味精的生產(chǎn)工藝14640.doc

味精的生產(chǎn)工藝一、 味精的物理、化學(xué)性質(zhì)：1、 物理性質(zhì)： 商品名稱：味精、味素、谷氨酸鈉，化學(xué)名稱：L-氨基戊二酸一鈉水化物，英文縮寫：MSG 分子式：C5H8O4N.Na.H2O.相對分子量：187.13. 密度：粒子的相對密度為1.635，視相對密度為0.800.83旋光性及比旋光度：因谷氨酸鈉分子結(jié)構(gòu)含有不對稱碳原子，因此具有旋光性，分為L型、D型、DL型三種。 當(dāng)L谷氨酸鈉和D谷氨酸鈉各占50%時，發(fā)生消旋，即為DL谷氨酸鈉。在上述三種光學(xué)異構(gòu)體中，只有L谷氨酸鈉具有鮮味。 L谷氨酸鈉的比旋光度為【】20D =+24.8+25.3 (2.5mol/l.HCl)味精易溶于水，不溶于乙醚、丙酮等有機溶劑，難溶于純乙醇，味精在水中的溶解度：65、64.42g/100ml溶液，70、66.38 g/100ml溶液,80、71.06g/100ml.PH6.87.2（10%水溶液）全氮：7.48%熔點：195（在125以上易失去結(jié)晶水）2、 味精的化學(xué)性質(zhì)： 味精在鹽酸的作用下生成谷氨酸或谷氨酸鹽酸鹽。 C5H8O4N.Na+ HCl=C5H9O4N+NaCl C5H8O4N.Na+ 2HCl=C5H9O4N.HCl+NaCl 味精在強堿作用下可生成谷氨酸二鈉。但加谷氨酸后仍可生成谷氨酸 C5H8O4N.Na+NaOH=C5H7O4N.Na2+H2OC5H7O4N.Na2+ C5H9O4N=2 C5H8O4N.Na 特別強調(diào)的是味精在強堿作用下可生成谷氨酸二鈉的同時會產(chǎn)生消旋生成DL谷氨酸鈉，對提取的收率及精制的透光產(chǎn)生較大影響，必須引起重視。 味精在水溶液中長時間加熱，可部分脫水生成焦谷氨酸鈉。C5H8O4N.Na-C5H6O3N.Na+H2O 在加溫（120，2h）酸或堿作用下仍能水解生成谷氨酸鈉 C5H6O3N.Na+H2O= C5H8O4N.Na 味精在水溶液中解離：PK1=2.19(- PK) PK2=4.25（- COOH) PK3=9.67（-COOH）谷氨酸鈉的等電點=（4.25+9.67）/2=6.96 二、味精的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)： 谷氨酸鈉含量 99% 谷氨酸鈉透光 98% 比旋光度 【】20 +24.8+25.3 氯化物（以Cl-計） 0.1% PH 6.77.5 干燥失重 0.5% 鐵 5mg/kg 硫酸鹽 （以SO4-2計） 0.05%二、 味精生產(chǎn)工藝：1、 簡易工藝流程： （谷氨酸+水+堿）中和 （粉炭）脫色 炭柱脫色（顆粒炭） 濃縮結(jié)晶（單效、連續(xù)） 分離 烘干/篩分 包裝/成品（粉碳）脫色 母液 提取 2、谷氨酸中和：中和原理：谷氨酸是具有兩個羧基（-COOH）一個氨基（-NH2）的酸性氨基酸與碳酸鈉或氫氧化鈉發(fā)生反應(yīng)生成鈉鹽，中和的PH在谷氨酸的第二等電點6.96時，谷氨酸一鈉離子在溶液中約占總離子濃度的99.95%，此時，谷氨酸一鈉具有強烈的鮮味。 中和時所用堿為純堿、液堿，現(xiàn)生產(chǎn)中中和前中期（PH3.86.2）基本采用純堿，而后期用液堿再調(diào)PH至終點（PH計7.98.2，試紙6.66.8），如用液堿中和，因其為強堿，反應(yīng)速度快，故加堿速度要緩慢，防止因加堿速度快導(dǎo)致PH過高（局部PH）過高造成的收率和質(zhì)量的損失。