公司新闻

切换类目

生物化工工艺实例

2022-06-14 10:11:16 | 作者:乐虎国际电子游戏平台

  自然界中有二十多种氨基酸,这些氨基酸 构成了所有生物所需的各种各样的蛋白质。 氨基酸是构成蛋白质的基本单位,它参与生 物体的各种代谢,有各种生理功能。人类要 维持生命活动,就必须获得各种氨基酸。但 是有八种氨基酸人类自身不能合成,必须从 食物中摄取。

  按氨基酸在人体内是否能被合成,分为: (1)必需氨基酸 指人体内不能合成或合 成的速度不能满足机体需要的氨基酸。异亮氨 酸、亮氨酸、赖氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、苏 氨酸、色氨酸和缬氨酸为必需氨基酸。 (2)非必需氨基酸 除上述八种必需氨基 酸外,其它均属非必需氨基酸。

  过去氨基酸都是从蛋白质水解液中分离提取 的,1956年,日本人首先利用发酵法生产谷氨 酸后,氨基酸的发酵生产发展很快,目前绝大 多数氨基酸已能用发酵法或酶法生产。 见表6-1

   我国起始于1923(上海天厨),1932沈阳味精 厂,当时年产量200-300T(提取法)。  我国发酵法生产味精起始于1964年,2000年80 万T ,2005年接近100万T。  中国现有氨基酸企业以谷氨酸生产为主,其次 是赖氨酸,其它有几种生产规模较小的工业化 产品。

  (1)食品工业 是最早应用氨基酸的领域, 消费量占总量的60%,主要用于强化食品,调 味调香、抗氧化剂、消除异味,防止食品色香 味的变化,提高食品风味及营养价值。如苯丙 氨酸和天冬氨酸制成的甜味肽,其甜味是蔗糖 的200倍。

   生活实例:新型甜味剂阿斯巴甜 又名蛋白糖,是天冬氨酸和苯丙氨酸合成的二 肽甜味剂,是一种相当蔗糖甜度200倍的低热 值高甜度的新型甜味剂。它具有安全、易吸收、 不致龋齿等优点,可供糖尿病患者及忌糖者的 婴幼儿食用,是老年营养食品和保健食品的优 良甜味剂;可以制成新型糖的替代品直接加入 饮料或食品中;大量用于饮料,果酱、口香糖、 乳制品、罐头、蜜饯婴幼儿食品等多种食品中, 至今已有3000多种食品使用阿斯巴甜。

  (2)医药工业 氨基酸是构成蛋白质的基本单位,参与体内 代谢和各种生理活动,因此可用于治疗各种 疾病。可制成有治疗作用的药物及各种氨基 酸营养制剂。--大输液和治疗药物。

  (3)饲料工业 及无公害农药 在饲料中加入赖氨酸、苏氨酸和 DL- 蛋氨酸,能 提高饲料中蛋白质利用率,校正配合饲料中氨基 酸不全或配比失衡,增加饲料营养价值。 合成氨基酸衍生物可作为锄草剂和无毒农药。 (4)化工 用谷氨酸可制成无刺激性能洗涤 剂——十二烷基谷氨酸钠肥皂,能保持皮肤湿润 的润肤剂——焦谷氨酸钠和质量接近天然皮革的 聚谷氨酸人造革,以及人造纤维和涂料。丝氨酸 用于雪花膏等。

  谷氨酸可用用蛋白质水解法和合成法制取,但 目前主要采用发酵法。  1.淀粉水解糖的制备  发酵法生产谷氨酸的原料是薯类、玉米、木 薯淀粉、椰子树淀粉等淀粉的水解糖或糖蜜。  生产菌为短杆菌,北京棒杆菌等。  淀粉--需要用酶法水解转化为葡萄糖

  2、生物合成机制  谷氨酸的生物合成途径大致是:  葡萄糖经糖酵解(EMP途径)和己糖磷酸 支路(HMP途径)生成丙酮酸,一部分氧化成 乙酰辅酶A(乙酰COA),一部分固定CO2生成草 酰乙酸。然后进入三羧酸循环,生成α-酮戊 二酸。α-酮戊二酸在谷氨酸脱氢酶的催化及 有NH4存在的条件下,生成谷氨酸。即,谷氨 酸的生物合成途径包括EMP、HMP、TCA循环、 DCA循环和CO2固定作用等。

