المدونة

إنتاج الحديث الغلوتامات أحادية الصوديوم (MSG)يعتمد إنتاج حمض الجلوتاميك الصوديوم (L-glutamic acid) بشكل رئيسي على التخمير الميكروبي (الذي يمثل أكثر من 90% منه عالميًا). تتميز هذه العملية، التي تم تحسينها على مدى عقود، بكفاءة عالية وتكلفة منخفضة ونقاء عالٍ. يمكن تقسيم العملية بأكملها إلى أربع مراحل رئيسية، لكل منها أهداف تقنية واضحة وتفاصيل تشغيلية:

1. المعالجة المسبقة للمواد الخام: تحويل "النشا" إلى "سكر" يمكن للكائنات الحية الدقيقة استهلاكه

لا تستطيع الكائنات الدقيقة، مثل بكتيريا كورينيباكتيريوم غلوتاميك، الاستفادة من النشا مباشرةً، بل تحتاج إلى تحويله إلى سكريات أحادية (جلوكوز)، وهي الخطوة الأساسية في عملية التخمير. المادة الخام الرئيسية هي نشا الذرة (متوفر على نطاق واسع وبسعر منخفض؛ كما يمكن استخدام الأرز وقصب السكر، إلخ).

تحضير وتسييل الملاط: يُخلط نشا الذرة مع الماء بنسبة 1:3 تقريبًا لتكوين "ملاط نشا" بتركيز 30%-35%. يُضاف إنزيم ألفا أميليز (مستحضر إنزيمي بيولوجي) ويُحرَّك عند درجة حرارة 80-100 درجة مئوية لمدة 30-60 دقيقة لتفكيك سلاسل النشا الطويلة إلى عديدات سكاريد قصيرة السلسلة (دكسترين)، للحصول على "سائل مُسال" (عند هذه النقطة، يصبح السائل صافيًا من العكر).

التحلل السكري: تبريد السائل المسال إلى 55-60 درجة مئوية وإضافة إنزيمات التحلل السكري، ومواصلة التفاعل لمدة 12-24 ساعة لتحلل الدكسترين بالكامل إلى جلوكوز (أحادي السكاريد)، وتشكيل "سائل متحلل بالسكر"؛

التكرير: إزالة بقايا النشا غير المهضومة من خلال الترشيح باللوحة والإطار، ثم استخدام الكربون النشط لامتصاص الصبغات وراتينج التبادل الأيوني لإزالة أيونات الشوائب (مثل أيونات الكالسيوم والمغنيسيوم)، والحصول في النهاية على "سائل الجلوكوز المكرر" (مع تركيز الجلوكوز بنسبة 15٪ -20٪، ونقاء عالي، وعدم وجود تدخل من الشوائب).

2. زراعة السلالة والتخمير الرئيسي: دع الكائنات الحية الدقيقة "تنتج" حمض الجلوتاميك

هذه هي المرحلة الأساسية لإنتاج MSG - باستخدام "بكتيريا Corynebacterium glutamicum عالية الغلة" المختارة والمزروعة (سلالة آمنة لا تسبب الأمراض) لتحويل الجلوكوز إلى حمض الجلوتاميك، مع التحكم الدقيق في الظروف البيئية:

ثقافة تنشيط الضغط والتوسع:

أولاً، يتم أخذ Corynebacterium glutamicum المجمدة من مكتبة السلالات وتطعيمها على "وسط مائل" (يحتوي على الجلوكوز والببتون وما إلى ذلك للتغذية) وزراعتها في حاضنة ذات درجة حرارة ثابتة تتراوح بين 30 و32 درجة مئوية لمدة 24 إلى 48 ساعة لاستعادة نشاط السلالة؛

ثم انقل السلالة المنشطة إلى "خزان البذور" (خزان تخمير صغير)، وأدخل الهواء المعقم، وحافظ على درجة حرارة 30-32 درجة مئوية، وقم بالزراعة لمدة 8-12 ساعة لزيادة عدد البكتيريا إلى 10⁸-10⁹ خلية لكل مليلتر، لتشكيل "سائل البذور" (ضمان وجود "بكتيريا إنتاج" كافية للتخمير اللاحق)؛

التخمير الرئيسي:

نقل سائل البذور إلى خزان تخمير كبير (بسعة عشرات الأمتار المكعبة)، وإضافة سائل الجلوكوز المكرر، واليوريا (لمصدر النيتروجين)، والفوسفات (لتنظيم عملية التمثيل الغذائي)، ومحاليل المغذيات الأخرى إلى الخزان؛

التحكم في المعايير الرئيسية طوال العملية: درجة الحرارة 30-34 درجة مئوية (درجة الحرارة المثالية لنمو البكتيريا)، درجة الحموضة 6.5-7.0 (يتم تنظيمها باستخدام اليوريا لضمان تخليق حمض الجلوتاميك)، وإدخال الهواء المعقم بشكل مستمر (لتجنب نقص الأكسجين الذي يؤدي إلى اضطرابات التمثيل الغذائي وعدم إنتاج حمض الجلوتاميك)؛

بعد ٣٠-٤٠ ساعة من التخمير، يمكن أن يصل تركيز حمض الجلوتاميك في سائل التخمير إلى ١٠٠-١٥٠ جم/لتر. عند هذه النقطة، يُوقف التخمير للحصول على "سائل التخمير" المحتوي على حمض الجلوتاميك.

