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La production de produits modernes glutamate monosodique (MSG), dont le principal composant est l'acide L-glutamique sodique, repose sur la fermentation microbienne (plus de 90 % à l'échelle mondiale). Ce procédé, optimisé depuis des décennies, offre les avantages d'une grande efficacité, d'un faible coût et d'une grande pureté. L'ensemble du procédé peut être décomposé en quatre étapes principales, chacune avec des objectifs techniques et des détails opérationnels clairs :

1. Prétraitement des matières premières : Conversion de « l'amidon » en « sucre » que les micro-organismes peuvent consommer

Les micro-organismes, comme Corynebacterium glutamicum, ne peuvent pas utiliser directement l'amidon et doivent le convertir en monosaccharides (glucose), étape fondamentale de la fermentation. La principale matière première est l'amidon de maïs (largement disponible et peu coûteux ; le riz, la canne à sucre, etc. peuvent également être utilisés).

Préparation et liquéfaction de la suspension : Mélanger l’amidon de maïs avec de l’eau dans un rapport d’environ 1:3 pour former une suspension d’amidon d’une concentration de 30 % à 35 %. Ajouter de l’α-amylase (une préparation enzymatique biologique) et agiter à 80-100 °C pendant 30 à 60 minutes pour décomposer les longues chaînes d’amidon en polysaccharides à chaîne courte (dextrine), obtenant ainsi un liquide liquéfié (le liquide devient alors clair après avoir été trouble).

Saccharification : Refroidir le liquide liquéfié à 55-60°C et ajouter des enzymes saccharifiantes, en poursuivant la réaction pendant 12 à 24 heures pour décomposer complètement la dextrine en glucose (monosaccharide), formant un « liquide saccharifié » ;

Raffinement : Éliminer les résidus d'amidon non digérés par filtration sur plaque et cadre, puis utiliser du charbon actif pour adsorber les pigments et une résine échangeuse d'ions pour éliminer les ions d'impuretés (tels que les ions calcium et magnésium), obtenant finalement un « liquide de glucose raffiné » (avec une concentration en glucose de 15 à 20 %, une pureté élevée et aucune interférence des impuretés).

2. Culture de souches et fermentation principale : laisser les micro-organismes « produire » de l'acide glutamique

Il s'agit de l'étape principale de la production de MSG - en utilisant du « Corynebacterium glutamicum à haut rendement » sélectionné et cultivé (une souche sûre et sans pathogénicité) pour métaboliser le glucose en acide glutamique, avec un contrôle précis des conditions environnementales :

Culture d'activation et d'expansion de la souche :

Tout d'abord, prenez du Corynebacterium glutamicum congelé de la bibliothèque de souches et inoculez-le sur un « milieu incliné » (contenant du glucose, de la peptone, etc. pour la nutrition) et cultivez-le dans un incubateur à température constante à 30-32°C pendant 24 à 48 heures pour restaurer l'activité de la souche ;

Transférez ensuite la souche activée dans un « réservoir de semences » (un petit réservoir de fermentation), introduisez de l'air stérile, maintenez une température de 30 à 32 °C et cultivez pendant 8 à 12 heures pour augmenter le nombre de bactéries à 10⁸-10⁹ cellules par millilitre, formant un « liquide de semences » (assurant ainsi une « production bactérienne » suffisante pour la fermentation ultérieure) ;

Fermentation principale :

Transférez le liquide de semence dans un grand réservoir de fermentation (d'une capacité de plusieurs dizaines de mètres cubes) et ajoutez du liquide de glucose raffiné, de l'urée (pour la source d'azote), du phosphate (pour réguler le métabolisme) et d'autres solutions nutritives au réservoir ;

Contrôler les paramètres clés tout au long du processus : température 30-34°C (température optimale de croissance des bactéries), pH 6,5-7,0 (régulé avec de l'urée pour assurer la synthèse de l'acide glutamique) et introduire en continu de l'air stérile (pour éviter un manque d'oxygène entraînant des troubles métaboliques et une absence de production d'acide glutamique) ;

Après 30 à 40 heures de fermentation, la concentration en acide glutamique du liquide de fermentation peut atteindre 100 à 150 g/L. À ce stade, la fermentation est interrompue pour obtenir le liquide de fermentation contenant de l'acide glutamique.

