酸盐离子（谷氨酸盐离子是谷氨酸的阴离子，谷氨酸则是一种天然氨基酸）。要注意的是如果在100 ℃以上的高温中使用味精，经科学家证明，味精在100 ℃时加热半小时，只有0.3％[2] 的谷氨酸钠生成焦谷氨酸钠，对人体影响甚微。还有如果在碱性环境中，味精会起化学反应产生一种叫谷氨酸二钠的物质。所以要适当地使用和存放。

2. 主要介绍任务内容、工厂特点、产品等

本设计是以精制淀粉（纯度为86%）为原料进行设计，使用一次喷射双酶法为糖化工艺，以实际工作日30天计算，日产味精60吨。对全厂物料、热量就行衡算，对糖化工段的罐体如调浆罐、储浆罐、维持罐、层流罐、糖化罐、储糖罐以及一些标准设备如液化喷射器、板框过滤机、板式换热器和泵等进行了详细计算，以确定它们的参数，便于设备布置图的绘制。下面详细表述：

1．任务内容：5000吨味精厂的设计。设计的内容主要包括设计方案，工艺计算，设备选型，成本预算，厂的总平面设计，各车间设备布置图及说明书。

2．工厂特点：味精是人们的日常用品，由于味精生产没有季节限制，所以工厂可以实现全年生产，但考虑到设备要进行维修，所以基本选定年生产天数为30天。工厂生产受环境和原料的限制比较大，所以选址要严格按照标准来进行。

3．味精特点：味精是谷氨酸的一种钠盐C5H8NO4Na ，为有鲜味的物质，学名叫谷氨酸钠，又叫麸氨酸钠，是氨基酸的一种，也是蛋白质的最后分解产物。有固体味精和液体味精两种。液体味精是未经炼成颗粒的味精原液，饮食业中以用固体味精为常见。味精是鲜味调味品类烹饪原料，以小麦、大豆等含蛋白质较多的原料经水解法制得或以淀粉为原料经发酵法加工而成的一种粉末状或结晶状的调味品，也可用甜菜、蜂蜜等通过化学合成制作。除含有谷氨酸钠外还含有少量的食盐，以含谷氨酸钠的多少(99%、95%、90%、80%)，分成各种规格。全国各地均有生产。据研究，味精可以增进人们的

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食欲，提高人体对其他各种食物的吸收能力，对人体有一定的滋补作用。因为味精里含有大量的谷氨酸，是人体所需要的一种氨基酸，96％能被人体吸收，形成人体组织中的蛋白质。它还能与血氨结合，形成对机体无害的谷氨酰胺，解除组织代谢过程中所产生的氨的毒性作用。又能参与脑蛋白质代谢和糖代谢，促进氧化过程，对中枢神经系统的正常活动起良好的作用。

4．我国味精生产发展状况：我国的味精生产，近十年来得到很大的发展。1992年我国全国产味精34万吨[3]，2001年味精产量达71.4万吨，味精产量以每年10%速度递增。目前，我国的味精总产量居世界第一位，但人均消费水平仍然较低，随着我国人民生活水平的提高，味精消费量将会持续增长。按年人均消费600克计算，估计每年需求72万吨。随着糖蜜味精生产技术的日益成熟，生产成本进一步下降。至本世纪八十年代，糖蜜味精已成为世界味精生产发展的主趋势，并占领和垄断了世界味精市场。

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第1章 味精工厂糖化工艺

1.1淀粉质原料蒸煮糖化的目的

薯类和谷类以及野生植物原料经过加压蒸煮，淀粉糊化成为溶解状态，但是还不能直接被酵母菌利用进行发酵。因此，经过蒸煮以后的糊化醪，在发酵前必须加入一定量的糖化剂，使溶解状态的淀粉，变为酵母能够发酵的糖类，这一个由淀粉转变为糖的过程，称为糖化。糖化过程是淀粉酶或酸水解的作用，把淀粉糖化变成可发酵性糖。 将淀粉质原料进行蒸煮的第一个目的就是；原料吸水后，借助于蒸煮时的高温高压作用，使原料的淀粉细胞膜和植物组织破裂，即破坏原料中淀粉颗粒的外皮，使其内容物流出，呈溶解状态变成可溶性淀粉，以便糖化剂作用，使淀粉变成可发酵性糖。这个过程叫糊化，采用的方法是用加热蒸汽加热蒸煮。蒸煮的第二个目的是借助蒸汽的高温高压作用，把存在于原料中的大量微生物进行灭菌，以保证发酵过程中原料无杂菌污染，使酒精发酵能顺利进行。

1.2 设计方案的确定

1.2.1 糖化方法的选择论证

糖化工段主要有酸解法、酶酸法、双酶法这三种方法。酸解法是传统的制糖方法，

它是利用无机酸为催化剂，在高温高压条件下，将淀粉转化为葡萄糖。酶酸法是将淀粉乳先用α-淀粉酶液化[4]，然后用酸水解成葡萄糖。双酶法是通过淀粉酶液化和糖化酶糖化将淀粉转化为葡萄糖。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，双酶法最佳、酶酸法次之、酸解法最差。但双酶法生产周期长，糖化设备较庞大。从糖浆的黏度来看，双酶法最低、酸解法最高。双酶法制糖工艺可根据升温方式的不同分为升温液化法、喷射液化法。喷射液化法又依所用加热设备的不同分为一次喷射液化法和二次喷射液化法。一次喷射液化法由于能耗低，设备少，糖液质量好而获得广泛的应用[5]。所以本次设计采用一次喷射双酶法。2.2 液化工艺条件的论证

α-淀粉酶能能水解淀粉及其产物内部的α-1，4糖苷键，不能水解α-1，6糖苷键，

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