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La producción de productos modernos glutamato monosódico (GMS)La fermentación microbiana, cuyo componente principal es el ácido L-glutámico sódico, está dominada por este proceso (que representa más del 90 % a nivel mundial). Este proceso, optimizado durante décadas, ofrece las ventajas de alta eficiencia, bajo costo y alta pureza. El proceso completo se divide en cuatro etapas principales, cada una con objetivos técnicos y detalles operativos bien definidos:

1. Pretratamiento de la materia prima: Convertir el almidón en azúcar que los microorganismos puedan consumir.

Los microorganismos, como Corynebacterium glutamicum, no pueden utilizar directamente el almidón y necesitan convertirlo en monosacáridos (glucosa), que es el paso fundamental de la fermentación. La principal materia prima es el almidón de maíz (ampliamente disponible y de bajo costo; también se puede utilizar arroz, caña de azúcar, etc.):

Preparación y licuefacción de la suspensión: Mezcle almidón de maíz con agua en una proporción aproximada de 1:3 para formar una "suspensión de almidón" con una concentración del 30% al 35%. Agregue α-amilasa (una preparación enzimática biológica) y agite a 80-100 °C durante 30-60 minutos para descomponer las largas cadenas de almidón en polisacáridos de cadena corta (dextrina), obteniendo un "líquido licuado" (en este punto, el líquido pasa de turbio a transparente);

Sacarificación: Enfriar el líquido licuado a 55-60 °C y añadir enzimas sacarificantes, continuando la reacción durante 12-24 horas para descomponer completamente la dextrina en glucosa (monosacárido), formando un "líquido sacarificado";

Refinamiento: Se eliminan los residuos de almidón no digeridos mediante filtración por placas y marcos, luego se utiliza carbón activado para adsorber los pigmentos y resina de intercambio iónico para eliminar los iones de impurezas (como los iones de calcio y magnesio), obteniendo finalmente "glucosa líquida refinada" (con una concentración de glucosa del 15% al ​​20%, alta pureza y sin interferencia de impurezas).

2. Cultivo de la cepa y fermentación principal: Dejar que los microorganismos "produzcan" ácido glutámico.

Esta es la etapa central de la producción de MSG: se utiliza una cepa seleccionada y cultivada de "Corynebacterium glutamicum de alto rendimiento" (una cepa segura y no patógena) para metabolizar la glucosa en ácido glutámico, con un control preciso de las condiciones ambientales:

Cultivo de activación y expansión de cepas:

Primero, tome Corynebacterium glutamicum congelado de la biblioteca de cepas e inocúlelo en un "medio inclinado" (que contenga glucosa, peptona, etc. para su nutrición) y cultívelo en una incubadora de temperatura constante a 30-32 °C durante 24-48 horas para restaurar la actividad de la cepa;

Luego, transfiera la cepa activada a un "tanque de siembra" (un pequeño tanque de fermentación), introduzca aire estéril, mantenga una temperatura de 30-32 °C y cultívela durante 8-12 horas para aumentar el recuento bacteriano a 10⁸-10⁹ células por mililitro, formando un "líquido de siembra" (lo que garantiza suficientes "bacterias de producción" para la fermentación posterior);

Fermentación principal:

Transfiera el líquido de las semillas a un tanque de fermentación grande (con una capacidad de decenas de metros cúbicos) y agregue glucosa líquida refinada, urea (como fuente de nitrógeno), fosfato (para regular el metabolismo) y otras soluciones nutritivas al tanque;

Controlar los parámetros clave durante todo el proceso: temperatura de 30-34 °C (la temperatura óptima de crecimiento para las bacterias), pH de 6,5-7,0 (regulado con urea para asegurar la síntesis de ácido glutámico) e introducir continuamente aire estéril (para evitar la deficiencia de oxígeno que conduce a trastornos metabólicos y a la falta de producción de ácido glutámico);

Tras 30-40 horas de fermentación, la concentración de ácido glutámico en el líquido de fermentación puede alcanzar los 100-150 g/L. En este punto, se debe finalizar la fermentación para obtener el "líquido de fermentación" que contiene ácido glutámico.