如使用純堿中和，在中和過程中會產(chǎn)生大量的泡沫（CO2），且此反應(yīng)速度緩慢，原因在于純堿為強堿弱酸鹽，在參與反應(yīng)時本身要有兩次離解的過程即：CO32-+H2O HCO3-+OH- HCO3-+ H2O CO2+ OH- 導(dǎo)致緩慢釋放出OH-，因反應(yīng)速度慢，在中和時更要控制加減速度，一是防止產(chǎn)生大量CO2造成溢料造成的損失和污染帶來的損失，二則是因為如加減速度過快，余堿不能完全中和導(dǎo)致局部PH過高，中和過程中產(chǎn)生消旋反應(yīng)（DL谷氨酸鈉，此反應(yīng)不可逆），造成中間體質(zhì)量、產(chǎn)品質(zhì)量、收率的損失。（DL谷氨酸鈉產(chǎn)生的前提條件是溫度高80且PH過高7，隨著PH的升高，產(chǎn)生D-L谷氨酸鈉的比例增加，嚴(yán)重影響收率，且DL谷氨酸鈉的溶解度小于味精的溶解度，當(dāng)料液溫度降低時，造成透光的大幅度下降而影響產(chǎn)品質(zhì)量。 谷氨酸與純堿、液堿的反應(yīng)方程式： 2C5H9O4N+Na2CO3=2C5H8O4N.Na+CO2+H2O C5H9O4N+NaOH= C5H8O4N.Na+H2O 原材料單耗計算： 2C5H9O4N+Na2CO3=2C5H8O4N.Na+CO2+H2O 2*147 106 2*187 中和理論收率：187/147*100%=127.2% 實際生產(chǎn)中和收率一般在126126.5% 中和1噸折純谷氨酸需純堿：106/（2*147）0.361T/T 生產(chǎn)1噸味精中和用純堿為：106/（2*187）0.283T/T C5H9O4N+NaOH= C5H8O4N.Na+H2O 中和1噸谷氨酸需（32%）液堿：40/147/32%0.85T/T 生產(chǎn)1噸味精中和需（32%）液堿：40/187/32% 0.67T/T 谷氨酸一鈉的溶解度很大，而谷氨酸在常溫下溶解度很低，為保證正常生產(chǎn)的需要，在加熱的情況下進行中和過程，中和溫度一般控制在55-60. 谷氨酸溶解度的經(jīng)驗計算公式：lgs=0.5331+0.0136T S-溶解度 g/100g水 T溫度 谷氨酸一鈉的溶解度經(jīng)驗公式：Se=39.18+0.109T+0.0013T2 Se-溶解度g/100g溶液 T-溫度 原材料質(zhì)量要求：谷氨酸質(zhì)量要求 項目指標(biāo)備注L-CIu%8590濕純，三足、錐藍(lán)式L-CIu%7075濕純，臥螺分離機L-CIu%9698干純Cl-%0.230.26以濕基計SO42-%0.250.30以濕基計Fe2+mg/kg2030以濕基計液堿指標(biāo)項目優(yōu)級一級合格NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)%303030Na2CO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)%0.10.20.4NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)%0.050.0080.01Fe2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)%0.00060.00080.001純堿質(zhì)量要求指標(biāo)項目優(yōu)質(zhì)品1優(yōu)等品2總堿量（干基）%99.499.2總堿量（濕基）%98.197.9氯化鈉（干基）%0.300.70鐵（干基） %0.0030.0035硫酸鹽（干基）%0.030.035水不溶物 %0.020.03堆積密度g/ml0.850.90 中和工藝技術(shù)條件： 項目技術(shù)條件中和溫度55-60中和液PH6.57.0（PH計）中和液濃度25 1Be中和周期5.5h純堿溶解濃度301Be/60 中和工藝條件分析： 中和溫度：中和溫度高，除發(fā)生消旋反應(yīng)外，谷氨酸鈉還會發(fā)生脫水環(huán)化產(chǎn)生焦谷氨酸鈉，對產(chǎn)品質(zhì)量和收率帶來嚴(yán)重的影響，因此在整個中和過程中溫度控制在55-60. 