谷氨酸的提取
实验二 离子交换法提取谷氨酸
实验二离子交换法提取谷氨酸一、实验目的掌握离子交换装置的结构和使用方法。
掌握离子交换法提取谷氨酸的工艺流程。
掌握等电点沉淀法提取谷氨酸。
了解认识离子交换树脂的处理和再生。
二、实验原理谷氨酸是两性电解质，是一种酸性氨基酸，等电点为pH3.22，当pH＞3.22时，羧基离解而带负电荷，能被阴离子交换树脂交换吸附；当pH＜3.22时，氨基离解带正电荷，能被阳离子交换树脂交换吸附。
也就是说，谷氨酸可被阴离子交换树脂吸附也可以被阳离子交换树脂吸附。
由于谷氨酸是酸性氨基酸，被阴离子交换树脂的吸附能力强而被阳离子交换树脂的吸附能力弱，因此可选用弱碱性阴离子交换树脂或强酸性阳离子交换树脂来吸附氨基酸。
但是由于弱碱性阴离子交换树脂的机械强度和稳定性都比强酸性阳离子交换树脂差，价格又较贵，因此就都选强酸性阳离子交换树脂而不选用弱碱性阴离子交换树脂。
目前各味精厂均采用732#强酸性阳离子交换树脂，本实验就是采用732#树脂。
谷氨酸溶液中既含有谷氨酸也含有其他如蛋白质、残糖、色素等妨碍谷氨酸结晶的杂质存在，通过控制合适的交换条件，在根据树脂对谷氨酸以及对杂质吸附能力的差异，选择合适的洗脱剂和控制合适的洗脱条件，使谷氨酸和其他杂质分离，以达到浓缩提纯谷氨酸的目的。
三、实验装置1、离子交换装置本实验采用动态法固定床的单床式离子交换装置。
离子交换柱是有机玻璃柱，柱底用玻璃珠及玻璃碎片装填，以防树脂漏出。
2、树脂本实验用苯乙烯型强酸性阳离子交换树脂，编号为732#，其性能如下表：732#树脂的主要性能常数3、树脂的处理对市售干树脂，先经水充分溶胀后，经浮选得到颗粒大小合适的树脂，然后加3倍量的2mol/L HCL溶液，在水浴中不断搅拌加热到80℃，30min后自水溶液中取出，倾去酸液，用蒸馏水洗至中性，然后用2mol/L NaOH溶液，同上洗树脂30min后，用蒸馏水洗至中性，这样用酸碱反复轮洗，直到溶液无黄色为止。
用6%（W/W）盐酸溶液转树脂为氢型，蒸馏水洗至中性备用。
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。
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：
离子交换法提取谷氨酸流程
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以下是该方法的详细流程：1. 原料准备：首先，需要准备含有谷氨酸的原料，如谷氨酸钠或谷氨酸钾。
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。
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。
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。
实验二离子交换法提取谷氨酸
实验⼆离⼦交换法提取⾕氨酸实验⼆离⼦交换法提取⾕氨酸⼀、实验⽬的掌握离⼦交换装置的结构和使⽤⽅法。
掌握离⼦交换法提取⾕氨酸的⼯艺流程。
掌握等电点沉淀法提取⾕氨酸。
了解认识离⼦交换树脂的处理和再⽣。
⼆、实验原理⾕氨酸是两性电解质，是⼀种酸性氨基酸，等电点为pH3.22，当pH＞3.22时，羧基离解⽽带负电荷，能被阴离⼦交换树脂交换吸附；当pH＜3.22时，氨基离解带正电荷，能被阳离⼦交换树脂交换吸附。
也就是说，⾕氨酸可被阴离⼦交换树脂吸附也可以被阳离⼦交换树脂吸附。
由于⾕氨酸是酸性氨基酸，被阴离⼦交换树脂的吸附能⼒强⽽被阳离⼦交换树脂的吸附能⼒弱，因此可选⽤弱碱性阴离⼦交换树脂或强酸性阳离⼦交换树脂来吸附氨基酸。
