等电点法提取谷氨酸的工艺-资料
等电点-离子交换法提取谷氨酸的实验应用
等电点-离子交换法提取谷氨酸的实验应用
谷氨酸在生物体内具有重要的生理功能，因此，对谷氨酸的提取和研究具有重要意义。
等
电点-离子交换法是一种常用的谷氨酸提取方法，可以有效地提取谷氨酸，并且操作简便、快捷。
实验步骤：
1.准备样品：将需要提取谷氨酸的样品（如动物组织、植物组织、微生物组织）研磨成粉末，加入适量的水，搅拌均匀，得到悬浮液。
2.等电点-离子交换提取：将悬浮液加入等电点-离子交换柱中，改变柱内的溶液浓度，使
谷氨酸结合在离子交换柱的表面上，并用碱性溶液洗脱，得到谷氨酸溶液。
3.纯化：将提取的谷氨酸溶液经过离子交换柱精确纯化，得到纯度较高的谷氨酸溶液。
4.分析：将提取的谷氨酸溶液进行光谱分析，测定谷氨酸的浓度，以确定提取效果。
等电点-离子交换法提取谷氨酸的实验应用，可以有效地提取谷氨酸，并且操作简便、快捷，是一种常用的谷氨酸提取方法。
6谷氨酸提取
6.1 概述
一、提取谷氨酸的方法：
⑴等电点法：利用谷氨酸是两性电解质，在等电点时 其溶解度最小的性质，将发酵液加硫酸或盐酸调pH 至谷氨酸的等电点，使谷氨酸沉淀析出的方法。
⑵离子交换法：先将谷氨酸稀释至一定浓度，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， 达到浓缩和提纯的目的。
6.3.2 谷氨酸的溶解度
①pH对谷氨酸溶解度的影响
谷氨酸在pH1附近或碱性情况下，溶解度很高，但在等电点 pH3.22和在30%以上高浓度盐酸下，溶解度便显著减少到最 低点。
②温度对谷氨酸溶解度的影响
图 6-1
表6-2 在等电点时，不同温度条件下谷氨酸的溶解度
温度/℃
0
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
缺点：整个过程酸性强，腐蚀性大，需要耐酸耐压的水 解和浓缩设备，耗用大量蒸汽和盐酸，操作也比较复 杂。
⑶低温等电点法 关掉冷却水
投晶种0.2%
图6-4 低温等电点法提取谷氨酸工艺流程
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由 1.5~2%降低到1.0~1.3%，从而增加等电点一次收率。 特点： 工艺操作简便，设备简单，废水量少，节约酸、碱用 量，成本较低，一次提取收率可达78%左右。
⑶金属盐法：金属盐法包括锌盐法和钙盐法，即利 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，沉淀析出，在酸性环境 中谷氨酸金属盐被分解，重新以谷氨酸形式结晶 析出。
⑷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。
谷氨酸的发酵和提取工艺综述
⾕氨酸的发酵和提取⼯艺综述综述：⾕氨酸的发酵与提取⼯艺第⼀部分⾕氨酸概述⾕氨酸⾮⼈体所必需氨基酸，但它参与许多代谢过程，因⽽具有较⾼的营养价值，在⼈体内，⾕氨酸能与⾎氨结合⽣成⾕氨酰胺，解除组织代谢过程中所产⽣的氨毒害作⽤，可作为治疗肝病的辅助药物，⾕氨酸还参与脑蛋⽩代谢和糖代谢，对改进和维持脑功能有益。
另外，众所周知的⾕氨酸钠盐即味精有很强烈的鲜味，是重要的调味品。
1996、1997、1998年味精年产量分别为55.0万吨、56.64万吨、59.03万吨。
尽管如此，我国⼈均年消耗味精量还只有400g左右，⽽台湾省已达2000g。
因此，中国将是世界上最⼤的潜在味精消费市场，也就是说，味精⽣产会稳步发展。
这也意味着⾕氨酸的⽣产不断在扩⼤[1]。
