味精生产中常用的几种谷氨酸提取方法.doc

味精生产中常用的几种谷氨酸提取方法生科1106班 徐秋红 学号：2011114030622摘要：利用发酵法生产谷氨酸是当前味精工业采用的主要方法。目前从生物发酵液中提取谷氨酸的工艺,有等电点法、离子交换法、等电点一离子交换法、金属盐法、盐酸盐法,以及液膜法与溶剂萃取法等,其中应用较多的是前四者。本文详细介绍了前四种方法。关键字：谷氨酸提取、等电点法、离子交换法、等电点一离子交换法、金属盐法。0. 前言 味精是调味料的一种，主要成分为谷氨酸钠。味精的主要作用是增加食品的鲜味，在中国菜里必不可少的一部分，也可用于汤和调味汁。我国自1965年发酵法生产谷氨酸成功以来，味精生产得到迅速发展。从发酵液中提取谷氨酸是味精生产的一个关键工序，有时产酸很高因而提炼精炼不当会使收率很低。目前我国采用的谷氨酸提取方法一般为等电点法、离子交换法、等电点一离子交换法、金属盐法，收率约在80%90%。这些方法各有所长，但不同程度的存在着工艺复杂、能源、酸碱消耗大，污染严重等缺点。1、 等电点法提取谷氨酸 等电点法是谷氨酸提取方法中最简单的一种方法。具有设备简单、操作方便,投资少、易上马等优点,适用于象谷氨酸这样在水中溶解度较低的氨基酸的提取,为国内外许多味精厂所采用。等电点法提取谷氨酸是谷氨酸发酵液不经除菌或除菌、不经浓缩或浓缩处理,常温或低温加酸调pH至谷氨酸的等电点(pH=3.22),使谷氨酸呈过饱和状态而结晶析出的方法。谷氨酸分子中含有二个酸性玫基和一个碱性氨基,是一种既有酸性基团又有碱性基团的两性电解质,与酸或碱都可以生成盐。由于狡基离解力大于氨基,故谷氨酸是一种酸性氨基酸。谷氨酸溶于水后呈离子状态存在,其解离方式取决于溶液的pH值,当溶液的pH不同时,谷氨酸可以离解成阳离子、两性离子、阴离子等四种不同的离子状态,分别以GA令、GA。、GA一、GA二表示,其电离平衡随溶液pH的变化而发生改变,如表1所示。表1溶液pH与谷氨酸电离平衡的关系谷氨酸的等电点是它呈电中性时所处环境的pH值,即谷氨酸解离成兼性离子时所处环境的pH值,习惯上常以pl代表。谷氨酸在等电点时,正负电荷相等,总静电荷等于零,形成偶极离子,在直流电场中既不向阳极移动,也不向阴极移动。这时,由于谷氨酸分子之间的相互撞击,并通过静电引力的作用,会结合成较大的聚合体而沉淀析出,因而在等电点时,谷氨酸的溶解度最小。谷氨酸的溶解度因pH变化很大，谷氨酸在pH=1附近或碱性情况下溶解度很高,但在等电点pH=3.22和在30%以上的高浓度盐酸下,溶解度却显著减少到最低点,工业生产中等电点法、盐酸盐法提取谷氨酸,就是巧妙地利用了这一特性。谷氨酸的溶解度在等电点偏酸时增加速度较慢,而在等电点偏碱时增加得较快,所以在生产操作中,以pH=3.03.2为宜。在等电点操作中,随着加酸调pH与温度的降低,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,过量的溶质便会结晶析出。一般控制在介稳区时使溶液中产生微细的晶核,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。2. 离子交换法提取谷氨酸离子交换法提取谷氨酸是以其两性解离为基础.在酸性条件下pH3.2，谷氨酸以阳离子状态存在,可以采用阳离子交换树脂来提取.当pH3.2时，羧基离解带负电荷，与阴离子树脂交换吸附来提取。阴离子与阴离子树脂进行交换，阳离子与阳离子树脂进行交换。由于等电点结晶母液中菌体含量较高,多采用料液从离子交换柱下部进人的反上柱操作,在一定的表观液速下树脂处于流态化状态。