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
六、离子交换设备 1.离子交换柱结构
2.树脂的填充 3.树脂的预处理 4.树脂的保藏和使用
短时间保藏 长期保藏
5.树脂的再生 待处理树脂 →热水正洗→ 热水反洗→ 降低 液面→ HCl再生 →水洗 →备用 再生剂：强酸性：HCl
再生方式： 正上柱，顺流方式再生 反上柱，逆流方式再生
第五节、等电-离子交换法提取谷氨酸
（4）膜分离法 是指在分子水平上不同粒径分子的混合物 在通过半透膜时，实现选择性分离的技术。
半透膜又称分离膜或滤膜，膜壁布满小孔。
菌体大小700~1000nm 采用膜膜孔800~1000nm
三、谷氨酸发酵废母液生产饲料酵母 饲料酵母富含蛋白质、纤维素、粗脂肪及各种微 量元素，可作为高鸡饲料添加剂用于猪、鸡等饲 料中。 工艺流程：
1.原理 2.工艺流程
第六节、浓缩连续等电点法提取谷氨酸
特点
1.析出的谷氨酸晶体颗粒粗大，均匀，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、提高效率 影响收率因素 1.等电点温度 2.发酵液的流加速度和流加时间 3.pH的影响
第七节、锌盐法提取谷氨酸
1.原理 2.工艺流程
（ 1）一步锌盐法 （2）等电点-锌盐法
（3）流速的控制
SV（m3/m3﹒h） 正上柱SV=1.5~2 反上柱SV=2~3
3.谷氨酸发酵液交换层次
4.结柱现象的防止
原因： （1）上柱液谷氨酸含量高 （2）洗脱剂浓度高 （3）树脂破碎或菌体等杂质干扰
防止方法： （1）调换破碎树脂 （2）控制洗脱剂浓度 （3）上柱完毕，自来水反洗除菌体 （4）结柱后，必须彻底 处理树脂
（2）絮凝沉淀法
利用加入絮凝沉降剂使菌体成絮状集酰甲壳素
影响絮凝能力的因素：
①温度 ②pH ③金属离子及其它无机离子 ④絮凝剂相对分子量 ⑤搅拌强度 ⑥搅拌时间
（3）加热沉淀法
将废液加热到一定温度，使蛋白质变性， 然后静置，使菌体和蛋白质沉淀，以达到 分离菌体的目的。
四、谷氨酸发酵废母液回收核糖核酸 谷氨酸废母液中含有2%左右菌体，富含RNA。 工艺流程
五、废母液生产有机复合肥 废母液中富含氨基酸、残糖、氮磷钾和各种微量元 素。 工艺流程
一、清洁生产
二、发酵废母液提取菌体蛋白 发酵废母液：发酵液经冷冻等电点提取谷氨酸后的 高浓度有机废水，残留大量谷氨酸菌体。
菌体蛋白可生产高效价饲料添加剂。 方法： （1）高速离心分离 （2）絮凝沉淀法 （3）加热沉淀法 （4）膜分离法
（1）高速离心分离法
以高速离心分离设备，利用菌体与溶液 的密度差加以分离。
第六章 Glu的提取
• • • • • • 1.概论 2. Glu发酵液的性质 3.PI法提取Glu 4. 离交法提取Glu 5锌盐法提取Glu 6谷氨酸发酵液的综合利用
第一节 概论
• 提炼： • 两个阶段 • （1）提取 • （2）精炼
提取的Glu量 提取收率＝ ×100%
发酵液中Glu量 ①PI法 常温收率50-70%；一次低温等电 达到84%。 ②离交法 总收率85-90%。 ③ PI-离交法 总收率95-97%。 ④盐酸盐法 总收率90%以上。 ⑤锌盐法 总收率85%以上。
pH值的影响
pH 0.7 1.3 1.8 2.2 2.5 3.1 3.7 4.2 4.6 5.3 6.0 溶解度(g/100g) 12.55 4.2 1.18 0.99 0.73 0.69 0.91 2.15 3.63 14.71 18.0 其他物质的影响：残糖、氨基酸、菌体、胶体物质等
2.谷氨酸的主要化学性质 2.1成盐反应
三、提取谷氨酸的方法 1.等电点法 2.离子交换法 3.金属盐法 4.离子交换膜电渗析法
第三节、等电点法提取Glu
Glu的PI＝3.22 几种方法： 一、 常温等电点法 二、水解等电点 三、低温等点点 四、等电-离交法 五、低温浓缩等电点
一、常温等电点法 1.原理 2.工艺流程 3.工艺特点 操作容易 生产周期短 酸碱用量省 易上马
二、水解等电法
1.原理 2.工艺流程 3.工艺特点 提取率较高 需耐酸耐压设备 耗用大量酸 操作较复杂
三、低温等电点法 1.原理 2.工艺流程 3.工艺特点 操作简便 设备简单 节约酸碱用量 提取率较高
四、低温浓缩等电法 1.原理 2.工艺流程 3.工艺特点 工艺稳定 操作方便 生产周期短 提取率高 节约酸碱
三、离子交换法提取谷氨酸的基本原理 对不同离子的选择性吸附
四、离子交换反应和离交过程
1.离子交换反应 （1）上柱反应
RSO3-H++NH3+CHR′COOH→H++RSO3NH3CHR′COOH
（2）洗脱