3. Purification et neutralisation : de l'acide glutamique au glutamate monosodique

Le liquide de fermentation contient non seulement de l'acide glutamique, mais également des cellules bactériennes, du sucre résiduel et des ions d'impuretés, qui doivent être purifiés par plusieurs étapes, puis mis à réagir avec un alcali pour générer du glutamate monosodique (le composant efficace du MSG) :

Prétraitement du liquide de fermentation : Chauffer le liquide de fermentation à 80-90 °C pour dénaturer et solidifier les cellules bactériennes, puis éliminer les résidus cellulaires par centrifugation ou filtration sur plaques et cadres pour obtenir un « liquide clair d'acide glutamique ». Extraction de l'acide glutamique (cristallisation au point isoélectrique) : Ajouter de l'acide sulfurique (ou de l'acide chlorhydrique) au liquide clair pour ajuster le pH à 3,22 (point isoélectrique de l'acide glutamique, où sa solubilité est la plus faible), puis refroidir à 5-10 °C. L'acide glutamique précipitera sous forme de cristaux blancs, qui pourront être séparés par centrifugation pour obtenir des « cristaux d'acide glutamique brut ». Dissoudre les cristaux bruts dans de l'eau chaude et répéter la cristallisation au point isoélectrique 1 à 2 fois pour obtenir un « acide glutamique de haute pureté » d'une pureté ≥ 98 %.

Réaction de neutralisation : Dissoudre l’acide glutamique de haute pureté dans de l’eau chaude et ajouter lentement une solution d’hydroxyde de sodium (ou de carbonate de sodium) à 60-70 °C pour ajuster le pH à 6,5-7,0 (neutre). La réaction se produit : acide glutamique + hydroxyde de sodium → glutamate de sodium + eau. Après la réaction, on obtient une solution de glutamate de sodium, qui est ensuite décolorée au charbon actif et dessalée à l’aide d’une résine échangeuse d’ions pour éliminer les traces d’impuretés.

4. Concentration, cristallisation et séchage : Production de glutamate monosodique fini

Enfin, la solution de glutamate de sodium est convertie en cristaux solides par des moyens physiques et transformée sous une forme commerciale :

Concentration sous vide : La solution de glutamate de sodium raffinée est envoyée dans un réservoir de concentration sous vide et chauffée à 60-70℃ pour évaporer l'eau (pour éviter que la température élevée ne détruise les composants), jusqu'à ce que la concentration de la solution atteigne 30-35°Bé (degré Baumé, un indicateur de concentration).

Cristallisation : Transférer la solution concentrée dans une cuve de cristallisation et la refroidir lentement à 20-30 °C. Le glutamate de sodium précipitera progressivement sous forme de cristaux normaux, qui pourront être séparés par centrifugation pour obtenir des cristaux de glutamate monosodique humides (avec une teneur en humidité d’environ 10 %).

Séchage et conditionnement : Les cristaux humides sont envoyés dans un séchoir à lit fluidisé et séchés à 60-80 °C jusqu'à ce que la teneur en humidité soit inférieure ou égale à 0,5 % pour obtenir des cristaux de glutamate monosodique secs. La granulométrie est ensuite contrôlée par tamisage (par exemple, tamis de 8 à 12 mesh ou de 20 à 40 mesh), puis le glutamate monosodique est conditionné aseptiquement pour être commercialisé en sachet ou en bouteille.

Supplément : Procédé traditionnel qui a été progressivement abandonné

Avant la popularisation de la fermentation microbienne (1909-1960), le glutamate monosodique était principalement produit par hydrolyse de protéines végétales : le gluten de blé et les protéines de soja hydrolysés avec de l'acide chlorhydrique concentré pour extraire l'acide glutamique. Cependant, ce procédé était coûteux (les protéines végétales étaient chères), très polluant (traitement difficile du liquide acide résiduaire) et sa pureté était faible (seulement 80 %-90 %). Il a donc été progressivement remplacé par la méthode de fermentation après les années 1960..