离子交换法提取谷氨酸

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。

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。

谷氨酸发酵目前工业上应用的谷氨酸产生菌有谷氨酸棒状杆菌、乳糖发酵短杆菌、散枝短杆菌、黄色短杆菌、噬氨短杆菌等。

我国常用的菌种有北京棒状杆菌、纯齿棒状杆菌等。

谷氨酸除用于制造味精外，还可以用来治疗神经衰弱以及配制营养注射液等。

我国的谷氨酸发酵虽然在产量、质量等方面有了较大的提高，但与国外先进水平相比还存在一定差距。

主要表现在：设备陈旧，规模小，自控水平、转化率和提取率低，易受噬菌体污染，废水污染问题尚未完全解决等。

一、菌种的选育主要通过基因突变、基因工程、细胞工程得到优良的菌种。

可以从自然界中先分离出相应的菌种，再用物理或化学的方法使菌种产生突变，从突变个体中筛选出符合生产要求的优良菌种。

在谷氨酸发酵中，如果能够改变细胞膜的通透性，使谷氨酸不断地排到细胞外面，就会大量生成谷氨酸。

研究表明，影响细胞膜通透性的主要因素是细胞膜中的磷脂含量。

因此，对谷氨酸产生菌的选育，往往从控制磷脂的合成或使细胞膜受损伤入手，以提高细胞膜对谷氨酸的通透性，如生物素缺陷型菌种的选育。

1.谷氨酸生产菌的生化特征1. α-酮戊二酸氧化能力微弱: α-酮戊二酸脱氢酶丧失或活性低.2. 谷氨酸脱氢酶活性强.3. 还原性辅酶Ⅱ(NADPH+H+)进入呼吸链能力缺陷或微弱.4. 异柠檬酸裂解酶活力微弱.5. 不利用谷氨酸.6. 耐高糖耐高谷氨酸 .7. CO2固定能力强.8 .解除谷氨酸反馈抑制.9. 具有向胞外分泌谷氨酸的能力.2.谷氨酸产生菌棒杆菌属：北京棒杆菌钝齿棒杆菌谷氨酸棒杆菌短杆菌属：黄色短杆菌产氨短杆菌小杆菌属：嗜氨小杆菌节杆菌属：球形节杆菌3.共同点：1. α-酮戊二酸氧化能力微弱: α-酮戊二酸脱氢酶丧失或活性低.2. 谷氨酸脱氢酶活性强.3. 还原性辅酶Ⅱ(NADPH+H+)进入呼吸链能力缺陷或微弱.4. 异柠檬酸裂解酶活力微弱.5. 不利用谷氨酸.6. 耐高糖耐高谷氨酸 .7. CO2固定能力强.8 .解除谷氨酸反馈抑制.9. 具有向胞外分泌谷氨酸的能力.谷氨酸棒状杆菌谷氨酸棒状杆菌(Corynebacterium glutamicum)是好氧细菌，可用于微生物发酵工程生产谷氨酸来制取谷氨酸钠（味精），谷氨酸棒状杆菌在发酵过程中要不断地通入无菌空气，并通过搅拌使空气形成细小的气泡，迅速溶解在培养液中（溶氧）；在温度为摄氏30到37度，pH为7到8的情况下，经28到32小时，培养液中会生成大量的谷氨酸。

生物工程专业综合实训（2016 年 11 月谷氨酸生产工艺摘要：谷氨酸做为一种人体所必须的氨基酸，在生命的生理活动周期中具有很大的作用。

不仅参与各种蛋白质的合成，组成人体结构，还做为味精可以给我们带来味蕾上的享受。

现代生产谷氨酸的工艺主要是利用微生物发酵提取而来.不同的发酵方法和不同的发酵条件会造成产量的很大不同.本次谷氨酸的生产工艺,主要是掌握发酵方法和发酵条件的控制,还有各种仪器的使用方法。

