谷氨酸等電結(jié)晶工藝的探討

趙蘭坤，董吉子，李樹標(biāo)

（1.寶雞阜豐生物科技有限公司，陜西 寶雞 721013；2.山東阜豐發(fā)酵有限公司，山東 莒南 276600；3.呼倫貝爾東北阜豐生物科技有限公司，內(nèi)蒙古自治區(qū) 扎蘭屯 162650）

谷氨酸，作為味精的生產(chǎn)原料，近幾年產(chǎn)量逐年遞增，企業(yè)在追求利潤的同時為了增創(chuàng)收益，不斷降低成本，減少水、電、汽等能源的消耗。綜合考慮生產(chǎn)成本、產(chǎn)品質(zhì)量和設(shè)備投資等多方面因素，靠優(yōu)化工藝及設(shè)備的創(chuàng)新改進(jìn)水平來提高各率值已經(jīng)很難進(jìn)一步上升。目前，發(fā)酵工業(yè)，最應(yīng)引起注重的是從根本出發(fā)，研究其本質(zhì)，究其根源進(jìn)行探索，發(fā)現(xiàn)并提出創(chuàng)新，來提高自身收益。因此從谷氨酸的等電結(jié)晶原理入手，對其工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，對影響晶體質(zhì)量的幾種因素進(jìn)行探索。

1 晶型對結(jié)晶收率的影響

晶體是有一定幾何形狀，一定顏色的固體。晶體上的物質(zhì)質(zhì)點(diǎn)貯存的能量最小 （對比與其他狀態(tài)），質(zhì)點(diǎn)只能在晶體上的一定位置振動，而且振動的平均位置不變，保持晶格不被破壞，因此，晶體是一種穩(wěn)定的固體狀態(tài)。谷氨酸工業(yè)結(jié)晶過程中，控制合理的調(diào)酸速率、結(jié)晶溫度及晶種添加，是實(shí)現(xiàn)高提取收率、高結(jié)晶質(zhì)量的關(guān)鍵。

谷氨酸結(jié)晶的兩種形態(tài)α-Glu和β-Glu中β晶型是相對穩(wěn)定的形態(tài)，在純的谷氨酸體系中，液相運(yùn)動中的谷氨酸分子形成β晶型時會釋放出比形成α晶型更多的能量，因此β晶型更穩(wěn)定。但β晶型的溶解度也較低，結(jié)晶細(xì)小，密度小，表面較容易粘連雜質(zhì)，不易與固相分離，因此，等電工藝過程中，要避免出現(xiàn)β晶型，而α晶型顆粒粗壯，密度大，純度高，容易與固相分離，因而，等電提取的最終目的是α晶型谷氨酸顆粒。α晶型是能量尚未釋放完全的過渡晶體形態(tài)，它的不穩(wěn)定會導(dǎo)致溶液中α晶型直接向β晶型的轉(zhuǎn)變，由于此過程不消耗任何試劑，因此，對α晶型進(jìn)行轉(zhuǎn)變?yōu)棣戮凸劝彼幔梢詫⒌入娋w的雜質(zhì)去除，得到純度更高的谷氨酸晶體。此種方法為目前最為常見的技術(shù)手段。

2 對影響成晶的因素分析

谷氨酸結(jié)晶過程主要通過pH及降溫兩個參數(shù)調(diào)節(jié)過飽和度進(jìn)行結(jié)晶，合理控制調(diào)酸速率、適時添加晶種及合理調(diào)整降溫速率能夠很好的控制晶體質(zhì)量。連續(xù)結(jié)晶過程中谷氨酸結(jié)晶的過飽和度、晶漿懸浮密度和溫度等因素對谷氨酸結(jié)晶也有一定的影響，有實(shí)驗(yàn)表明，溫度在30℃下，連續(xù)結(jié)晶過程的停留時間為12 h、進(jìn)料濃度為8%、晶漿懸浮密度為15%時得到的谷氨酸晶體質(zhì)量相對較好。研究表明，根據(jù)等電調(diào)節(jié)過程中溶液過飽和度的變化程度不同而進(jìn)行不同的pH調(diào)節(jié)以及采用在湍流區(qū)不斷補(bǔ)加料液的方式對谷氨酸的結(jié)晶效果較為有利，同時在能夠抑制β型晶體產(chǎn)生條件下，適當(dāng)提高結(jié)晶溫度有利于提高晶體的顆粒大小并且晶體較規(guī)則、均一性較強(qiáng)。如果加酸速度恰好使等電點(diǎn)的谷氨酸分子量滿足加入晶種表面生長速率所需的谷氨酸分子量，則所成晶體將主要是晶種在介穩(wěn)區(qū)內(nèi)逐漸生長而成的最終產(chǎn)品。攪拌強(qiáng)度對結(jié)晶也有很大影響，攪拌效果較差時，出現(xiàn)的β-型晶體較多，晶體平均粒徑隨著攪拌強(qiáng)度和攪拌時間的增加而呈減小趨勢。較小的攪拌強(qiáng)度和較快的加酸速度均會使晶體的聚結(jié)程度加大，降低產(chǎn)品的外觀和質(zhì)量。如果加酸速度過快或者攪拌不均一，導(dǎo)致局部pH過低，那么結(jié)晶將處于不穩(wěn)定區(qū)，從而產(chǎn)生更多的新晶核，所形成晶型顆粒大小不均一，甚至?xí)笑戮w出現(xiàn)。

3 等電過程中雜菌對收率的影響

保證發(fā)酵液在豐產(chǎn)的同時能夠豐收，不僅發(fā)酵過程要控制雜菌的生長，提取過程更是要提高對雜菌的警惕性，防止雜菌趁機(jī)繁殖，降低成品收率。在連續(xù)等電過程中，很容易出現(xiàn)結(jié)晶罐的染菌現(xiàn)象。有研究對從污染了雜菌的連續(xù)等電結(jié)晶罐中分離得到的野生酵母菌株進(jìn)行了初步鑒定，結(jié)果表明，該酵母屬于假絲酵母屬。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，該假絲酵母的增殖會隨等電調(diào)節(jié)過程pH值的下降而逐步受到抑制，但依靠維持低pH并不能有效地防治其污染，溫度對該假絲酵母生長的影響較顯著，超過50℃時其生長就會明顯受到抑制，但是較高的溫度對谷氨酸的提取是不利的。通過調(diào)節(jié)連續(xù)結(jié)晶過程的停留時間，使其小于該假絲酵母的倍增時間9～12 h時，該假絲酵母的比生長速率就會小于臨界稀釋速率，在連續(xù)結(jié)晶過程中逐漸被洗脫出結(jié)晶罐，從而可以防治其在谷氨酸結(jié)晶過程中的污染。

生產(chǎn)過程中要嚴(yán)格控制雜菌數(shù)目，抑制雜菌的生長，加強(qiáng)空間菌落普查，對空間進(jìn)行定期有效的消毒等等都是行之有效的措施。

隨著谷氨酸行業(yè)產(chǎn)量的擴(kuò)大和發(fā)酵水平的不斷提高，積極探索生產(chǎn)原理，從根本源頭積極創(chuàng)新、節(jié)能降耗，才能更有利占有市場，力爭創(chuàng)造國家利益與企業(yè)利益的雙贏。