⾕氨酸⽣产⾛到今天就⽣产技术⽽⾔已有了长⾜进步,⽆论是规模还是产能都今⾮昔⽐,与此同时各⼚家还在追求完美, 这是⾏业进步的动⼒,也是⽣存之所需。
实际上⽣产⼯艺是与时俱进的,没有瑕疵的⼯艺是不存在的。
如:配⽅及提取⽅法现在是多种多样,有单⼀⽤纯⽣物素的,也有⽤⽢蔗糖蜜加纯⽣物素的, 还有加⽟⽶浆⼲粉或麸⽪⽔解液及⾖粕⽔解液等等;提取⽅法有:等电-离交、等电-离交-转晶、连续等点-转晶等等[2]。
本综述简述⾕氨酸⽣产的流程及发酵机制，着重介绍⾕氨酸的提取⼯艺。
第⼆部分⾕氨酸⽣产原料及其处理⾕氨酸发酵的主要原料有淀粉、⽢蔗糖蜜、甜菜糖蜜、醋酸、⼄醇、正烷烃(液体⽯蜡)等。
国内多数⾕氨酸⽣产⼚家是以淀粉为原料⽣产⾕氨酸的，少数⼚家是以糖蜜为原料进⾏⾕氨酸⽣产的，这些原料在使⽤前⼀般需进⾏预处理。
(⼀)糖蜜的预处理⾕氨酸⽣产糖蜜预处理的⽬的是为了降低⽣物素的含量。
因为糖蜜中特别是⽢蔗糖蜜中含有过量的⽣物素，会影响⾕氨酸积累。
故在以糖蜜为原料进⾏⾕氨酸发酵时，常常采⽤⼀定的措施来降低⽣物素的含量，常⽤的⽅法有以下⼏种:(1)活性炭处理法; (2)⽔解活性炭处理法;（3）树脂处理法。
第六章谷氨酸的提取
可以分开收集。前者为谷氨酸，后者为腺 嘌呤。再精制就可制得腺嘌呤磷酸盐或腺 嘌呤盐酸盐。
（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。
1．机械分离法
• 一般采用高速离心分离机分离菌体。如用 国内生产的DP-400型和D-350型酵母高速 离心机，转速6500r／min，和GF-150型高 速管式离心机，转速13500-1500r／min。
2．加热沉淀法
• 将发酵液加热至80℃以上，静置使菌体和 蛋白质凝固沉淀而除去。
• 此法菌又可使大 量杂质凝固沉淀，有利于提取。但需消耗 较大能量。
• 又如，碳水化合物水解液的存在，也会使 谷氨酸的溶解度有所增加。
二、谷氨酸的结晶
• 在等电点操作中，随着加酸调PH，温度的 降低，逐渐接近谷氨酸的等电点，溶液中 的谷氨酸处于过饱和状态，过量的溶质会 结晶析出。一般控制在介稳区时使溶液产 生微细的晶核。
• 再进行养晶、育晶即以已产生的晶核为中 心，陆续在晶核表面吸附周围的溶质分子， 使晶粒不断长大，通过对晶核形成与晶体 成长的控制，可得到满意的谷氨酸结晶。
• 一般地说，开始加酸中和至PH5左右，这 段时间加酸速度可以快一些，PH5以下，起 晶前后，加酸速度要慢，须倍加小心，发 现晶核时，应立即停止加酸，育晶2h，使 晶核成长壮大，继续缓慢加酸中和至 PH3．2，搅拌育晶。
谷氨酸除菌体连续浓缩等电点提取
工艺过程 将发酵液和硫酸同时加入等电点罐中，始终保 持罐内pH在3.0~3.2，发酵液在等电点罐中采用 低温等电点法结晶，待析晶完全后，以晶体及 母液作为“种子”，维持一定的温度和pH，然 后一边连续添加新发酵液，一边从等电点罐底 部放出已结晶的谷氨酸，使进出料量保持一致， 放出的物料在育晶罐中进行育晶，让晶体长大， 育晶结束后进行分离，得到谷氨酸晶体。
谷氨酸除菌体连续浓缩等电点提取
22号
工艺流程
发酵液 菌体分离（絮凝剂沉淀或离心机分离） 清液 菌体 饲料
蒸发器（多效降膜蒸发器） 等电点罐（浓缩液含谷氨酸20~30%，冷却，连续等电，硫酸调酸） 等电点（pH3.0~3.2,0~5℃） 分离（沉降式离心机） 谷氨酸 母液 浓缩 肥料
先将发酵液进行除菌，可采用絮凝剂沉 淀或离心机分离，分离得到的菌体可作 为饲料或用于制造核苷酸，母液经浓缩 后制造肥料，可以解决废液污染问题。