   谷氨酸发酵受环境条件影响很大,氧、铵、 pH、生物素等若控制不当,往往会发生发酵 转换现象。  利用此原理可以人为地控制环境使发酵发生 转换。

  C/N=100:1521,实际高达100:28 因为:1)用于调整pH。 2)分解产生的NH3从发酵液中逸出。 产酸阶段: NH4不足:使-酮戊二酸蓄积而很少有谷氨酸生成。 NH4过量:促使谷氨酸生成谷氨酰胺。

  磷酸盐对发酵有显著影响。 不足:糖代谢受抑制,菌体生长不足。 过多:a.细胞膜磷脂生成量多,不利于谷氨酸排出。 b.促使丙酮酸和乙醛(由丙酮酸脱羧生成)缩 合生成缬氨酸的前体物——-乙醛乳酸, 使缬氨酸在发酵液中蓄积。

  尿素 0.6 水解糖 0.5~0.6 MgSO4•7H2O 0.1~0.2 pH 7.0 ②培养条件:一级种子培养条件 在1000ml三角烧瓶中,装入 一级种子培养基180~200ml,以8层纱布覆盖瓶口,并用细绳 扎紧,瓶口外再用牛皮纸裹紧,同样用细绳扎牢。将三角烧瓶 放在高压蒸汽灭菌锅中灭菌。灭菌后接种,然后置摇床上,在 30~32℃振荡培养10~12小时。

  2.提取方法 谷氨酸的提取方法有水解等电点法、低温等电点 法、离子交换法、等电点离子交换法、盐酸盐法、 锌盐法、钙盐法、电渗析法等方法。其中以等电点 法和离子交换法较普遍。

  ①等电点法 谷氨酸的等电点为pI=3.22故将发酵 液用盐酸调节到pH=3.22,谷氨酸就可分离析出。此 法操作方便,设备简单,一次收率达70%左右;缺 点是周期长,占地面积大。下图表示等电点法提取 谷氨酸的工艺流程。

  1.谷氨酸的中和 味精是谷氨酸单钠盐 谷氨酸的饱和溶液加碱进行中和,中和反应的pH 值应控制在第二等电点pH=6.96。当pH值太高时, 生成的谷氨酸二钠增多,而谷氨酸二钠没有鲜味。 。

   2.中和液的除铁、除锌  由于生产原料不纯、生产设备腐蚀及生产工艺 等原因,使中和液中铁、锌离子超标,必须将 其除去。目前除铁、锌离子的方法主要有硫化 钠和树脂法两种。  硫化钠法是利用硫化钠可与Fe2、Zn2反 应生成硫化盐沉淀而除去铁、锌杂质。  树脂法是利用弱酸性阳离子交换树脂,吸 附铁或锌得以将其除去。这种方法不但解决了 硫化法引起的环境污染问题,改善了操作条件, 而且提高了味精质量,是一种较为理想的除铁 方法

  一般谷氨酸中和液都具有深浅不同的褐色色素,必须 在结晶前将其脱除,常用的脱色方法有活性炭脱色法和离 子交换树脂法两种。 活性脱色主要是粉末状的药用炭和GH-15颗粒活性炭 两种。粉末活性炭脱色,一种方法是在中和过程中加炭脱 色后除去铁,另一种方法是中和液洗涤除铁,用谷氨回调 pH=6.2~6.4蒸汽加热60℃,使谷氨酸全部溶解,再加入 适量的活性炭脱色。经粉末活性炭脱色后,往往透光率达 不到要求,需进入GH-15活性炭进行最后一步脱色工序。

  离子交换树脂的脱色主要靠树脂的多孔表 面对色素进行吸附,主要是树脂的基团与色 素的某些基团形成共价健,因而对杂质起到 吸附与交换作用,一般选用弱碱性阳离子交 换树脂。

  析出结晶,必须除去大量的水,使溶液达到饱和状 态。工业上为了避免温度太高,谷氨酸钠脱水变成 焦谷氨酸钠,都采用减压蒸性发法来进行中和液的 浓缩和结晶,线℃。为了使味精结晶颗粒整齐,一般采用投晶种

  结晶法,完成结晶后,经离心机分离,振动床干燥、 筛分,再经过包装,即成成品味精。

  1、生物化学的研究显示,味精中的谷氨酸是 生物体内氨基酸和碳水化合物代谢的重要桥 梁。 2 、美国 Reeds 博士的最新研究发现,饮食中 的谷氨酸进入消化道时,提供消化道表面细 胞代谢所需的大部分能量,也提供其合成必 需氨基酸所需的材料。 3 、 Schiffman 教授的研究证实,食物中添加 味精可以增加正常老人和患病老人的摄食量, 也显著地改善营养状况和身体免疫力。

