CN101157625A - 结合转晶的谷氨酸闭路循环提取工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种结合转晶的谷氨酸闭路循环提取工艺，其主要先将谷氨酸发酵液和味***液混合，调等电点使谷氨酸结晶析出；经过两级分离分别得到α晶型谷氨酸结晶及等电母液；等电母液经过除菌分离回收菌体；除菌后母液进蒸发器浓缩、脱盐浓缩，使硫酸铵结晶析出；分离得到硫酸铵结晶和浓缩母液；α晶型谷氨酸结晶中加入味***液或水，并加热溶解，冷却结晶，使α晶型谷氨酸转变为β晶型，分离得到β晶型谷氨酸；转晶母液经浓缩后和脱盐浓缩母液混合，加入硫酸水解；水解液循环回到等电结晶。本发明谷氨酸提取收率高，获得的谷氨酸结晶质量好，同时获得菌体蛋白、硫酸铵、腐殖质等多种副产物，消除了高浓度废水污染。

Description

结合转晶的谷氨酸闭路循环提取工艺

技术领域

本发明涉及一种结合转晶的谷氨酸闭路循环提取工艺，具体地说是属于发酵食品工业领域。

背景技术

谷氨酸是一种重要的氨基酸，主要用来生产味精、鸡精等鲜味剂。我国是味精生产和消费大国，2006年我国味精生产总量达到170多万吨。

谷氨酸的生产工艺主要是发酵法，以淀粉或糖蜜为原料，通过发酵、提取获得。

从发酵液中提取谷氨酸的现行工艺主要有：等电结晶加离子交换工艺、浓缩等电结晶加转晶工艺和闭路循环提取工艺(专利申请号：96116404.2，名称：一种从发酵液中提取谷氨酸的方法)等。

等电结晶加离子交换工艺是国内味精生产企业应用最广泛的提取工艺，其优点是谷氨酸的提取收率高，达到95％以上，但缺点也很大，由于离子交换，硫酸、液氨的消耗量较大，且废水排放量增加50％以上。随着硫酸、液氨等原辅材料涨价，以及国家对环保要求的不断提高，等电结晶加离子交换工艺不仅丧失了经济优势，也有悖于可持续发展。因此，革除离子交换工艺，将是谷氨酸提取工艺发展的必然趋势。

浓缩等电结晶加转晶工艺的最大优点是提取获得的谷氨酸质量好。缺点是提取收率低，一般仅88～90％，其次，等电母液采用稀浆喷雾干燥，大气污染问题十分严重。

闭路循环提取工艺(专利申请号：96116404.2一种从发酵液中提取谷氨酸的方法)成功地革除了离子交换工艺，彻底解决了环境污染问题，但获得的谷氨酸结晶色泽偏重。

上述工艺，不同程度地存在污染严重，或收率低或产品质量差等问题，为解决上述问题，在保证不影响谷氨酸提取收率的前提下，提高结晶产品质量，并消除环境污染。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足之处，从而提供一种结合转晶的谷氨酸闭路循环提取工艺，可高效回收菌体蛋白、硫酸铵、复合肥等副产物，又彻底消除高浓度废水的污染。

本发明的主要解决方案是这样实现的：

本发明结合转晶的谷氨酸闭路循环提取工艺采用以下工艺步骤：

1、谷氨酸发酵液放入等电结晶器中，用冷却水冷却到30℃以下，同时加入部分味***液，味***液的体积为发酵液体积的0～60％，用水解液或工业用浓硫酸调发酵液pH值：3.0～3.2，温度降至5～15℃，使谷氨酸以α晶型结晶析出；

2、结晶后的等电液经过一次分离，得到总量0～85％的α晶型谷氨酸晶体；等电液经过二次分离，将剩余的谷氨酸晶体和等电母液完全分离；

3、二次分离得到的等电母液通过除菌分离得到菌体蛋白和清母液，

4、清母液加热蒸发浓缩，控制蒸发器压力：-0.01～0.1MPa，温度为：45～121℃，清母液蒸发浓缩倍数(蒸发前后液体体积比)为：2～5倍；

5、蒸发后的母液再通过蒸发浓缩脱盐，使母液中硫酸铵结晶析出，蒸发器压力：-0.01～0.1MPa，温度为：45～121℃，蒸发母液浓缩倍数(蒸发前后液体体积比)为：1～6倍；分离得到硫酸铵和脱盐浓缩母液；

