《氨基酸第7-8次第6章》由会员分享，可在线阅读，更多相关《氨基酸第7-8次第6章（49页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第六章 谷氨酸的提取,主讲教师：,第六章 谷氨酸的提取,发酵液：菌体、残糖、色素、胶体物质及其他副产物 谷氨酸 无机盐 大量菌体、蛋白质等固形物 发酵副产物 铵离子 残糖 核苷酸降解物,常用提取方法,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 碟片式自动分离机 离心机,第二节 谷氨酸发酵液的性质和发酵废液的综合利用,菌体分离法 发酵液的综合利用 提取腺嘌呤 生产肌苷酸 动物饲料 农业肥料 制备单细胞蛋白,发酵液的主要成分,谷氨酸铵盐 无机盐 大量菌体（58%）、蛋白质等固形物质 发酵副产物：乳酸、-酮戊二酸、琥珀酸、其他氨基酸等 铵离子（0.6-0.8%）、残糖1%以
2、下。 核苷酸类物质及其降解产物腺嘌呤（0.02%0.05%），尿嘧啶0.01%0.03%,谷氨酸发酵厂废液和废菌体的 综合利用,腺嘌呤（采用柱层析分离纯化，732离子交换树脂、NaOH洗脱） 菌体内蛋白质、核糖核酸含量丰富，自溶法，制备AMP,GMP,CMP,UMP;IMP+GMP助鲜剂 菌体内丰富蛋白质和脂肪动物饲料 丰富的铵、磷、钾肥料 将发酵液调节酵母发酵为SCP（single-cell-protein,第三节 等电点法提取谷氨酸,特点：设备简单、操作方便 原理：谷氨酸的两性解离与等电点性质 分类：除菌或不除菌、浓缩或不浓缩、常温或低温下加盐酸调至谷氨酸等电点3.22，使谷氨酸呈过饱和状
3、态析出。 工艺特点： 常温下等电点母液含谷氨酸1.52%，一次提取收率仅6070%。（发醇醪中谷氨酸含量为5%左右） 一次冷冻等电点法提取工艺，收率达7882%母液谷氨酸含量为1.2%左右。低温提取谷氨酸） 等电点离子交换、等电点锌盐法总回收率可达85%。,一、等电点提取谷氨酸的原理,谷氨酸的两性解离与等电点 谷氨酸在等电点时，正负电荷相等，总静电荷等于0，形成偶极离子，在直流电场中即不向阳极移动，也不向阴极移动，易聚集沉淀。即在等电点时，谷氨酸的溶解度最小。 酸性AA等电点为最小两个pk值平均值，碱性AA等电点为最大的两个pK值平均值。 谷氨酸的溶解度 pH对Glu溶解度的影响 温度对Glu
4、溶解度的影响 其他杂质的影响：有其他氨基酸会导致谷氨酸溶解度增加 杂质对Glu溶解度的影响,第三节 等电点法提取谷氨酸,二、谷氨酸的结晶,在等电点操作过程中，溶液中glu逐渐转变为过饱和状态，过量的溶质便结晶析出。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,1、谷氨酸的晶型及其性质,晶型：斜六方晶体， 特点：纯度高、颗粒大、质量重，易沉降，易与母液分离。 晶型：粉状或针状、鳞片状，晶粒微细，纯度低，晶体无光泽，质量轻，难沉降，结晶时常与发酵液中胶体特质粘结，形成鱼子状，悬浮在母液中或搅拌轴周围，不易沉淀分离，常称为轻质氨基酸。,影响谷
5、氨酸晶型的主要因素,谷氨酸含量（48%） 室温自然冷却条件下，随溶液谷氨酸含量升高， 晶型增多，水分增加，母液难分离。 在4%以上，等电提取容易，收率高；若含量在1.53.5%常温下不易达过饱和状态，结晶生成速度慢，难形成晶核或晶核数量极少。（加高流分、投晶种）,影响谷氨酸晶型的主要因素,温度与降温速度（超过30晶型明显增加）为避免形成晶型，在等电点法提取谷氨酸时必须把发酵液温降到30以下再进行晶体析出。,影响谷氨酸晶型的主要因素,3.加酸速度（加酸中和到pH5左右可快些，pH5以下，起晶前后，加酸要慢，发现晶核应立即停止加酸，育晶2h，使晶核成长，缓慢加酸中和到pH3.2，搅拌育晶）常用硫酸
