第五章_谷氨酸的提取
谷氨酸的提取
(3)金属盐法
• 金属盐法包括锌盐法和钙盐法，即利用谷 氨酸与Zn、Ca、Co等金属离子作用，生成 难溶于水的谷氨酸金属盐，沉淀析出，在 酸性环境中谷氨酸金属盐被分解，在 PH2．4时，谷氨酸溶解度最小，重新以谷 氨酸形式结晶析出。
• 一般锌盐法提取收率在85％左右，有的 厂采用等电点-锌盐法提取谷氨酸收率较稳 定。
• 如在中和时，可以多加些高流分(离子交换 柱洗脱下的高流液加酸调至PHl．5，用于 等电点中和)，以增加发酵液中谷氨酸含量， 同时在晶核形成前，PH在4左右，投入一 定量的晶种，以促进结晶的形成。
• 若采用添加青霉素，表面活性剂或高糖以 及后期流加糖等发酵工艺，虽然发酵产酸 可达8％以上，但是容易出现β-型结晶。
（3）大量菌体、蛋白质等固形物质悬浮在发 酵液中，湿菌体约占发酵液的5-8％。
• （4）发酵液中尚有其它一些含量很少的发 酵副产物。
• 有机酸类有乳酸、酮戊二酸、琥珀酸等； 氨基酸类有天门冬氨酸、丙氨酸、缬氨酸、 脯氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、甘氨酸、组 氨酸和谷氨酰胺等。各种氨基酸含量小于1 ％。
• (5)谷氨酸发酵液中含有铵离子0.6-0.8％， 残糖1％以下。
二、菌体分离方法
• 国内味精厂从发酵液中提取谷氨酸时，一 般受设备条件限制，并不先分离菌体，而 直接从含有菌体和蛋白质的发酵液及其浓 缩物中提取谷氨酸。
• 但菌体存在于发酵液中不利于谷氨酸的结 晶分离。有条件的工厂如能将发酵液中菌 体预先分离，就会降低发酵液的粘度和杂 质含量，有利于谷氨酸发酵液的浓缩纯化 和结晶分离，提高产品收率和纯度。
两次4650 r／min高速离心机分离菌体和消 液，菌体经干燥制成鸡、奶牛饲料。
• 清液经90-95℃加热，使蛋白质等有机物凝 聚沉淀，并加入一定比例硅藻土助滤剂， 经旋转真空膜过滤机过滤，除去杂质。
谷氨酸的提取1
（五）低温等电点-离子交换法提取 谷氨酸工艺
低温等电点-离子交换法提取谷氨酸是在发酵 液经等电点提取谷氨酸以后，将母液通过离子交 换柱（单柱或双柱）进行吸附，洗脱回收，使洗 脱所得的高流分与发酵液合并，进行等电点提取。 这样既可避免等电点收率低，又可减少树脂用量， 还可以获得较高的提取收率，回收率可达95%左右。 低温等电点-离子交换法提取谷氨酸工艺分两 步操作，第一步是将发酵液经等电点提取部分谷 氨酸；第二步是将母液进行离子交换提取。
•
（四）谷氨酸提取的常用方法
• ① 等电点法 • 将发酵液加盐酸调pH至谷氨酸的等电点，使谷 氨酸沉淀析出。（谷氨酸的等电点pH是3.22。） • 其缺点是结晶母液内仍残存部分谷氨酸未利用。 • ② 离子交换法 • 先将发酵液稀释到一定浓度，用盐酸将发酵液 调至一定pH，采用阳离子交换树脂吸附谷氨酸， 然后用洗脱剂将谷氨酸从树脂上洗脱下来，得到 浓缩与提纯。 • 其缺点是酸碱用量大，洗离子交换柱子的低浓 度废水排放量也大，造成环境污染。
谷氨酸的提取
谷氨酸提取
• 从发酵液中提取谷氨酸，必须要了解 谷氨酸理化特性和发酵液的成分及特 征，以利用谷氨酸和杂质之间物理、 化学性质的差异，采用适当的提取方 法，达到分离提纯的目的。
（一）谷氨酸发酵液的主要成分
谷氨酸发酵液中除了谷氨酸外，还有代 谢副产物、培养基配制成分的残留物质、 有机色素、菌体、蛋白和胶体物质等。 • 其含量随发酵菌种、工程装备、工艺控 制及操作不同而异。
• ③ 浓缩等电点法 • 将发酵液（含谷氨酸8%~10%）先分离菌 体，再在60℃以下减压浓缩，浓缩液含谷 氨酸为15%~20%，然后加浓硫酸调pH至3.2， 搅拌20~30h，多罐串联，连续冷却结晶， 连续分离出料，母液含谷氨酸3%~5%，浓缩 处理可做肥料。 • 低温等电点-离子交换法是国内厂家常 用的提取工艺。
谷氨酸提取
谷氨酸提取：
低温等点工艺：是根据谷氨酸的溶解度随温度降低而减小的性质制定的。
通过增加制冷能力，将等电点提取的终点温度由原来的15～20℃降至0～5℃，这样可使母液中的谷氨酸含量降低到1.0%～1.3%，从而增加等电点提取的一次收率。
工艺流程：
发酵液→边冷却边加硫酸调节至PH4.0～4.5→加晶种→育晶2h→边冷却边加硫酸调至PH3.0～3.2 →冷却降温→搅拌16h→4℃静置4h→离心分离→谷氨酸晶体和母液
实验发现温度对二次结晶谷氨酸转晶有非常显著的影响，确定95℃为最适转晶温度；pH值对二次结晶谷氨酸转晶也有较显著影响，对最终收率的影响尤为显著，选择pH4.5作为转晶起始pH值。
(曹付明;杂质对谷氨酸结晶影响及二次结晶谷氨酸纯化研究[D];江南大学;2012年)
谷氨酸等电点：3.22
谷氨酸的溶解度变化特点：(1)温度降低，溶解度减小。
