任務(wù)3　谷氨酸制備味精

從發(fā)酵液中提取到的谷氨酸，僅僅是味精生產(chǎn)中的半成品。谷氨酸與適量的堿進(jìn)行反應(yīng)，中和生成谷氨酸一鈉，其溶液經(jīng)過脫色、除鐵，并除去部分雜質(zhì)，最后通過減壓濃縮、結(jié)晶及分離，得到較純的谷氨酸一鈉的晶體。此時(shí)，不僅酸味消失，而且有很強(qiáng)的鮮味。谷氨酸一鈉的商品名稱就是味精或者味之素。如果谷氨酸與過量的堿作用，生成的是谷氨酸二鈉，不具有味精的鮮味。主要工藝流程如圖2－26所示。

圖2－26　谷氨酸制備味精主要工藝流程

一、中和

提取到的谷氨酸沒有鮮味，要得到味精就必須對其進(jìn)行中和和精制。味精的生產(chǎn)過程中，與谷氨酸起中和反應(yīng)的堿可以是氫氧化鈉，也可以是碳酸鈉。生產(chǎn)實(shí)踐中，谷氨酸的中和一般不用氫氧化鈉，因?yàn)闅溲趸c中含雜質(zhì)氯化鈉較多（30%濃度的氫氧化鈉中含雜質(zhì)氯化鈉達(dá)4%以上），最終會影響結(jié)晶味精成品的質(zhì)量。碳酸鈉雖然是強(qiáng)堿弱酸鹽，但與谷氨酸反應(yīng)時(shí)也能達(dá)到中和的目的。

使用碳酸鈉對谷氨酸進(jìn)行中和，pH一般控制在6．7～7．0得到的是谷氨酸一鈉（有鮮味）。當(dāng)pH超過7時(shí)，隨著pH升高溶液中谷氨酸2價(jià)負(fù)離子逐漸增多，此時(shí)生成的谷氨酸二鈉也就越多，一般在pH為9～10時(shí)，得到谷氨酸二鈉（無鮮味）。不過，由于谷氨酸的電離過程是可逆的，谷氨酸二鈉也易溶于水，也能解離成谷氨酸1價(jià)負(fù)離子和Na^＋，所以谷氨酸二鈉可重新變成谷氨酸一鈉。因此中和反應(yīng)應(yīng)嚴(yán)格控制反應(yīng)完成時(shí)的pH。

在實(shí)際操作中，由于谷氨酸在水中溶解度較小，中和反應(yīng)的體系應(yīng)當(dāng)控制在60℃左右，應(yīng)當(dāng)先將谷氨酸加入到熱水中，再逐步加入碳酸鈉，完成中和。如果將谷氨酸加入到碳酸鈉溶液中，會由于谷氨酸長時(shí)間接觸堿性物質(zhì)而消旋，生成L－谷氨酸，從而使鮮味下降。

二、脫色

純凈的谷氨酸是白色的結(jié)晶，而粗谷氨酸往往帶有程度不等的淡黃色，這是由于粗谷氨酸中含有雜質(zhì)的緣故。這些雜質(zhì)中含有少量色素，不除去就會使中和液透光率降低、色澤加深，從而影響味精的色澤和純度。

脫色常用的是活性炭脫色法，溶液的溫度和pH對脫色效果有一點(diǎn)影響。在較高溫度下，分子運(yùn)動(dòng)速度加快，被吸附物質(zhì)分子向吸附劑表面的擴(kuò)散速度增加，此時(shí)，溶液的黏度減小，從而降低了分子運(yùn)動(dòng)的阻力，這些因素都有利于吸附的進(jìn)行。但是溫度也不能太高，因?yàn)殡S著溫度的上升，解吸的速度也會迅速增大。中和液用活性炭脫色時(shí)，溫度一般控制在50～60℃。

除此之外，溶液的pH與活性炭的脫色效果也有一定的關(guān)系。實(shí)踐表明溶液在pH為4．5～5．5時(shí)脫色效果最佳。但是溶液的pH不能太低，否則谷氨酸的溶解度就會降低，中和反應(yīng)就不完全，因此中和液的pH應(yīng)保持在6．4以上。

脫色效果還與時(shí)間有關(guān)，脫色時(shí)間長，被吸附物質(zhì)分子與活性炭表面接觸的機(jī)會多，有利于吸附作用。尤其是當(dāng)被吸附物質(zhì)是一些相對分子質(zhì)量較大的色素分子時(shí)，由于分子大，擴(kuò)散速度慢，吸附作用就更需要時(shí)間。為了加快吸附的進(jìn)行，適當(dāng)?shù)臄嚢枰彩潜匾模瑪嚢杩梢源龠M(jìn)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的進(jìn)行。