6、在α晶型谷氨酸晶体中加入2～5倍质量比的水或味***液，用碱液调整pH值：4.0～6.0，同时加热温度：70～90℃，使谷氨酸部分或全部溶解，然后快速冷却降温到5～30℃，使谷氨酸以β晶型结晶析出；称之为转晶；

7、转晶后分离得到β晶型谷氨酸结晶，即主产品，同时排出转晶母液；

8、转晶母液加热蒸发浓缩，控制蒸发器压力：-0.01～0.1MPa，温度为：55～121℃，转晶母液浓缩倍数(蒸发前后液体体积比)为：2～8倍；

9、转晶母液的浓缩液和脱盐浓缩母液按任意比例混合，加入工业用浓硫酸水解，加入硫酸质量和混合浓缩液的质量比例为0.2～1∶1，水解温度为：80～150℃，水解时间为：1～5小时；

10、水解结束后冷却到30～80℃，分离得到固体滤渣和水解液，水解液循环回到等电结晶。

本发明所述的分离方法可采用离心或过滤。离心机转速：1400～6000rpm。

本发明所述的α晶型谷氨酸晶体为不规则的棱柱或棱锥形态。

本发明所述的蒸发操作可采用单效或多效蒸发。

本发明所述的蒸发脱盐可采用单效或多效蒸发。

本发明所述的β晶型谷氨酸结晶体为不规则的针状或片状形态。

本发明所述的味***液可在等电结晶前加入，也可在转晶时加入，或等电结晶和转晶时同时加入。

本发明所述的等电结晶可采用间歇等电或连续等电结晶。

本发明所述的除菌分离可采用气浮除菌工艺，或将等电母液加热到80～132℃，使菌体蛋白凝固，分离得到菌体蛋白饲料。

本发明所述的碱液为氢氧化钠或碳酸钠溶液，浓度为40％(w/w)

本发明与已有技术相比具有以下优点：

本发明在不影响谷氨酸提取收率的前提下，提高结晶产品质量，提取收率高，可高效回收菌体蛋白、硫酸铵、复合肥等副产物，又可彻底消除高浓度废水的污染。

附图说明

图1为本发明工艺流程图。

具体实施方式

下面本发明将结合附图中的实施例作进一步描述：

实施例一：本发明结合转晶的谷氨酸闭路循环提取工艺采用以下工艺步骤：

本实施例中所述的发酵液是指以淀粉质原料或糖蜜原料，经过发酵获得的含谷氨酸的液体。

取1000ml谷氨酸发酵液，谷氨酸浓度为11.0％，pH6.7。放入烧杯中，用冷水浴降温到20℃，边搅拌边加入上批实验得到的水解液，按常规等电结晶工艺操作，控制溶液最终pH值为3.1，温度为5℃，使谷氨酸以α晶型结晶析出，所述的α晶型谷氨酸晶体为不规则的棱柱或棱锥形态。继续搅拌4小时后用离心机分离得到α晶型谷氨酸117.5克(湿纯度89％，收率95％)和等电母液110ml；将等电母液加热到121℃，维持5分钟后冷却到60℃，真空过滤，真空度为-0.09MPa，得到湿菌体22克和清母液1080ml；清母液继续真空浓缩使硫酸铵结晶，蒸发压力为-0.09MPa，温度为50℃，浓缩后最终体积为160ml；冷却到30℃后，用离心机离心分离得到72克硫酸铵和脱盐母液95ml。

将分离得到的117.5克α晶型谷氨酸，溶解到100ml水中，加入100ml味***液，并加热到85℃，使谷氨酸溶解，然后用冰水浴快速冷却到10℃，谷氨酸以β晶型结晶析出；真空抽滤，得到β晶型谷氨酸114克(湿纯度92％，收率95％)和转晶母液200ml，转晶母液真空浓缩，浓缩条件同前，最终浓缩液体积40ml。将脱盐母液和转晶浓缩母液混合，加入30ml浓度为95％(w/w)的浓硫酸，121℃水解3小时，用水浴冷却到25℃后，在-0.06MPa真空度条件下抽滤，得到120ml水解液和50g滤渣；水解液回下一批等电结晶调pH用。