但是由于弱碱性阴离⼦交换树脂的机械强度和稳定性都⽐强酸性阳离⼦交换树脂差，价格⼜较贵，因此就都选强酸性阳离⼦交换树脂⽽不选⽤弱碱性阴离⼦交换树脂。
⽬前各味精⼚均采⽤732#强酸性阳离⼦交换树脂，本实验就是采⽤732#树脂。
⾕氨酸溶液中既含有⾕氨酸也含有其他如蛋⽩质、残糖、⾊素等妨碍⾕氨酸结晶的杂质存在，通过控制合适的交换条件，在根据树脂对⾕氨酸以及对杂质吸附能⼒的差异，选择合适的洗脱剂和控制合适的洗脱条件，使⾕氨酸和其他杂质分离，以达到浓缩提纯⾕氨酸的⽬的。
三、实验装置1、离⼦交换装置本实验采⽤动态法固定床的单床式离⼦交换装置。
离⼦交换柱是有机玻璃柱，柱底⽤玻璃珠及玻璃碎⽚装填，以防树脂漏出。
2、树脂本实验⽤苯⼄烯型强酸性阳离⼦交换树脂，编号为732#，其性能如下表：732#树脂的主要性能常数3、树脂的处理对市售⼲树脂，先经⽔充分溶胀后，经浮选得到颗粒⼤⼩合适的树脂，然后加3倍量的2mol/L HCL溶液，在⽔浴中不断搅拌加热到80℃，30min后⾃⽔溶液中取出，倾去酸液，⽤蒸馏⽔洗⾄中性，然后⽤2mol/L NaOH溶液，同上洗树脂30min后，⽤蒸馏⽔洗⾄中性，这样⽤酸碱反复轮洗，直到溶液⽆黄⾊为⽌。
第五章谷氨酸的提取
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。
III：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。 谷氨酸的溶解度最小。 (2)谷氨酸溶解度 I:pH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 III:杂质对谷氨酸溶解度的影响：杂质含量越高，溶解度越大
第五章 谷氨酸的提取
pH2.4
(C5H8O4N)2Zn + 2H+
２C5H9O4N + Zn++
谷氨酸锌盐的溶解度受pH值影响较大，由于锌离 子的存在，使谷氨酸的等电点改变为pI2.4
1、一步锌盐法
工艺流程
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
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： 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 1、作肥料 2、作饲料 3、提炼核苷酸 4、培养单细胞蛋白。
当pH＞3.2时，羧基离解带负 当pH＜3.2时，氨基离解带正 电荷，与阴离子树脂交换吸附 电荷，与阳离子树脂交换吸附
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。
第六章 谷氨酸的提取
5.上柱漏吸和防止 原因
（1）上柱量过大 （2）树脂再生不完全 （3）上柱流速太快 （4）上柱液中谷氨酸之外的阳离子太多 （5）树脂不合要求或树脂层厚度不够 （6）上柱液pH过高 （7）离子交换柱阀门漏液
6.洗脱剂的选择
阳离子交换树脂：NaOH、NH4OH、NaCl 阴离子交换树脂：HCl、NH4OH、NaOH、NaCl
第二节、 Glu发酵液的性质
一、谷氨酸的性质 1一般性质 1.1两性解离及等电点 PI=(PK1+PK2)/2=3.22
HOOC(CH2)2CHCOOH NH3+ GA+
OHH+
HOOC(CH2)2CHCOONH3+ GA±
OHH+ PK2=4.25
PK1=2.19
- OOC(CH ) CHCOO2 2
HOOC(CH2)2CHCOOH NH2 HOOC(CH2)2CHCOOH NH2 + PH11 NaOH + + HCl HOOC(CH2)2CHCOOH NH2 HCl PH7 NaOH NH2 NaOOC(CH2)2CHCOONa NH2 HOOC(CH2)2CHCOONa
.
