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第四节谷氨酸的提取和精制概述将谷氨酸生产菌在发酵液中积累的L-谷氨酸提取出来,再进一步中和、除铁、脱色、加工精制成谷氨酸单钠盐叫提炼。分为：提取和精制在提取车间和精制车间完成。发酵液蛋白絮凝菌丝体分离草酸盐沉淀分离柠檬酸钙沉淀分离硫酸处理分离活性炭或离子交换纯化结晶分离蒸发干燥、包装母液回收废石膏废滤液90°C水洗硫酸草酸钙助滤剂水95°C、pH7石灰菌丝体70°C石灰pH2.7~2.9标准沉淀法回收柠檬酸流程图加热到70度pH1.8~2.0过滤谷氨酸发酵液的组分正常谷氨酸发酵液的组分如下：1.L-型谷氨酸，一般以谷氨酸铵盐(C5H8O4N·NH4)形式存在。2.无机盐(K+、Na+、NH+、Mg2+、Ca2+、SO42-等)、残糖、色素、尿素以及消泡用的花生油、豆油或合成消泡剂等。3.大量菌体、蛋白质等固形物质悬浮在发酵液中，湿菌体约占发酵液的2％～5％。还存在着核苷酸类物质及其降解产物和其它氨基酸。冷却→发酵罐发酵→冷却→等电点中和→谷氨酸晶体→加水溶解→二次中和→得谷氨酸钠溶液发酵→提取谷氨酸晶体谷氨酸的分离与味精的制备谷氨酸是发酵的目的物,它溶解在发酵液中,而在发酵液中还存在菌体、残糖、色素、胶体物质以及其他发酵副产物。提取工艺的选择原则:工艺简单,操作方便,提取收率高,产品纯度高,劳动强度小,设备简单,造价低,使用的原材料、药品价廉,来源容易。主要提取方法简介(1)等电点法(2)离子交换法(3)等电-离交法(4)连续等电点法(5)金属盐法(6)盐酸水解-等电点法(7)离子交换膜电渗析法提取谷氨酸谷氨酸提取方法一般有等电点法、离子交换法、金属盐沉淀法、盐酸盐法和电渗析法等，其中以等电点法和离子交换法较普遍。1）等电点法盐酸发酵液 起晶中和点（pH4-4.5）育晶（2h） 等电搅拌（pH3-3.22）静置沉降（4-6h） 离心分离 谷氨酸菌体及细小的谷氨酸母液盐酸等电点法提取谷氨酸工艺流程等电点法提取谷氨酸等电点法提取谷氨酸的原理等电点法是谷氨酸提取方法中最简单的一种方法,由于设备简单、操作简便、投资少等优点,谷氨酸发酵液不经除菌或除菌、不经浓缩或浓缩处理、在常温或低温下加盐酸调至谷氨酸的等电点pH3.22,使谷氨酸呈过饱和状态结晶析出。（1）常温等电点法发酵液→调节pH4.0-4.5→育晶2-4h→调节pH4.0-4.5→育晶2-4h→缓慢调至pH3.0-3.2→育晶2h→冷却降温搅拌16h→静止沉淀2-4h→离心分离→湿谷氨酸谷氨酸的晶型及其性质α-型结晶：斜方六面晶体，纯度高，颗粒大，质量重，易沉降，与母液容易分离。B-型结晶：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，不易与沉淀分离，常常称为“轻质谷氨酸”。谷氨酸结晶操作中要控制条件，避免B型结晶析出。谷氨酸提取工序•发酵液进入等电点中和罐，进入罐前使温度降为22℃。谷氨酸的等电点为pH3.2。加硫酸调节pH值，该过程要先以较快的速率加酸，将pH先调整至5.0，停止加酸与搅拌1.5h，保证晶体增长。然后继续缓慢加酸调整，直至pH降为3.2，温度冷却至8℃，使之达到等电点，停止中和及搅拌。谷氨酸沉淀后用离心分离机进行分离，得到谷氨酸的凝称物。然后进入二次中和罐加水加纯碱中和成谷氨酸钠，加水溶解温度为40～60℃，Na2CO3调pH至5.6，中和温度控制在70℃以内。关键点：等电点、pH值、温度控制（2）低温等电点法提取谷氨酸与常温等电点操作基本相同，差别在于最后终点温度为0-5℃（3）除菌体常温等电点法（4）浓缩、水解等电点法（5）低温浓缩等电点法（6）谷氨酸发酵液连续等电工艺谷氨酸的结晶1）谷氨酸的晶型和性质α-型谷氨酸斜方六面晶体、纯度高、颗粒大、质量重，易分离。