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A produção de modernos glutamato monossódico (MSG)A produção de glutamato monossódico (MSG), cujo principal componente é o ácido L-glutâmico sódico, é dominada pela fermentação microbiana (responsável por mais de 90% da produção mundial). Esse processo, otimizado ao longo de décadas, oferece as vantagens de alta eficiência, baixo custo e alta pureza. Todo o processo pode ser dividido em quatro etapas principais, cada uma com objetivos técnicos e detalhes operacionais bem definidos:

1. Pré-tratamento da matéria-prima: Converter o "amido" em "açúcar" que os microrganismos podem consumir.

Microorganismos, como a Corynebacterium glutamicum, não conseguem utilizar o amido diretamente e precisam convertê-lo em monossacarídeos (glicose), que é a etapa fundamental da fermentação. A principal matéria-prima é o amido de milho (amplamente disponível e de baixo custo; amidos de arroz, cana-de-açúcar, etc., também podem ser utilizados):

Preparação e liquefação da pasta: Misture amido de milho com água numa proporção aproximada de 1:3 para formar uma "pasta de amido" com uma concentração de 30% a 35%. Adicione α-amilase (uma preparação enzimática biológica) e agite a 80-100°C durante 30-60 minutos para quebrar as longas cadeias de amido em polissacarídeos de cadeia curta (dextrina), obtendo um "líquido liquefeito" (neste ponto, o líquido torna-se transparente, em vez de turvo);

Sacarificação: Resfrie o líquido liquefeito a 55-60°C e adicione enzimas sacarificantes, continuando a reação por 12-24 horas para decompor completamente a dextrina em glicose (monossacarídeo), formando um "líquido sacarificado";

Refinamento: Remove-se os resíduos de amido não digeridos por meio de filtração em placas e molduras, em seguida, utiliza-se carvão ativado para adsorver pigmentos e resina de troca iônica para remover íons de impurezas (como íons de cálcio e magnésio), obtendo-se, por fim, "glicose líquida refinada" (com uma concentração de glicose de 15% a 20%, alta pureza e sem interferência de impurezas).

2. Cultivo da cepa e fermentação principal: Deixe os microrganismos "produzirem" ácido glutâmico.

Esta é a etapa central da produção de MSG - utilizando a cepa selecionada e cultivada de "Corynebacterium glutamicum de alto rendimento" (uma cepa segura e não patogênica) para metabolizar a glicose em ácido glutâmico, com controle preciso das condições ambientais:

Ativação da cepa e cultura de expansão:

Primeiro, retire Corynebacterium glutamicum congelado da biblioteca de cepas e inocule-o em um "meio inclinado" (contendo glicose, peptona, etc. para nutrição) e cultive-o em uma incubadora com temperatura constante de 30-32°C por 24-48 horas para restaurar a atividade da cepa;

Em seguida, transfira a cepa ativada para um "tanque de inóculo" (um pequeno tanque de fermentação), introduza ar estéril, mantenha a temperatura entre 30 e 32 °C e cultive por 8 a 12 horas para aumentar a contagem bacteriana para 10⁸ a 10⁹ células por mililitro, formando um "líquido de inóculo" (garantindo "bactérias de produção" suficientes para a fermentação subsequente);

Fermentação principal:

Transfira o líquido inicial para um tanque de fermentação grande (com capacidade para dezenas de metros cúbicos) e adicione glicose líquida refinada, ureia (como fonte de nitrogênio), fosfato (para regular o metabolismo) e outras soluções nutritivas ao tanque;

Controlar os parâmetros-chave ao longo de todo o processo: temperatura de 30 a 34 °C (a temperatura ideal para o crescimento de bactérias), pH de 6,5 a 7,0 (regulado com ureia para garantir a síntese de ácido glutâmico) e introduzir continuamente ar estéril (para evitar a deficiência de oxigênio que leva a distúrbios metabólicos e à ausência de produção de ácido glutâmico);

Após 30 a 40 horas de fermentação, a concentração de ácido glutâmico no líquido fermentado pode atingir 100 a 150 g/L. Nesse ponto, a fermentação é interrompida para obter o "líquido fermentado" contendo ácido glutâmico.