(2)在不同PH条件下，溶解性会变化：①在同一温度下，溶解度随PH值的变化是以等电点(PI)为最低点的不对称U形曲线，PI偏酸性，溶解度增加幅度小；PI偏碱性，溶解度增大幅度大。
②偏离PI越远，PH变化造成溶解度变化也愈大。
③发酵液中杂质多，溶解度越大。
离子交换法提取谷氨酸
离子交换法回收提取谷氨酸一、实验目的通过实验掌握新树脂的预处理方法及动态离子交换的基本操作；了解谷氨酸提取的原理和方法。
二、实验原理树脂的选择，选择离子交换树脂的主要依据是被分离物的性质和分离目的。
包括被分离物和主要杂质的解离特性、分子量、浓度、稳定性、所处介质的性质以及分离的具体条件和要求。
然后从性质各异的多种树脂中选择出最适宜的品种进行分离操作。
其中最重要的一条是根据分离要求和分离环境保证分离目的物与主要杂质对树脂的吸附力有足够的差异。
当目的物具有较强的碱性和酸性时，宜选用弱酸性弱碱性的树脂。
这样有利于提高选择性，并便于洗脱。
如目的物是弱酸性或弱碱性的小分子物质时，往往选用强碱、强酸树脂。
如氨基酸的分离多用强酸树脂，以保证有足够的结合力，便于分步洗脱。
对于大多数蛋白质，酶和其它生物大分子的分离多采用弱碱或弱酸性树脂，以减少生物大分子的变性，有利于洗脱，并提高选择性。
就树脂而言，要求有适宜的孔径，孔径太小交换速度慢，有效交换量下降(尤对生物大分子)，若孔径太大也会导致选择性下降。
此外树脂的化学稳定性及机械性能也需考虑．在既定的操作条件下有足够的化学耐受性和良好的物理性能以利操作。
一般树脂都有较高的化学稳定性，能经受酸、碱和有机溶剂的处理。
但含苯酚的磺酸型树脂及胺型阴离子树脂不宜与强碱长时间接触，尤其是在加热的情况下。
对树脂的特殊结合力也要给予足够的注意，如树脂对某些金属离子的结合以及辅助力的作用。
氨基酸为两性电解质，等电点较低的谷氨酸在pH小于pI 3.2时，主要以GA+型式存在，故可用强酸性阳离子交换树脂提取。
当发酵液流过交换柱时，发酵液中各成分依亲和力的不同进行交换。
吸附GA的树脂再用洗脱液(5%NaOH)洗脱，收集富含GA的流分(高流液)。
从而实现与杂质的分离及GA的富集，高流液调等电点pH 3.2，GA结晶析出。
用过的树脂用稀酸再生以用于下轮交换（图1）。
主要化学反应有：交换: RSO3H + NH4+ = RSO3NH4+RSO3H + GA+ = RSO3GA + H+洗脱: RSO3-GA+ + NaOH = RSO3Na+ + GA+ + H2ORSO3-GA+ + NH4OH = RSO3HN4+ + GA+ + H2O再生: RSO3Na+ + HCl = RSO3H + NaCl图 1 GA 离子交换操作循环本实验所用树脂为732型苯乙烯强酸型阳离子交换树脂。
连续等电法提取谷氨酸
连续等电法提取谷氨酸优点
四 有效提高设备利用率并降低精制成本。浓缩连续 等电工艺采用连续化操作，提取设备只有离交工艺的 1/3，精制使用转晶中和液，易脱色好过滤，同时缩 短了结晶周期，使精制各项耗大幅度降低。此外，对 于温敏菌株发酵而言，由于高菌体量，高生物素，高 风量等措施，发酵产酸迅速提高的同时，发酵液中的 副产物，培养基残留也迅速升高，尤其是浓缩糖中不 可发酵的糖类急剧增加，这些因素导致谷氨酸的溶解 度明显升高，介稳区明显变窄，给调酸结晶带来了新 的困难提取表现为收率降低且极易出现β 型晶体，甚 至糊罐。连续等电工艺避开了蛋白质的等电点，介稳 区最宽而且有大量的α 型晶种，因此是解 决此难题 的理想办法。
连续等电法提取谷氨酸工艺过程
连续等电法提取谷氨酸优点
一 低消耗，低污染。取消离交工艺使等电没有液氨 消耗，硫酸消耗也相应降低，同时高浓度废水减少 60% 以上，减轻了环保压力。 二 降低料液粘度不易糊罐，利于谷氨酸结晶。
三 提高谷氨酸纯度，从而为提高味精质量和精制收 率奠定基础。由于采用三级分离，经过水洗，有效除 去杂质，谷氨酸纯度达到98%以上。通过引进转晶工 艺和使用全转晶中和液，使得精制收率得以提高，同 时保证了味精质量。
连续等电法提取谷氨酸的控制要点
一 由于连续等电点是在大量晶种存在的情况下结晶， 因此选择起晶罐(池)内谷氨酸的晶种质量是非常重要的。 如果起晶罐(池)内谷氨酸晶体粒度均匀，为α 型结晶， 则连续等电点获得谷氨酸亦基本为α 型结晶。该工艺 操作中如果不重视这一点，将会导致整个过程的失败。 二 流量大小的控制与结晶质量有一定关系。如果流 量太大，使溶液浓度增加，导致β 型结晶析出。反之 控制合适流量(一般l0t罐每小时流量为5t左右)，使加入 溶质浓度与结晶生长速度相平衡，其溶液始终处于低 浓度，析出晶体大部分为α 型结晶。 三 要严格控制起晶罐(池)结晶点的pH3．0，不宜忽高 忽低。
5谷氨酸的提取
投入0.2%晶种 育晶2－3h
13－15 ℃时育晶2h