三、除鐵

根據(jù)實(shí)際操作所使用設(shè)備的材質(zhì)以及所選用原料的純度，此步驟可選做。味精的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，99%的味精中含鐵在5×10－6以下，80%的味精中含鐵在10×10－6以下。如果在谷氨酸的發(fā)酵和提取過程中，由于使用的設(shè)備被腐蝕或者所用原料不純等原因，會使中和液中帶有鐵離子等雜質(zhì)。味精中如果含有鐵離子等雜質(zhì)，成品的色澤就會發(fā)黃。因此，建議盡量使用不銹鋼材質(zhì)的設(shè)備和純度較高的原料。

四、濃縮和結(jié)晶

谷氨酸鈉在水中的溶解度很大，要想從溶液中析出結(jié)晶，必須除去大量的水分，使溶液達(dá)到過飽和狀態(tài)，過量的溶質(zhì)才會以固體狀態(tài)結(jié)晶出來。晶體的產(chǎn)生是先形成極細(xì)小的晶核，然后這些晶核再成長為一定大小形狀的晶體。因此，從溶液到晶體生成包括以下三個(gè)過程。

1．形成過飽和溶液

溶液過飽和是結(jié)晶的前提，使溶液處于過飽和狀態(tài)的方法通常有兩種：①降低溶液的溫度，使溶液的溶解度降低，因而使溶液由原來的飽和狀態(tài)甚至不飽和狀態(tài)轉(zhuǎn)變成過飽和狀態(tài)；②通過蒸發(fā)使溶液中的一部分溶劑減少，達(dá)到溶液過飽和的狀態(tài)。

工業(yè)上采用減壓蒸汽的方法使液體的沸點(diǎn)相應(yīng)降低。此時(shí)，真空度越高，沸點(diǎn)下降得就越多，蒸發(fā)速度就越快，谷氨酸鈉就被破壞得越少。這樣既可縮短濃縮時(shí)間，又可避免谷氨酸鈉因脫水環(huán)化而造成破壞。

2．晶核形成

晶核形成即起晶。用外界的刺激促進(jìn)晶核形成的起晶方式稱為刺激起晶；將溶液蒸發(fā)濃縮，使之進(jìn)入介穩(wěn)區(qū)而自然產(chǎn)生晶體的方式稱為自然起晶；將溶液蒸發(fā)濃縮至介穩(wěn)區(qū)中過飽和程度較低的養(yǎng)晶區(qū)，加入一定大小和數(shù)目的晶種，這時(shí)超過溶解度的那部分溶質(zhì)便在加入晶種的晶面上長大，這種外加入晶種的方式稱為晶核起晶。由此可以發(fā)現(xiàn)，起晶的必要條件是溶液要達(dá)到一定的過飽和濃度。

3．晶體成長

和谷氨酸一樣，谷氨酸鈉起晶后也要根據(jù)產(chǎn)品的要求育晶，達(dá)到要求后即可分離干燥。育晶過程中，應(yīng)保持真空度恒定，這樣可穩(wěn)定操作，避免出現(xiàn)偽晶，提高結(jié)晶收率。

五、分離和干燥

澄清的脫色液（18～20°Bé，35℃）加入旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器（加料量小于1／2蒸發(fā)器容積），真空度要求在80kPa以上，T＜70℃，濃縮至34～34．5°Bé，溫度達(dá)到80℃時(shí)放料。放至冷卻后，攪拌2～3h，再開冷卻水降溫，降溫至室溫（＋5℃），此時(shí)有大量味精晶體析出。

用抽濾裝置將味精晶體分離，再放入干燥箱干燥，干燥溫度不超過60℃，即得到味精原晶體。

六、成品包裝、標(biāo)志、運(yùn)輸和儲存

產(chǎn)品的外包裝按照《包裝儲運(yùn)圖示標(biāo)志》（GB／T 191—2008）的要求，外包裝物應(yīng)有明顯的標(biāo)志。標(biāo)志內(nèi)容應(yīng)包括產(chǎn)品名稱、廠名、廠址、凈含量、生產(chǎn)日期（批號）等。預(yù)包裝產(chǎn)品包裝按《預(yù)包裝食品標(biāo)簽通則》（GB 7718—2004）規(guī)定標(biāo)注，加鹽味精包裝上需標(biāo)注谷氨酸鈉具體含量；產(chǎn)品內(nèi)包裝材料需符合食品包裝材料的衛(wèi)生要求。包裝要求：內(nèi)包裝封口嚴(yán)密，不得透氣，外包裝不得受到污染。產(chǎn)品在運(yùn)輸過程中應(yīng)輕拿輕放，嚴(yán)防污染、雨淋和曝曬。運(yùn)輸工具應(yīng)清潔、無毒、無污染。嚴(yán)禁與有毒、有害、有腐蝕性的物質(zhì)混裝混運(yùn)。產(chǎn)品儲存在陰涼、干燥、通風(fēng)、無污染的環(huán)境下，不應(yīng)露天堆放。