实施例二：本发明结合转晶的谷氨酸闭路循环提取工艺采用以下工艺步骤：

160m³谷氨酸发酵液，谷氨酸浓度为10.5％，温度36℃，pH6.7。进入连续等电结晶罐，同时流加味***液和水解液，等电pH阶梯为4.2～3.0，温度阶梯为25～10℃，即最终等电pH值为3.0，温度为10℃；等电结束后，先用锥篮式离心机一次分离，转速1700rpm，分离得到17.4吨谷氨酸，离心液再用卧式螺旋离心机离心分离，转速6000rpm，得到谷氨酸2.7吨，等电母液180m³。

等电母液进入气浮槽除菌，并过滤得到4.2吨湿菌体，除菌母液进入四效蒸发器浓缩，浓缩条件为：第一效蒸发器压力为0.1MPa，温度为121℃，第二效蒸发器压力为0.02MPa，温度为105℃，第三效蒸发器压力为-0.02MPa，温度为90℃，第四效蒸发器压力为-0.06MPa，温度为72℃，浓缩液体积40m³；浓缩液送入蒸发脱盐结晶器，真空度为-0.08MPa，温度为65℃，控制最终浓缩液体积为28m³，蒸发浓缩结束后用循环水冷却到40℃；然后用卧式螺旋离心机分离，得到10.4吨硫酸铵结晶和浓缩母液19m³。

二次分离得到的2.7吨谷氨酸倒入转晶罐中，加入3m³味***液，再加入3m³自来水，边搅拌边加热到90℃，使谷氨酸充分溶解，然后用泵送入冷却结晶罐，用冷却水冷却到15℃，析出β晶型谷氨酸；打开冷却结晶罐底部出料阀，使结晶液流入带式真空过滤机，真空度为-0.08MPa，过滤得到β晶型谷氨酸2.9吨和母液6m³；母液送四效蒸发器浓缩，操作条件同上，最终浓缩液体积为2m³；将19m³脱盐母液和2m³转晶浓缩液混合，加入5.2m³浓度为95％(w/w)的浓硫酸，加热到135℃水解2小时，然后用冷却水夹套冷却到50℃，泵入板框过滤机过滤，得到水解液22m³和滤渣8.2吨，水解液回下一批等电调pH用。

实施例三：本发明结合转晶的谷氨酸闭路循环提取工艺采用以下工艺步骤：

100m³谷氨酸发酵液，谷氨酸浓度为10％，温度36℃，pH6.5。进入连续等电结晶罐，同时流加味***液和水解液，等电pH阶梯为4.2～3.0，温度阶梯为25～10℃，即最终等电pH值为3.0，温度为10℃；等电结束后，用卧式螺旋离心机离心分离，转速6000rpm，得到谷氨酸10.8吨，等电母液114m³。

等电母液进入气浮槽除菌，并过滤得到2.7吨湿菌体，除菌母液进入四效蒸发器浓缩，浓缩条件为：第一效蒸发器压力为0.1MPa，温度为121℃，第二效蒸发器压力为0.02MPa，温度为105℃，第三效蒸发器压力为-0.02MPa，温度为90℃，第四效蒸发器压力为-0.06MPa，温度为72℃，浓缩液体积30m³；浓缩液送入蒸发脱盐结晶器，真空度为-0.08MPa，温度为65℃，控制最终浓缩液体积为15m³，蒸发浓缩结束后用循环水冷却到40℃；然后用卧式螺旋离心机分离，得到6.6吨硫酸铵结晶和浓缩母液9.2m³。

分离得到的10.8吨谷氨酸倒入转晶罐中，加入20m³味***液，再流加20％(w/w)的液碱，控制pH值为4.2，边搅拌边加热到85℃，使谷氨酸充分溶解，然后用泵送入冷却结晶罐，用冷却水冷却到15℃，析出β晶型谷氨酸；打开冷却结晶罐底部出料阀，使结晶液流入带式真空过滤机，真空度为-0.08MPa，过滤得到β晶型谷氨酸9.4吨和母液22m³；母液送四效蒸发器浓缩，操作条件同上，最终浓缩液体积为6m³；将9.2m³脱盐母液和6m³转晶浓缩液混合，加入6m³浓度为95％(w/w)的浓硫酸，加热到145℃水解2小时，然后用冷却水夹套冷却到50℃，泵入板框过滤机过滤，得到水解液17m³和滤渣5.1吨，水解液回下一批等电调pH用。