开大冷却水降温至0-5 ℃
育晶10h,停搅拌沉淀4h
除菌体常温等电点法
• 先通过超速离心机分离发酵液中的菌 体，等电法法分离清液中的谷氨酸
4.浓缩水解等电点法
• 将发酵液浓缩后加入盐酸，加压水解，使 菌体的蛋白质、残糖等有机物质，得到破 坏，经过滤除去，然后脱色，浓缩后用碱 或发酵液中和到谷氨酸等电点结晶析出。 • 化学变化（谷氨酸、菌体、焦谷氨酸、谷 氨酰胺、残糖） • 此方法消除了影响谷氨酸结晶的因子，增 加了谷氨酸结晶的形成 • 需耐酸耐压的水解和浓缩设备
• 离子交换树脂的结构与功能(以732树脂为例)
– 离子交换树脂是由本体(由高分子化合物(苯乙烯)和交联剂（二乙 烯苯）组成的高分子共聚物母体及磺酸基、羧基、胺基等 活性基 团两部分组成。 – 交换基团(由能起交换作用的阳(阴)离子（Ｈ＋）和与交换树脂本 体联结在一起的阴(阳)离子（-SO3）两部分组成（磺酸基）。
温度
有无杂质
溶解度
23.5 ℃ 纯谷氨酸
23.5 ℃ 有其他氨基酸存在 23.5 ℃ 碳水化合物水解液 存在
0.818%
1.412% 导致Glu溶解度增 加
二、谷氨酸的结晶
• 在等电点操作过程中，溶液中glu逐渐转变 为过饱和状态，过量的溶质便结晶析出。 介稳区时产生微细的晶核；然后进行养晶， 育晶，使晶粒不断增大，通过控制晶核形 成与晶体增长，获得满意的结晶
操作要点
• 发酵液的浓缩：真空浓缩至原来的三分之一左右
• 分解：将浓缩液转入分解缸中，加入工业盐酸， 通入蒸汽，以0.2Mpa水解4h，降温至70℃过滤， 滤液脱色后再经2次减压浓缩，加水，反复浓缩， 调节pH1-1.5，d=1.25/70 ℃ • 浓缩液中和、结晶：用NaOH中和至pH3.2，结晶 析出。搅拌育晶48h，离心分离得粗谷氨酸。
谷氨酸的等电点法提取
一次等电点法提取生产工艺
发酵液
调酸 晶种
停止加酸后， 降温至4℃左 右，搅拌育晶 8～12h 28℃，+ H2SO4调节pH至4.5～5.0 23～25℃，pH4.4 ～4.8 +α- 型晶种0.1～0.3％，搅拌育晶2h 调节pH至3.2 ，10～13℃，耗时4～6h
起晶
停酸育晶
缓慢调酸 等电点育晶
将浓缩液和30％氢氧化钠溶 液同时流加到含有少量谷氨酸晶种、 pH3.2的溶液中，并始终保持 pH3.2左右，冷却到15℃以下，搅 拌20h，沉降分离得谷氨酸。二次 母液可直接制做有机肥料。
如何提高提取收率
•提高糖液质量，降低发酵液中残糖量
•准确把握育晶点
•合理控制搅拌速度
•调酸温度越低越好，结晶温度应不超过30℃。
生化111
第二组
谷氨酸是什么？
谷氨酸，是一种酸性氨基酸，在等 电点时，其正负电荷相等，总静电荷等 于零，形成偶极离子，在直流电场中不 向两极移动。此时，由于谷氨酸分子之 间的相互碰撞，并通过静电引力的作用， 会结合成较大的聚合体而沉淀析出。因 而在等电点时，谷氨酸的溶解度最小。
工业生产中等电点法提取谷氨酸就 是根据这一特性，将发酵液pH调至3.2， 使谷氨酸处于过饱和状态而结晶析出。 目前主要采用以下几种方法提取谷 氨酸：①等电点法；②离子交换法；③ 金属盐法；④盐酸水解 - 等电点法；⑤ 离子交换膜电渗析法等。
前期稍快 中期要缓 后期要慢
连续等电点提取生产工艺
等电点母液 沉菌 菌体液
吸滤
加酸调pH 1.8，加1％硅藻土，加热 至70℃，放置沉降5～6h
上清液
减压浓缩
菌体
滤液
浓缩液
过滤
离子交换法提取谷氨酸
离子交换法提取谷氨酸谷氨酸离子交换层析一、实验目的1.学习用阳离子交换树脂柱分离氨基酸的操作方法和基本原理。
2.掌握离子交换柱层析法的基本操作技术。
二、实验原理离子交换法提取谷氨酸是利用离子交换树脂对发酵液中谷氨酸与其它同性离子吸附能力的差别，将这些离子选择性地吸附到树脂上，然后用洗脱剂先后洗脱，从而得到谷氨酸。
谷氨酸是一种两性电解质，其等电点为pH3.22.当pH＞3.2时，谷氨酸的羧基离解，带负电荷，当pH＜3.2时，谷氨酸带正电荷，呈阳离子状态，它能被阳离子交换树脂交换吸附。
三、仪器与试剂(一)实验器材(1)玻璃层析柱(2)试管(3)移液管(4)恒压洗脱瓶(5)部分收集器(6)水浴锅(7)分光光度计(8)电炉(二)材料与试剂(1)苯乙烯磺酸钠型树脂(100~200目)(2)2mol/L盐酸溶液(3)2mol/L氢氧化钠溶液(4)标准氨基酸溶液：将天门冬氨酸和赖氨酸分别配成2mg/mL的0.1mol/L 盐酸溶液。
(5)显色剂：2克水合茚三酮溶于95%乙醇中，加水至100毫升。
四、操作步聚(1)树脂的准备：树脂过夜浸泡，使树脂膨胀，加2mol／L NaOH 至上述树脂中搅拌2h，倾弃碱液，用蒸馏水洗涤至中性。
加25ml 12mo1／L HCl搅拌2h，倾弃酸液，用蒸馏水充洗涤树脂至中性。