β-型谷氨酸粉状或针状，纯度低、晶粒微细、难分离。2）影响谷氨酸结晶的主要因素菌体谷氨酸浓度温度加酸速度起晶方式残糖离子交换法提取谷氨酸2）离子交换法当发酵液的pH值低于3.22时，谷氨酸以阳离子状态存在，可用阳离子交换树脂来提取吸附在树脂上的谷氨酸阳离子，然后用碱液洗下来，收集谷氨酸洗脱流分，经冷却，加盐酸调pH值3.0-3.22进行结晶，再离心分离即得谷氨酸结晶。此法过程简单，周期短，设备省，提取总收率可达80-90%，缺点是酸碱用量大，废液污染环境。离子交换法提取谷氨酸的原理当pH＞3.2时，谷氨酸以GA-存在当pH＞3.2时，谷氨酸以GA+存在可以用阳离子树脂提取谷氨酸阳离子树脂吸附顺序：Ca2+＞Mg2+＞K+＞NH4+＞Na+＞丙氨酸＞亮氨酸＞谷氨酸＞天冬氨酸理论上讲发酵液上柱的pH值应低于3.22，但实际上控制在5.06.0之间，因Na+、NH4+交换能力谷氨酸，优先交换，置换出H+使pH值低于3.2，使谷氨酸成为阳离子，但不能6.0。吸附（目的物的分离）↓清洗（清除杂质）↓洗脱（目的物的收集）↓再生（树脂的再生）↓水洗（pH接近中性）离子交换工艺流程1.单柱法等点母液↓强酸型阳离子树脂（交换、洗脱）↓高流分↓调酸做酸使用（等点提取）2.双柱法等点母液↓弱酸型阳离子树脂（除去杂离子）↓强酸型阳离子树脂（吸附、洗脱）↓高流分↓调酸做酸使用（等点提取）等电点－离子交换法提取谷氨酸发酵液加盐酸（或高流分母液pH1.5)育晶2h(pH4-5)育晶2h(pH3.5-3.8)加盐酸（或高流分母液pH1.5)育晶2h(pH3.0-3.2)加盐酸（或高流分母液pH1.5)搅拌育晶20-16h沉淀4h细谷氨酸母液谷氨酸上离子交换柱洗脱后流分高流分初流分国内工厂普遍采用的是等电点－离子交换法提取谷氨酸发酵液 育晶2h(pH4-5)育晶2h(pH3.5-3.8) 育晶2h(pH3.0-3.2)冷却降温搅拌育晶16-20h静置沉降4h 细谷氨酸 母液 谷氨酸 上离子交换柱 先热水洗柱，再用6%NaOH洗脱 后流分 高流分 初流分 （上柱回收） （盐酸调pH1.5） （下次上柱回收） 盐酸或高流分母液pH1.5目前，谷氨酸生产厂家多采用等电离交工艺等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存在废水量大治理成本高，酸碱用量大等缺点④冷冻等电———离交法提取GA的工艺流程图从pH1.8，到pH2.5，这一段为低流分，谷氨酸含量1％左右，收集液可以重新上柱交换。从pH2.5，到pH8，，这一段为高流分，以pH3～3.5时为最高，平均谷氨酸含量为8％左右。泵入等电点罐，调酸到pH3.0～3.2，养晶后经分离得谷氨酸结晶。（八）洗脱液收集与洗脱曲线pH8～9，这一段收集液为后流分，谷氨酸含量为2％左右，这部分流出液含NH4+等杂质多，经加热除氨后可再上柱。pH1l～12，这一段流出液均为氨，可以用来中和离子交换流出液，以提高排放时的pH值，或用硫酸中和成硫酸铵，作化肥用。从收集洗脱液，可以明显看出洗脱过程中pH值、谷氨酸和NH4+的变化情况。洗脱过程应防止高峰不集中或拖尾现象。③影响结晶的主要因素创造一定的过饱和度控制加酸的速度，不能太快，避免形成大量晶核；晶粒形成温度30~25℃，不能高于30℃?，温度不能回升，控制酸的流加速度来防止回升。添加α型晶种：0.2%~0.3%。谷氨酸含量5%以上，pH4.5~4.0时投种；谷氨酸含量4%~5%时pH4.0时投种。?pH影响溶液溶解度,使溶液中过饱和度合适*在介稳区内结晶析出搅拌转速适当30~35rpm（RevolutionsPerminute，转/分钟），浆式二档交叉搅拌为宜。