RSO3NH3CHR′COOH+NaOH→RSO3Na+NH2CHR′COOH+H2 O
（3）再生
2.2脱羧反应
HOOC(CH2)2CHCOOH NH2
脱羧酶 CO2 + HOOC(CH2)2CH2 NH2
2.3.茚三酮反应
反应分2 反应分2步：
O － O ＋ RCH－COOH O 水合茚三酮 O OH H ＋ 2NH3 ＋ O O O NH2 O OH NH3 ＋ CO2 ＋ RCHO H ＋ O 还原性茚三酮 O O＋NH4O N O O 蓝紫色化合 物 ＋ 3H2O
一步锌盐法
等电点-锌盐法
酮酸对锌盐法提取的影响 （1）提取过程的异常现象 酮酸含量高、色红、菌体不易分离、结晶细、不 易沉淀、收率低 （2）酮酸积累的原因 （3）降低酮酸的方法
丙酮酸→乳酸（乳酸脱氢酶） a-酮戊二酸+NH4++NADPH2 →谷氨酸+H2O+NADP（谷氨酸脱氢酶）
第八节、谷氨酸发酵液的综合利用
• 3离子交换树脂的选择性
• ①亲和力 • 离子交换树脂的亲和力主要取决于离子的相对浓度和树脂对该离子的 亲和力。 • 对离交树脂，常温下有如下规律： • A、阳离子与阳离子树脂交换，阴离子与阴离子树脂交换。 • B、阳离子与阳离子树脂交换，亲和力随着离子价、原子序数的增加 而增加。随着水合半径的增加而减小。
① 结构
离子交换树脂母体+活性基（-SO3H；-COOH； -OH；和伯、仲、叔、季胺）。 如：732# 磺酸性阳离子树脂 R-SO3H
② 离子交换树脂分类：
二、 离子交换树脂的主要性能
①交联度 交联剂：二乙烯苯 ②粒度 ③含水量 ④相对密度 ⑤膨胀性 ⑥耐热性 ⑦交换容量 A、理论交换容量：732#4.5 mmoL/g干树脂； 1.8 mmoL/mL湿树脂。 B、工作交换容量：理论交换容量的60-70%。 C、有效交换量 D、交换效率
• C、732#对各种AA的亲和力，随着PI的增 加而增加。
• Arg>Lys>His>Phe>Leu>Met>Val>Ala>Gly>Glu>Ser>Thr >Asp
• d、亲和力与离子的浓度有关 • 强酸性阳离子交换树脂对谷氨酸 发酵液中 各种离子亲和力大小
• Ca2+>Mg2+>K+>NH4+>Na+>Ala>Leu>Glu>Asp
(一)强酸性阳离子交换树脂 1.不同价态的离子，电荷越高亲合力越大Th4+＞A13+＞Ca2+＞Na+ 2.相同价态离子的亲合力顺序． Ag+＞Cs+＞Rb+＞K+＞NH4+＞Na+＞H+>Li+ Ba2+＞Pb2+＞Sr2+＞Ca2+＞Ni2+＞Cd2+＞Cu2+＞Co2+＞Zn2+＞Mg2+ La3+＞Ce3+＞Pr3+＞Eu3+＞Y3+＞Se3+＞A13+ (二)弱酸性阳离子交换树脂与强酸性阳离子交换树脂相同， 只是对于H+亲合力大于其他阳离子。 (三)强碱性阴离子交换树脂 Cr2O72-＞SO42-＞I-＞NO3-＞CrO42-＞Br-＞CN-＞C1-＞OH-＞F-＞Ac(四)弱碱性阴离子交换树脂 OH-＞SO42-＞CrO42-＞NO3-＞AsO43-＞PO43-＞Ac-＞I-＞Br-＞C1-＞F-
RSO3NH4+HCl→RSO3H+NaCl
2.离子交换树脂的离交过程
包括吸附、扩散、穿透等理化过程的综合作用。
五个阶段： （1）溶液中谷氨酸离子扩散到树脂表面； （2）谷氨酸离子穿过树脂表面向内部扩散； （3）谷氨酸离子与树脂中H+进行交换； （4）交换出来的H+向树脂表面扩散； （5）H+扩散到溶液中。
茚三酮反应常用于aa的定性和定量分析 茚三酮反应常用于aa的定性和定量分析
2.4生成焦谷氨酸 160℃、3h
2.5与金属盐反应
二、 Glu发酵液的性质 • 浅黄浆状、少许泡沫、温度34~36℃、
pH6.5~7.5 • 主要成分
• • • • 谷氨酸 无机盐 菌体和培养基残留物 发酵副产物
• • • • •
五、谷氨酸的结晶
1.Glu结晶的性质 Glu结晶：属斜方晶系离子晶体，具多种晶型，分α-型，β型结晶。 2.影响谷氨酸结晶的因素 ①菌体 ② Glu的含量 ③温度 ④加酸速度及放罐pH ⑤起晶方式 ⑥搅拌 ⑦残糖 ⑧其它副产物 ⑨杂菌和噬菌体 ⑩糖液质量 ⑾发酵液放罐pH
第四节、离交法提取Glu 一、离子交换树脂的结构与分类
OHH+ PK3=9.67
- OOC(CH
2)2 CHCOO
NH3+ GA-
NH2 GA2-
1.2溶解度 温度的影响
温度(℃) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 溶解度(g/100g) 0.341 0.50 0.72 1.04 1.51 2.19 3.17 4.59 6.66 9.66 14