中和速度（中和周期）：中和周期對中和液的收率和質(zhì)量影響巨大。當(dāng)用純堿中和時，如加減速度快，會產(chǎn)生大量的CO2泡沫，致中和液溢出造成污染和損失，更重要的是因純堿與谷氨酸反應(yīng)速度慢，加減速度過快會造成局部PH過高而產(chǎn)生消旋反應(yīng)造成收率和質(zhì)量的影響；經(jīng)過大量實驗證實，中和周期（PH3.83.96.57.0）5.5h. 中和PH：谷氨酸中和的過程既是用堿調(diào)節(jié)PH的過程，如果中和PH低（6.5）尚有一部分谷氨酸（3040%）未溶解，此時加炭脫色會造成收率的損失且過濾困難；如中和PH 高（7.0），影響下到工序脫色的效果，給產(chǎn)品質(zhì)量帶來麻煩，故中和PH控制在6.57.0（PH計）?；毓劝彼幔ㄖ泻鸵海┵|(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)項目BeL-CIu%PH透光%SO42-%參數(shù)25 1396.57.0150.05 3、中和液、母液脫色： 色素的來源：由于原輔材料的雜質(zhì)特別是谷氨酸在整個生產(chǎn)過程中（淀粉糖化、發(fā)酵配料、培養(yǎng)基滅菌、發(fā)酵液濃縮、等點、水解等）生產(chǎn)過程產(chǎn)生色素（葡萄糖聚合、葡萄糖與氨基酸的美拉德反應(yīng)、水解過程中色素）帶入谷氨酸及精制母液不斷循環(huán)造成的雜質(zhì)、色素積累，導(dǎo)致中和液和精制母液色素重。 脫色原理：脫色的方法采用粉炭和顆粒炭兩步脫色，因粉狀活性炭具有很大的表面積（每克活性炭的表面積為500-1000），具有很強的吸附色素的能力。吸附作用分為物理吸附和化學(xué)吸附?；钚蕴勘砻媾c色素分子之間的范德華引力為物理吸附，吸附特點：吸附速度快，吸附與溫度成反比，容易吸附，無選擇性。另一種為活性炭表面的不飽和鍵與色素分子的極性基團形成一種共價鍵的化學(xué)吸附，吸附特點：吸附速度慢，吸附速度與溫度成正比具有選擇性；在整個脫色過程中，化學(xué)吸附與物理吸附都有 粉炭脫色的工藝條件：生產(chǎn)過程主要控制條件生產(chǎn)過程主要控制條件中和液脫色加炭量12kg/m3中和液PH6.57.0溫度5560時間40min251Be過濾：開始打循環(huán)30 min，待透光達到要求時，打入濾液儲槽過濾液透光：50%（三厘米比色皿）母液脫色加炭量24kg/m3 母液PH6.57.0溫度5560時間40min241 Be過濾：開始打循環(huán)30 min，待透光達到要求時，打入濾液儲槽過濾液透光：25%（三厘米比色皿） 粉炭脫色工藝條件的分析： 脫色溫度：隨著溫度的提高，分子運動速度加快，料液粘度降低，色素分子 向炭表面的擴散速度增加，接觸機會增多，有力于吸附，但溫度過高。炭表面向溶液中解析色素的速度也會大大增加，綜合考慮，脫色溫度控制在55-60. 