CN111808895A - 一种利用甘薯制备味精的发酵方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用甘薯制备味精的发酵方法及装置，它包括步骤1）制备发酵培养基，步骤2）发酵培养，步骤3）过滤浓缩，步骤4）结晶，步骤5）制备味精，本发明结构合理，转化效率和纯度高，并对发酵和曝气结构都进行了优化，有效的解决了现有技术所存在的技术问题。
Description
技术领域
本发明属于生物发酵及设备技术领域，具体涉及一种利用甘薯制备味精的发酵方法及装置。
背景技术
味精是调味料的一种，主要作用是增加食品的鲜味，在中国菜里用的最多，也可用于汤和调味汁，其主要成分为谷氨酸钠。
味精是指以粮食为原料经发酵提纯的谷氨酸钠结晶。我国自1965年以来已全部采用糖质或淀粉原料生产谷氨酸，然后经等电点结晶沉淀、离子交换或锌盐法精制等方法提取谷氨酸，再经脱色、脱铁、蒸发、结晶等工序制成谷氨酸钠结晶。
申请公布号：CN109797176A，公开了一种制备味精的环保工艺，其包括如下步骤：步骤1）制备谷氨酸发酵液，步骤2）菌株再利用，步骤3）制备味精。将谷氨酸棒杆菌种子液（1×108cfu/ml）按照8%的接种量接种于装有发酵培养基的发酵罐中进行发酵，培养温度35℃，通过调节搅拌转速与通气量保持溶氧水平为20，通过自动流加氨水将pH值维持在6.8(0-24 h)、6.5(24-48 h)；并通过流加浓度为100g/L的葡萄糖溶液将残糖控制在不低于1.0，发酵至48h停止，得谷氨酸发酵液；其中，发酵培养基为（质量百分比）：葡萄糖9%，糖蜜2%，玉米浆3%，尿素0.5%，硫酸亚铁0.01%，硫酸镁0.01%，磷酸二氢钾0.01%，pH6.8。本发明通过对废弃菌体进行再产酸，提高了味精的产量。
申请公布号：CN105124518A，公开了一种马铃薯淀粉制造味精的制作工艺：加入中温α淀粉酶，木聚糖酶，0.2％β-葡聚糖酶，糖化酶，制得酶解液；配置发酵培养基，灭菌后冷却至33度；选用钝齿棒杆菌B9，接入菌种发酵，接种量1%，发酵温度38℃，培养时间29-31小时；发酵后进行提取、精制处理制备得味精。本发明制得的味精纯度达到99.2%以上，完全符合国家对无盐味精的要求。本工艺可以直接接入菌种发酵，并且发酵效率高，发酵时间短，节约成本。
目前味精生产工艺流程是：微生物发酵获得的谷氨酸发酵液，采用连续等电工艺提取发酵液中的味精前提物质谷氨酸，然后加碱中和、结晶得到味精。但发酵液反应不完全，并含有大量的菌体、蛋白、色素以及多种盐分、离子等，严重制约了生产谷氨酸成品的品质。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中味精的发酵方法存在效率低和效果差的技术问题，提供一种利用甘薯制备味精的发酵方法及装置，以解决现有技术的不足。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种利用甘薯制备味精的发酵方法，它包括如下步骤：
步骤1）制备发酵培养基，步骤2）发酵培养，步骤3）过滤浓缩，步骤4）结晶，步骤5）制备味精。
具体的，步骤1）制备发酵培养基，所述发酵培养基包括分开使用的发酵培养基A、发酵培养基B和发酵培养基C；
所述发酵培养基A包括（按质量比）：甘薯葡萄糖15%、甘薯半乳糖2.5%、尿素0.2%、硫酸亚铁0.02%、硫酸镁0.01%、硫酸钾0.02%、聚醚改性硅油0.02%、磷酸二氢钾0.15%、磷酸二氢氨0.05%和生物素0.05%，碳酸氢钠0.5%，其余为水；
发酵培养基B包括（按质量比）：尿素11.5%、苯丙氨酸0.5%和消泡剂0.2%；