低温等电点法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℃降到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
பைடு நூலகம்
浓缩连续等电点法提取谷氨酸的特点是：
1析出的谷氨酸晶体颗粒粗大，大小均匀， 光泽度好，沉降快，易分离； 2适用于不正常发酵液谷氨酸的提取
3可节省育晶时间，提高设备利用率
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。
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。
5谷氨酸的提取
• •
三、离子交换法提取谷氨酸的基本理论
• 目前味精厂均采用732强酸性阳离子交换树 脂，利用阳离子交换树脂对谷氨酸阳离子 的选择性吸附，使发酵液中妨碍谷氨酸结 晶的残糖及糖的聚合物，蛋白质、色素等 非离子性杂质得以分离，后经洗脱达到浓 缩提取谷氨酸的目的。
影响谷氨酸晶型的主要因素
6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 菌体 残糖 L－谷氨酰胺 杂菌和噬菌体 水解糖液质量 不同谷氨酸产生菌种对谷氨酸结晶晶型的影响 玉米浆胶体过多时对结晶的影响 某些氨基酸、多肽类物质及杂质的影响：Ｌ－ 天冬氨酸、Ｌ－苯丙氨酸，Ｌ－酪氨酸，Ｌ－ 亮氨酸及Ｌ－胱氨酸能促进а－晶型的生成。
提取谷氨酸的方法
– 等电点法
– 离子交换法 – 金属盐法 – 盐酸水解－等电点法 – 离子交换膜电渗析法
第三节 等电点法提取谷氨酸
• 直接常温等电点法
– 常温下等电点母液含谷氨酸1.5－2%，一次提取收率仅 60－70%。（发醇醪中谷氨酸含量为5%左右）
• 水解等电点法 • 低温等电点法
– 一次冷冻等电点法提取工艺，收率达78－82%母液谷 氨酸含量为1.2%左右。低温提取谷氨酸）
二、离子交换树脂的性能
• • • • • 交联度：交联剂的百分含量。732树脂交联度通常按树脂母体中二乙烯苯的 总量所占重量百分数计。 粒度：颗粒在水中充分膨胀后的直径，732树脂粒度为16-60目（碎米大小） 形状：不定形颗粒与球状两种 含水量：在指定活性基团形式下，树脂充分膨胀后树脂内部水分占树脂的百 分比。交联度小内部容量大，含水量高。一般树脂含水量40%－60% 相对密度：
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。
第六章谷氨酸的提取
• （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。
• 一般地说，开始加酸中和至PH5左右，这 段时间加酸速度可以快一些，PH5以下，起 晶前后，加酸速度要慢，须倍加小心，发 现晶核时，应立即停止加酸，育晶2h，使 晶核成长壮大，继续缓慢加酸中和至 PH3．2，搅拌育晶。
• 目前工厂一般采用盐酸中和，若用硫酸中 和，要避免局部温度过高，防止形成β-型结 晶，更需缓慢加酸。同时要选用硫酸含量 高，含杂质少，减少溶解度，可提高收得 率。
• (1)从谷氨酸发酵液中提取腺嘌呤。腺嘌呤 是肌苷发酵的必要原料，同时它还可合成 ATP。腺嘌呤是发酵过程核酸降解产物， 利用其解离度不一，在732离子交换树脂中， 用氢氧化钠洗脱时出现两个峰，见图6-1。
可以分开收集。前者为谷氨酸，后者为腺 嘌呤。再精制就可制得腺嘌呤磷酸盐或腺 嘌呤盐酸盐。
(4)盐酸水解-等电点法
• 发酵液中除含有谷氨酸外，尚含有一定量 的谷氨酰胺，焦谷氨酸和菌体蛋白，这些 物质用等电点、离子交换、锌盐法提取是 无法回收的。