脫色PH：PH對脫色的影響很大，PH在4.55.0時脫色效果最好，但在此范圍內(nèi)尚有40%的谷氨酸未溶解，如在此范圍脫色會造成收率的損失；如PH過高6.3-6.4，脫色效果不好，導(dǎo)致影響產(chǎn)品質(zhì)量，綜合考慮，現(xiàn)工藝中一般將料液PH先調(diào)至5.5加炭脫色，而后在適度調(diào)整PH至5.76.0（PH計6.77.0）過濾。 脫色時間：色素分子向炭表面擴散及炭對色素的吸附都需要一定的時間，只有充分接觸才能充分發(fā)揮炭的脫色作用，但到一定的時間后再延長時間，脫色效果不再增加，故在生產(chǎn)中一般控制在其他條件達到后從加入炭完畢40min即可達到脫色飽和。 炭的用量與谷氨酸、炭的質(zhì)量關(guān)系重大，隨著提取工藝得不斷改進，轉(zhuǎn)晶谷氨酸質(zhì)量的提高，用炭量大大降低，現(xiàn)用炭量一般控制在14kg/m之間，如蘇氨酸、活性炭質(zhì)量差，可適度增加，但增加過多，并起不到應(yīng)有的效果，原因在于炭本身也含有鈣、鎂、鐵、氯等雜質(zhì)，反而使系統(tǒng)的雜質(zhì)量增加，對脫色更不利。 料液濃度：料液濃度高，粘度大，色素分子向炭表面擴散速度變慢，不但影響脫色效果，給后道工序過濾也帶來困難，鑒于現(xiàn)谷氨酸質(zhì)量的提高和能耗的考量，中和液濃度控制在251Be，母液脫色濃度控制在241Be. 粉炭質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：GB/T124961999指標(biāo)名稱指標(biāo)脫色力（亞甲基藍(lán)）/ml12PH6-9鈣鎂總量/%1.5灰分/%8.0細(xì)度（100目以上）%10總鐵量（Fe3+）(mg/Kg)500外觀黑色粉末 正常生產(chǎn)中一般除對粉炭進行檢測外，進行實物脫色試驗。 炭柱脫色：1 脫色原理同粉炭。2 炭柱脫色的工藝條件：生產(chǎn)過程主要控制條件生產(chǎn)過程主要控制條件中和液脫色上柱PH6.57.0上、下柱流量78m3/h上柱溫度40-50251Be下柱透光75%洗柱再生規(guī)范、到位上柱液透光50%下柱液PH調(diào)至8.08.2母液脫色上柱PH6.57.0上、下柱流量78m3/h上柱溫度40-50241 Be下柱透光30%洗柱再生規(guī)范、到位上柱液透光25%下柱液PH調(diào)至8.08.23 炭柱脫色工藝條件分析：1 下柱流量控制：色素吸附與下柱流量關(guān)系密切，顆粒炭吸附色素需要一定的時間。流量大，在柱中停留周期短，色素分子與炭表面接觸周期短，吸附效果差，下柱液質(zhì)量差，根據(jù)現(xiàn)生產(chǎn)實際，控制進、出流量在78m/h。2 上柱液質(zhì)量：上柱液質(zhì)量對炭柱影響很大，如果上柱液色素高、雜質(zhì)多、透光低，下柱液質(zhì)量也差，且因顆粒炭吸附的飽和周期短，導(dǎo)致下柱液透光急劇下降，故生產(chǎn)上必須嚴(yán)格控制上柱液（過濾液）透光，以保證最終產(chǎn)品的質(zhì)量。3 溫度控制：料液溫度高，分子運動速度快，色素分子與炭表面接觸幾率增加，有利于吸附，但溫度過高反而解析速度增加，下柱液透光反而不高，同時溫度高，顆粒炭易破碎；如上柱溫度低，料液粘度大，分子運動速度慢，不利于吸附，且因濃度高、粘度大，很可能造成結(jié)柱現(xiàn)象?，F(xiàn)生產(chǎn)上控制下柱料液溫度控制在40504 PH控制：PH對顆粒炭脫色效果的影響同粉炭，但要提醒注意的是上柱液的PH必須盡量保持穩(wěn)定，如果上柱液的PH由低向高變化很大，顆粒炭的吸附效果急劇下降，下柱液質(zhì)量（透光）也會明顯下降5 炭柱再生要規(guī)范、到位：流程為：色素下柱 色素反洗 預(yù)熱 壓堿 浸泡 正洗堿反洗堿 壓酸 浸泡 正洗酸 反洗酸 備用 操作注意事項： 所有反洗必須采用間歇大水反洗（防止跑炭），將柱中的雜質(zhì)反洗干凈。 