10.1等电点提取谷氨基酸.DOC

第十章 谷氨酸与赖氨酸提取及精制技术 第一节 谷氨酸提取技术 目前国内谷氨酸提取工艺主要有等电点法、离子交换法与等电点—离子交换法等，下面主要介绍这三种方法。 一、等电点法提取谷氨酸 （一）谷氨酸发酵液的主要成分 对于正常发酵液，放罐时pH为6.5~7.2，呈浅黄色，表面有少量泡沫，有谷氨酸发酵的特殊气味，发酵液的主要成分以及含量见表10-1。 表10-1 谷氨酸发酵液的主要成分 成分 含量 成分 含量 谷氨酸 ＞8% 谷氨酸类似物质 少量 湿菌体 5~10% 其他氨基酸 少量 有机酸 ＜0.8% 无机盐 微量 葡萄糖 ＜0.6% 有机色素 少量 铵离子 0.6~0.8% 残留消泡剂及其他杂质 少量 核酸、核苷酸类物质 0.02~0.06% （二）谷氨酸的性质 1. 谷氨酸的立体异构 谷氨酸分为L型、D型、DL型三种，在动植物和微生物机体中天然存在的，都是L型谷氨酸，L型谷氨酸是味精的前体。 2. 谷氨酸结晶的特性 谷氨酸结晶具有多晶型性质，在不同条件下会形成不同晶型的谷氨酸结晶。通常分为α-型结晶和β-型结晶两种。 3. 谷氨酸的溶解度 在一定温度下，每100g水中所能溶解谷氨酸的最多克数，称为谷氨酸的溶解度。 ① pH值对谷氨酸溶解度的影响 谷氨酸的溶解度随pH值改变而变化。谷氨酸等电点pH 3.22时，溶解度显著减少到最低点。工业生产中的等电点法就是巧妙地利用这一特性。 ② 温度对谷氨酸溶解度的影响 谷氨酸溶解度受温度影响较大，温度越低，溶解度越小，这是低温等电点法提取谷氨酸的依据。 ③ 杂质对谷氨酸溶解度的影响 发酵液中合有残糖、其它氨基酸、菌体及肢体物质等杂质，这些杂质都会影响谷氨酸的溶解度。 （三）影响谷氨酸结晶的主要因素 谷氨酸结晶有α-型结晶和β-型结晶两种，由于β-型谷氨酸结晶质量轻，常常称为“轻质谷氨酸”，不易沉降分离，导致提取率低。在操作中要控制结晶条件，避免β-型结晶析出。影响谷氨酸结晶的因素又很多，发酵液的纯度和结晶操作条件是主要因素。 1.发酵液性质对结晶晶型的影响 ① 谷氨酸含量对结晶晶型的影响 若发酵液中谷氨酸含量过低，低于4.5%时，不容易达到过饱和度，即使提取温度很低，所形成晶核数量也不会太多。如表10-4，如果谷氨酸含量较高，在室温条件下已经容易形成β-型结晶，导致分离困难，影响谷氨酸收率，且谷氨酸含水量较大、纯度较低。 ② 菌体对结晶晶型的影响 当带菌体进行等电点提取谷氨酸时，如果菌体数量多，发酵液黏度大，不利于晶核吸收长大，易使结晶形成β-型结晶；若菌体较大且轻，易于与谷氨酸结晶分离，有利于提高收率；若菌体较小且重，与谷氨酸结晶较难分离。因此，有条件的工厂最好先除去菌体，再用等电点法提取谷氨酸。 ③ 杂菌和噬菌体结晶晶型的影响 如果谷氨酸发酵感染杂菌和噬菌体，尤其是因噬菌体溶菌作用使菌体内含物渗出，发酵液中胶体物质增多，泡沫多，残糖高，发酵液黏度大，这些高分子物质在一定pH值下沉淀析出，形成无数絮状物把谷氨酸吸附住，影响晶体的正常生长，容易形成β-型结晶。 遇此情况，最好通过加热或添加絮凝剂，使菌体蛋白凝聚后除去，既可防止杂菌和噬菌体扩散，又可克服谷氨酸结晶的不利因素。 ④ 残糖对结晶晶型的影响 放罐发酵液残糖越低越有利于提取。如果发酵液残糖过高，不仅会影响谷氨酸的溶解度，而且易产生β-型结晶，见表10-5。 ⑤ 发酵液杂质对结晶晶型的影响 发酵液的杂质，如消泡剂，或水解糖带来的糊精、焦糖、蛋白质、色素等杂质，如果过多，不仅对发酵不利，而且对提取带来影响。在等电点提取时，一定pH值条件下，杂质析出无数晶核，包裹着谷氨酸分子，影响谷氨酸晶体生成和长大，易出现β-型结晶，导致分离困难，收率低。 2. 温度对结晶晶型的影响 结晶析出温度对晶型有很大的影响。温度越低，析出α-型结晶纯度越高。如表10-6，当等电点调酸时,发酵液温度高于30℃, β-型结晶增加；当温度低于30℃，β-型结晶减少。温度在20℃以下时主要是α-型结晶析出。 3.降温速度对结晶晶型的影响 加酸时要控制温度缓慢下降，不能回升，这样形成的谷氨酸颗粒较大。如果降温速度过快，不仅晶核小而多，结晶微细，而且会引起α-型结晶向β-型结晶转化，导致收率下降。 4. 加酸速度对结晶晶型的影响 按照目前国内发酵液的谷氨酸含量，发酵液加酸至pH5.0左右，还不会出现晶核，加酸速度可以快一些；pH5.0以下，特别是接近育晶点，加酸速度要缓慢，发现晶核时，应立即停止加酸，育晶2 ~3h，使晶核成长壮大，再继续缓慢加酸至pH