通过测得的数据来观察菌种的生长变化,同时谷氨酸发酵工艺各个工段的原理和使用方法. 关键词：谷氨酸；发酵；工艺；等电点。

引言谷氨酸是一种酸性氨基酸，是生物机体内氮代谢的基本氨基酸之一，在代谢上具有重要意义.不论在食品、化妆品还是医药行业，谷氨酸都有很大的用途。

谷氨酸在生物体内的蛋白质代谢过程中占重要地位，参与动物、植物和微生物中的许多重要化学反应.医学上谷氨酸主要用于治疗肝性昏迷,还用于改善儿童智力发育。

食品工业上，味精是常用的仪器增鲜剂，其主要成分是谷氨酸钠盐。

过去生产味精主要用小麦面筋(谷蛋白）水解法进行,现改用微生物发酵法来进行大规模生产.不论在食品、化妆品还是医药行业，谷氨酸都有很大的用途。

谷氨酸钠俗称味精，是重要的鲜味剂，对香味具有增强作用。

谷氨酸钠广泛用于食品调味剂，既可单独使用,又能与其它氨基酸等并用。

用于食品内，有增香作用。

甘氨酸具有甜味，和味精协同作用能显着提高食品的风味。

谷氨酸作为风味增强剂可用于增强饮料和食品的味道，不仅能增强食品风味，对动物性食品有保鲜作用.一、谷氨酸简介谷氨酸一种酸性氨基酸。

分子内含两个羧基，化学名称为α-氨基戊二酸.谷氨酸是里索逊1856年发现的,为无色晶体，有鲜味,微溶于水，而溶于盐酸溶液，等电点3.22。

大量存在于谷类蛋白质中，动物脑中含量也较多。

谷氨酸在生物体内的蛋白质代谢过程中占重要地位，参与动物、植物和微生物中的许多重要化学反应。

医学上谷氨酸主要用于治疗肝性昏迷,还用于改善儿童智力发育。

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。

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。

各种氨基酸的生产工艺1、谷氨酸(1)等电离交工艺方法——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。

该工艺方法的缺点是：废水量大,治理成本高,酸碱用量大。

(2)连续等电工艺——将谷氨酸发酵液适当浓缩后控制40℃左右,连续加入有晶种的等电罐中，同时加入硫酸，控制等电罐中PH值维持在3.2左右，温度40℃进行结晶。

该工艺方法废的优点是：水量相对较少；缺点是：氨酸提取率及产品质量较差。

(3)发酵法生产谷氨酸的谷氨酸提取工艺——谷氨酸发酵液经灭菌后进入超滤膜进行超滤，澄清的谷氨酸发酵液在第一调酸罐中被调整pH值为3.20〜3.25,然后进入常温的等电点连续蒸发降温结晶装置进行结晶,分离、洗涤,得到谷氨酸晶体和母液,将一部分母液进入脱盐装置,脱盐后的谷氨酸母液一部分与超滤后澄清的谷氨酸发酵液合并；另一部分在第二调酸罐中被调整pH值至4.5〜7,蒸发、浓缩、再在第三调酸罐中调pH值至3.20〜3.25 后,进入低温的等电点连续蒸发降温结晶装置,使母液中的谷氨酸充分结晶出来,低温的等电点连续蒸发降温结晶装置排出的晶浆被分离、洗涤,得到谷氨酸晶体和二次母液。

(4)水解等电点法发酵液--- 浓缩(78.9kPa,0.15MPa蒸汽)——盐酸水解(130 ℃, 4h ) ——过滤 ---- 滤液脱色——浓缩——中和，调pH至3.0-3.2(NaOH或发酵液)——低温放置，析晶谷氨酸晶体此工艺的优点：设备简单、废水量减少、生产成本低、酸碱用量省(5)低温等电点法发酵液--- 边冷却边加硫酸调节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------ 谷氨酸晶体此工艺的优点：设备简单、废水量减少、生产成本低、酸碱用量省(6)直接常温等电点法发酵液加硫酸调节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16-20h ----- 沉淀2-4h ----- 谷氨酸晶体此工艺的优点：设备简单、操作容易、生产周期短、酸碱用量省。

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。