• 发酵液经浓缩后加盐酸水解，可回收部分 谷氨酸，从而使谷氨酸的提取收率和谷氨 酸质量得到提高。
(5)离子交换膜电渗析法提取谷氨酸
• 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。
• 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。
等电点法提取谷氨酸的工艺-
组员：段守富（组长），黄有贵（主讲）， 邓崇飞，刘玉，王珏慧
基础知识： 1.等电点定义：两性电解质净电荷为零时的兼性离子状态下的 pH值，称为等电点。 2.等电点性质:处于等电点时,氨基酸的溶解度最小。 3.谷氨酸的等电点为pI=3.22（25℃的测定值）。
谷氨酸 结构
二.等电点法提取谷氨酸的工艺流程
温度 加晶种 起晶
发酵液 盐酸 静置沉 降6h 湿谷氨酸
纯度(%) 95.0 94.8 93.5 92.3 90.8 90.7
结论：30℃以下形成α-型结晶，而且温度越低， 其溶解度越小，故将发酵液降温，低温等电点 法能提高回收率。
2.起晶与晶种的添加
(1)自然起晶:晶体大小不一,小晶体难于沉降,收得率低. (2)晶种起晶:晶体大且均一,易于沉降,收得率高。
(3)投放晶种的时机:
过早投放:晶种容易溶化掉
过晚投放:形成更多细小晶核
自然起晶，pH中和至4.0～4.5时，可作为起晶中 和点，应停止加酸，养晶育晶2小时左右，使晶核成 长壮大。
3.加酸速度的影响
开始加酸调pH至 5.0这段时间内，加酸 速度可稍快些 加酸步骤: 在pH 5.0以下，加酸速度要缓慢 发现晶核时，应停酸育晶 然后再继续慢慢加酸直至pH缓慢降到 等电点为止
α-型结晶是等电点提取的一种理想的结晶。
表1 析出温度对晶型的影响
析出温度 (℃) 10 20 30 40 50 60
α -型与 β -型的比较 主要是α -型 主要是α -型 多数α - 型,少量β - 型 α ,β - 型各半 主要是β -型 主要是β -型
完整版)各种氨基酸的生产工艺
完整版)各种氨基酸的生产工艺本文介绍了谷氨酸的生产工艺，其中包括等电离交工艺方法、连续等电工艺、发酵法生产谷氨酸的谷氨酸提取工艺、水解等电点法、低温等电点法和直接常温等电点法。
等电离交工艺方法是从发酵液中提取谷氨酸的一种方法。
该方法的缺点是废水量大，治理成本高，酸碱用量大。
连续等电工艺方法将谷氨酸发酵液适当浓缩后进行结晶，虽然水量相对较少，但氨酸提取率及产品质量较差。
发酵法生产谷氨酸的谷氨酸提取工艺是通过超滤膜进行超滤，然后进行结晶、分离、洗涤等步骤得到谷氨酸晶体。
该方法设备简单，废水量减少，生产成本低，酸碱用量省。
水解等电点法是将发酵液浓缩后进行盐酸水解，然后进行过滤、脱色、浓缩等步骤得到谷氨酸晶体。
该方法设备简单，废水量减少，生产成本低，酸碱用量省。
低温等电点法和直接常温等电点法也是从发酵液中提取谷氨酸的方法，它们的优点都是设备简单，废水量减少，生产成本低，酸碱用量省。
发酵法制备谷氨酸晶体的工艺流程如下：首先将发酵液加入硫酸中，调节pH值为4.0-4.5，进行育晶2-4小时，然后再加入硫酸，调节pH值为3.5-3.8，再进行育晶2小时，最后加入硫酸，调节pH值为3.0-3.2，进行育晶2小时。
冷却降温后，进行搅拌16-20小时，沉淀2-4小时即可获得谷氨酸晶体。
该工艺具有设备简单、操作容易、生产周期短、酸碱用量省等优点。
L-亮氨酸的制备过程分为6个步骤。
首先，在浓缩罐中通入一次母液，加入蒸汽进行浓缩，温度为120度，气压为-0.09Mpa，浓缩时间为6小时，得到结晶液。
然后将结晶液进入一次中和罐中，加入硫酸和纯水进行中和，温度为80度，中和时间为4小时，过滤后得到滤液和滤渣。