  1.不要在滚烫的锅中加入,而要在菜肴快出锅时 加入。因为谷氨酸钠在温度高于120℃时,会变 为焦点谷氨酸钠,食后对人体有害,且难以排出 体外。 2.不宜在酸性食物中添加味精,如糖醋鱼、糖醋 里脊等。味精呈碱性,在酸性食物中添加会引起 化学反应,使菜肴走味。 3.在含有碱性的原料中不宜使用味精,味精遇碱 会化合成谷氨酸二钠,会产生氨水臭味, 使鲜味 降低,甚至失去其鲜味。

  4.注意咸淡程度。如果太咸,味精就可能吃不出 鲜味,食盐与味精的比例在3:1或4:1范围内, 即可达到圆润柔和的口味,作凉拌菜时宜先溶解 后再加入。因为味精的溶解温度为85℃,低于此 温度,味精难以分解。 5.高汤、鸡肉、鸡蛋、水产制出的菜肴中不用再 放味精。

  有机酸发酵工业是生物工程领域中的一个重 要且较为成熟的分支,在世界经济发展中,占有一 定的地位。有机酸在传统发酵食品中早已得到广 泛应用 , 以微生物发酵法生产且达到工业生产规 模的产品已有十几种。

  用微生物发酵法生产有机酸,以代替从水果和蔬菜等 植物中提取有机酸,是近年来由于社会及市场的需要而开 发出的方法。由于食品、医药、化学合成等工业的发展, 有机酸需求骤增,发酵法生产有机酸逐渐发展成为近代 重要的工业领域。

  • 从消费量上来看,美国人均消费150g/年. 人;日本为30g,中国仅有3~5g,随着生活 水平的提高,无醇饮料、碳酸饮料、果汁 饮料的大幅增长,有机酸的用量将明显增 加。

  • 柠檬酸是水果中含量极为丰富的一种重要的有 机酸,为无色半透明晶体或白色颗粒或白色结 晶性粉末,常含一分子结晶水,无臭,有很强 的酸味。由于其结构的特殊,使他具有酸性、 缓冲、络合等多种功能。柠檬酸是天然可再生 的绿色产品,主要用于食品、制药、化工和水 处理、无毒电镀、造纸、皮革、洗涤剂以及水 泥缓凝剂等。世界各国都在利用微生物发酵法 生产柠檬酸。

  • 我国是农业大国,生产柠檬酸的原料来源 丰富,2003年45万吨,其中80%的柠檬酸销 售国际市场,是世界上最大的柠檬酸生产 和出口国。我国柠檬酸生产基地主要集中 在安徽、江苏、山东等玉米和薯类资源丰 富的地区,其中安徽丰原集团是亚洲最大 的柠檬酸生产基地,规模列世界第五位

  • 菌种:黑曲霉—存在着三羧酸循环的酶系 • 机理:经过EMP途径、丙酮酸羧化和三羧 酸循环。是菌体代谢失调的结果。 • 原料:国内大多采用薯干为原料直接进行 液体深层发酵。

  加入培养基其它成分,泵入连消塔升温灭菌,进入维 持罐,最后喷淋冷却,进入发酵。由于黑曲酶能够产 生糖化酶,因而后续的糖化是由发酵菌种(黑曲霉) 自动完成的。液化法是我国柠檬酸生产工艺的特色方

  发酵中多数采用种子预培养工艺。种子罐培养基冷 却到33±1℃左右接菌种,在33±1℃左右通风培养20~ 30小时,由无菌压缩空气(经接种)通入发酵罐中,发酵培 养基也冷却至33±1℃左右左右接种,发酵在34±1℃左 右进行。通风搅拌培养4天,发酵度不再上升,残糖降 到2g/L以下时,立即泵送到储罐中,及时进行提取。

  ①去除菌丝和其它固形物得到滤液; ②用各种物理和化学方法处理滤液,得到初步 纯化的柠檬酸溶液; ③初步纯化的柠檬酸溶液经精制后浓缩得到结 晶柠檬酸。

  酒精(alcohol)是重要的溶剂和化工原 料,在轻工、医药、食品、化学工业中有 非常广泛的应用。  酒精生产可以用合成法也可以采用发酵法。 如可以用乙烯水合、乙醛还原或CO2加氢 等石油路线进行合成,但合成酒精往往夹 杂异构化高级醇类,对于人的中枢神经有 麻痹作用,不适宜作饮料、食品、医药及 香料等