发酵培养基C包括（按质量比）：甘薯葡萄糖25%、甘薯半乳糖4.5%、生物素0.15%、碳酸氢钠1.5%。
步骤2）发酵培养，将发酵培养基A灭菌，置于发酵罐中，通过硫酸和氢氧化钠调节pH值6.9-7.0，搅拌均匀，温度控制在32-33℃，接入谷氨酸钠棒杆菌种子液，并开启搅拌装置和曝气装置，发酵8-12h；然后升温至33-35℃，流加发酵培养基B和发酵培养基C，让pH值保持在7.0-7.2，糖含量不小于0.65%，发酵24-28h，停止流加，继续发酵0.5-2h，得发酵液。
步骤3）过滤浓缩，将发酵液经过离心过滤，取上层清液，然后经过微滤膜过滤，然后将滤液过脱色罐脱色，将滤液进行蒸发浓缩至原溶液体积量的1/3-2/3。
步骤4）结晶，将浓缩液置于等电点罐中，降温至25℃，不断搅拌，流加硫酸，pH值至4.8；缓加硫酸，pH值小于4.5时加入晶种，搅拌速度降低至30转/分钟，起晶2-3小时，然后继续缓加硫酸，pH值至3.2，降温至8-10℃，育晶6-10小时；停止搅拌，沉淀2-4小时，过滤掉上层清液，得湿谷氨酸钠晶体。
步骤5）制备味精，将谷氨酸钠，或添加氯化钠，或添加氯化钠和硒化物，或添加氯化钠和碘化物，添加量为5%，10%，15%或20%，然后经脱色膜再次脱色，干燥得味精。
进一步的，一种利用甘薯制备味精的发酵装置包括发酵设备、过滤设备和结晶设备，其中发酵设备包括发酵罐；所述发酵罐内设有搅拌轴及上搅拌叶片，发酵罐的侧壁内设有流通介质的夹层；所述顶部通过管道分别与搅拌罐I和搅拌罐II连接；所述发酵罐的底部为锥形底，并设有与锥形底贴近或贴合的曝气管；所述发酵罐的内侧壁上设有竖向条板。
所述搅拌罐I和搅拌罐II内设有搅拌装置和温控装置；所述搅拌罐I和搅拌罐II的管道上设有电磁阀，管道伸入发酵罐后设有雾化喷头，所述搅拌罐I和搅拌罐II上设有气压仓。
所述曝气管采用螺旋形或多组逐渐收窄的圆形，曝气管上设有橡胶膜片微孔，微孔直径为150-800μm。
所述搅拌轴的底端设有下搅拌叶片；所述下搅拌叶片伸入锥形底内，下搅拌叶片底边呈倾斜边，与曝气管上表面相贴近。
本发明结构合理，转化效率和纯度高，并对发酵和曝气结构都进行了优化，有效的解决了现有技术所存在的技术问题。
附图说明
图1是本发明流程示意图；
图2是本发明发酵结构示意图；
图3是本发明曝气管结构示意图。
图中1、发酵罐 2、搅拌罐I 3、搅拌罐II 4、电磁阀 5、气压仓 6、上搅拌叶片7、搅拌轴 8、上搅拌叶片 9、条板 10、夹层 11、下搅拌叶片 12、锥形底 13、曝气管14、进气管。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，在本发明的描述中，显然下文所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1，根据图1，一种利用甘薯制备味精的发酵方法，它包括如下步骤：
步骤1）制备发酵培养基，步骤2）发酵培养，步骤3）过滤浓缩，步骤4）结晶，步骤5）制备味精。
具体的，步骤1）制备发酵培养基，所述发酵培养基包括分开使用的发酵培养基A、发酵培养基B和发酵培养基C；
所述发酵培养基A包括（按质量比）：甘薯葡萄糖15%、甘薯半乳糖2.5%、尿素0.2%、硫酸亚铁0.02%、硫酸镁0.01%、硫酸钾0.02%、聚醚改性硅油0.02%、磷酸二氢钾0.15%、磷酸二氢氨0.05%和生物素0.05%，碳酸氢钠0.5%，其余为水；
发酵培养基B包括（按质量比）：尿素11.5%、苯丙氨酸0.5%和消泡剂0.2%；
发酵培养基C包括（按质量比）：甘薯葡萄糖25%、甘薯半乳糖4.5%、生物素0.15%、碳酸氢钠1.5%。