3. التنقية والتحييد: من حمض الجلوتاميك إلى الغلوتامات أحادية الصوديوم

يحتوي سائل التخمير ليس فقط على حمض الجلوتاميك ولكن أيضًا على الخلايا البكتيرية والسكر المتبقي وأيونات الشوائب، والتي تحتاج إلى تنقيتها من خلال خطوات متعددة ثم تتفاعل مع القلويات لتوليد الغلوتامات أحادية الصوديوم (المكون الفعال في MSG):

المعالجة المسبقة لسائل التخمير: يُسخّن سائل التخمير إلى 80-90 درجة مئوية لتفكيك الخلايا البكتيرية وتجميدها، ثم تُزال بقايا الخلايا بالطرد المركزي أو الترشيح بالصفائح والإطارات للحصول على "سائل حمض الجلوتاميك الصافي". استخلاص حمض الجلوتاميك (التبلور بالنقطة التساوي الكهربي): يُضاف حمض الكبريتيك (أو حمض الهيدروكلوريك) إلى السائل الصافي لضبط قيمة الرقم الهيدروجيني إلى 3.22 (وهي النقطة التساوي الكهربي لحمض الجلوتاميك، والتي تكون عندها ذائبيته في أدنى مستوياتها)، ثم يُبرّد إلى درجة حرارة تتراوح بين 5 و10 درجات مئوية. يترسب حمض الجلوتاميك على شكل بلورات بيضاء، يمكن فصلها بالطرد المركزي للحصول على "بلورات حمض الجلوتاميك الخام". تُذاب البلورات الخام في الماء الساخن، وتُكرّر عملية التبلور بالنقطة التساوي الكهربي مرة أو مرتين للحصول على "حمض جلوتاميك عالي النقاء" بنقاء ≥98%.

تفاعل المعادلة: يُذاب حمض الجلوتاميك عالي النقاء في الماء الساخن، ثم يُضاف محلول هيدروكسيد الصوديوم (أو كربونات الصوديوم) تدريجيًا عند درجة حرارة 60-70 درجة مئوية لضبط قيمة الرقم الهيدروجيني (pH) إلى 6.5-7.0 (متعادل). ويحدث التفاعل: حمض الجلوتاميك + هيدروكسيد الصوديوم ← غلوتامات الصوديوم + ماء. بعد التفاعل، يُحصل على "محلول غلوتامات الصوديوم"، الذي يُزال لونه بالكربون المنشط، ويُزال ملوحته باستخدام راتنج التبادل الأيوني لإزالة الشوائب المتبقية.

4. التركيز والتبلور والتجفيف: إنتاج الغلوتامات أحادية الصوديوم النهائية

وأخيرا، يتم تحويل محلول الغلوتامات الصوديوم إلى بلورات صلبة من خلال الوسائل الفيزيائية ومعالجته إلى الشكل التجاري:

تركيز الفراغ: يتم إرسال محلول الغلوتامات الصوديوم المكرر إلى خزان تركيز الفراغ ويتم تسخينه عند درجة حرارة 60-70 درجة مئوية لتبخير الماء (لتجنب تدمير المكونات بدرجات حرارة عالية)، حتى يصل تركيز المحلول إلى 30-35 درجة مئوية (درجة بوميه، مؤشر التركيز).

التبلور: انقل المحلول المركز إلى خزان التبلور، ثم برّده ببطء إلى درجة حرارة تتراوح بين ٢٠ و٣٠ درجة مئوية. سيترسب غلوتامات الصوديوم تدريجيًا على شكل بلورات منتظمة، ويمكن فصلها بالطرد المركزي للحصول على "بلورات غلوتامات أحادية الصوديوم رطبة" (بنسبة رطوبة تبلغ حوالي ١٠٪).

التجفيف والتعبئة: تُرسل البلورات الرطبة إلى مجفف سرير مُميّع وتُجفف عند درجة حرارة 60-80 درجة مئوية حتى تصل نسبة الرطوبة إلى ≤ 0.5% للحصول على "بلورات غلوتامات أحادية الصوديوم جافة". بعد ذلك، يُتحكم في حجم الجسيمات من خلال الغربلة (مثل 8-12 شبكة شائعة، 20-40 شبكة)، وأخيرًا، يُعبأ بطريقة معقمة لإنتاج غلوتامات أحادية الصوديوم في أكياس أو زجاجات متوفرة في السوق.

الملحق: العملية التقليدية التي تم التخلص منها تدريجيًا

قبل شيوع التخمير الميكروبي (1909-1960)، كان يُنتج غلوتامات أحادي الصوديوم بشكل رئيسي عن طريق تحليل البروتينات النباتية: تحليل جلوتين القمح وبروتين الصويا باستخدام حمض الهيدروكلوريك المركز لاستخلاص حمض الجلوتاميك. إلا أن هذه العملية كانت مكلفة (لأن البروتينات النباتية كانت باهظة الثمن)، وملوثة للغاية (لصعوبة معالجة سائل الحمض الناتج)، وكانت نقاوتها منخفضة (80%-90% فقط). لذلك، استُبدلت تدريجيًا بطريقة التخمير بعد ستينيات القرن الماضي..