（2)层析柱的准备：将强酸性阳离子交换树脂用HCl处理成H+型后洗至中性，搅拌1小时后装入层析柱，使之自然降沉到一定高度。
(3)加样分离：将液面缓慢放至贴近层析柱表面，由柱上端仔细加入pH4.5的发酵液离心液3毫升，同时开始收集流出液。
每管收集1毫升，测量收集液pH，洗脱液加入速度控制在0.5ml/min，当样品液弯月面靠近树脂顶端时，立即加入发酵液。
如此重复，不断测量收集液的PH值，直至树脂吸附饱和。
（4）洗脱，加样完毕后，用滴管小心注入60℃4%（或2%）氢氧化钠溶液(切勿搅动床面)。
用试管收集洗脱液，每管收集1毫升，同时测量收集液pH，直至收集液的pH值达到9为止。
发酵液中谷氨酸的提取纯化
一、实验原理：谷氨酸，学名: 2-氨基-5-羧基戊酸，为酸性氨基酸，是构成蛋白质的20 种常见α-氨基酸之一。
谷氨酸又名“麸酸” 或写作“夫酸”，是制造味精的原料。
D-谷氨酸参与多种细菌细胞壁和某些细菌杆菌肽的组成。
发酵制造L-谷氨酸是以糖质为原料经微生物发酵，发酵液中存在菌体、蛋白质、残糖、色素、其它氨基酸、有机酸等杂质。
目前国内提取谷氨酸的主要方法：1.等电点法； 2.离子交换法；3.金属盐法；4.盐酸水解等电法；5.离子交换膜电渗析法。
国外大规模提取谷氨酸的方法：日本采用浓缩等电点工艺；美国采用旋转真空膜过滤。
谷氨酸等电点pI=3.22，在等电点时谷氨酸的溶解度最小，且谷氨酸的溶解度随温度降低而减小，所以调节pH以及降低温度可以令溶液中的谷氨酸析出沉淀即为等电点法提取谷氨酸。
氨基酸为两性电解质，等电点较低的谷氨酸在pH小于pI 3.2时，主要以GA+型式存在，故可用强酸性阳离子交换树脂提取，当发酵液流过交换柱时，发酵液中各成分依亲和力的不同进行交换，吸附GA的树脂再用洗脱液(5% NaOH)洗脱，收集富含GA的流分(高流液)。
二、材料与器材：（1）实验材料：谷氨酸发酵液（2）实验药品：NaOH、HCl、酸性离子交换树脂、壳聚糖醋酸溶液、硅藻土（3）实验仪器：圆底烧瓶、离心机、离心管、天平、玻璃棒、磁力搅拌器、一次性塑料滴管、pH计、铁架台配有十字夹、色谱柱、SBA、3mL离心管（用于柱层析接收样品）、烧杯（500mL1个；250mL1个；50mL1个）、量筒2个（10mL 和100mL，）。
三、实验步骤：（1）发酵液的预处理壳聚糖醋酸溶液：先配置2%体积比的醋酸溶液；然后加入壳聚糖配置成1%的壳聚糖醋酸溶液。
取100mL发酵液，再加入含量为1%的壳聚糖醋酸溶液，此时溶液pH值在5.52，谷氨酸含量为22mg/dl，加入量为发酵液体积的1.4%，轻轻搅拌加入1g硅藻土，静置2h。
（2）发酵液的固液分离取上清测谷氨酸含量，进行固液分离,采用离心(6000rpm 20min)方式进行固液分离，再次取上清测谷氨酸含量为30mg/dL。
谷氨酸提取工艺
谷氨酸提取工艺
嘿，咱今儿就来讲讲谷氨酸提取工艺这档子事儿。
你说这谷氨酸啊，就像是烹饪里的魔法调料，能让食物变得超级美味。
那要怎么把它从各种材料里给弄出来呢？这可就有讲究啦！
咱先得找到合适的原料，就好像要挑到好食材才能做出美味佳肴一样。
然后呢，通过一系列的步骤，就像一场奇妙的冒险，把谷氨酸一点点地分离出来。
想象一下，就像是在一个大迷宫里找宝贝，得沿着正确的路走，不能跑偏啦。
这过程中得细心，得耐心，要是马虎一点，那宝贝可就找不着咯！
在提取的时候，温度、酸碱度这些条件都得把握好，这就跟咱炒菜掌握火候似的，火大了不行，小了也不行。
温度高了可能就把谷氨酸给弄坏了，低了呢又提取不出来，你说难不难？
还有啊，不同的提取方法就像是不同的武功秘籍，各有各的厉害之处。
有的方法简单直接，就像直拳出击；有的方法则比较复杂，像是一套组合拳。
但不管哪种方法，目的都是为了把谷氨酸顺利地拿到手。
比如说发酵法，这就像是让微生物们帮咱干活儿，它们在那里努力地生产谷氨酸，咱就等着收获就行啦。
这多神奇啊！
提取出来的谷氨酸，那可是宝贝呀！可以用来做各种好吃的调味料，让咱的饭菜更可口。
你想想，要是没有谷氨酸，那很多美味可就不存在啦，那该多可惜呀！
所以说呀，这谷氨酸提取工艺可真是个了不起的技术。
它就像是一个神奇的魔法，能把普通的东西变得不普通。
咱得好好研究它，让它为我们的生活增添更多的美味和乐趣。
总之呢，谷氨酸提取工艺是个很有意思也很重要的事儿，咱可不能小瞧它。
只有把这个工艺掌握好了，才能让谷氨酸更好地为我们服务呀！
原创不易，请尊重原创，谢谢!。
《谷氨酸提取》PPT课件
除了温度和溶液的pH对谷氨酸的溶解度有影响外，溶液中杂质也影 响其溶解度。如谷氨酸发酵液中含有的残糖、其它氨基酸、菌体、胶体物 质等，都将影响谷氨酸的溶解度。
当发酵液中有其它氨基酸存在时，会导致谷氨酸的溶解度增加。这种 现象在提取谷氨酸时严重影响谷氨酸的收率。另外，发酵液中碳水化合物水 解物的存在，也会使谷氨酸的溶解度有所增加。