步骤2）发酵培养，将发酵培养基A灭菌，置于发酵罐中，通过硫酸和氢氧化钠调节pH值6.9-7.0，搅拌均匀，温度控制在32-33℃，接入谷氨酸钠棒杆菌种子液，并开启搅拌装置和曝气装置，发酵8-12h；然后升温至33-35℃，流加发酵培养基B和发酵培养基C，让pH值保持在7.0-7.2，糖含量不小于0.65%，发酵24-28h，停止流加，继续发酵0.5-2h，得发酵液。
步骤3）过滤浓缩，将发酵液经过离心过滤，取上层清液，然后经过微滤膜过滤，然后将滤液过脱色罐脱色，将滤液进行蒸发浓缩至原溶液体积量的1/3-2/3。
步骤4）结晶，将浓缩液置于等电点罐中，降温至25℃，不断搅拌，流加硫酸，pH值至4.8；缓加硫酸，pH值小于4.5时加入晶种，搅拌速度降低至30转/分钟，起晶2-3小时，然后继续缓加硫酸，pH值至3.2，降温至8-10℃，育晶6-10小时；停止搅拌，沉淀2-4小时，过滤掉上层清液，得湿谷氨酸钠晶体。
步骤5）制备味精，将谷氨酸钠，或添加氯化钠，或添加氯化钠和硒化物，或添加氯化钠和碘化物，添加量为5%，10%，15%或20%，然后经脱色膜再次脱色，干燥得味精。
实施例2，一种利用甘薯制备味精的发酵方法，包括：
步骤1）制备发酵培养基，所述发酵培养基包括分开使用的发酵培养基A、发酵培养基B和发酵培养基C；
所述发酵培养基A包括（按质量比）：甘薯葡萄糖12%、甘薯半乳糖5%、尿素0.2%、硫酸亚铁0.02%、硫酸镁0.01%、硫酸钾0.02%、甘油0.02%、磷酸二氢钾0.15%、磷酸二氢氨0.05%和生物素0.05%，碳酸钠0.5%，其余为水；
发酵培养基B包括（按质量比）：氨水30%、苯丙氨酸0.5%和消泡剂0.2%；
发酵培养基C包括（按质量比）：甘薯葡萄糖20%、甘薯半乳糖8%、生物素0.15%、碳酸氢钠1.5%。
步骤2）发酵培养，将发酵培养基A灭菌，置于发酵罐中，通过硫酸和氢氧化钠调节pH值6.9-7.0，搅拌均匀，温度控制在32-33℃，接入谷氨酸钠棒杆菌种子液，接种量为5-10%，并开启搅拌装置和曝气装置，搅拌速率为60-220转/分钟，发酵8-12h；然后升温至34-36℃，流加发酵培养基B和发酵培养基C，让pH值保持在7.0-7.2，含量不小于0.65%，搅拌速率为180-400转/分钟，发酵24-28h，停止流加，继续发酵0.5-2h，总发酵时间为34-40h，得发酵液。
步骤3）过滤浓缩，将发酵液经过离心过滤，取上层清液，然后经过微滤膜过滤，然后将滤液过脱色罐脱色，将滤液进行蒸发浓缩至原溶液体积量的1/3。
步骤4）结晶，将浓缩液置于等电点罐中，降温至25℃，不断搅拌，流加硫酸，pH值至4.8；缓加硫酸，pH值小于4.5时加入晶种，搅拌速度降低至30转/分钟，起晶2-3小时，然后继续缓加硫酸，pH值至3.2，降温至4-8℃，育晶6-10小时；停止搅拌，沉淀2-4小时，过滤掉上层清液，得湿谷氨酸钠晶体。
步骤5）制备味精，将谷氨酸钠添加氯化钠和硒化物，添加量为5%然后经脱色膜再次脱色，干燥得味精。
所述过滤采用离心过滤，取上层清液，然后经过半框过滤机压滤，脱色罐中采用活性炭粉末吸附，然后微滤膜过滤，然后经过树脂柱二次脱色，至结晶透光率80%以上。
实施例3，根据图1-图3，一种利用甘薯制备味精的发酵装置包括发酵设备、过滤设备和结晶设备，其中发酵设备包括发酵罐1；所述发酵罐内设有搅拌轴7及上搅拌叶片8，发酵罐的侧壁内设有流通介质的夹层10；所述顶部通过管道分别与搅拌罐I2和搅拌罐II3连接；所述发酵罐的底部为锥形底12，并设有与锥形底贴近或贴合的曝气管13；所述发酵罐的内侧壁上设有竖向条板9。
所述搅拌罐I和搅拌罐II内设有搅拌装置和温控装置；所述搅拌罐I和搅拌罐II的管道上设有电磁阀4，管道伸入发酵罐后设有雾化喷头6，所述搅拌罐I和搅拌罐II上设有气压仓5。
