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提炼：•将谷氨酸生产菌在发酵液中积累的L谷氦酸提取出来，再进一步中和、除铁、脱色、加工精制成谷氨酸单钠盐(俗称味精)这个过程叫提炼。•目前生产上可分为谷氨酸提取与精制两个阶段。•本章主要介绍以发酵液中提取谷氨酸的原理、方法和生产上出现的异常问题及解决的方法。谷氨酸提取工艺的选择原则：•应当是工艺简单，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。同时还要从减少环境污染等方面综合考虑。目前国内各味精厂主要采用以下几种方法提取谷氨酸：（1）等电点法将发酵液加盐酸调PH至谷氨酸的等电点，使谷氨酸沉淀析出，其收率可达60-70％。如果采用冷冻低温等电点法，液温冷却至5℃以下，收率可达78％左右。(2)离子交换法•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。•但是酸碱用量大，废水排放量大。国内有些味精厂采用等电点-离子交换法提取工艺路线，总收率可达90％左右。(3)金属盐法•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PH2．4时，谷氨酸溶解度最小，重新以谷氨酸形式结晶析出。•一般锌盐法提取收率在85％左右，有的厂采用等电点-锌盐法提取谷氨酸收率较稳定。(4)盐酸水解-等电点法•发酵液中除含有谷氨酸外，尚含有一定量的谷氨酰胺，焦谷氨酸和菌体蛋白，这些物质用等电点、离子交换、锌盐法提取是无法回收的。•发酵液经浓缩后加盐酸水解，可回收部分谷氨酸，从而使谷氨酸的提取收率和谷氨酸质量得到提高。(5)离子交换膜电渗析法提取谷氨酸•根据渗透膜对各种离子物质的选择透性不同而将谷氨酸分离，如电渗析和反渗透法。国外提取谷氨酸工艺如下：•(1)日本•目前(1978年)日本协和发酵采用浓缩等电点工艺。发酵液先分离出菌体，加硫酸结晶。菌体做饲料，母液做肥料。回收率85-90％。•发酵液：谷氨酸含量为8-10％。•菌体分离：碟片式自动分离机，处理量为70t／h，菌渣为14-15％，含谷氨酸2-3％。•浓缩：60℃以下减压浓缩，浓缩液含谷氨酸为15-20%。•出晶：加浓硫酸调PH3．2，搅拌20-30h，多罐串联，连续冷却结晶。连续分离出料。母液含谷氨酸为3-5％，做肥料。结晶洗涤三次，方法如下：每个等电点罐容量为45-100t。•(2)美国•美国圣何塞味精厂提取工艺，发酵液经两次4650r／min高速离心机分离菌体和消液，菌体经干燥制成鸡、奶牛饲料。•清液经90-95℃加热，使蛋白质等有机物凝聚沉淀，并加入一定比例硅藻土助滤剂，经旋转真空膜过滤机过滤，除去杂质。•母液经五效蒸发器浓缩后加盐酸调PH使谷氨酸结晶析出，再加入一定助滤剂，在旋转真空膜过滤机过滤，分离出谷氨酸结晶和助滤剂混合物，作为精制味精的原料。第二节谷氨酸发酵液的性质和发酵废液的综合利用•一、谷氨酸发酵液的主要性质发酵液中的主要成分有：(1)发酵液中所含的谷氨酸为L-型，一般以谷氨酸铵盐形式存在。•(2)发酵液含有无机盐，有K、Na、NH4、Mg、Ca、Fe、Po4等、还有残糖、色素、尿素等。此外，也有消泡用的花生油、豆油或合成消泡剂等留在发酵液中。（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5-8％。•（4）发酵液中尚有其它一些含量很少的发酵副产物。•有机酸类有乳酸、酮戊二酸、琥珀酸等；氨基酸类有天门冬氨酸、丙氨酸、缬氨酸、脯氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、甘氨酸、组氨酸和谷氨酰胺等。各种氨基酸含量小于1％。•(5)谷氨酸发酵液中含有铵离子0.6-0.8％，残糖1％以下。二、菌体分离方法•国内味精厂从发酵液中提取谷氨酸时，一般受设备条件限制，并不先分离菌体，而直接从含有菌体和蛋白质的发酵液及其浓缩物中提取谷氨酸。