Claims (10)

1.一种结合转晶的谷氨酸闭路循环提取工艺，其特征是采用以下工艺步骤：

(1)、谷氨酸发酵液放入等电结晶器中，用冷却水冷却到30℃以下，同时加入味***液，味***液的体积为发酵液体积的0～60％，用水解液或工业用浓硫酸调发酵液的pH值：3.0～3.2，温度降至5～15℃，使谷氨酸以α晶型结晶析出；

(2)、结晶后的等电母液经过一次分离，得到总量0～85％的α晶型谷氨酸晶体；经过二次分离，将剩余的谷氨酸晶体和等电母液完全分离；

(3)、二次分离得到的等电母液通过除菌分离得到菌体蛋白和清母液，

(4)、清母液加热蒸发浓缩，控制蒸发器压力：-0.01～0.1MPa，温度为：45～121℃，清母液蒸发浓缩2～5倍；

(5)、蒸发后的浓缩母液再通过蒸发浓缩脱盐，使浓缩母液中硫酸铵结晶析出，蒸发器压力：-0.01～0.1MPa，温度为：45～121℃，蒸发母液浓缩脱盐1～6倍；分离得到硫酸铵和脱盐浓缩母液；

(6)、在α晶型谷氨酸晶体中加入2～5倍质量比的水或味精结晶母液，用碱液调整pH值：4.0～6.0，同时加热温度：70～90℃，使谷氨酸溶解，温度冷却降温到5～30℃，使谷氨酸以β晶型结晶析出；称之为转晶；

(7)、转晶后分离得到β晶型谷氨酸结晶，同时排出转晶母液；

(8)、转晶母液加热蒸发浓缩，控制蒸发器压力：-0.01～0.1MPa，温度为：55～121℃，转晶母液浓缩2～8倍；

(9)、转晶母液的浓缩液和脱盐浓缩母液混合，加入工业用浓硫酸水解，加入硫酸质量和混合浓缩液的质量比例为0.2～1∶1，水解温度为：80～150℃，水解时间为：1～5小时；

(10)、水解结束后冷却到30～80℃，分离得到固体滤渣和水解液，水解液循环回到等电结晶。

2.根据权利要求1所述的结合转晶的谷氨酸闭路循环提取工艺，其特征在于所述的分离方法可采用离心或过滤，离心机转速：1400～6000rpm。

3.根据权利要求1所述的结合转晶的谷氨酸闭路循环提取工艺，其特征在于所述的α晶型谷氨酸晶体为不规则的棱柱或棱锥形态。

4.根据权利要求1所述的结合转晶的谷氨酸闭路循环提取工艺，其特征在于所述的蒸发操作可采用单效或多效蒸发。

5.根据权利要求1所述的结合转晶的谷氨酸闭路循环提取工艺，其特征在于所述的蒸发脱盐可采用单效或多效蒸发。

6.根据权利要求1所述的结合转晶的谷氨酸闭路循环提取工艺，其特征在于所述的β晶型谷氨酸结晶体为不规则的针状或片状形态。

7.根据权利要求1所述的结合转晶的谷氨酸闭路循环提取工艺，其特征在于所述的味***液可在等电结晶前加入，也可在转晶时加入，或等电结晶和转晶时同时加入。

8.根据权利要求1所述的结合转晶的谷氨酸闭路循环提取工艺，其特征在于所述的等电结晶可采用间歇等电或连续等电结晶。

9.根据权利要求1所述的结合转晶的谷氨酸闭路循环提取工艺，其特征在于所述的除菌分离可采用气浮除菌工艺，或将等电母液加热到80～132℃，使菌体蛋白凝固，分离得到菌体蛋白饲料。

10.根据权利要求1所述的结合转晶的谷氨酸闭路循环提取工艺，其特征在于所述的碱液为氢氧化钠或碳酸钠溶液。

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