所述曝气管13采用螺旋形或多组逐渐收窄的圆形，曝气管上设有橡胶膜片微孔，微孔直径为150-800μm。
所述搅拌轴7的底端设有下搅拌叶片11；所述下搅拌叶片伸入锥形底12内，下搅拌叶片底边呈倾斜边，与曝气管上表面相贴近。
罐体底部的锥形结构目前属于搅拌死角，容易沉淀聚集，现有技术中通过曝气盘的气泡和搅拌叶片带动的水流无法完全带动此地域较好的流动和翻滚。将曝气盘设成曝气管，并与罐体底部的锥形结构相贴合或贴近，给搅拌叶片的伸入留出空间，从而避免死角出现。
实施例4，本申请实施例2与现有技术各指标对比，见表1。
表1
| 培养基量 | 动力成本 | 结晶量 | 结晶率 | 杂质含量 | 废液产生量 | |
| 实验组 | 1000Kg | 150元 | 270Kg | 89% | ≤1% | 290Kg |
| 对照组 | 1000Kg | 232元 | 205Kg | 85% | 3.3% | 350Kg |
经过对比，和现有技术同时1000Kg培养基进行发酵，本申请动力成本节省82元，由于本申请配伍更加合理，并且搅拌均匀、发酵更完全，所以本申请结晶量增加了65kg，结晶率上升了4个百分点，杂质含量降低了至少2个百分点，并且产生的废液减少60Kg，对于后期的处理降低压力。
实施例5，本申请实施例2的结晶产品与现有技术各指标对比，见表2。
表2
| 结晶量 | 透光率 | 结晶完整度 | 杂质含量 | 消耗原材料 | |
| 实验组 | 100Kg | 83.5% | 98% | 0.35% | 340Kg |
| 对照组 | 100Kg | 77.6% | 94% | 3.3% | 385Kg |
经过对比，和现有技术同时生产100Kg产品，本申请透光率高于83%，对比文件则小于78%，纯洁度更高，本申请杂质含量降低了大约3个百分点，消耗原材料减少45Kg。
以上列举的仅是本发明的最佳具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种利用甘薯制备味精的发酵方法，其特征是，它包括如下步骤：
步骤1）制备发酵培养基，步骤2）发酵培养，步骤3）过滤浓缩，步骤4）结晶，步骤5）制备味精。
2.根据权利要求1所述的一种利用甘薯制备味精的发酵方法，其特征是，包括步骤1）制备发酵培养基，所述发酵培养基包括分开使用的发酵培养基A、发酵培养基B和发酵培养基C；
所述发酵培养基A包括（按质量比）：甘薯葡萄糖15%、甘薯半乳糖2.5%、尿素0.2%、硫酸亚铁0.02%、硫酸镁0.01%、硫酸钾0.02%、聚醚改性硅油0.02%、磷酸二氢钾0.15%、磷酸二氢氨0.05%和生物素0.05%，碳酸氢钠0.5%，其余为水；
发酵培养基B包括（按质量比）：尿素11.5%、苯丙氨酸0.5%和消泡剂0.2%；
发酵培养基C包括（按质量比）：甘薯葡萄糖25%、甘薯半乳糖4.5%、生物素0.15%、碳酸氢钠1.5%；
步骤2）发酵培养，将发酵培养基A灭菌，置于发酵罐中，通过硫酸和氢氧化钠调节pH值6.9-7.0，搅拌均匀，温度控制在32-33℃，接入谷氨酸钠棒杆菌种子液，并开启搅拌装置和曝气装置，发酵8-12h；然后升温至33-35℃，流加发酵培养基B和发酵培养基C，让pH值保持在7.0-7.2，糖含量不小于0.65%，发酵24-28h，停止流加，继续发酵0.5-2h，得发酵液；
步骤3）过滤浓缩，将发酵液经过离心过滤，取上层清液，然后经过微滤膜过滤，然后将滤液过脱色罐脱色，将滤液进行蒸发浓缩至原溶液体积量的1/3-2/3；