•但菌体存在于发酵液中不利于谷氨酸的结晶分离。有条件的工厂如能将发酵液中菌体预先分离，就会降低发酵液的粘度和杂质含量，有利于谷氨酸发酵液的浓缩纯化和结晶分离，提高产品收率和纯度。1．机械分离法•一般采用高速离心分离机分离菌体。如用国内生产的DP-400型和D-350型酵母高速离心机，转速6500r／min，和GF-150型高速管式离心机，转速13500-1500r／min。2．加热沉淀法•将发酵液加热至80℃以上，静置使菌体和蛋白质凝固沉淀而除去。•此法特别适用于发酵感染杂菌，噬菌体的发酵液，经过加热既可杀死杂菌又可使大量杂质凝固沉淀，有利于提取。但需消耗较大能量。3．添加凝聚剂沉淀法•在发酵液中加入适量絮凝剂（如聚丙烯酰胺)使菌体凝集一起，加助滤剂过滤除去。三、发酵液的综合利用•发酵法生产味精的工厂，每天都有大量废液和废菌体排放，造成环境污染，对发酵废液的处理，是目前各味精厂急待解决的问题。发酵废液中含有一些量很小，价值很高的代谢副产物。许多味精厂开展了综合利用，主要有以下几个方面：•(1)从谷氨酸发酵液中提取腺嘌呤。腺嘌呤是肌苷发酵的必要原料，同时它还可合成ATP。腺嘌呤是发酵过程核酸降解产物，利用其解离度不一，在732离子交换树脂中，用氢氧化钠洗脱时出现两个峰，见图6-1。可以分开收集。前者为谷氨酸，后者为腺嘌呤。再精制就可制得腺嘌呤磷酸盐或腺嘌呤盐酸盐。•(2)谷氨酸菌体内含有大量的蛋白质(约占干菌体重的60％)和核糖核酸。•谷氨酸发酵液先经高速离心机分离菌体，回收菌体用自溶法可制得腺嘌呤核苷酸、鸟嘌呤核苷酸，胞嘧啶核苷酸和尿嘧啶核苷酸。•这些都是医药上贵重药物，在治疗肝炎，血小板减少等症都有明显疗效。这样使菌体的经济价值得到充分利用。而鸟嘌呤核苷酸和腺嘌呤核苷酸经脱氨成肌苷酸，为味精助鲜剂。•(3)菌体中含有丰富的蛋白质和脂肪等物质，是动物的良好饲料。•(4)发酵废液中含有大量铵和磷钾等，是农业生产中很好的肥料。•(5)发酵废液还可用来进行酵母发酵，制取单细胞蛋白，作饲料用，又可减少环境污染。第三节等电点法提取谷氨酸•一、等电点提取谷氨酸的原理•1．谷氨酸的两性解离与等电点(3)谷氨酸等电点的性质•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PI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，此时，由于谷氨酸分子之间的相互碰撞，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。工业生产中等电点法提取谷氨酸就是根据这一特性，将发酵液PH调至3．2，使谷氨酸处于过饱和状态而结晶析出。2．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。可从下式求得：（1）pH值对谷氨酸溶解度的影响•由图6-3可知谷氨酸在PH1附近或碱性情况下，溶解度很高，但在等电点PH3．22和在30％以上的高浓度盐酸下，溶解度便显著减少到最低点。•工业生产中的等电点，盐酸盐法提取谷氨酸，就是巧妙地利用这一特性。(2)温度对谷氨酸溶解度的影响•见表6-3，谷氨酸溶解度受温度影响较大，温度越低，溶解度越小，这便是低温等电点法提取谷氨酸能提高收率的依据。(3)杂质对谷氨酸溶解度的影响•发酵液中含有残糖、其它氨基酸、菌体及胶体物质等杂质，这些杂质都会影响谷氨酸的溶解度。•例如发酵液有其它氨基酸存在时，会导致谷氨酸溶解度的增加，当发酵液在23．5℃时，纯谷氨酸的溶解度为0．8l8％，倘若有其它氨基酸存在时，(以0.097％计)，则谷氨酸的溶解度增加为1．4l2％，是纯谷氨酸溶解度的172．6％，严重影响谷氨酸的收率。•又如，碳水化合物水解液的存在，也会使谷氨酸的溶解度有所增加。二、谷氨酸的结晶•在等电点操作中，随着加酸调PH，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，过量的溶质会结晶析出。