改进谷氨酸生产技术路线的探讨

摘要:如何避免使用传统工艺在东北建厂,使我们的新建谷氨酸装置或企业具有低耗、环保、品质高、效益好的特点,实现谷氨酸行业在东北地区可持续发展,十分值得我们在工艺技术路线上进行思考与研究。本文就我国谷氨酸生产工艺技术的进展,生产技术现状与如何改进生产工艺技术路线进行了探讨,并提出了谷氨酸生产技术应进一步把握的发展方向。

关键词:谷氨酸;生产工艺;可持续发展

近年来,味精工业发展较快的省份有山东、浙江、江苏、河南、广东。我国的味精工业虽然发展很快,但面临的问题也不少,特别是河南和山东两省,其生产工艺几乎是一套模式,工艺技术路线不合理,装备落后,控制水平低,装置分散,占地面积大,污染严重。味精行业是重污染行业,随着国家清洁生产政策的出台以及原料紧张,他们的竞争力逐渐减落。南方的一些企业开始将眼光转向东北粮食主产区,并纷纷开始投资建厂。

1 我国谷氨酸生产工艺技术的进展

谷氨酸是生产味精的主要原料,随着发酵法生产谷氨酸技术的发展,我国味精生产始于1923年,至今已有80多年历史,随着科学技术的不断进步,味精生产技术也在不断变革,由创建之初的以面筋、豆粕为原料水解法生产工艺,改变为现在以淀粉为原料发酵法生产工艺。发酵法生产工艺从1964年在上海味精厂首次投入生产以来,发酵法生产谷氨酸的生产技术进步较大,尤其是近几年随着菌种的突破以及新技术、新设备的应用进展更快。进入九十年代,尤其九五年后,技术进步较快,目前行业最好水平时(仅少数厂家)制糖收率99%以上、发酵产酸11-12%、转化率59-62%,提取收率96-98%、精制收率96%。与80年代比较全行业平均制糖收率提高了10%,发酵产酸率提高了117%,转化率提高了43%,提取收率提高了20%,精制收率提高了8.8%,综合技术指标淀粉消耗下降了166%。

2 我国谷氨酸生产技术路线改进建议

尽管我国发酵法生产谷氨酸的生产技术进步很大,工艺技术指标水平进步很快,但各企业工艺技术指标存在较大差距。除了各企业技术力量不同外,归其原因主要还是工艺技术路线不合理、装备落后、自动化水平低造成的,如果我们能在新建企业中,改进传统中一些不合理的工艺技术路线,提高装备和自动化水平,我国发酵法生产谷氨酸的生产技术和工艺技术指标还将有一个很大的提高,同时实现谷氨酸企业具有低耗、环保、品质高、效益好,走可持续发展之路。

2.1 制糖工艺技术路线

双酶法制糖工艺,具有明显的淀粉转化率高,有利于发酵和提取的特点。双酶法制糖工艺过程基本分为两种:两次喷射工艺 、一次喷射工艺。两次喷射工艺过程存在着明显的弱点:蒸汽消耗和动力消耗大,糖液质量不稳;设备数量多,占地面积大,劳动强度大,生产环境很差,自动化程度低、难以管理、生产浪费较严重。它是一个阶段性的工艺,现应予以淘汰。

一次喷射工艺过程明显改变了两次喷射的弱点,具有蒸汽消耗和动力消耗小,容易控制,糖液质量稳定,设备数量少,占地面积小,生产环境好,可实现计算机控制等优点。该工艺主要是在引进技术的基础上形成的,该工艺需要进口喷射器(实际上进口喷射器并不贵,它具有调节范围宽、使用寿命长、噪音小、体积小、安装容易、计算机控制的诸多优点)。在消化吸收的基础上,将该系统多次成功的应用到制糖工艺设计中,可以为企业带来了良好的经济效益。