谷氨酸分子中含有2个羧基和1个氨基，是一个既有酸性基团又 有碱性基团的两性电解质。谷氨酸晶体是以偶极离子的形式存在的。
谷氨酸溶解于水后呈离子状态存在，其解离方式取决于溶液的pH，也 就是说，谷氨酸在不同的pH溶液中，可以解离成阳离子、两性离子和一价阴 离子及二价阴离子4种不同的离子状态，分别以GA＋、GA±、GA－、GA2－表示。
③ 金属盐法
利用谷氨酸与Zn2＋、Ca2＋等金属离子作用生成难溶于水的谷氨酸 金属盐而沉淀析出。
④ 离子交换膜电渗析法
根据渗透膜对各种离子物质的选择透性不同而将谷氨酸分离，如电 渗析和反渗透法。
6.2.3 菌体分离方法
国内味精厂从发酵液中谷氨酸时，一般受设备条件限制，并不先分离 菌体，而直接从含有菌体和蛋白质的发酵液及其浓缩液中提取谷氨酸。但菌 体存在于发酵液中不利于谷氨酸的结晶分离。有条件的厂家如能将发酵液中 菌体预先分离，就会降低发酵液的粘度和杂质含量，有利于谷氨酸发酵液的 浓缩纯化和结晶分离，提高产品收率和纯度
谷氨酸在浓盐酸中会生成并析出谷氨酸盐酸盐。谷氨酸盐酸盐与碱作用生 成谷氨酸。如果碱过量则生成谷氨酸一钠甚至生成谷氨酸二钠。
⑥ 与金属盐反应
在一定pH下，谷氨酸与金属盐反应生成难溶于水的复盐。这个性质也 被用于提取发酵液中的谷氨酸。
6.2.2 谷氨酸发酵液的性质
谷氨酸发酵属于细菌发酵，培养基的主要成分是葡萄糖、铵离子和磷 酸盐等，因此发酵液较稀薄、不黏稠。发酵结束放罐时，发酵液中除了含有 谷氨酸外，还有菌体和培养基的残留物以及其它代谢产物等。
谷氨酸分离提取工艺进展
谷氨酸分离提取工艺进展一、本文概述谷氨酸，作为一种重要的氨基酸，在生物体内发挥着至关重要的作用，包括蛋白质合成、能量代谢、神经传导等多个方面。
近年来，随着生物技术的不断发展和人们对谷氨酸需求量的增加，谷氨酸的分离提取工艺受到了广泛关注。
本文旨在综述谷氨酸分离提取工艺的最新进展，包括传统的提取方法、新型的分离技术，以及工艺优化和经济效益分析等方面。
通过对这些内容的探讨，希望能够为谷氨酸的生产和应用提供有益的参考，推动相关产业的可持续发展。
二、谷氨酸的传统分离提取工艺谷氨酸作为一种重要的氨基酸，其分离提取工艺一直是生物化学领域的研究重点。
传统的谷氨酸分离提取工艺主要基于发酵液的预处理等电点沉淀、离子交换、结晶和精制等步骤。
发酵液预处理是关键的一步，旨在去除发酵液中的杂质，如蛋白质、糖类、无机盐等，以提高后续分离提取的效率。
这一步通常包括离心、过滤和调节pH值等操作。
接下来，等电点沉淀法是利用谷氨酸在特定pH值下溶解度降低的特性，通过调整溶液的pH值至谷氨酸的等电点，使其沉淀析出。
这一方法操作简便，但谷氨酸的纯度和收率往往受到等电点附近其他杂质的干扰。
离子交换法则是利用离子交换树脂对谷氨酸的选择性吸附能力，将谷氨酸从发酵液中分离出来。
此方法对谷氨酸的纯度提升效果显著，但设备投资和操作成本相对较高。
在结晶步骤中，通过控制温度、浓度和pH值等条件，使谷氨酸以晶体的形式析出，进一步提高其纯度。
然而，结晶过程中可能出现的杂质共结晶现象会影响谷氨酸的质量。
精制步骤通常包括重结晶、脱色、脱盐等操作，以进一步提高谷氨酸的纯度。
精制后的谷氨酸产品可以满足不同领域的应用需求。
尽管传统的谷氨酸分离提取工艺已经相对成熟，但在操作成本、产品纯度、环境友好性等方面仍有改进空间。
因此，研究者们一直在探索更加高效、环保的谷氨酸分离提取新工艺。
三、谷氨酸分离提取工艺的新进展近年来，随着科学技术的不断进步，谷氨酸的分离提取工艺也取得了显著的进展。
第五章_谷氨酸的提取
第五章 谷氨酸的提取 第三节 等电点法提取谷氨酸 三、等电点工艺的类型 （1）直接常温等电点法 （2）带菌体冷冻低温一次等电法 （3）除菌体常温等电点法 （4）浓缩、水解等电点法 （5）低温浓缩等电点法 （6）谷氨酸发酵液连续等电工艺
第五章 谷氨酸的提取 1、直接常温等电点法提取谷氨酸 提取谷氨酸工艺流程 提取谷氨酸
第五章 谷氨酸的提取 第一节概述 • 将谷氨酸生产菌在发酵液中积累的L-谷氨酸提取出来, 再进一步中和、除铁、脱色、加工精制成谷氨酸单钠 盐叫提炼。 • 提取工艺的选择原则:工艺简单,操作方便,提取收率高, 产品纯度高,劳动强度小,设备简单,造价低,使用的原材 料、药品价廉,来源容易。 • 谷氨酸是发酵的目的产物，必须将其与发酵液的菌体、 残糖、色素、胶体物质以及其他副产物分离出来。 • 谷氨酸，通常应用其两性电解质性质、溶解度、分子 大小、吸附剂的作用以及谷氨酸的成盐作用。
第五章 谷氨酸的提取 3、除菌体常温等电点法提取谷氨酸 提取谷氨酸工艺流程 提取谷氨酸
发酵液
菌体蛋白
离心分离 除菌体