接着将滤渣进入氨解罐中，加入氨水、纯水和蒸汽进行氨解，温度为80度，氨解时间为3小时，过滤后得到滤液和滤渣。
将滤渣进入脱色罐中，加入蒸汽、纯水和活性炭进行脱色，温度为80度，脱色时间为2小时，过滤后得到滤液和滤渣。
将滤液进入二次中和罐中，加入氨水和蒸汽进行中和，温度为80度，中和时间为4小时，过滤后得到滤液和滤渣。
学习手册-谷氨酸提取技术
学习手册《子情境：谷氨酸提取技术》引导文-单元设计-技能考核标准-实训指导书子情境：引导文谷氨酸提取技术阅读材料材料一：谷氨酸发酵液的性质一、谷氨酸的性质1、谷氨酸的主要物理性质谷氨酸结晶为无色正四面体晶体，相对分子质量为147.13，相对密度为1.538 (20℃)，熔点为202～203℃，在2mol/L HCl中的比旋光度为[α]D20=+31.8°(HCl浓度为10%)。
2、谷氨酸的主要化学性质①成盐反应谷氨酸分子中含有2个酸性的羧基和1个碱性的氨基，是一个既有酸性基团又有碱性基团的两性电解质，与酸或碱作用都可以生成盐。
②脱羧反应在谷氨酸脱羧酶的作用下，谷氨酸脱去α-羧基放出二氧化碳，同时生成γ-氨基丁酸。
用瓦勃氏呼吸仪测量二氧化碳的生成量，就可以计算谷氨酸的量，这是测定谷氨酸的方法之一。
③与茚三酮反应谷氨酸和其它氨基酸一样，在pH2.5～4.7时与水合茚三酮共热，生成紫蓝色产物，其颜色深浅与谷氨酸含量成正比。
在没有其它氨基酸存在时，可利用这个反应来定量分析谷氨酸。
④生成焦谷氨酸谷氨酸经长时间加热，脱水生成焦谷氨酸(L-吡咯烷酮酸)。
⑤生成谷氨酸盐酸盐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。
二、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。
从外观上看，发酵结束时整个发酵液呈浅黄色浆状，表面浮有少许泡沫，发酵液温度一般为34～36℃，pH为6.5～7.0，近中性。
发酵液中的主要成分和含量取决于发酵条件的控制和生产菌种的类型。
发酵液中的主要成分有以下几种：①谷氨酸发酵液中所含的谷氨酸均为L-型，一般以谷氨酸铵盐的形式存在，即C5H8O4N·NH4。
谷氨酸的提取
• 出晶：加浓硫酸调PH 3．2，搅拌20-30h， 多罐串联，连续冷却结晶。连续分离出料。 母液含谷氨酸为3-5％，做肥料。
结晶洗涤三次，方法如下：
每个等电点罐容量为45-100t。
• (2)美国 • 美国圣何塞味精厂提取工艺，发酵液经
(2)离子交换法
• 先将发酵液稀释至一定浓度，用盐酸将发 酵液调至一定的PH值，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，达到浓缩和提纯的目的。 收率可达85-90％左右。
• 但是酸碱用量大，废水排放量大。国内有 些味精厂采用等电点-离子交换法提取工艺 路线，总收率可达90％左右。
提炼：
• 将谷氨酸生产菌在发酵液中积累的L谷氦酸 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(俗称味精)这个过 程叫提炼。
• 目前生产上可分为谷氨酸提取与精制两个 阶段。
• 本章主要介绍以发酵液中提取谷氨酸的原 理、方法和生产上出现的异常问题及解决 的方法。
谷氨酸提取工艺的选择原则：
3．添加凝聚剂沉淀法
• 在发酵液中加入适量絮凝剂（如聚丙烯酰 胺)使菌体凝集一起，加助滤剂过滤除去。
三、发酵液的综合利用
• 发酵法生产味精的工厂，每天都有大量 废液和废菌体排放，造成环境污染，对发 酵废液的处理，是目前各味精厂急待解决 的问题。
