氨基酸系列报道之六
氨基酸行业清洁生产需持续进步
江南大学　毛忠贵
　　随着我国氨基酸产业的迅速发展，氨基酸发酵已成为生物工程产业中技术密集度和资金密集度双高的行业，氨
基酸发酵过程“少量产品、大量废水”的特征一直是行业急待解决的技术难题。一般而言，氨基酸发酵液中近90%
是水相，产物提取后即为废水，规模越大废水越多，目前国际上还没有出现能解决这一难题的通用技术途径，因此
如何高效解决这一“技术结构性缺陷”是产业界与科技界的长期任务。
　　谷氨酸（味精）是氨基酸的代表性产业，也是世界上规模最大的氨基酸品种。谷氨酸生产原料大多为玉米，其
微生物发酵只需要玉米中的淀粉成分，其它组分如玉米胚芽、玉米皮质、玉米蛋白等可作为副产的营养成分添加到
饲料中，因此谷氨酸生产基本不存在固体废物，其主要污染来自于谷氨酸提取工序中产生的大量高浓度废水（CODcr
7万～8万ppm），或者由废水治理过程中生成的废气污染。我国味精行业主要的提取技术是“等电结晶+离子交换”，
这一提取技术的优点是提取收率高，达95%左右，缺点是资源消耗大，如离子交换技术需加入大量的硫酸和液态氨，
每吨谷氨酸需额外消耗硫酸400kg，液氨120 kg，引起废水中出现大量的SO4 和NH4，并造成废水量超过发酵液体
积的20%～30%。同时离子交换树脂需要清洗，又造成每吨谷氨酸多产生中浓度树脂洗水25m3（CODcr3000ppm左右）。
因此废水不仅仅是产物提取后的发酵液和提取过程额外加入的硫酸、液氨等，树脂洗水的二次污染也占有相当大的
比例。由此可见，对于谷氨酸（味精）产业而言，清洁生产最主要的方向是创新谷氨酸提取技术，重点是淘汰资源
消耗大、废水生成多的“离子交换技术”。
一、    清洁生产并非“末端治理”
　　我国味精工业的污染问题经多年的努力已逐步得到遏制，高浓废水和废气的污染治理已取得了较大的进步。例
如利用高浓废水高温喷浆制肥，即将废水中难以发酵的残糖、残余氨基酸、有机酸、氨态N、S元素等转化为肥料成
分。但是制肥过程因高温工艺（450℃）产生许多“脱水、脱羧、脱氨”类聚合反应，使得原本发酵液中“水溶性”
营养物质在高温下缩合而交联，部分被转化成不溶于水的物质，难以被土壤微生物降解，农田土壤长期施用这些肥
料存在一定风险。另外，去除高温制肥产生的烟气在本质上也属于救急性的“末端治理”技术，其投资、运行成本
以及社会管理监督成本都较大。
　　清洁生产的内涵不同于废物“末端治理”，它主张从根本上创新产品的制造工艺过程，使废物很少产生甚至不产
生，以达到资源利用的最大化、最优化。对我国这样一个人均资源占有量远低于世界平均水平的国度，清洁生产原
则对实现工业化转型极其重要。
二、    技术进步助清洁生产渐行渐宽
　　近20年来，谷氨酸（味精）产业在清洁生产方面已取得了较大进展，主要体现在以下三个方面：①资源利用率
有较大的提高。如原料玉米利用率提高了20%，吨谷氨酸的玉米消耗量从原来的3t多下降到目前的2.5t；发酵水平
已从原来的7%提高到12%左右；糖酸转化率则从原来的不足50%提高到60%；同时，目前行业吨味精商品煤消耗已降
至2t，电耗降至1300kW·h左右。②水资源消耗大幅度下降。目前，行业吨味精耗水量已从1990年的1000t大幅
下降到目前的100t以下，部分大型味精企业甚至达到30t。这与回收蒸发冷凝水用作发酵工艺水，或玉米淀粉原料
加工用水的技术进步密切相关，如山东的菱花集团玉米淀粉（乳）原料加工系统已实现玉米浸泡水的零排放。③废
物资源化程度大大提高。生产过程的高浓废水目前已大多转化成有经济效益的有机肥料，同时该过程产生的废气也
逐步得到了有效治理。
　　国内味精企业的主流提取工艺是“等电结晶+离子交换”技术。该技术虽然提取收率较高，达94%～97%，但其
