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谷氨酸连续等电结晶的基础研究及过程优化与污染控制

作　者: 吴德京
导　师: 毛忠贵
学　校: 江南大学
专　业: 发酵工程
关键词: 谷氨酸连续结晶粒度分布动力学方程野生酵母
分类号: TS264.23
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

我国味精行业的谷氨酸提取目前大多采用间歇等电结晶工艺,但是该工艺存在两个明显的缺陷:一是结晶过程过饱和度不易控制,容易产生较多细晶,并且每批产品质量不稳定;二是不能有效应对越来越高的产酸浓度。本课题主要围绕谷氨酸连续等电结晶过程进行了工艺优化,希望对工业生产提供一定的理论指导。研究了结晶过程中不同的pH调节模式、料液流加方式、温度、搅拌强度对谷氨酸晶体粒径和粒度分布的影响,并探讨了不同操作条件对晶体聚结度的影响机理,为连续结晶工艺优化做基础研究。研究表明,针对等电调节过程溶液过饱和度变化程度不同而进行优化的pH调节模式和采用在湍流区加料方式对谷氨酸的结晶效果较为有利;在能够抑制β-型晶体产生条件下,适当提高结晶温度有利于提高晶体的粒径及其均匀性。搅拌强度在Re小于300时,由于混合效果较差导致有β-型晶体的出现,Re大于600时,晶体平均粒径随着搅拌强度和搅拌时间的增加而呈减小趋势。较小的搅拌强度和较快的加酸速度均会使晶体的聚结程度加大,降低产品的外观和质量。比较了优化后的新型连续结晶器和常规连续结晶器的结晶效果,并对连续等电结晶过程中的停留时间、进料浓度和晶浆悬浮密度的工艺条件进行了优化,同时建立了连续结晶过程中的成核及生长动力学方程。实验表明,优化后的结晶器明显提高了晶体的粒径并改善了晶体粒度分布;在30℃下,连续结晶过程的停留时间为12h、进料浓度为8%、晶浆悬浮密度为15%时得到的谷氨酸晶体质量相对较好。连续结晶过程中得到的谷氨酸,该方程从机理上解释了结晶过程中过饱和度、晶浆悬浮密度和温度等因素对谷氨酸结晶的影响,从而为谷氨酸结晶过程的工艺控制提供了较好的理论依据。对从污染了杂菌的连续等电结晶罐中分离得到的野生酵母菌株进行了初步鉴定,结果表明该酵母属于假丝酵母属。实验通过对该假丝酵母生长特性的研究,探寻了防治其污染的潜在途径。实验发现,该假丝酵母的增殖会随等电调节过程pH值的下降而逐步受到抑制,但依靠维持低pH并不能有效地防治其污染;温度对该假丝酵母生长的影响较显著,超过50℃时其生长就会明显受到抑制,但是较高的温度对谷氨酸的提取是不利的;通过调节连续结晶过程的停留时间,使其小于该假丝酵母的倍增时间9.12h时,该假丝酵母的比生长速率就会小于临界稀释速率,在连续结晶过程中逐渐被洗脱出结晶罐,从而可以防治其在谷氨酸结晶过程中的污染,保证发酵液在丰产的同时能够丰收。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章绪论  8-16
  1.1 谷氨酸概述  8-9
    1.1.1 谷氨酸性质简介  8
    1.1.2 谷氨酸的多晶型现象  8-9
    1.1.3 谷氨酸的用途  9
  1.2 结晶过程与理论  9-12
    1.2.1 结晶过程  9-10
    1.2.2 结晶理论  10-12
  1.3 谷氨酸提取技术简介  12-14
    1.3.1 等电离交提取工艺  12
    1.3.2 浓缩等电加转晶提取工艺  12-13
    1.3.3 双结晶高效提取工艺  13-14
  1.4 本课题的研究意义与内容  14-16
    1.4.1 课题研究意义  14-15
    1.4.2 课题研究内容  15-16
第二章材料与方法  16-24
  2.1 实验材料与仪器  16
    2.1.1 材料  16
    2.1.2 仪器  16
  2.2 测定方法  16-19
    2.2.1 谷氨酸含量测定  16-17
    2.2.2 晶体显微摄影的预处理方法及粒度分布的测定方法  17
    2.2.3 晶体聚结度的测定方法  17-18
    2.2.4 蠕动泵转速与料液流量关系的测定方法  18
    2.2.5 菌株形态学特征的鉴定方法  18
    2.2.6 生理生化特征实验  18
    2.2.7 菌体生长的测定方法  18
    2.2.8 谷氨酸发酵液和等电母液的除菌方法  18-19
  2.3 实验方法  19-24
    2.3.1 L-谷氨酸结晶工艺优化实验方法  19-21
    2.3.2 L-谷氨酸连续结晶过程优化的实验方法  21-24
第三章结果与讨论  24-50
  3.1 谷氨酸等电结晶工艺的基础研究  24-35
    3.1.1 不同 pH 调节模式对谷氨酸结晶的影响  24-25
    3.1.2 不同加料方式对谷氨酸结晶的影响  25-27
    3.1.3 温度对谷氨酸结晶的影响  27-28
    3.1.4 不同搅拌强度对谷氨酸结晶的影响  28-32
    3.1.5 结晶操作条件对谷氨酸结晶聚结度的影响  32-34
    3.1.6 小结  34-35
  3.2 谷氨酸连续结晶过程的优化  35-43
    3.2.1 优化后的连续结晶器与常规连续结晶器的结晶效果比较  35-36
    3.2.2 停留时间对谷氨酸连续结晶的影响  36-38
    3.2.3 进料浓度对谷氨酸连续结晶的影响  38-39
    3.2.4 晶浆悬浮浓度对谷氨酸连续结晶的影响  39
    3.2.5 连续结晶过程动力学方程的建立  39-41
    3.2.6 小结  41-43
  3.3 谷氨酸连续结晶中主要污染微生物野生酵母的鉴定与防治  43-50
    3.3.1 野生酵母的鉴定  43-44
    3.3.2 野生酵母生长特性的研究  44-49
    3.3.3 防治连续等电结晶过程该野生酵母污染的措施  49
    3.3.4 小结  49-50
主要结论与展望  50-51
致谢  51-52
参考文献  52-56
附录 1:豆粕水解液中游离氨基酸的组成  56-57
附录 2:作者在攻读硕士学位期间发表的论文  57

谷氨酸连续等电结晶的基础研究及过程优化与污染控制

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