3. Purificação e neutralização: do ácido glutâmico ao glutamato monossódico

O líquido de fermentação contém não apenas ácido glutâmico, mas também células bacterianas, açúcar residual e íons de impurezas, que precisam ser purificados por meio de múltiplas etapas e, em seguida, reagidos com álcali para gerar glutamato monossódico (o componente ativo do MSG):

Pré-tratamento do líquido de fermentação: Aqueça o líquido de fermentação a 80-90°C para desnaturar e solidificar as células bacterianas. Em seguida, remova os resíduos celulares por centrifugação ou filtração em placa e moldura para obter um "líquido límpido de ácido glutâmico". Extração do ácido glutâmico (cristalização por ponto isoelétrico): Adicione ácido sulfúrico (ou ácido clorídrico) ao líquido límpido para ajustar o pH para 3,22 (o ponto isoelétrico do ácido glutâmico, no qual sua solubilidade é mínima). Em seguida, resfrie a mistura a 5-10°C. O ácido glutâmico precipitará na forma de cristais brancos, que podem ser separados por centrifugação para obtenção de "cristais de ácido glutâmico bruto". Dissolva os cristais brutos em água quente e repita a cristalização por ponto isoelétrico de 1 a 2 vezes para obter "ácido glutâmico de alta pureza" com pureza ≥98%.

Reação de neutralização: Dissolva o ácido glutâmico de alta pureza em água quente e adicione lentamente uma solução de hidróxido de sódio (ou carbonato de sódio) a 60-70 °C para ajustar o pH para 6,5-7,0 (neutro). A reação que ocorre é: ácido glutâmico + hidróxido de sódio → glutamato de sódio + água. Após a reação, obtém-se uma solução de glutamato de sódio, que é então descolorida com carvão ativado e dessalinizada com resina de troca iônica para remover quaisquer impurezas residuais.

4. Concentração, cristalização e secagem: Produção de glutamato monossódico acabado

Finalmente, a solução de glutamato de sódio é convertida em cristais sólidos por meios físicos e processada em sua forma comercial:

Concentração a vácuo: A solução refinada de glutamato de sódio é enviada para um tanque de concentração a vácuo e aquecida a 60-70°C para evaporar a água (evitando que a alta temperatura destrua os componentes), até que a concentração da solução atinja 30-35°Bé (grau Baumé, um indicador de concentração).

Cristalização: Transfira a solução concentrada para um tanque de cristalização e resfrie-a lentamente até 20-30°C. O glutamato de sódio irá precipitar gradualmente na forma de cristais regulares, que podem ser separados por centrifugação para obtenção de "cristais úmidos de glutamato monossódico" (com teor de umidade de cerca de 10%).

Secagem e embalagem: Os cristais úmidos são enviados para um secador de leito fluidizado e secos a 60-80 °C até que o teor de umidade seja ≤0,5% para obter "cristais secos de glutamato monossódico". Em seguida, o tamanho das partículas é controlado por peneiramento (como as malhas comuns de 8-12 ou 20-40) e, finalmente, a embalagem é realizada de forma asséptica para produzir glutamato monossódico em sacos ou frascos, disponível para comercialização.

Suplemento: Processo tradicional que foi descontinuado

Antes da popularização da fermentação microbiana (1909-1960), o glutamato monossódico era produzido principalmente pela hidrólise de proteínas vegetais: o glúten de trigo e a proteína de soja eram hidrolisados ​​com ácido clorídrico concentrado para extrair o ácido glutâmico. No entanto, esse processo era dispendioso (as proteínas vegetais eram caras), altamente poluente (o tratamento do efluente ácido era difícil) e apresentava baixa pureza (apenas 80% a 90%). Portanto, foi gradualmente substituído pelo método de fermentação após a década de 1960..