  从长远意义来看,石油的不可再生性及生 物资源的可再生性,决定了发酵法生产酒 精具有更为广阔的前景和战略意义。  发酵法生产酒精以糖质原料(糖蜜)或淀 粉质原料(甘薯、玉米)为主。纤维质原 料也有一定的应用。

  许多微生物都能利用已糖化进行酒精发酵, 但在实际生产中用于酒精发酵的几乎全是 酒精酵母,俗称酒母。利用淀粉质原料的 酒母在分类上叫啤酒酵母(Saccharomyces cerevisiae),是属于子囊菌亚门酵母属 的一种单细胞微生物。该种酵母菌繁殖速 度快,发酵能力即产酒精能力强,并具有 较强的耐酒精能力。

  (1)发酵机制 酵母活细胞含有丰富的蔗糖水解酶和酒 化酶,能将糖蜜中的蔗糖水解为单糖,单 糖透过细胞膜进入细胞内,在酒化酶作用 下生成酒精与CO2,然后透过细胞膜将这 些产物排出体外。 酒化酶:参与发酵的多种酶的总称,包括己 糖磷酸化酶、氧化还原酶、烯醇化酶、脱 羧酶及磷酸酶等。

  其生化过程主要由两个阶段组成。第一阶 段己糖通过糖酵解途径(EMP途径)分解成丙 酮酸。第二阶段丙酮酸由脱羧酶催化生成 乙醛和二氧化碳,乙醛进一步被还原成乙 醇,整个过程由图所示。葡萄糖发酵成乙 醇的总反应式为: C6H12O6→2C2H5OH2CO2能量

  发酵过程中除主要生成乙醇外,还生成少量的 其他副产物,包括甘油、有机酸(主要是琥珀 酸)、杂醇油(高级醇)、醛类、酯类等。 理论上1mol葡萄糖可产生2mol乙醇;即180克 葡萄糖产生92克乙醇,的率为51.5%,可是实 际得率没有这么高。因酵母菌体的积累约需2% 的葡萄糖,另外2%的葡萄糖用于形成甘油, 0.5%用于形成有机酸,0.2%用于形成杂醇油。 因此实际上只有约47%的葡萄糖转化成乙醇。 乙醇发酵中大部分能量仍储存于乙醇之中,所 释放的226kJ自由能中除67kJ(29%)用于形成 ATP外,其余能量以热的形式散发

   (2)发酵工艺 糖蜜酒精发酵工艺过程包括前处理、酒 母制备、乙醇发酵和蒸馏四个工序。前 处理包括的内容有:将糖蜜稀释至糖浓度 为20~25Bx(依不同的发酵工艺而异)。糖 蜜中常缺乏酵母必需的营养物质,需要添 加一些氮源、营养盐(如硫酸铵、硫酸镁、 磷酸盐等)以及生长素(如酵母菌自溶物)等。 调节pH值到4-4.5,防止杂菌污染

  乙酵发酵所用工艺主要是间歇法和连续法, 国内外大型糖蜜酒精厂都采用连续法。糖 蜜经上述前处理后,接入酒母,于30~ 35℃发酵,成熟醪酒精度为6%~9%(V/V)。  连续发酵由一组(9-10个)串联的发酵罐 组成,发酵的每个阶段在各个不同容器中 进行,每个容器的醪液浓度等相对固定, 使酵母更快的适应环境且便于连续生产。

  发酵成熟醪中除含酒精外,还含其他杂质, 需要进行蒸馏及精馏才能得到酒精成品。 经过蒸馏可得到粗酒精和酒精,所用设备 为醪塔,又称蒸馏塔、粗馏塔,粗酒精再 经精馏即可得到各级成品酒精和杂醇油等 副产物,所用设备为精馏塔

  发酵成熟醪的成分随原料的种类、加式方 示、菌种性能不同而不同,分成不挥发性 成分和挥发性成分两大类。  不挥发性成分包括甘油、琥珀酸、乳酸、 脂肪酸、无机盐、酵母菌体、不发酵性及 未发酵完完的糖、皮壳、纤维等。这些成 分易与酒精等挥发性成分分离,在精馏中 它们和大部分水一起进入精馏塔。挥发性 杂质共有 50 多种,分成醇类、醛类、酸类 和酯类等四大类。

  在精馏中,沸点比酒精低的杂质先被蒸馏 出,称为中间杂质,包括乙醛、乙酸乙酯 和甲酸甲酯等;有些杂质沸点高的杂质出 现在蒸馏酒尾中,呈油状浮在液面,称为 尾级杂质,又称杂醇油  酒精蒸馏有单塔、两塔、三塔和多塔蒸馏 等多种蒸馏工艺。

  淀粉质原料生产酒精分为原料预处理、原 料蒸煮、糖化剂制备、糖化、酒母制备、乙 醇发酵和蒸馏等工艺,工艺流程如下图.