加盐酸（或高流分母液pH1.5) 育晶2h(pH4-5) 加盐酸（或高流分母液pH1.5) 育晶2h(pH3.5-3.8) 加盐酸（或高流分母液pH1.5) 育晶2h(pH3.0-3.2) 冷却降温 搅拌育晶20-16h 沉淀4h
第五章 谷氨酸的提取 等电点法提取谷氨酸的原理： 等电点法是谷氨酸提取方法中最简单的一种方法,由于设 备简单、操作简便、投资少等优点,谷氨酸发酵液不经除菌或 除菌、不经浓缩或浓缩处理、在常温或低温下加盐酸调至谷 氨酸的等电点pH3.22,使谷氨酸呈过饱和状态结晶析出。 谷氨酸分子中含有2个酸性的羧基和一个碱性的氨基,在不 同的pH值溶液中以GA+、GA± 、GA-、GA＝、表示。
任务工单离子交换法提取谷氨酸
日期：
任务名称
离子交换法提取谷氨酸
任务内容要求
1.工艺流程
2.工艺说明
1）先将新树脂进行预处理，清水浸泡12小时，再用2-3倍树脂体积的10%食盐水浸泡4小时，清水清洗干净残留的氯化钠，然后用4%的氢氧化钠浸泡4小时，水洗pH8.0以下，加入4%盐酸浸泡4小时，用自来水清洗至Ph2.0左右；
6）用4%的氢氧化钠溶液或液氨、pH9.0的等电点母液对离子交换柱进行洗脱；
7）洗脱液的收集，主要是看流出液的pH，在1.5-2.5之间的为前流分，用于重新上柱；在2.5-9.0之间的为高流分，用于等电点提取谷氨酸；在9.0以上的一般作为洗脱液或重新上柱回收了；
8）再生，洗脱结束后用1.2-1.5倍例子树脂的再生剂进行再生，一般先用热水洗后再用4%的盐酸溶液清洗，再生速度控制是上柱速度的50%左右。
2）调节上柱液的pH至5.0-5.5；
3）开始上柱，顺流上柱流速控制1.5-2m3/h，逆流上柱流速控制2-3m3/h，总量控制6.5-8.5mmol/ml湿树脂；
4）当上柱进行到一定阶段后要不断用5%的印三酮溶液做显色实验，当上柱流出液谷氨酸含量大于0.2%时，说明有漏吸了，要立即停止；
5）上柱结束后要50-60℃热水冲洗、疏松和预热离子交换柱；
知识点及技能目标：
1.熟悉离子交换原理
2.熟练离子交换树脂的预处理、上柱、再生等操作
3.理解“漏吸”的检测
4.熟悉再生液的配置
5.理解影响离子交换效果的因素
任务所需设备、试验器材
离子交换柱一套/组、谷氨酸发酵液1000ml/组、盐酸、氢氧化钠、印三酮等。
任务负责人名单
任务执行人名单
任务过程情况Байду номын сангаас述
任务完成情况评价
第五章 谷氨酸及味精-2
搅拌转速适当30~35rpm（Revolutions Per minute，转/分钟） ，浆式二档交叉搅拌 为宜。 发酵液产酸高，结晶好； 天门冬氨酸、苯甲氨酸、酪氨酸、脯氨酸 等促进α型生成； Ca2+、Mg2+影响结晶（>0.34g/100ml）
在同一温度下微小晶体的溶解度高于粒度较 大的晶体,在大量晶体存在的情况下,微小晶 体溶解,而大晶体长大,直至小晶体完全消失。 因此,颗粒只有大至某一临界粒度(微米级,与 细菌相当)。在流加过程中,可以通过暂停流 加进行一段时间育晶,从而使小的不良的晶体 可以慢慢溶解,使系统中的晶核数量减少,使 得产品的粒度分布得到改善,提高产品的质量。
酸中和
40~60℃温水 碳酸钠
谷氨酸结晶
谷氨酸溶液
70 ℃
谷氨酸钠溶液 Ph=5.6
碱中和
谷氨酸单钠的精制
1.活性炭脱色 采用颗粒状的活性炭进行脱色时，一般是 让谷氨酸钠溶液通过活性炭柱，色素被吸 附，而得到的流出液为脱除了色素的谷氨 酸钠溶液。 离 2.离子交换柱 子 2+ 2+ 2+ 交 除去Ca ,Mg ,Fe 离子 换
第四节 谷氨酸的提取和精制
概 述
将谷氨酸生产菌在发酵液中积累的L-谷氨酸 提取出来,再进一步中和、除铁、脱色、加工 精制成谷氨酸单钠盐叫提炼。 分为：提取和精制 在提取车间和精制车间完成。
加热到70度
标 准 沉 淀 法 回 收 柠 檬 酸 流 程 图
发酵液
菌丝体
蛋白絮凝
过滤 菌丝体分离
2）影响谷氨酸结晶的主要因素 菌体 谷氨酸浓度 温度 加酸速度 起晶方式 残糖
离子交换法提取谷氨酸
谷氨酸的等电点法提取
3.二级调酸罐的操作：
• 一级调酸罐中的固液混合物料进入二级 调酸罐后，当体积达到一半时，即可加 酸调节pH，和用冷水调温，使操作条件 恒定为pH3.6和温度140C。
4.三级调酸罐的操作:
• 二级调酸罐中的固液混合物料进入三级 调酸罐后，当体积达到一半时，即可加 酸调节pH，和用冷水调温，使操作条件 恒定为pH3.2和温度80C。
总结:
• 特点：设备简单、操作方便 • 原理:常温下加盐酸调至谷氨酸等电点
3.2，使谷氨酸呈过饱和状态析出。介稳 区时产生微细的晶核；然后进行养晶， 育晶，使晶粒不断增大，通过控制晶核 形成与晶体增长，获得满意的结晶。
• 工厂中一次收率一般可达75%~85%。
• 晶种加入量一般为发酵液加入量的 0.2%~0.3%.