发酵废液中含有一些量很小，价值很高的代 谢副产物。许多味精厂开展了综合利用，主 要有以下几个方面：
(4)盐酸水解-等电点法
• 发酵液中除含有谷氨酸外，尚含有一定量 的谷氨酰胺，焦谷氨酸和菌体蛋白，这些 物质用等电点、离子交换、锌盐法提取是 无法回收的。
等电点锌盐法提取谷氨酸的工艺流程
等电点锌盐法提取谷氨酸的工艺流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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谷氨基提取与精制技术
（三）影响谷氨酸结晶的主要因素 1.发酵液性质对结晶晶型的影响 ① 谷氨酸含量对结晶晶型的影响 若发酵液中谷氨酸含量过低，低于4.5%时，不容易达到过饱和度，即使提取温度 很低，所形成晶核数量也不会太多。如果谷氨酸含量较高，在室温条件下已经容易形 成β-型结晶，导致分离困难，影响谷氨酸收率，且谷氨酸含水量较大、纯度较低。 ② 菌体对结晶晶型的影响 当带菌体进行等电点提取谷氨酸时，如果菌体数量多，发酵液黏度大，易使结晶 形成β-型结晶。 ③ 杂菌和噬菌体结晶晶型的影响 如果谷氨酸发酵感染杂菌和噬菌体，发酵液中胶体物质增多，泡沫多，残糖高， 发酵液黏度大，容易形成β-型结晶。 ④ 残糖对结晶晶型的影响 如果发酵液残糖过高，不仅会影响谷氨酸的溶解度，而且易产生β-型结晶。 ⑤ 发酵液杂质对结晶晶型的影响 发酵液的杂质，如消泡剂，糊精、焦糖、蛋白质、色素等杂质，如果过多，对提取 带来影响。 2. 温度对结晶晶型的影响 温度越低，析出α-型结晶纯度越高。当等电点调酸时,发酵液温度高于30℃, β-型 结晶增加；当温度低于30℃，β-型结晶减少。温度在20℃以下时主要是α-型结晶析出。
二、离子交换法提取谷氨酸 （一） 离子交换法提取谷氨酸的基本原理 谷氨酸是两性电解质，是一种酸性氨基酸，含有可交 换的 -NH4+和COOH—，与酸、碱两种树脂都能发生交换。 谷氨酸的等电点为pH 3.22，当pH＞3.22时，羧基离解， 而带负电荷，它能被阴离子交换树脂交换吸附；当pH＜ 3.22时，谷氨酸在酸性介质中，呈阳离子状态，氨基离解， 带正电荷，它能被阳离子交换树脂交换吸附。 离子交换法从发酵液提取谷氨酸，是谷氨酸与发酵液 中其它同性离子性质不同，树脂对这些离子的吸附能力有 差别，采用不同的树脂将这些离子分别选择地吸附，然后 根据吸附能力差别，用洗脱剂分别先后洗脱。 目前各味精厂均采用732#强酸性阳离子交换树脂。 离子交换法提取谷氨酸，就是利用阳离子交换树脂对谷氨 酸阳离子的选择性吸附，以使发酵液中妨碍谷氨酸结晶的 残糖及糖的聚合物、蛋白质、色素等非离子性杂质得以分 离，后经洗脱达到浓缩提取谷氨酸的目的。
发酵产物提取与精制技术 谷氨酸分批等电点提取工艺
分批等电点提取工艺控制要点
分离操作
等电点悬浮液 洗涤水
湿谷氨酸
一级贮罐 一级分离机
二级贮罐 二级分离机
谷氨酸分离系统由两级卧式螺旋搅拌 贮罐和两级卧式螺旋离心机组成。
将等电点悬浮液泵送至第一级贮罐内， 再分配至第一级离心机，经分离得到 的谷氨酸进入第二级贮罐。
在第二级贮罐内，加入适量的pH3.22、 4℃的清水，进行搅拌洗涤，洗去谷氨 酸表面的色素，再分配至第二级分离 机，经分离，得到色泽较浅的谷氨酸。
谷氨酸分批等电点提取设备
发酵液
硫酸
搅拌器
等电点提取罐
去离心分离
盘管
分批等电点提取工艺控制要点
发酵液
起晶 养晶
发酵液
分离
湿谷氨酸
工艺流程
硫酸
去离心分离
分批等电点提取工艺控制要点
起晶操作
硫酸 发酵液
谷氨酸晶种