步骤4）结晶，将浓缩液置于等电点罐中，降温至25℃，不断搅拌，流加硫酸，pH值至4.8；缓加硫酸，pH值小于4.5时加入晶种，搅拌速度降低至30转/分钟，起晶2-3小时，然后继续缓加硫酸，pH值至3.2，降温至8-10℃，育晶6-10小时；停止搅拌，沉淀2-4小时，过滤掉上层清液，得湿谷氨酸钠晶体；
步骤5）制备味精，将谷氨酸钠，或添加氯化钠，或添加氯化钠和硒化物，或添加氯化钠和碘化物，添加量为5%，10%，15%或20%，然后经脱色膜再次脱色，干燥得味精。
3.根据权利要求1所述的一种利用甘薯制备味精的发酵方法及装置，其特征是，一种利用甘薯制备味精的发酵方法，包括：
步骤1）制备发酵培养基，所述发酵培养基包括分开使用的发酵培养基A、发酵培养基B和发酵培养基C；
所述发酵培养基A包括（按质量比）：甘薯葡萄糖12%、甘薯半乳糖5%、尿素0.2%、硫酸亚铁0.02%、硫酸镁0.01%、硫酸钾0.02%、甘油0.02%、磷酸二氢钾0.15%、磷酸二氢氨0.05%和生物素0.05%，碳酸钠0.5%，其余为水；
发酵培养基B包括（按质量比）：氨水30%、苯丙氨酸0.5%和消泡剂0.2%；
发酵培养基C包括（按质量比）：甘薯葡萄糖20%、甘薯半乳糖8%、生物素0.15%、碳酸氢钠1.5%；
步骤2）发酵培养，将发酵培养基A灭菌，置于发酵罐中，通过硫酸和氢氧化钠调节pH值6.9-7.0，搅拌均匀，温度控制在32-33℃，接入谷氨酸钠棒杆菌种子液，接种量为5-10%，并开启搅拌装置和曝气装置，搅拌速率为60-220转/分钟，发酵8-12h；然后升温至34-36℃，流加发酵培养基B和发酵培养基C，让pH值保持在7.0-7.2，含量不小于0.65%，搅拌速率为180-400转/分钟，发酵24-28h，停止流加，继续发酵0.5-2h，总发酵时间为34-40h，得发酵液；
步骤3）过滤浓缩，将发酵液经过离心过滤，取上层清液，然后经过微滤膜过滤，然后将滤液过脱色罐脱色，将滤液进行蒸发浓缩至原溶液体积量的1/3；
步骤4）结晶，将浓缩液置于等电点罐中，降温至25℃，不断搅拌，流加硫酸，pH值至4.8；缓加硫酸，pH值小于4.5时加入晶种，搅拌速度降低至30转/分钟，起晶2-3小时，然后继续缓加硫酸，pH值至3.2，降温至4-8℃，育晶6-10小时；停止搅拌，沉淀2-4小时，过滤掉上层清液，得湿谷氨酸钠晶体；
步骤5）制备味精，将谷氨酸钠添加氯化钠和硒化物，添加量为5%然后经脱色膜再次脱色，干燥得味精。
4.根据权利要求2或3所述的一种利用甘薯制备味精的发酵方法，其特征是，所述过滤采用离心过滤，取上层清液，然后经过半框过滤机压滤，脱色罐中采用活性炭粉末吸附，然后微滤膜过滤，然后经过树脂柱二次脱色，至结晶透光率80%以上。
5.根据权利要求1所述的一种利用甘薯制备味精的发酵方法，其特征在于，所述发酵罐内设有搅拌轴及上搅拌叶片，发酵罐的侧壁内设有流通介质的夹层；所述发酵罐顶部通过管道分别与搅拌罐I和搅拌罐II连接；所述发酵罐的底部为锥形底，并设有与锥形底贴近或贴合的曝气管；所述发酵罐的内侧壁上设有竖向条板。
6.根据权利要求5所述的一种利用甘薯制备味精的发酵装置，其特征是，所述搅拌罐I和搅拌罐II内设有搅拌装置和温控装置；所述搅拌罐I和搅拌罐II的管道上设有电磁阀，管道伸入发酵罐后设有雾化喷头，所述搅拌罐I和搅拌罐II上设有气压仓。
7.根据权利要求5所述的一种利用甘薯制备味精的发酵装置，其特征是，所述曝气管采用螺旋形或多组逐渐收窄的圆形，曝气管上设有橡胶膜片微孔，微孔直径为150-800μm。
8.根据权利要求5所述的一种利用甘薯制备味精的发酵装置，其特征是，所述搅拌轴的底端设有下搅拌叶片；所述下搅拌叶片伸入锥形底内，下搅拌叶片底边呈倾斜边，与曝气管上表面相贴近。
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