配堿、酸前、后體積必須準(zhǔn)確，計算方法： V11Q1=V22Q2 Q2= V11Q1/ V22V1、V2：配堿、酸前后堿、酸體積；1、2：配堿、酸前后的堿、酸相對密度Q1、Q2：配堿、酸前堿、酸質(zhì)量含量 配堿溫度控制在8082，溫度低洗脫色素效果不好，溫度高顆粒炭容易破碎，縮短了顆粒炭的使用周期。 4、味精結(jié)晶： 名詞解釋： 結(jié)晶：溶質(zhì)（原子、分子、離子）按照一定秩序排列的過程結(jié)晶。結(jié)晶時，因溶質(zhì)與雜質(zhì)的溶解度不同，或者溶質(zhì)與雜質(zhì)溶解度接近，但晶格不同，使溶質(zhì)與雜質(zhì)分離，結(jié)晶本身就是提純的過程。 溶解度：在一定溫度下，100g溶劑中溶解溶質(zhì)的量即使這種溶質(zhì)在這種溶劑中的溶解度。含結(jié)晶水的谷氨酸鈉在不同溫度下的溶解度經(jīng)驗公式為： S=39.18+0.109t+0.0013t2 S谷氨酸鈉的溶解度 g/100g溶液 t-，65溶解度為64.24g/100ml溶液，70溶解度為66.38 g/100ml溶液. 不飽和溶液、飽和溶液、過飽和溶液：不飽和溶液飽和溶液過飽和溶液 晶體 溶解 溶液溶解速度晶析速度加入晶種時，晶體顆粒逐漸變小，直至溶液達到飽和溶液 晶體 溶解 溶液晶析溶解速度=晶析速度晶體大小不變，溶液濃度不變，此狀態(tài)為晶體與溶液的動態(tài)平衡 晶體晶析溶液溶解速度晶析速度自然形成新晶核，并晶體能夠長大，直至溶液降至飽和溶液 從上表可以看出，達到過飽和溶液是味精結(jié)晶的必要條件。 過飽和溶液常用表示方法：1 濃度推動力（過飽和度） C=C-C0 過飽和系數(shù) S=C/ C0C過飽和濃度g/100g C0-飽和濃度g/100g 晶核形成及味精起晶的方法： 味精結(jié)晶過程分為三個階段：形成過飽和溶液、晶核形成、晶體長大。 味精結(jié)晶的方法：自然起晶、刺激起晶和晶種結(jié)晶法，現(xiàn)普遍采用晶種結(jié)晶法。飽和溶解度曲線和過飽和溶解度曲線及結(jié)晶運用從下圖看出，藍(lán)線、黃線將圖分成三個區(qū)域，藍(lán)線以下為穩(wěn)定區(qū)（不飽和溶液區(qū)域），藍(lán)線、黃線之間區(qū)域為介穩(wěn)區(qū)，藍(lán)線以上區(qū)域為不穩(wěn)區(qū)。在穩(wěn)定區(qū)內(nèi)（藍(lán)線以下）溶液處于不飽和狀態(tài)，未有晶體析出，外加晶種會溶解。介穩(wěn)區(qū)內(nèi)（藍(lán)線、黃線之間），溶液處于略過飽和狀態(tài)，不會自行成核，若外加晶種晶型可長大。不穩(wěn)區(qū)（黃線以上）料液處于過飽和狀態(tài)，可以自行大量成核，晶體也可長大。養(yǎng)晶區(qū)介穩(wěn)區(qū)刺激起晶區(qū)穩(wěn)定區(qū)不穩(wěn)區(qū) 介穩(wěn) 過飽和系數(shù)S=C/C01時即為穩(wěn)定區(qū)（藍(lán)線下方），若在此范圍加晶種，只能溶解，不能長大，在結(jié)晶過程的整晶（化掉假晶）時，溶液濃度就控制在此范圍（0.9S1 過飽和系數(shù)S=1.01.25 時，即養(yǎng)晶區(qū)（藍(lán)線、紅線之間），不能自行成核，但在外加晶種情況下晶型長大（藍(lán)線、黃線之間）。 過飽和系數(shù)S=1.251.3時 ，即刺激起晶區(qū)（紅線、黃線之間），已有的晶核能長大，受外界影響也能產(chǎn)生新晶核。