HOOC(CH2)2CHCOOH NH2
五、离子交换工艺流程 1.单柱法
操作
1.上柱液的配制 （1）树脂工作交换量的测定
（2）上柱液总氨浓度的测定（甲醛法）
• （3）上柱量的测定 • A法
• B法
2.上柱交换 正上柱 反上柱 3.洗脱收集
2.双柱法
操作
（1）上柱PH的控制 pH5~6 （2）上柱量的控制
上柱量：一次通过离子交换柱而达到交换处理的溶液量。 根据树脂的工作交换量和上柱液中能被交换的离子浓度决定
《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。
6.2 谷氨酸发酵液的性质
6.2.1 谷氨酸的性质
6.2.1.1 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%)。
谷氨酸的两性解离及等电点
β-型谷氨酸结晶为粉状或针状、鳞片状结晶，晶粒微细、纯度低、难 沉降，结晶时常与发酵液中胶体物质粘结，悬浮在母液中或搅拌轴周围，不易 沉淀分离，故称为轻质谷氨酸（轻质麸酸）。因此在操作中要控制结晶条件， 避免β-型结晶析出。
⑵ 影响谷氨酸结晶的主要因素
影响谷氨酸结晶的因素很多。发酵液的纯度和中和结晶操作条件是影 响谷氨酸结晶的主要因素。如发酵液中谷氨酸含量、温度、残糖、菌体以及 是否染菌(尤其是否染噬菌体)；中和时的加酸速率、搅拌、加晶种与否、晶 种质量等，对谷氨酸的结晶及收率都有很大影响。
表6-1 溶液的酸碱性与谷氨酸离子状态的关系
酸性
谷氨酸 COOH
离子 存在 形式
CHNH3+ CH2 CH2 COOH
表示符号 GA+
等电点
COO－ CHNH3+ CH2 CH2 COOH
GA±
中性
COO－ CHNH3+ CH2 CH2 COO－
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• 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。
• 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。
• 应当是工艺简单，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。同时还要从减少环境污染等方面综合 考虑。
目前国内各味精厂主要采用以下几种方 法提取谷氨酸：
（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，其收率可达60-70 ％。如果采用冷冻低温等电点法，液温冷 却至5℃以下，收率可达78％左右。
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。
• 此法特别适用于发酵感染杂菌，噬菌体的 发酵液，经过加热既可杀死杂菌又可使大 量杂质凝固沉淀，有利于提取。但需消耗 较大能量。
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。
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
发酵液中的主要成分有： (1)发酵液中所含的谷氨酸为L-型，一般以
谷氨酸铵盐形式存在。
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• (2)发酵液含有无机盐，有K、Na、NH4、 Mg、Ca、Fe、Po4等、还有残糖、色素、 尿素等。此外，也有消泡用的花生油、豆 油或合成消泡剂等留在发酵液中。
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。
•母液经五效蒸发器浓缩后加盐酸调PH使谷 氨酸结晶析出，再加入一定助滤剂，在旋转 真空膜过滤机过滤，分离出谷氨酸结晶和助 滤剂混合物，作为精制味精的原料。
国外提取谷氨酸工艺如下：
• (1)日本 • 目前(1978年)日本协和发酵采用浓缩等
电点工艺。发酵液先分离出菌体，加硫酸 结晶。菌体做饲料，母液做肥料。回收率 85-90％。
• 发酵液：谷氨酸含量为8-10％。
• 菌体分离：碟片式自动分离机，处理量为 70t／h，菌渣为14-15％，含谷氨酸2-3％。
• (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。
(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。
（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。
• (2)谷氨酸菌体内含有大量的蛋白质(约占干 菌体重的60％)和核糖核酸。
• 谷氨酸发酵液先经高速离心机分离菌体， 回收菌体用自溶法可制得腺嘌呤核苷酸、 鸟嘌呤核苷酸，胞嘧啶核苷酸和尿嘧啶核 苷酸。
• 这些都是医药上贵重药物，在治疗肝炎， 血小板减少等症都有明显疗效。这样使菌 体的经济价值得到充分利用。而鸟嘌呤核 苷酸和腺嘌呤核苷酸经脱氨成肌苷酸，为 味精助鲜剂。