第五章 谷氨酸及味精-2

发酵→提取谷氨酸晶体
冷却 → 发酵罐发酵 → 冷却 → 等电点中和 → 谷氨 酸晶体→ 加水溶解 → 二次中和 → 得谷氨酸钠溶液
谷氨酸的分离与味精 的制备
谷氨酸是发酵的目的物,它溶解在发酵 液中,而在发酵液中还存在菌体、残糖、 色素、胶体物质以及其他发酵副产物。 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。
（1）常温等电点法
发酵液→调节pH4.0-4.5 →育晶2-4h → 调节pH4.0-4.5 →育晶2-4h → 缓慢调 至pH3.0-3.2 →育晶2h →冷却降温搅拌 16h →静止沉淀2-4h →离心分离→湿 谷氨酸
谷氨酸的晶型及其性质
α-型结晶：斜方六面晶体，纯度高， 颗粒大，质量重，易沉降，与母液容易 分离。 B-型结晶：粉状或针状、鳞片状、晶粒 微细，纯度低，晶体无光泽，质量轻， 难沉降，不易与沉淀分离，常常称为 “轻质谷氨酸”。 谷氨酸结晶操作中要控制条件，避免B 型结晶析出。
主要提取方法简介 (1)等电点法 (2)离子交换法 (3)等电-离交法 (4)连续等电点法 (5)金属盐法 (6)盐酸水解-等电点法 (7)离子交换膜电渗析法提取谷氨酸
谷氨酸提取方法
一般有等电点法、离子交换法、金属盐沉淀法、
盐酸盐法和电渗析法等，其中以等电点法和离 子交换法较普遍。
1）等电点法
搅拌育晶20-16h
沉淀4h
细谷氨酸
母液
上离子交换柱 洗脱
谷氨酸
后流分
高流分
初流分
国内工厂普遍采用的是等电点－离子交换法提取谷氨酸
发酵液
育晶2h(pH4-5)
盐酸 或高流分母液pH1.5
育晶2h(pH3.5-3.8)
育晶2h(pH3.0-3.2)
适



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。
2.双柱法 等点母液 ↓ 弱酸型阳离子树脂（除去杂离子） ↓ 强酸型阳离子树脂（吸附、洗脱） ↓ 高流分 ↓ 调酸做酸使用（等点提取）
等电点－离子交换法提取谷氨酸
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) 发酵液
④冷冻等 电——— 离交法提 取GA的 工艺流程 图




从pH1.8，到pH2.5，这一段为低流分，谷氨酸含量1 ％左右，收集液可以重新上柱交换。 从pH2.5，到pH8，，这一段为高流分，以pH3～ 3.5时为最高，平均谷氨酸含量为8％左右。泵入等电 点罐，调酸到pH3.0～3.2，养晶后经分离得谷氨酸结 晶。 （八）洗脱液收集与洗脱曲线 pH8～9，这一段收集液为后流分，谷氨酸含量为2 ％左右，这部分流出液含NH4+等杂质多，经加热除氨 后可再上柱。 pH1l～12，这一段流出液均为氨，可以用来中和离 子交换流出液，以提高排放时的pH值，或用硫酸中和 成硫酸铵，作化肥用。 从收集洗脱液，可以明显看出洗脱过程中pH值、谷 氨酸和NH4+的变化情况。洗脱过程应防止高峰不集中 或拖尾现象。
设 备
酸的流加速度
创造一定的合适的过饱和度

当温度低于相转变温度时,α相稳定,β相 不稳定,过饱和溶液将主要析出α晶体。 当温度低于某个限度,过饱和溶液只析出 α晶体而不析出β晶体。在低于相转变温 度的范围内,β晶相有向α晶相转变的趋 势,即在温度低于相转变温度的情况下,饱 和溶液中α和β晶相同时存在,由于β晶 相不稳定易溶解,α晶相将长大。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ谷氨酸提取工序
关键点：等电点、 pH值、温度控制 • 发酵液进入等电点中和罐，进入罐前使温度降为 22 ℃。谷氨酸的等电点为 pH3.2 。加硫酸调节 pH 值，该过程要先以较快的速率加酸，将 pH 先调整 至 5.0 ，停止加酸与搅拌 1.5h ，保证晶体增长。然 后继续缓慢加酸调整，直至pH降为3.2，温度冷却 至 8 ℃，使之达到等电点，停止中和及搅拌。谷氨 酸沉淀后用离心分离机进行分离，得到谷氨酸的凝 称物。然后进入二次中和罐加水加纯碱中和成谷氨 酸钠，加水溶解温度为40～60℃， Na2CO3调pH 至5.6 ，中和温度控制在7 0℃以内。
冷却降温
搅拌育晶16-20h
静置沉降4h
细谷氨酸 母液 谷氨酸 上离子交换柱
先热水洗柱，再用6%NaOH洗脱
后流分 高流分 初流分 （上柱回收） （盐酸调pH1.5） （下次上柱回收）
目前，谷氨酸生产厂家多采用等电 离交工艺等 方法从发酵液中提取谷氨酸，即将谷氨酸发酵液降温 并用硫酸调PH值至谷氨酸等电点(pH3.0- 3.2)，温度降 到10 以下沉淀 离心分离谷氨酸，再将上清液用硫 酸调pH至1.5上732强酸性阳离子交换树脂，用氨水调 上清液pH10进行洗脱，洗脱下来的高流分再用硫酸 调pH1.0返回等电车间加入发酵液进行等电提取，离 交车间的上柱后的上清液及洗柱水送去环保车间进 行废水处理 该工艺方法存在废水量大 治理成本高， 酸碱用量大等缺点