2.2 发酵工艺技术路线

现阶段我国谷氨酸发酵三种工艺并行。亚适量生物素的生产强度低,发酵转化率居中,糖酸转化率高,提取收率高;高生物素加青霉素的生产强度中等、发酵转化率低,糖酸转化率低,提取收率中等;温度敏感型生产强度高,发酵转化率高,糖酸转化率中等,提取收率低。对不同工艺的评价在于节能降耗,节能的关键为发酵过程通风的总耗电量,既每吨发酵谷氨酸所耗的KWH总量。而降耗的考核指标为糖酸转化率,由发酵转化率乘以提取率得出。设备生产强度以每立方米发酵罐总容积每小时,所产谷氨酸的数量进行比较。由此得出目前的三种工艺没有一种是绝对合理或不合理的,在于设计和生产过程的把握。如果我们在设计中注意以下几点,将会给企业生产过程易于把握、提高糖酸转化率、实现节能降耗、总结经验、推进技术进步、增强企业竞争力等带来诸多的好处。

首先,改变传统的供气系统,建立完善的低能耗、高质量的供气系统。对于大规模的发酵生产企业应改变传统的多台小型往复压缩机供气系统,宜采用离心式和蒸汽透平式联合的压缩空气制备系统,以利于降低压缩空气制备能耗,提供稳定可调的压缩空气供应系统;采用低温节能型脱湿、干燥系统,以保证过滤器的使用寿命,降低染菌概率;改变传统的压缩空气过滤系统,采用多级分散式过滤系统,以避免全发酵系统同时出现染菌现象,同时有利于减少占地面积、方便检查、检修和排除故障。其次,连消系统。根据不同物料分阶段灭菌特点,采用连续喷射式、热能回收型系统,并用计算机控制。第三,发酵降温冷却水系统:根据不同菌种,具有不同发酵阶段温度的特点,采用冷水和循环水兼顾的系统,实现节能降耗,采用计算机控制。第四,发酵系统要采用大型发酵罐,尽可能增大冷却面积。采用先进的搅拌器,合理配置浆叶,降低功率消耗、有利于溶氧,并采用变频电机,这是发酵系统降耗的关键;发酵过程的流加糖系统要采用计算机控制,并与发酵状态监测系统连锁;设置后发酵罐,合理利用发酵过程的特点,降低残糖,提高单位发酵罐体积的产能。

2.3 提取工艺技术路线

随着国家清洁生产政策的出台,以及新技术、新设备的出现,为淘汰谷氨酸全母液等电离交提取技术,推动浓缩等电提取工艺技术和新生的提取工艺技术进步,创造了良好的契机。实际上,上世纪90年代后期,人们已在不断纷纷推出新的提取工艺技术,许多企业已开始采用新设备、新技术进行大胆的尝试,有的已取得丰硕成果。

笔者曾为在东北建设大型谷氨酸企业,对谷氨酸行业进行了考察,并与业内人士进行了详尽的探讨。笔者认为必须淘汰谷氨酸全母液等电离交提取技术,建议采用连续低温等电浓缩法工艺,该提取工艺的优点是可获得高质量的菌体蛋白、硫酸铵、有机复合肥;谷氨酸收率高,只有少量谷氨酸需要转晶;排除的废水只有蒸发冷凝液,污水处理容易;生产劳动强度低,易于实现计算机控制。

连续低温等电浓缩法工艺技术路线如下:

3 展望我国谷氨酸生产技术应进一步把握的发展方向

随着生物技术革命性的快速发展,酶制剂和发酵菌种必将得到快速发展,同时随着新设备、新技术在谷氨酸生产系统上的应用,我国谷氨酸生产技术必将得到进一步的发展,加强谷氨酸生产基础技术的开发和把握好谷氨酸生产基础技术的发展方向,将为我们在享受鲜美的同时,实现节能降耗,人类与环境和谐的进步,起到积极的作用。

参考文献

[1]周秀琴;谷氨酸发酵液除菌体提取谷氨酸研究进展,发酵科技通讯,V28(1),2009年.

[2]徐洪昌,金杼等;发酵法生产谷氨酸的谷氨酸提取工艺(专利),中华人民共和国知识产权局,2004年.

[3]周秀琴;日本生产谷氨酸高效率的方法,中国食品工业协会发酵工程研究会2000年度技术经验交流会论文集,2000年.

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