  中的混杂的小铁钉、泥块、杂草、 石块等杂质除去然后粉碎,粉碎的目 的主要是增加原料受热面积。

  (2)蒸煮  淀粉质原料吸水后在高温高压下蒸煮,可 以破坏植物组织和细胞,使淀粉彻底糊化、 液化,使蒸煮物料成为均一的糊化醪,为 进一步的淀粉转化为糖创造良好的条件; 其次蒸料还有灭菌的作用。

  蒸煮工艺看,20世纪50年代前期我国酒精 厂大多采用整粒原料间歇蒸煮工艺。为了 提高蒸煮醪质量和减轻劳动强度,目前我 国各酒精厂广泛采用连续蒸煮的工艺,方 法有多种,常用有罐式(锅式)连续蒸煮、 管道式连续蒸煮、塔式(柱式)连续蒸煮等 三种方法。  罐式连续蒸煮工艺流程简图如图所示,

  糖化曲分成固体曲和液体曲两种,用麸皮为 主要原料制成的固体曲叫麸曲,采用液体深 层通风培养的称为液体曲。  制曲常用霉菌。

  制曲过程实际上是将糖化菌扩大培养,并 让糖化菌产生高活力的、质量合格的各种 淀粉酶等酶类的过程。为此,需要提供让 糖化菌生长和产酶的合适原料、水分、温 度和通气条件等。

  如:液体曲生产工艺过程包括种子制备、 液体曲发酵和无菌空气制备三部分,其工 艺流程如下图所示。  种子罐接种糖化菌孢子悬浮液后,32℃通 风培养 36h 左右接入培养罐,在培养罐内 培养48h左右即得成熟液体曲。

  糖化方法分成间歇糖化和连续糖化两类。 目前我国大多数酒精厂采用后者。 间歇糖化工艺 间歇糖化在糖化锅内进行。蒸煮醪 放入并冷却到61~62℃时,加入糖化剂, 搅拌均匀后静止糖化30min,再冷却至 30℃后供发酵用。

  连续糖化工艺 根据蒸煮醪冷却 ( 前冷 却 ) 和糖化醪液冷却 ( 后冷却 ) 的方法不同, 可将连续糖化工艺分成混合冷却连续糖化、 真空冷却连续糖化和三级真空冷却连续糖 化三大类,所控制的工艺参数与间歇糖化 工艺的相似。  糖化温度60°C,时间约30分钟

  糖化醪送入发酵罐,接入酒母后,即可 始乙醇发酵。发酵工艺有间歇发酵、半 连续式发酵和连续式发酵三类。乙醇发 酵过程可分为前发酵期、主发酵期和后 发酵期三个阶段。前发酵期一般为前10h 左右,在酒母与糖化醪加入发酵罐后, 醪液中的酵母开始数量还不多,由于醪 液中的酵母开始数量还不进行繁殖。

  在前发酵期阶段,发酵作用不强,酒精和 二氧化碳产生得少,糖分消耗得比较慢, 发酵醪表面显得比较平静。前发酵期一般 控制发酵温度不超过30℃。主发酵期为前 发酵期之后的12h左右,在此阶段酵母细胞 已大体形成,每毫升醪液中酵母数可达1亿 以上,酵母菌基本上停止繁殖而主要进行 乙醇发酵作用。使糖分迅速下降,酒精量 逐渐增多,醪液中产生大量的二氧化碳, 有很强的二氧化碳泡沫响声。

  此期间发酵醪温度上升也快,生产上应加 强温度控制,最好将温度控制在 30~34℃。 经主发酵期,醪液的糖分大部分已被耗掉, 发酵进入后发酵期。在后发酵期阶段,发 酵作用弱,产生热量也省,发酵醪温度逐 渐下降,应控制发酵温度在 30 ~ 32℃。后 发酵一般需要约 40h 才能完成,总发酵时 间一般控制60~72h。一般工艺工厂糖化醪 浓度为16~18Bx,发酵成熟醪的乙醇含量 为6%~10%(V/V) 


乐虎国际官方网站

News center