从发酵液中提取得到的谷 氨酸，仅仅是味精生产的半成 品。谷氨酸与适量的碱进行中 和反应，生成谷氨酸一钠，其 溶液经过脱色、除铁、除去部 分杂质，最后通过减压浓缩、 结晶及分离，得到较纯的谷氨 酸一钠晶体（味精）
第七章 谷氨酸制味精

谷氨酸制味精的工艺流程

谷氨酸→中和→脱色→浓缩结晶→干燥 →过筛→包装→成品
*在介稳区内结晶析出
③影响结晶的主要因素
创造一定的过饱和度

控制加酸的速度，不能太快，避免形成大量晶核；
晶粒形成温度30~25℃，不能高于30℃?，温度不 能回升，控制酸的流加速度来防止回升。 添加α型晶种：0.2%~0.3%。谷氨酸含量5%以上，
pH4.5~4.0时投种；谷氨酸含量4%~5%时pH4.0时 投种。?pH影响溶液溶解度,使溶液中过饱和度合
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
2）离子交换法
当发酵液的pH值低于3.22时，谷氨酸以阳离子 状态存在，可用阳离子交换树脂来提取吸附在 树脂上的谷氨酸阳离子，然后用碱液洗下来， 收集谷氨酸洗脱流分，经冷却，加盐酸调pH 值3.0-3.22进行结晶，再离心分离即得谷氨酸 结晶。 此法过程简单，周期短，设备省，提取总收率 可达80-90%，缺点是酸碱用量大，废液污染 环境。
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

根据有关数据,谷氨酸水溶液的相转变 温度为40℃,根据谷氨酸溶解度数据图 分析,40℃时饱和曲线有明显的拐点。 但是,系统中有大量的杂质,而且溶液 的pH是3.2,故实际生产的系统温度应 该<40℃。

从发酵液中提取得到的谷 氨酸，仅仅是味精生产的半成 品。谷氨酸与适量的碱进行中 和反应，生成谷氨酸一钠，其 溶液经过脱色、除铁、除去部 分杂质，最后通过减压浓缩、 结晶及分离，得到较纯的谷氨 酸一钠晶体（味精）
发酵液 起晶中和点（pH4-4.5） 盐酸 盐酸 育晶（2h）
等电搅拌（pH3-3.22） 菌体及细小 的谷氨酸
静置沉降（4-6h） 母液
离心分离
谷氨酸 等电点法提取谷氨酸工艺流程
等电点法提取谷氨酸
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。
冷冻盐水
碱中和 过滤得谷氨酸结晶，加入温水 溶解，用碳酸钠将谷氨酸溶液 的pH值调到5.6，T=70℃ 注意： pH---谷氨酸二钠、谷氨酸 温度---焦谷氨酸钠 速度—二氧化碳
发酵液
停止加酸搅拌 缓慢加酸 发酵液 发酵液 较快加硫酸 发酵液 pH=3.2 晶体增长 T=22℃ pH=5.0 1.5h pH=7.0 T=8 ℃
之间，因Na+、NH4+交换能力>谷氨酸，
优先交换，置换出H+使pH值低于3.2，
使谷氨酸成为阳离子，但不能>6.0。
吸附（目的物的分离） ↓ 清洗（清除杂质） ↓ 洗脱（目的物的收集） ↓ 再生（树脂的再生）
↓
水洗（pH接近中性）
离子交换工艺流程 1.单柱法 等点母液 ↓ 强酸型阳离子树脂（交换、洗脱） ↓ 高流分 ↓ 调酸做酸使用（等点提取）
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
等电点法提取谷氨酸

酸中和 向中和罐盘管内注入冷冻盐水，将发酵 液温度降至22，然后加硫酸中和，使其 pH值从7.0降至3.2，温度从22降至8.该 过程要先以较快的速率加酸，将pH先调 整至5.0，停止加酸与搅拌1.5h，保证晶 体增长。然后继续缓慢加酸调整，直到 pH降为3.2，温度冷却至8，达到等电点， 停止中和及搅拌。
草酸盐沉淀 分离
助滤剂 水
70° C石灰 pH2.7~2.9 95° C、 pH7石灰
废滤液 废石膏 母 液 回 收
草酸钙
柠檬酸钙沉淀 分离
90° C水洗
硫酸
分离 活性炭或离子交换纯化 分离 结晶
干燥、包装
硫酸处理
pH1.8~2.0
蒸发
谷氨酸发酵液的组分
正常谷氨酸发酵液的组分如下： 1.L-型谷氨酸，一般以谷氨酸铵盐 (C5H8O4N· NH4)形式存在。 2.无机盐(K+、Na+、NH+、Mg2+、Ca2+、 SO42-等)、残糖、色素、尿素以及消泡用的 花生油、豆油或合成消泡剂等。 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2％～5％。 还存在着核苷酸类物质及其降解产物和其它氨 基酸。
（2）低温等电点法提取谷氨酸 与常温等电点操作基本相同，差别在于 最后终点温度为0-5 ℃ （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
谷氨酸的结晶 1）谷氨酸的晶型和性质 α-型谷氨酸 斜方六面晶体、纯度高、颗粒大、质量 重，易分离。 β-型谷氨酸 粉状或针状，纯度低、晶粒微细、难分 离。
离子交换法提取谷氨酸的原理 当pH＞3.2时，谷氨酸以GA-存在 当pH＞3.2时，谷氨酸以GA+存在 可以用阳离子树脂提取谷氨酸 阳离子树脂吸附顺序： Ca2+＞ Mg2+ ＞ K+ ＞ NH4+ ＞ Na+ ＞ 丙氨酸＞亮氨酸＞谷氨酸＞天冬氨酸
理论上讲发酵液上柱的pH值应低 于3.22，但实际上控制在5.0 6.0