粉體味精生產(chǎn)的溶液濃度控制在此范圍內(nèi) 。 過飽和系數(shù)S1.3時，即不穩(wěn)區(qū)，在此范圍內(nèi)會自行產(chǎn)生大量晶核，自然起晶即在此范圍內(nèi)（泡泡粉生產(chǎn)）。 味精的晶體生長機理：晶體生長過程分為兩個階段：（見下圖）1 味精分子由液相以分子運動擴散方式透過液膜到達臨界面即擴散過程。（推動力為C-C1）2 味精分子到達晶體表面吸附層，發(fā)生表面反應(yīng)，沉積在晶體表面，液體濃度降至飽和濃度C0，即表面反應(yīng)過程（沉積過程）（推動力C1-C0）3 晶體生長過程總速度：V=KT(C-C0)/(nd)V結(jié)晶生長速率Kg/hm2 K結(jié)晶系數(shù) T-絕對溫度C溶液主體濃度 C0平橫飽和濃度 n-粘度 d-膜厚度吸附層C0C1液膜固相界面液相C液相濃度影響結(jié)晶速度的因素：1 過飽和度：過飽和度是決定結(jié)晶速度的重要因素，在介穩(wěn)區(qū)的養(yǎng)晶區(qū)，晶體能以最快的速度長大而不自行成核，且在此范圍內(nèi)，過飽和度越高，結(jié)晶速度越快，顆粒大，周期短；在介穩(wěn)區(qū)的刺激起晶區(qū)，容易產(chǎn)生少量新晶核，原晶核能長大，但速度慢。2 溶液粘度：粘度越大，溶質(zhì)分子擴散過程克服的阻力也大，同時，粘度大液膜厚度增加，因此結(jié)晶速度隨著粘度的增加而降低。3 溶液純度：在相同的過飽和度下，溶液的純度越高結(jié)晶速度越快；反之，結(jié)晶速度急劇下降。即溶液純度與結(jié)晶速度成正比。4 溫度：溫度越高，在保持相同過飽和度下料液粘度越小，且液膜厚度薄，結(jié)晶速度增加，但是，溫度高過程中易產(chǎn)生焦谷氨酸鈉，對收率和質(zhì)量產(chǎn)生影響，故在生產(chǎn)中采用真空濃縮結(jié)晶的情況下溫度控制在65705 稠度：即為精漿液的固液比（干稀度），結(jié)晶過程中，稠度大，晶間距小，液膜厚度薄，有利于結(jié)晶；但稠度大，晶體流動的阻力大，降低了結(jié)晶速度；當(dāng)稠度低時，晶間距大，液膜厚度增加，擴散速度慢易形成新晶核，結(jié)晶速度慢，且因稠度小，單罐產(chǎn)量低，故實際生產(chǎn)中要控制適度的稠度。6 結(jié)晶液的流動性：結(jié)晶液的流動性好，液膜薄，有利于溶質(zhì)分子的擴散，結(jié)晶速度快。在一定粘度下，流動性取決于攪拌強度，強度大，罐內(nèi)循環(huán)好，料液濃度、溫度均勻，有利于晶體生長。但攪拌速度太快，溶質(zhì)分子流動太快也不利于結(jié)晶，且易產(chǎn)生新晶核，同時會造成對晶體的損傷，故攪拌強度選擇要適當(dāng)。結(jié)晶表面積、結(jié)晶速度、結(jié)晶時間與結(jié)晶量的關(guān)系： W=VFt W=結(jié)晶量 V=結(jié)晶速度 F=表面積 t=結(jié)晶周期 V、t一定，表面積越大，結(jié)晶量越大，這也是我們增大加種量 （或大、小晶種混投）以保證結(jié)晶面積的原因。 W、F一定，V越大， 周期越短，特別是現(xiàn)在谷氨酸質(zhì)量提高的情況下，適度提高原母液濃度，縮短由C0 到C（正常生產(chǎn)中C一定）的時間，提高V，結(jié)晶周期縮短。 味精結(jié)晶工藝： 晶種的質(zhì)量要求： 項目質(zhì)量要求外觀整齊、均勻、不夾帶碎粒粉塵規(guī)格30目、40目、50目、60目純度99% 投種方式：一次混投方式，目的是保證、增大晶種表面積，提高單罐產(chǎn)量，