一般控制在介稳区时使溶液产生微细的晶核。•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。1．谷氨酸的晶型及性质•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。分为α-型结晶和β-型结晶两种。•α-型谷氨酸结晶为斜方六面晶体，是等电点提取的一种理想的结晶，这种结晶体纯度高，颗粒大，质量重，实测其视比重为0．85晶体光泽，易沉降，与母液分离容易。•取容易，收率高。若含量在1．5-3．5％之间，在常温下不易使谷氨酸达到过饱和状态，即溶液的过饱和率小，结晶生成速度很慢，难于形成晶核或晶核数量极少，遇到这种情况应设法增加发酵液中的谷氨酸含量：•如在中和时，可以多加些高流分(离子交换柱洗脱下的高流液加酸调至PHl．5，用于等电点中和)，以增加发酵液中谷氨酸含量，同时在晶核形成前，PH在4左右，投入一定量的晶种，以促进结晶的形成。•若采用添加青霉素，表面活性剂或高糖以及后期流加糖等发酵工艺，虽然发酵产酸可达8％以上，但是容易出现β-型结晶。•加之发酵液色素深、菌体多、杂质多等因素，致使等电点操作困难，因此，在这种情况下，不能照搬原有工艺条件，应注意提高育晶的PH和育晶时间，投入晶种或采取除菌体等措施，以确保丰产又丰收。(2)温度与降温速度对晶型的影响•结晶析出温度对晶型有很大影响，当结晶析出温度超过30℃时，β-型结晶明显增加，因此，为了避免形成β-型结晶，在等电点法提取谷氨酸时，必须把发酵液的液温降到30℃以下，再进行晶体析出。•中和时要控制液温缓慢下降，不能回升，这样形成的谷氨酸颗粒较大，否则降温过快或温度忽高忽低时，不仅晶核小而多，结晶微细，而且会引起α-型结晶向β-型结晶转换，导致分离困难，收率下降。•中和结束育晶2h后，温度应尽可能降低。以减少谷氨酸的溶解度。（3)加酸速度与终PH值的影响•放罐时发酵液的PH为7左右，加酸速度的快慢，对晶型的影响很大，特别是发酵不正常，一定要缓慢加酸，控制PH缓慢下降(不能回升)，使谷氨酸的溶解度逐渐下降，这样晶核形成也不会太多。•控制一定数量的晶核后，停止加酸，进行育晶，使晶体成长壮大，析出的结晶为α-型，晶粒颗粒大，易沉淀分离。•如果加酸速度太快，采用一次性将发酵液调至终点PH3．2，•会局部过饱和，即使是正常发酵液，也很快出现大量的细小晶核，经搅拌逐步形成片状结晶，周围包住絮状物，形成β-结晶，谷氨酸的纯度下降，不易沉淀，分离困难。•一般地说，开始加酸中和至PH5左右，这段时间加酸速度可以快一些，PH5以下，起晶前后，加酸速度要慢，须倍加小心，发现晶核时，应立即停止加酸，育晶2h，使晶核成长壮大，继续缓慢加酸中和至PH3．2，搅拌育晶。•目前工厂一般采用盐酸中和，若用硫酸中和，要避免局部温度过高，防止形成β-型结晶，更需缓慢加酸。同时要选用硫酸含量高，含杂质少，减少溶解度，可提高收得率。•如果用甜菜糖蜜发酵，对发酵液中的钙离子要进行预处理，以防止生成硫酸钙沉淀而影响谷氨酸纯度。•终PH要准，由于谷氨酸的溶解度在等电点偏碱时比偏酸时增加速度快，所以为了防止肉眼或仪器测定PH误差所造成的损失，终点PH应调节3．0-3．2，停酸半小时，搅拌均勺，取样复测PH。(4)投晶种与育晶•谷氨酸起晶有两种方法，即自然起晶和加晶种起晶。一般来说，加晶种起晶，晶核容易控制，不易出现β-型结晶，但是晶种质量的好坏与结晶质量密切相关，一定要选择质量较好的α-型结晶作晶种。•投晶种一定要掌握好投放时间，以溶液PH值来控制，投种出溶液PH值偏高晶种容易溶解，起不到投晶种的作用，反而增加溶液中溶质的浓度，不利于谷氨酸结晶。•若控制溶液PH值太低，谷氨酸结晶已析出，会刺激更多细小晶核的形成。•根据结晶理论，溶液变为过饱和时，经历介稳区和不稳区两个区域。•介稳区决定晶体的成长，不稳区决定晶核的形成，故投种时间应控制在介稳区。利用调节PH与温度，使谷氨酸处于介稳区，投入晶种。•接种量为发酵