谷氨酸的等电点法提取
分批提取与连续提取
分批提取：
• 等电点法分批提取谷氨酸的工艺流程 • 操作要点：
1.起晶前的调酸。 2.起晶与育晶。 3.继续调酸与等电点结晶。 4.沉淀与分离。 • 总结
1.起晶前的调酸：
• 当发酵液放入等电点罐以后，启动搅拌，在等 电点罐的盘管或列管中通入冷水，将温度降至 280C左右，然后加入硫酸调节pH。为了缩短 提取周期，根据目前发酵液中谷氨酸含量情况， 在pH5.0之前的加酸速度可以加快，在1~2个 小时内完成。
工艺流程：
超滤液
四效真空蒸发器
浓缩液
三级调酸罐
二级调酸罐
一级调酸罐
连续离心分离
湿谷氨酸
母液
1.蒸发浓缩：
• 将清液浓缩2.5~3倍，使浓缩液的谷氨 酸浓度为300g/L左右。蒸发器出来的浓 缩液降温至400C左右，存放在贮藏罐内。 使用时，经过换热器与离心分离母液交 换热量，温度降低至28~300C，然后才 进入第一级加酸罐。
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第五章 谷氨酸的提取 2、带菌体冷冻低温等电点法提取谷氨酸 提取谷氨酸工艺流程 提取谷氨酸
湿谷氨酸 结晶
母液（进一步回收glu）
第五章 谷氨酸的提取 4、浓缩、水解等电点提取谷氨酸 、浓缩、
发酵液 一次蒸发 盐酸水解 过滤 过滤液 122#树脂脱色 二次蒸发 加NaOH调pH3.2 或用发酵液调pH3.2) 育晶1~2h 降温结晶 谷氨酸 分离 母液
复合肥料
一、离子交换法提取glu的基本原理
第五节
锌盐法提取谷氨酸
一、基本原理和性质 ２C5H9O4N+Zn++
pH6.3
(C5H8O4N)2Zn +2H+
pH2.4
(C5H8O4N)2Zn + 2H+
２C5H9O4N + Zn++
谷氨酸锌盐的溶解度受pH值影响较大，由于离 子的存在，使谷氨酸的等电点改变为pI2.4
工艺流程
1、一步锌盐法 发酵液
加ZnSO4、NaOH调 pH6.3,搅拌、沉淀
含锌废液
glu锌盐
加水蒸汽加热45℃， 调pH2.4,搅拌、沉淀
湿谷氨酸 水洗离心 洗水 谷氨酸
锌盐母液
工艺流程
等电点——锌盐法 发酵液
加谷氨酸锌盐、加HCl调 pH2.8,搅拌、沉淀
湿谷氨酸 水洗离心
等电点母液 加ZnSO4、NaOH调 pH6.3,搅拌、沉淀
第五章 谷氨酸的提取 第三节 等电点法提取谷氨酸 二、谷氨酸的结晶 （1）谷氨酸的晶型及其性质 ： α—型为斜方六面晶体，颗粒大，质量重，易沉降 β —型为粉状或针状、鳞片状，晶粒细微，纯度低，难 沉降 （2）影响谷氨酸结晶的主要因素：glu的浓度、温度与 降温速度、加酸速度与最终pH值、晶种的投放时间、搅 拌的速度、菌体、残糖、谷氨酰胺、水解糖液的质量、 其他氨基酸等。 （3）β－型结晶的形成：加酸速度快是产生β－型结晶的 关键操作之一。
第五章 谷氨酸的提取 3、除菌体常温等电点法提取谷氨酸 提取谷氨酸工艺流程 提取谷氨酸
发酵液
菌体蛋白
离心分离 除菌体
加盐酸（或高流分母液pH1.5) 育晶2h(pH4-5) 加盐酸（或高流分母液pH1.5) 育晶2h(pH3.5-3.8) 加盐酸（或高流分母液pH1.5) 育晶2h(pH3.0-3.2) 冷却降温 搅拌育晶20-16h 沉淀4h
第五章 谷氨酸的提取 第二节 谷氨酸发酵液的性质和发酵废液的综合利用 二、菌体分离方法： 菌体分离方法： 1、机械分离：离心分离机6500r/min——15000r /min 2、加热沉淀：加热至80℃以上，使蛋白质凝固沉淀 3、添加絮凝聚剂 三、发酵液的综合利用 发酵液的综合利用 1、作肥料 2、作饲料 3、提炼核苷酸 4、培养单细胞蛋白。
第五章 谷氨酸的提取 第三节 等电点法提取谷氨酸 一、等电点法提取谷氨酸的原理 (1)谷氨酸的两性解离与等电点 谷氨酸的两性解离与等电点 I： 谷氨酸的离子状态 ：
酸性
等电点
中性
碱性
第五章 谷氨酸的提取 第三节 等电点法提取谷氨酸 II：不同pH时谷氨酸的电离情况与离子形式： ：不同 时谷氨酸的电离情况与离子形式 时谷氨酸的电离情况与离子形式： [GA+] ： [GA±] ： [GA-] ： [GA=] ＝7.86%：84.24%： 7.86% ： ： ： 2.789×10-6% × III：谷氨酸等电点的性质： ：谷氨酸等电点的性质： 在pI时，正负电荷相等，形成偶极离子，在直流电场中不流动。 时 正负电荷相等，形成偶极离子，在直流电场中不流动。 谷氨酸的溶解度最小。 谷氨酸的溶解度最小。 (2)谷氨酸溶解度 谷氨酸溶解度 I:pH值对谷氨酸溶解度的影响： 值对谷氨酸溶解度的影响： 值对谷氨酸溶解度的影响 II: 温度对谷氨酸溶解度的影响：温度越低，溶解度越小 温度对谷氨酸溶解度的影响：温度越低， III:杂质对谷氨酸溶解度的影响：杂质含量越高，溶解度越大 杂质对谷氨酸溶解度的影响：杂质含量越高， 杂质对谷氨酸溶解度的影响