3. Purificación y neutralización: Del ácido glutámico al glutamato monosódico

El líquido de fermentación contiene no solo ácido glutámico, sino también células bacterianas, azúcar residual e iones de impurezas, que deben purificarse mediante múltiples pasos y luego reaccionar con un álcali para generar glutamato monosódico (el componente efectivo del MSG):

Pretratamiento del líquido de fermentación: Calentar el líquido de fermentación a 80-90 °C para desnaturalizar y solidificar las células bacterianas, luego eliminar los residuos celulares mediante centrifugación o filtración en placa y marco para obtener "ácido glutámico líquido claro"; Extracción de ácido glutámico (cristalización del punto isoeléctrico): Agregar ácido sulfúrico (o ácido clorhídrico) al líquido claro para ajustar el valor de pH a 3,22 (el punto isoeléctrico del ácido glutámico, donde la solubilidad del ácido glutámico es mínima), luego enfriarlo a 5-10 °C. El ácido glutámico precipitará en forma de cristales blancos, que se pueden separar por centrifugación para obtener "cristales de ácido glutámico crudo". Disolver los cristales crudos en agua caliente y repetir la cristalización del punto isoeléctrico 1-2 veces para obtener "ácido glutámico de alta pureza" con una pureza ≥98 %.

Reacción de neutralización: Disuelva el ácido glutámico de alta pureza en agua caliente y añada lentamente una solución de hidróxido de sodio (o carbonato de sodio) a 60-70 °C para ajustar el pH a 6,5-7,0 (neutro). La reacción es la siguiente: ácido glutámico + hidróxido de sodio → glutamato de sodio + agua. Tras la reacción, se obtiene una solución de glutamato de sodio, que posteriormente se decolora con carbón activado y se desaliniza con resina de intercambio iónico para eliminar las impurezas residuales.

4. Concentración, cristalización y secado: Producción de glutamato monosódico terminado.

Finalmente, la solución de glutamato de sodio se convierte en cristales sólidos mediante métodos físicos y se procesa para su comercialización:

Concentración al vacío: La solución refinada de glutamato de sodio se envía a un tanque de concentración al vacío y se calienta a 60-70 ℃ para evaporar el agua (para evitar que las altas temperaturas destruyan los componentes), hasta que la concentración de la solución alcance los 30-35 °Bé (grado Baumé, un indicador de concentración).

Cristalización: Transfiera la solución concentrada a un tanque de cristalización y enfríela lentamente a 20-30 ℃. El glutamato de sodio precipitará gradualmente en forma de cristales regulares, que pueden separarse por centrifugación para obtener "cristales húmedos de glutamato monosódico" (con un contenido de humedad de aproximadamente el 10 %).

Secado y envasado: Los cristales húmedos se envían a un secador de lecho fluidizado y se secan a 60-80 °C hasta que el contenido de humedad sea ≤0,5 % para obtener "cristales secos de glutamato monosódico". A continuación, se controla el tamaño de partícula mediante tamizado (por ejemplo, con mallas de 8-12 o 20-40) y, finalmente, se realiza un envasado aséptico para producir glutamato monosódico envasado en bolsas o botellas, disponible en el mercado.

Complemento: Proceso tradicional que se ha ido eliminando gradualmente.

Antes de la popularización de la fermentación microbiana (1909-1960), el glutamato monosódico se producía principalmente mediante la hidrólisis de proteínas vegetales: se hidrolizaban el gluten de trigo y la proteína de soja con ácido clorhídrico concentrado para extraer el ácido glutámico. Sin embargo, este proceso era costoso (las proteínas vegetales eran caras), altamente contaminante (el tratamiento del líquido ácido residual era difícil) y tenía una baja pureza (solo del 80 % al 90 %). Por lo tanto, fue reemplazado gradualmente por el método de fermentación después de la década de 1960..