先将发酵液放入等电点罐内，至85%装液量时， 停止进料。
启动搅拌，将硫酸缓慢流入罐内，调节pH至 起晶点，起晶点一般为pH4.2~4.6，停止加酸。 一般采用投晶种进行起晶，晶种投入量为发酵 液的0.1%~0.3%。投入晶种后，搅拌育晶2 h， 完成起晶操作。 在加酸过程中，利用冷却水逐步降低溶液的温 度，起晶点的温度一般控制为24℃左右。
碱性
谷氨酸有四种离子状态，在一 定的pH条件下，谷氨酸的四 种离子形式按一定比例存在。
谷氨酸的等电点是3.22，在 pH3.22时，同时带一个正电 荷与一个负电荷的离子是主点时，谷氨酸的氨基和羧基的离解程度相等，总静电荷为零，以偶极离子形式存在。 由于谷氨酸分子之间的相互碰撞，通过静电引力的作用，会结合成较大的聚合体而沉淀析出。 在等电点时，谷氨酸溶解度最低，而且温度越低，溶解度越低，过量的溶质就会析出越多。
第六章 谷氨酸的提
第六章 谷氨酸的提取 6.2 谷氨酸发酵液的性质
6.2.1 谷氨酸的性质
※ 一般性质：正轴斜方系晶体，分子量147.13，相对密度1.538（ 20 ℃ ），熔 点202---203 ℃。
※ 谷氨酸的两性解离及等电点 HOOC(CH2)2CHCOOH NH2 谷氨酸在不同pH溶液中可以解离成GA+、GA ±、GA-、GA2- 4种离子状态。 谷氨酸pI是3.22.
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搅拌残糖其它氨基酸杂菌和噬菌体水解糖液质量等第六章谷氨酸的提取63等电点法提取谷氨酸633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六章谷氨酸的提取63等电点法提取谷氨酸1直接常温等电点法工艺流程发酵液加硫酸调节ph4045育晶24h加硫酸调至ph3538育晶2h加硫酸调至ph3032育晶2h冷却降温搅拌1620h沉淀24h谷氨酸晶体工艺特点
工艺特点：设备简单、操作容易、生产周期短、酸碱用量省
第六章 谷氨酸的提取 6.3 等电点法提取谷氨酸 （2）水解等电点法工艺流程 78.9kPa， 0.15MPa蒸汽 130 ℃，4h NaOH或 发酵液
发酵液-----浓缩----盐酸水解----过滤-----滤液脱色-----浓缩-----中和，调pH至 3.0-3.2- -----低温放置，析晶-------谷氨酸晶体
（5）低温浓缩等电点法 （6）谷氨酸发酵液连续等电工艺
第六章 谷氨酸的提取 6.3 等电点法提取谷氨酸
（1）直接常温等电点法
工艺流程
发酵液-----加硫酸调节pH4.0-4.5-----育晶2-4h-----加硫酸调至pH3.5-3.8-----育晶2h------ 加硫酸调至pH3.0-3.2------育晶 2h------冷却降温------搅拌1620h------沉淀2-4h-------谷氨酸晶体
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一 谷氨酸提取的工艺原理 二 等电点法的工艺流程 三 影响结晶的因素
1.温度与结晶的关系 2.起晶与晶种的添加 3.加酸速度的影响 4.搅拌对结晶的影响 四 缺点与改进措施
一.提取谷氨酸的工艺原理
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。
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，工程设备，工艺控制及操作不同而异。
谷氨酸的分离提纯，通常应用他的两性电解质性质，