发酵液产酸高，结晶好；天门冬氨酸、苯甲氨酸、酪氨酸、脯氨酸等促进α型生成；Ca2+、Mg2+影响结晶（0.34g/100ml）酸的流加速度在同一温度下微小晶体的溶解度高于粒度较大的晶体,在大量晶体存在的情况下,微小晶体溶解,而大晶体长大,直至小晶体完全消失。因此,颗粒只有大至某一临界粒度(微米级,与细菌相当)。在流加过程中,可以通过暂停流加进行一段时间育晶,从而使小的不良的晶体可以慢慢溶解,使系统中的晶核数量减少,使得产品的粒度分布得到改善,提高产品的质量。创造一定的合适的过饱和度当温度低于相转变温度时,α相稳定,β相不稳定,过饱和溶液将主要析出α晶体。当温度低于某个限度,过饱和溶液只析出α晶体而不析出β晶体。在低于相转变温度的范围内,β晶相有向α晶相转变的趋势,即在温度低于相转变温度的情况下,饱和溶液中α和β晶相同时存在,由于β晶相不稳定易溶解,α晶相将长大。根据有关数据,谷氨酸水溶液的相转变温度为40℃,根据谷氨酸溶解度数据图分析,40℃时饱和曲线有明显的拐点。但是,系统中有大量的杂质,而且溶液的pH是3.2,故实际生产的系统温度应该40℃。从发酵液中提取得到的谷氨酸，仅仅是味精生产的半成品。谷氨酸与适量的碱进行中和反应，生成谷氨酸一钠，其溶液经过脱色、除铁、除去部分杂质，最后通过减压浓缩、结晶及分离，得到较纯的谷氨酸一钠晶体（味精）从发酵液中提取得到的谷氨酸，仅仅是味精生产的半成品。谷氨酸与适量的碱进行中和反应，生成谷氨酸一钠，其溶液经过脱色、除铁、除去部分杂质，最后通过减压浓缩、结晶及分离，得到较纯的谷氨酸一钠晶体（味精）第七章谷氨酸制味精谷氨酸制味精的工艺流程谷氨酸→中和→脱色→浓缩结晶→干燥→过筛→包装→成品等电点法提取谷氨酸酸中和向中和罐盘管内注入冷冻盐水，将发酵液温度降至22，然后加硫酸中和，使其pH值从7.0降至3.2，温度从22降至8.该过程要先以较快的速率加酸，将pH先调整至5.0，停止加酸与搅拌1.5h，保证晶体增长。然后继续缓慢加酸调整，直到pH降为3.2，温度冷却至8，达到等电点，停止中和及搅拌。碱中和过滤得谷氨酸结晶，加入温水溶解，用碳酸钠将谷氨酸溶液的pH值调到5.6，T=70℃注意：pH---谷氨酸二钠、谷氨酸温度---焦谷氨酸钠速度—二氧化碳发酵液冷冻盐水发酵液T=22℃pH=7.0晶体增长发酵液pH=5.0较快加硫酸停止加酸搅拌发酵液pH=3.2T=8℃缓慢加酸1.5h谷氨酸结晶谷氨酸溶液谷氨酸钠溶液Ph=5.640~60℃温水碳酸钠70℃酸中和碱中和谷氨酸单钠的精制1.活性炭脱色采用颗粒状的活性炭进行脱色时，一般是让谷氨酸钠溶液通过活性炭柱，色素被吸附，而得到的流出液为脱除了色素的谷氨酸钠溶液。2.离子交换柱除去Ca2+,Mg2+,Fe2+离子离子交换设备谷氨酸制味精谷氨酸用适量的NaCO3溶液中和后，再经过过滤、浓缩、离心分离等步骤、最终制成味精。1.谷氨酸的中和：把谷氨酸加入水中，成为饱和溶液，然后加碱（NaCO3）进行中和。2.中和液除铁、除锌：硫化钠法、树脂法除铁锌。3.谷氨酸中和液的脱色：活性炭脱色、离子交换树脂脱色。4.中和液的浓缩和结晶：工业中都是采用蒸发方法。3.浓缩结晶上述溶液含有大量的水，需要经过浓缩与结晶，才能得到所需的谷氨酸钠结晶产品.在65～70℃条件下进行蒸发浓缩，当溶液浓度达到30～30.5波美度时，即可加入谷氨酸钠晶种进行结晶。结晶罐谷氨酸单钠的精制4.干燥、包装经过离心分离后的晶体必须进行干燥处理。目前，采用的干燥方法有箱式烘房干燥，真空箱式干燥、气流干燥、传送带式干燥、振动床式干燥。结晶味精要求颗粒大小均匀，因此干燥好的晶体要经过振动筛分，除去过大或过小的晶粒，使晶粒大小更加均匀。筛分时能通过10目而不通过24目的晶粒称为粗晶，能通过14目而不通过