提取过程中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。3. 等电点离子交换法提取谷氨酸 用离子交换法从等电点结晶母液中提取谷氨酸时,所面临的技术问题是发酵液经等电点结晶操作后,母液中谷氮酸含量降低,而等电点结晶操作本身却并不改变母液中的含量,故等电氛结晶母液中铵与谷氨酸的当量比相应增高,因此等电点结晶母液具有“三低一高”的工艺特点,也就是谷氨酸含量低(通常为1.0%1.5%),pH值低(3.2),温度低,按含量高(一般为0.6%1.0%)。特别是当等电点结晶过程谷氨酸回收率高,即母液中谷氨酸含量低时,铵含量对铵与谷氨酸的当量比的影响尤为显著。在酸性条件下(PH3.2),铵阳离子与谷氨酸皆可被强酸性阳离子交换树脂所吸附。铵离子被吸附后,意味着树脂对谷氨酸的吸附量降低,同时在淋洗过程中,单位重量谷氨酸的碱耗量就要增高。故等电点母液中铵的含量直接影响离子交换分离过程中树脂对谷氨酸的利用率和试剂消耗。基于谷氨酸的两性电解质解离特性,控制一定的水溶液pH值,等电点母液中的铵可被弱酸性阳离子交换树脂优先吸附,该pH值条件下谷氨酸基本上不被弱酸树脂所吸附,从而可使谷氨酸与铵进行有效的分离。弱酸性阳离子树脂对铵具有较高的容量,通常为强酸性阳离子树脂的1一2倍,而且其对按的吸附效果随水相pH值升高而增加,故可在较高pH值条件下进行操作,达到所要求的谷氨酸与按的分离效果。等电点一离子交换法兼具等电点法与离子交换法的特点。4、 金属盐法提取谷氨酸 谷氨酸某些金属盐的溶解度很小,若往谷氨酸发酵液中加入某金属盐,便可使谷氨酸与金属盐生成难溶的谷氨酸金属盐沉淀析出。谷氨酸的锌盐在PH=6.3,铜盐在PH值为46、钴盐在PH=8.0时的溶解度都很小,故可以采用金属盐法从发酵液中分离提取谷氨酸。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PH=24时，谷氨酸溶解度最小，重新以谷氨酸形式结晶析出。锌盐法提取谷氨酸是金属盐法提取谷氨酸中的一种较为实用的方法。锌盐法提取谷氨酸具有工艺简单,操作方便,无须特殊设备等特点。锌盐母液谷氨酸含量一般仅有0.3%0.4%多左右,结晶颗粒大,提取收率可达80%90%。缺点是含菌母液中还含0.3%0.4%的锌离子,母液的排放会造成环境污染,值得重视。5、展望 味精作为日常生活中不可或缺的调味品，已为人们所熟知。味精的外观表现为白色结晶粉末，其熔点225，易溶于水，食之有鲜味。味精产业是重要的民生产业之一，中国十三亿人口，目前人均味精年需求量约为500g。近年来，味精发酵、提取、精制工艺流程愈发趋于成熟。在国家“建设资源节约型社会”的号召之下，味精工业的发展也向低成本，低能耗，低污染的方向发展。我国的谷氨酸提取工艺虽然已取得很大的进步，但与国外提取收率、提取方法、工艺管理理念尚有距离。随着发酵原料、发酵工艺、新菌种的不断开发和遗传工学为首的生物科学的进步，发酵液的性状将产生大幅度的变化，谷氨酸提取工艺的研究将继续深入，研究必须着限于省能、无公害、收率高、质量纯、成本低等方面进行。味精工业是技术密集型产业，展望未来，味精工业将会达到更高水平，味精工业前景将更加美好，我们奋斗在味精行业的同仁们，应立足现在，充分认识行业差距，借鉴国内外、业内外先进经验，团结一致，不断技术创新，加速企业技术进步，继续进行味精工艺革命，提升技术水平，为味精工业发展做出更大贡献。主要参考文献1、张克旭;等电点法提取谷氨酸J;发酵科技通讯；1981年02期2、张克旭;锌盐法提取谷氨酸J;发酵科技通讯;1981年04期3、何春荣;双柱离子交换法提取谷氨酸J;发酵科技通讯;1982年04期4、杨文梅；