（3）连续结晶：将多管串联，连 续冷却，结晶。 （4）去除发酵液的菌体：利用 离心分离法，絮凝法或结晶分 离法预先去除发酵液中的菌体， 然后进行提取谷氨酸。
1.不足：结晶母液内还残留部分谷氨酸未利用。 (1)浓缩等电点法
2.改进的措施:
(2)等电点-离子交换法 (3)连续结晶 (4)去除发酵液的菌体
(1)浓缩等电点法
将发酵液（含谷氨酸8%-10%）先分离菌体，
再在60摄氏度以下减压浓缩，浓缩液含谷氨酸 为15%-20%，然后加浓硫酸调pH至3.2，搅拌 20-30小时，多管串联，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。
谷氨酸的溶解度，分子量大小，吸附剂的作用以及谷 氨酸的成盐作用等。我们在这主要介绍简单常用，回 收率较高的（90%)等电点法。
基础知识： 1.等电点定义：两性电解质净电荷为零时的兼性离子状态下的 pH值，称为等电点。 2.等电点性质:处于等电点时,氨基酸的溶解度最小。 3.谷氨酸的等电点为pI=3.22（25℃的测定值）。
谷氨酸 结构
二.等电点法提取谷氨酸的工艺流程
温度 加晶种 起晶
发酵液 盐酸 静置沉 降6h 湿谷氨酸
pH4.0-4.5 (起晶中和点) 等电点搅拌 20h 离心分离
晶种
停酸育晶 2h
缓慢 加酸
继续中和至 pH3.0-3.2 谷氨酸
三.影响结晶的因素
1.温度与结晶的关系
α-型结晶： 斜方型，晶体颗粒大，容易沉淀
（2）等电点-离子交换法
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，将母液经过离子交换柱 （单柱或双柱）进行吸附，洗脱回收，使洗脱液 所得到的高分流与发酵液合并，进行等电点提取。 这样即可避免等电点收率低，又可减少树脂的用 量，还可以获得较高的收率，回收率可达95%左右。 所以低温等电点-离子交换法是国内厂家常用的提 取工艺。
前期稍快 中期要缓 后期要慢
三部曲:
4.搅拌对结晶的影响
(1)不搅拌的情况下起晶: 结晶的大小不均匀。 (2)搅拌的情况下起晶: 结晶的大小均匀，避免“晶簇” 生成。
搅拌太快:结晶细小
搅拌速度 搅拌太慢:形成过多的微细晶核，甚至出现β型结晶． 工厂多采用的搅拌转速一般为20～35r/min。
四 缺点与改进措施
(3)投放晶种的时机:
过早投放:晶种容易溶化掉
过晚投放:形成更多细小晶核
自然起晶，pH中和至4.0～4.5时，可作为起晶中 和点，应停止加酸，养晶育晶2小时左右，使晶核成 长壮大。
3.加酸速度的影响
开始加酸调pH至 5.0这段时间内，加酸 速度可稍快些 加酸步骤: 在pH 5.0以下，加酸速度要缓慢 发现晶核时，应停酸育晶 然后再继续慢慢加酸直至pH缓慢降到 等电点为止
析出，纯度较高。
晶体类型
β-型结晶：鳞片状，晶体比较轻，不易沉淀分
离，往往夹有杂质与胶体结合，成 为“浆子”或者轻质谷氨酸，浮于 液面和母液中，纯度低。
α-型结晶是等电点提取的一种理想的结晶。
表1 析出温度对晶型的影响
析出温度 (℃) 10 20 30 40 50 60
α -型与 β -型的比较 主要是α -型 主要是α -型 多数α - 型,少量β - 型 α ,β - 型各半 主要是β -型 主要是β -型
含水分(%) 13.80 15.03 18.32 30.80 38.00 93.5 92.3 90.8 90.7
结论：30℃以下形成α-型结晶，而且温度越低， 其溶解度越小，故将发酵液降温，低温等电点 法能提高回收率。
2.起晶与晶种的添加
(1)自然起晶:晶体大小不一,小晶体难于沉降,收得率低. (2)晶种起晶:晶体大且均一,易于沉降,收得率高。