6、而不用盐酸中和，终pH要准，常调节终点到3.03.2，停酸半小时，取样复测pH。,加酸速度对晶型的影响,影响谷氨酸晶型的主要因素,4. 投晶种与育晶 结晶理论表明，溶液为过饱和时，经历介稳区和不稳区两个区域。介稳区决定晶核的成长，不稳区决定晶核的形成，故投种要注意时间。 育晶：pH中和至4.5时，要仔细观察晶核生成情况，当能目视晶核时，说明晶核不少，可作为第一步pH终点值，停酸育晶，过2h后，逐步把pH调到结晶点，使晶核成长，形成结晶颗粒。,自然起晶,自然起晶,加晶种起晶,起晶方式,影响谷氨酸晶型的主要因素,搅拌的影响（25rpm） 搅拌有利于晶体成长，避免晶簇生成，但搅拌太快，液体翻动剧烈，
7、会引起晶体磨损，对晶体成长不利，结晶细小 搅拌太慢，液体翻动不大，晶体易下沉，pH和温度不均匀，引起局部pH过低，形成过多微细晶核，结晶颗料大小不一，不易与菌体分离，影响收率。,影响谷氨酸晶型的主要因素,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：天冬氨酸、苯丙氨酸，酪氨酸，亮氨酸及胱氨酸能促进晶型的生成。,残糖对晶型的影响,在相同条件下，影响谷氨酸晶型的关键因素是加酸速度,三、等电点工艺类型,带菌体直接常温等电点法 带菌体冷冻低温一次等电点法 除菌体常温等电点法 浓缩水解等电点
8、法 低温浓缩等电点法 从结晶方法分类：逐步起晶法和连续结晶法（即当量中和法）,1.直接常温等电点法,操作要点,放罐后测定体积,pH,谷氨酸含量和温度，开搅拌。冷却至2530、消除泡沫后调pH 用盐酸较快地调到pH5.0， 达4.5后，放慢速度，调节pH至有晶核形成，搅拌育晶24h。当产酸低于4%时，将pH调至3.53.8。 搅拌育晶2h，缓慢加酸，耗时6h调到pH3.0-3.2,停酸复查pH，搅拌2h后，开大冷却水降温，使温度尽可能低。 至等电点后，继续搅拌1620h，停搅拌静置沉淀4h，关闭冷却水，将上层菌体液放到近谷氨酸层面时用真空将谷氨酸抽到另一容器里回收。取出底部谷氨酸，离心甩干，水洗
9、谷氨酸，改善谷氨酸质量和色泽。,2 带菌体冷冻低温一次等电点法,将等电点温度由1520降至05 ，降低母液中谷氨酸含量。 与方法1的区别 终点温度为05 ，在较低温度下形成的晶体如果操作不当往往较小。,发酵醪,降至25 ，加盐酸调至pH4.5-4.0,投入0.2%晶种,育晶23h,边降温边加盐酸调至pH3.8,20 时关冷却水育晶2h,缓慢降温和调pH至3.5,1315 时育晶2h,缓慢降温调pH至3.0-3.2,育晶2h,开大冷却水降温至0-5 ,育晶10h,停搅拌沉淀4h,除菌体常温等电点法,先通过超速离心机分离发酵液中的菌体，等电法法分离清液中的谷氨酸,4.浓缩水解等电点法,将发酵液浓缩
10、后加入盐酸，加压水解，使菌体的蛋白质、残糖等有机物质，得到破坏，经过滤除去，然后脱色，浓缩后用碱或发酵液中和到谷氨酸等电点结晶析出。 化学变化（谷氨酸、菌体、焦谷氨酸、谷氨酰胺、残糖） 此方法消除了影响谷氨酸结晶的因子，增加了谷氨酸结晶的形成 需耐酸耐压的水解和浓缩设备,操作要点,发酵液的浓缩：真空浓缩至原来的三分之一左右 分解：将浓缩液转入分解缸中，加入工业盐酸，通入蒸汽，以0.2Mpa水解4h，降温至70过滤，滤液脱色后再经2次减压浓缩，加水，反复浓缩，调节pH1-1.5，d=1.25/70 浓缩液中和、结晶：用NaOH中和至pH3.2，结晶析出。搅拌育晶48h，离心分离得粗谷氨酸。,低温
11、浓缩等电点法,真空浓缩至12%14%，采用一步低温直接等电点法提取,发酵液,发酵液,浓缩,育晶,沉淀,搅拌降温4h,母液,分离,6. 谷氨酸发酵液连续等电点工艺,管道连续等电点法：发酵液通过管道边加盐酸 等电点罐（池）连续流加,第四节 离子交换法提取谷氨酸,离子交换法 从复杂的混合物中，分离性质相似大分子的方法之一，依据的原理是物质的酸碱性、极性，也就是所带阴阳离子的不同。电荷不同的物质，对管柱上的离子交换剂有不同的亲和力，改变沖洗液的离子強度和pH值，物质就能依次从层析柱中分离出來。 离子交换树脂的结构与功能(以732树脂为例) 离子交换树脂本体(由高分子化合物(苯乙烯)和交联剂（二乙烯苯）
