谷氨酸制备味精

任务3　谷氨酸制备味精

从发酵液中提取到的谷氨酸，仅仅是味精生产中的半成品。谷氨酸与适量的碱进行反应，中和生成谷氨酸一钠，其溶液经过脱色、除铁，并除去部分杂质，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。此时，不仅酸味消失，而且有很强的鲜味。谷氨酸一钠的商品名称就是味精或者味之素。如果谷氨酸与过量的碱作用，生成的是谷氨酸二钠，不具有味精的鲜味。主要工艺流程如图2－26所示。

图2－26　谷氨酸制备味精主要工艺流程

一、中和

提取到的谷氨酸没有鲜味，要得到味精就必须对其进行中和和精制。味精的生产过程中，与谷氨酸起中和反应的碱可以是氢氧化钠，也可以是碳酸钠。生产实践中，谷氨酸的中和一般不用氢氧化钠，因为氢氧化钠中含杂质氯化钠较多（30%浓度的氢氧化钠中含杂质氯化钠达4%以上），最终会影响结晶味精成品的质量。碳酸钠虽然是强碱弱酸盐，但与谷氨酸反应时也能达到中和的目的。

使用碳酸钠对谷氨酸进行中和，pH一般控制在6．7～7．0得到的是谷氨酸一钠（有鲜味）。当pH超过7时，随着pH升高溶液中谷氨酸2价负离子逐渐增多，此时生成的谷氨酸二钠也就越多，一般在pH为9～10时，得到谷氨酸二钠（无鲜味）。不过，由于谷氨酸的电离过程是可逆的，谷氨酸二钠也易溶于水，也能解离成谷氨酸1价负离子和Na^＋，所以谷氨酸二钠可重新变成谷氨酸一钠。因此中和反应应严格控制反应完成时的pH。

在实际操作中，由于谷氨酸在水中溶解度较小，中和反应的体系应当控制在60℃左右，应当先将谷氨酸加入到热水中，再逐步加入碳酸钠，完成中和。如果将谷氨酸加入到碳酸钠溶液中，会由于谷氨酸长时间接触碱性物质而消旋，生成L－谷氨酸，从而使鲜味下降。

二、脱色

纯净的谷氨酸是白色的结晶，而粗谷氨酸往往带有程度不等的淡黄色，这是由于粗谷氨酸中含有杂质的缘故。这些杂质中含有少量色素，不除去就会使中和液透光率降低、色泽加深，从而影响味精的色泽和纯度。

脱色常用的是活性炭脱色法，溶液的温度和pH对脱色效果有一点影响。在较高温度下，分子运动速度加快，被吸附物质分子向吸附剂表面的扩散速度增加，此时，溶液的黏度减小，从而降低了分子运动的阻力，这些因素都有利于吸附的进行。但是温度也不能太高，因为随着温度的上升，解吸的速度也会迅速增大。中和液用活性炭脱色时，温度一般控制在50～60℃。

除此之外，溶液的pH与活性炭的脱色效果也有一定的关系。实践表明溶液在pH为4．5～5．5时脱色效果最佳。但是溶液的pH不能太低，否则谷氨酸的溶解度就会降低，中和反应就不完全，因此中和液的pH应保持在6．4以上。

脱色效果还与时间有关，脱色时间长，被吸附物质分子与活性炭表面接触的机会多，有利于吸附作用。尤其是当被吸附物质是一些相对分子质量较大的色素分子时，由于分子大，扩散速度慢，吸附作用就更需要时间。为了加快吸附的进行，适当的搅拌也是必要的，搅拌可以促进扩散运动的进行。

三、除铁

根据实际操作所使用设备的材质以及所选用原料的纯度，此步骤可选做。味精的质量标准中规定，99%的味精中含铁在5×10－6以下，80%的味精中含铁在10×10－6以下。如果在谷氨酸的发酵和提取过程中，由于使用的设备被腐蚀或者所用原料不纯等原因，会使中和液中带有铁离子等杂质。味精中如果含有铁离子等杂质，成品的色泽就会发黄。因此，建议尽量使用不锈钢材质的设备和纯度较高的原料。

四、浓缩和结晶

谷氨酸钠在水中的溶解度很大，要想从溶液中析出结晶，必须除去大量的水分，使溶液达到过饱和状态，过量的溶质才会以固体状态结晶出来。晶体的产生是先形成极细小的晶核，然后这些晶核再成长为一定大小形状的晶体。因此，从溶液到晶体生成包括以下三个过程。

1．形成过饱和溶液

溶液过饱和是结晶的前提，使溶液处于过饱和状态的方法通常有两种：①降低溶液的温度，使溶液的溶解度降低，因而使溶液由原来的饱和状态甚至不饱和状态转变成过饱和状态；②通过蒸发使溶液中的一部分溶剂减少，达到溶液过饱和的状态。

工业上采用减压蒸汽的方法使液体的沸点相应降低。此时，真空度越高，沸点下降得就越多，蒸发速度就越快，谷氨酸钠就被破坏得越少。这样既可缩短浓缩时间，又可避免谷氨酸钠因脱水环化而造成破坏。

2．晶核形成

晶核形成即起晶。用外界的刺激促进晶核形成的起晶方式称为刺激起晶；将溶液蒸发浓缩，使之进入介稳区而自然产生晶体的方式称为自然起晶；将溶液蒸发浓缩至介稳区中过饱和程度较低的养晶区，加入一定大小和数目的晶种，这时超过溶解度的那部分溶质便在加入晶种的晶面上长大，这种外加入晶种的方式称为晶核起晶。由此可以发现，起晶的必要条件是溶液要达到一定的过饱和浓度。

3．晶体成长

和谷氨酸一样，谷氨酸钠起晶后也要根据产品的要求育晶，达到要求后即可分离干燥。育晶过程中，应保持真空度恒定，这样可稳定操作，避免出现伪晶，提高结晶收率。

五、分离和干燥

澄清的脱色液（18～20°Bé，35℃）加入旋转蒸发器（加料量小于1／2蒸发器容积），真空度要求在80kPa以上，T＜70℃，浓缩至34～34．5°Bé，温度达到80℃时放料。放至冷却后，搅拌2～3h，再开冷却水降温，降温至室温（＋5℃），此时有大量味精晶体析出。

用抽滤装置将味精晶体分离，再放入干燥箱干燥，干燥温度不超过60℃，即得到味精原晶体。

六、成品包装、标志、运输和储存

产品的外包装按照《包装储运图示标志》（GB／T 191—2008）的要求，外包装物应有明显的标志。标志内容应包括产品名称、厂名、厂址、净含量、生产日期（批号）等。预包装产品包装按《预包装食品标签通则》（GB 7718—2004）规定标注，加盐味精包装上需标注谷氨酸钠具体含量；产品内包装材料需符合食品包装材料的卫生要求。包装要求：内包装封口严密，不得透气，外包装不得受到污染。产品在运输过程中应轻拿轻放，严防污染、雨淋和曝晒。运输工具应清洁、无毒、无污染。严禁与有毒、有害、有腐蚀性的物质混装混运。产品储存在阴凉、干燥、通风、无污染的环境下，不应露天堆放。