附带着三大缺点：①增加了较多的资源消耗，使得吨谷氨酸额外消耗硫酸400kg、液氨120kg；②谷氨酸产品质量较
差，需要“转晶”，而转晶成本占谷氨酸生产总成本的7%～8%；③增加了大量的废水，包括高浓度离交尾液和中浓
度树脂洗水（CODcr 3000ppm）。
　　日本味之素应用的是“浓缩等电+转晶”工艺，该工艺减少了硫酸、液氨等消耗，且具有质量好、废水量少的杰
出优点，但最大的缺点是提取收率较低，仅为86%～88%，因此会增加原料玉米粮消耗8%～9%，如果我国推广此技术，
每年将多消耗30万t玉米。因此，我国味精产业急需发展新型的清洁生产技术，在减少环境污染的同时还需考虑节
约粮食的重要性。由江南大学负责的“十一五”国家863计划项目“谷氨酸发酵高产菌种选育与优化控制技术
（2006AA020301）”在山东菱花集团的协助下，于2009年10月完成了“谷氨酸双结晶高效提取技术”子项目的中间
试验，并将于2010年3月由中国发酵工业协会主持鉴定。这一技术与前述两项技术相比优势明显，其提取收率较“浓
缩等电+转晶”工艺高出7个百分点，一步结晶质量达到“转晶”后的水平；同时无额外硫酸和液氨消耗，高浓废水
仅为发酵液体积的16%，成本下降占谷氨酸生产总成本的10%。该技术目前正在菱花集团3万t/a的谷氨酸生产线产
业化改造实施中。
　　在发酵技术方面，我国谷氨酸发酵技术的特点是玉米原料经双酶法技术转化为葡萄糖的“精料发酵”，同时使用
生物素亚适量菌种工艺。产业实践证明，这一原料、菌种与工艺的配套组合优于国外以甘蔗糖蜜为原料的“温度敏
感型”菌种与工艺，因而国内味精的出口规模和范围逐年增大。但是我们需要看到，目前国内生物素亚适量菌种的
发酵产酸水平仅12%，糖酸转化率也只有60%，距离日本味之素（温敏型菌种）产酸18%、转化率67%的水平还有相
当的差距；与赖氨酸发酵产酸水平18%、转化率60%也有部分差距。由此可见，国内使用的亚适量S9114菌种本身还
有较大的提升潜力，我国氨基酸发酵技术还需进行持续不断的研究，争取达到“高产酸、高转化、短时间”的巨大
突破，最终实现资源和能源的双重节约。
　　另外，由于谷氨酸高浓废液中含有10%左右的“干物质”，其含氮较高，做成肥料是最佳的选择，因而进一步研
究植物和土壤微生物能完全利用，又无气体污染的常温制肥工艺仍然是重要的清洁生产课题。
三、    标本兼治 技术为先
　　“清洁生产”是所有行业和产业可持续且永无止境的发展方向，其不仅仅包括环保技术，同时还具有产业技术
全局性、环境友好方向性和技术进步本质性的内在特点。
   1.清洁生产和末端治理并举
　　“清洁生产”是产业发展的理想生产模式，是一种经济和环境效益双赢的“治本之策”，因而其是长期的，耗时
的；而“末端治理” 往往是“治标之策”，是即时可见的，是救急的。我们在追求清洁生产的同时一定要兼顾“末
端治理”，不能互相排斥，因为短期内需要解决问题时，采用“末端治理”往往是有效的；当然，我们更不应该放弃
治本之策，清洁生产技术在工艺内部解决废物污染的同时，很大程度上会提高资源的利用水平，并伴有经济效益的
较大提升。所以，当前产业可采用末端治理和关键点清洁生产并举的渐进方式，逐步推进并最终实现真正意义上的
“清洁生产”。
    2.建设高水平研发平台
　　氨基酸产业是我国少数几个具有国际竞争力的生物产业之一，其对未来生物经济的发展具有重要的基础性作用。
随着国家对科技创新支持力度的加大、高校研究水平的迅速提升以及氨基酸企业集中度的提高（已形成多个年销售
50亿以上的企业），企业设立技术研发中心的时机已经成熟。在国家科技政策导向和科技经费的支持下，全行业应
积极整合科技界和企业界各自的优势，尽早建立起国家级技术研发平台，为未来更加激烈的产业竞争、更加严格的
市场发展未雨绸缪。