12、组成的高分子共聚物) 交换基团(由能起交换作用的阳(阴)离子（）和与交换树脂本体联结在一起的阴(阳)离子（-SO3）两部分组成（磺酸基）。,二、离子交换树脂的性能,颗粒大小与形状：不定形颗粒与球状两种。（732树脂粒度为16-60目） 交联度：交联剂的多少决定了交联度。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。 稳定性 密度： 树脂交换容量： 理论交换容量：树脂交换基团中所有可交换离子全部被交换时的交换容量，也是树脂全部可交离子的当量数。 工作交换量：一定操作条件下，离子交换树脂能利用的交换容量，受操作条件（柱长度）、树脂粒度、离子性质及浓度、流速、交换基团等因素影响。,
13、三、离子交换法提取谷氨酸的基本理论,目前味精厂均有采用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。,. 亲和力,所有阳离子与阳离子交换树脂交换，阴离子与阴离子交换树脂交换。 强酸性阳离子交换树脂的亲和力随着离子价数和原子序数的增加而增加，而随水合离子半径的增加而减少。 氢离子的亲和力随树脂交换基团性质而异，取决于树脂交换基团与H+所形成的酸的酸性强弱 在高浓度时，不同离子的亲和力差异显著减少 氨基酸与酸碱两种树脂都能发生交换,离子交换反应过程,溶液中的
14、谷氨酸离子经溶液扩散到树脂表面（外扩散） 穿过树脂表面向树脂内部扩散 谷氨酸离子与树脂中氢离子进行离子交换 交换出来的氢离子从树脂内部向表面扩散 氢离子扩散到溶液中（外扩散）,谷氨酸发酵液交换层次剖析,732离子交换树脂对各成分的亲和力,. 732树脂提取谷氨酸的化学反应,再生 吸附 洗脱,四、离子交换柱装置,耐腐性能 径高比（4-5:1）,树脂层高度为柱有效高度的1/2-2/3，正上柱有效树脂体积约为柱的70%,倒上柱约为60%,以备反冲树脂扩展之用。 树脂支持层：,五、工艺流程,单柱法工艺,直接等电点提取谷氨酸或发酵液等电点提取时高流分调pH1.5缓慢加入,双柱串联工艺流程,等电点母液,一
15、次交换,倒冲,放氨,放氨,再生,过流分,二次交换,水洗疏松树脂,热水预热,水洗疏松树脂,热水预热,604%氢氧化钠洗脱,得不同流分,水洗树脂,再生,水洗树脂及疏松,六 操作要点,树脂预处理 上柱交换的控制 上柱发酵液pH控制（发酵液在pH55.5上柱） 上柱量的控制 上柱流速的控制 洗脱剂的选择（氢氧化钠、氯化钠、发酵液） 树脂再生 “结柱”和上柱“漏吸”原因 结柱：谷氨酸以结晶形式析出，把树脂粘结成团，把树粘结成团，使流速困难、走短路洗脱峰拖长等。 漏吸原因,第五节 等电点离子交换法提取谷酸,发酵液,育晶2h(pH4-5),育晶2h(pH3.5-3.8),搅拌育晶2016h,育晶2h(pH3
16、.0-3.2),离交,分离,细Glu,Glu,洗脱,高流分（用盐酸pH至1.5）,初流分,后流分,第六节 锌盐法提取谷氨酸,一步锌盐法 在发酵液中直接投入硫酸锌,使之成为谷氨酸锌,然后转化为谷氨酸 方法二:用等电点法提取谷氨酸,对母液用硫酸锌使之成为谷氨酸锌,谷氨酸锌可直接做谷氨酸或与发酵液混合做等电点,提取谷氨酸.,工艺流程,一步锌盐法 (1)制备谷氨酸锌 (2)制谷氨酸 逐步起晶法:将谷氨酸锌泵 入等电点缸,开动搅拌,用水调节浓度为20-24波美度,升温45，调pH3.23.5，使谷氨酸溶解，根据浓度高低，用盐酸调到谷氨酸的起晶点的pH值，育晶23h，继续加酸pH2.8，育晶2h,最后调到2.4，搅拌后，开冷却水，继续搅拌16小时以上，然后沉淀4h，把上清液泵入贮存缸内，经两次加水清洗残锌和杂质，最后进行离心分离。 连续等电点法：,