发酵液 加盐酸（或高流分母液pH1.5) 育晶2h(pH4-5) 加盐酸（或高流分母液pH1.5) 育晶2h(pH3.5-3.8) 加盐酸（或高流分母液pH1.5) pH1.5) 育晶2h(pH3.0-3.2) 搅拌育晶20-16h 沉淀4h 湿谷氨酸 结晶 冷却降温(0~5℃)
母液（进一步回收glu）
离子交换反应过程
液膜 树脂表面
GA+ 、H+
H+ GA+
H+ GA+内扩散
外扩散
交换反应 吸附
洗脱
再生
谷氨酸发酵液交换层次
正上柱吸附层吸示意图
第五章 谷氨酸的提取 单柱法工艺流程
发酵液 稀释调(pH5-5.5) 上柱交换 水洗菌体及疏松树脂 热水预热 洗脱 收集 放氨 再生
低流分 pH1.5~2
第五章 谷氨酸的提取 •pH 为3.22时,大部分谷氨酸以[GA±]形式存在,此时谷氨酸 的氨基和羧基的离解程度相等,总静电荷为零。 •谷氨酸的等电点习惯上常以pI代表。总静电荷等于零,由于 谷氨酸分子之间的相互碰撞,并通过静电引力的作用,会结合 成较大的聚合题体而沉淀析出。因而在等电点时,谷氨酸的 溶解度最小。 谷氨酸的溶解度 lgs=0.533I+0.01613t 谷氨酸的溶解度随PH值的改变而改变, pH 3.22和在30%以 上的高浓度盐酸下,溶解度便显著减少到最低点。 谷氨酸溶解度受温度的影响较大,温度越低,溶解度越小。
第五章 谷氨酸的提取 等电点法提取谷氨酸的原理： 等电点法是谷氨酸提取方法中最简单的一种方法,由于设 备简单、操作简便、投资少等优点,谷氨酸发酵液不经除菌或 除菌、不经浓缩或浓缩处理、在常温或低温下加盐酸调至谷 氨酸的等电点pH3.22,使谷氨酸呈过饱和状态结晶析出。 谷氨酸分子中含有2个酸性的羧基和一个碱性的氨基,在不 同的pH值溶液中以GA+、GA± 、GA-、GA＝、表示。
菌体
饲料
连续冷却结晶
结晶1 母液2 结晶2
母液1（至浓缩） 水
母液3
谷氨酸晶体
当pH＞3.2时，羧基离解带负 电荷，与阴离子树脂交换吸附
当pH＜3.2时，氨基离解带正 电荷，与阳离子树脂交换吸附
• 1、亲和力：在常温和稀溶液中 • 阴离子与阴离子树脂进行交换，阳离子与阳离子树脂 进行交换。 • 各种阳离子具有不同的亲和力，对于强酸性阳离子交 换树脂的亲和力是随着离子价数和原子序数的增加而 增加，而随水合离子的半径的增大而减小。 • 强酸型树脂：Fe3+＞Al 3+＞Ca 2+＞Mg2+ ＞K+ ＞NH4+ ＞Na+ ＞H+ • 弱酸型树脂： H+ ＞ Fe3+＞Al 3+＞Ca 2+＞Mg2+ ＞K+ ＞ NH4+ ＞Na+
尾流分单独上 柱pH9~11
• 3．双柱法与单柱法的比较
• 双柱法是将发酵液先通过弱酸性阳离子交换树脂(氢型) 以除去阳离子杂质(NH4+、K+、Mg2+等)，不吸附谷氨 酸．再通过磺酸型阳离子交换树脂．以吸附谷氨酸．用 碱自第二柱(强酸型)洗脱谷氨酸．则因浓度集中，谷氨酸 含量达到１6％。再分别用ＨＣl使第一柱、第二柱进行 再生。 • 单柱法用碱量、再生用酸量均较双柱法高，但洗脱率较 双柱法低。
谷氨酸
洗水
含锌废液
谷氨酸锌
电渗析法提取谷氨酸
发酵液 pH3.22 等电点
谷氨酸结晶
等电点母液 电渗析 淡化液 离子交换 高流分
发酵液 离心分离 加热90℃~95 ℃
加硅藻土
菌体
饲料
过滤 多效浓缩 母液 等电点结晶 谷氨酸晶体
滤渣
中和
脱色
结晶
发酵液 离心分离 60℃减压浓缩
加浓硫酸调pH3.22
第五章 谷氨酸的提取 主要提取方法简介
(1)等电点法 (2)离子交换法 (3)金属盐法 (4)盐酸水解-等电点法 (5)等电-离交法 (6)连续等电点法 (7)浓缩——等电点法
第六章 谷氨酸的提取 第二节 谷氨酸发酵液的性质和发酵废液的综合利用 一、谷氨酸发酵液的主要性质 1、发酵液中所含的 为 L——型， 一般以 6H8O4N·NH4 、 发酵液中所含的glu为 型 一般以C 存在。 存在。 2、 发酵液中含有无机盐 ， 如 K+ 、 Na+ 、 NH+4 、 Mg2+ 、 、 发酵液中含有无机盐， Ca2+、Fe2+、Cl-、SO2-4、PO3-4等。 、 、 3、大量菌体、蛋白质等悬浮在发酵液中。 、大量菌体、蛋白质等悬浮在发酵液中。 4、发酵液中还含有残糖、尿素、色素等。 、发酵液中还含有残糖、尿素、色素等。 5、发酵液中含有发酵副产物，如乳酸、琥珀酸、 α——酮 、发酵液中含有发酵副产物，如乳酸、琥珀酸、 酮 戊二酸、各种氨基酸等。 戊二酸、各种氨基酸等。
高流分 pH2~9
尾流分再交换 pH9~11 等电点提取或用 于调pH值
第五章 谷氨酸的提取 双柱法工艺流程
等电点母液 一次交换 倒冲 谷氨酸 过流分 二次交换 水洗疏松树脂 热水预热
水洗树脂
碱洗脱 放氨 再生
60℃、4%的NaOH洗脱 初流分重上 柱pH1.5~2 高流分 pH2~9
4%HCl再生 水洗疏松树脂
第五章 谷氨酸的提取 第三节 等电点法提取谷氨酸 三、等电点工艺的类型 （1）直接常温等电点法 （2）带菌体冷冻低温一次等电法 （3）除菌体常温等电点法 （4）浓缩、水解等电点法 （5）低温浓缩等电点法 （6）谷氨酸发酵液连续等电工艺