实验二 离子交换法提取谷氨酸
实验二离子交换法提取谷氨酸
一、实验目的
掌握离子交换装置的结构和使用方法。
掌握离子交换法提取谷氨酸的工艺流程。
掌握等电点沉淀法提取谷氨酸。
了解认识离子交换树脂的处理和再生。
二、实验原理
谷氨酸是两性电解质，是一种酸性氨基酸，等电点为pH3.22，当pH＞3.22时，羧基离解而带负电荷，能被阴离子交换树脂交换吸附；当pH＜3.22时，氨基离解带正电荷，能被阳离子交换树脂交换吸附。也就是说，谷氨酸可被阴离子交换树脂吸附也可以被阳离子交换树脂吸附。由于谷氨酸是酸性氨基酸，被阴离子交换树脂的吸附能力强而被阳离子交换树脂的吸附能力弱，因此可选用弱碱性阴离子交换树脂或强酸性阳离子交换树脂来吸附氨基酸。但是由于弱碱性阴离子交换树脂的机械强度和稳定性都比强酸性阳离子交换树脂差，价格又较贵，因此就都选强酸性阳离子交换树脂而不选用弱碱性阴离子交换树脂。目前各味精厂均采用732#强酸性阳离子交换树脂，本实验就是采用732#树脂。
谷氨酸溶液中既含有谷氨酸也含有其他如蛋白质、残糖、色素等妨碍谷氨酸结晶的杂质存在，通过控制合适的交换条件，在根据树脂对谷氨酸以及对杂质吸附能力的差异，选择合适的洗脱剂和控制合适的洗脱条件，使谷氨酸和其他杂质分离，以达到浓缩提纯谷氨酸的目的。
三、实验装置
1、离子交换装置
本实验采用动态法固定床的单床式离子交换装置。离子交换柱是有机玻璃柱，柱底用玻璃珠及玻璃碎片装填，以防树脂漏出。
2、树脂
本实验用苯乙烯型强酸性阳离子交换树脂，编号为732#，其性能如下表：
732#树脂的主要性能常数
3、树脂的处理
对市售干树脂，先经水充分溶胀后，经浮选得到颗粒大小合适的树脂，然后加3倍量的2mol/L HCL溶液，在水浴中不断搅拌加热到80℃，30min后自水溶液中取出，倾去酸液，用蒸馏水洗至中性，然后用2mol/L NaOH溶液，同上洗树脂30min后，用蒸馏水洗至中性，这样用酸碱反复轮洗，直到溶液无黄色为止。用6%（W/W）盐酸溶液转树脂为氢型，蒸馏水洗至中性备用。过剩的树脂浸入1mol/L NaOH溶液中保存，以防细菌生长。
四、试剂配制
1、上柱交换液
谷氨酸发酵液或等电点母液，含谷氨酸2%左右。
配制方法；取工厂购回的谷氨酸干粉20g溶于200ml自来水中，再加进约8ml浓盐酸使谷氨酸粉全部溶解，此时pH值约为1.5，最后稀释至1.0L。
2、洗脱用碱
4%NaOH溶液。其配制方法有两种：
①40gNaOH溶于1000ml自来水中；
②工业用碱配成4%浓度（W/W），（约9°Bx，相对密度1.04）
3、再生用酸
6%（W/W）盐酸溶液。把大约80ml浓盐酸（36%含量）用自来水稀释至500ml。配成约4°Be，相对密度1.027的溶液。
4、0.5%茚三酮溶液
0.5g茚三酮溶于100mL丙酮溶液中配制成。
五、离子交换工艺流程
在本实验中，低流分和尾流分都弃去不要。
六、实验步骤
1、检查离交柱工作状况。检查阀门，管道是否安装妥当，若有渗漏，及时报告。
2、计算上柱量
先测量浸水后湿树脂的体积及上柱液总氮含量（其方法见后面附录），再按下式计算上柱量。
根据实践，湿树脂实际交换当量为1.2～1.3mmoL/mL 湿树脂。 3、上柱交换
本实验用顺上柱方式。先把树脂上的水从底阀排走，排至清水高出树脂面2cm 左右，同时调节柱底流出液速度，控制其流速为30ml/min 左右。然后把上柱液放入高位槽中，开启阀门，进行交换吸附。注意使柱的上、下流速平衡，既不“干柱”，也要避免上柱液溢出离交柱。前期流速为30mL/min 左右，后期流速
直接等电点提取谷氨酸
）
总氮含量（湿树脂）
湿树脂实际交换当量（）湿树脂体积（）上柱量（mL mmol mL mmol mL mL //?=
为25mL/min 左右。
每流出100mL 流出液，用pH 试纸及糖度计测量其pH 值及浓度，记录下来。间断用茚三酮溶液检查是否有谷氨酸漏出。如有漏出，应减慢流速。
上柱液交换完毕，加入1/3树脂体积的清水将未交换的上柱液全部加入树脂中交换。
4、水洗杂质及疏松树脂
开启柱底清水阀门，使水从下面进入反冲洗净树脂中的杂质，注意不要让树脂冲走。反冲至树脂顶部溢流液清净为止，再把液位降至离树脂面5cm 左右，反冲后树脂也被疏松了。 5、热水预热树脂
加入树脂体积3倍左右的60-70℃热水到柱上预热树脂，柱下流速控制为30～35mL/min 。 6、热碱洗脱
把水位降至离树脂面2cm 左右，接着加入60～65℃的4% NaOH 溶液到柱上进行洗脱，用碱量按下式计算：
式中：147 —— 谷氨酸分子量
3 —— 被吸附谷氨酸当量数的倍数 40 —— NaOH 分子量 1.0
4 —— 4%NaOH 的相对密度
每收集50mL 流出液检查并记录其pH 值及浓度。柱下流速前期30mL/min ，后期为50-60mL/min 。到流出液pH2.5（浓度约为0.5°Bx ）时，开始收集高流分，此时应加快流速以免“结柱”。如出现“结柱”，应用热布把阀门加热使结晶溶化。一直收集到pH9为止。流完热碱，用60℃热水把碱液压入树脂内，开启柱底阀门，用自来水反冲树脂，直至溢出液清亮，pH 值为中性为止。 7、收集
把高流分集中在一起，用浓盐酸把全部谷氨酸结晶溶解，测量其总体积及总
04
.1%4403147%
%4????
=
GA mL mL NaOH ）上柱量（）用量（
氮摩尔含量。 8、等电点提取谷氨酸
把收集液pH 调至3.2左右，稍搅拌使谷氨酸结晶析出，静置冷却过滤。 9、树脂再生
洗净树脂后，降低液面至树脂面以上5cm 左右，然后通入6%盐酸（W/W ），对树脂进行再生。用酸量按下式计算：
式中：1.8——树脂全交换当量，mmol/ml 湿树脂
1.2——树脂全交换当量的倍数 6%——盐酸含量 36.5——盐酸分子量 1.027——6%盐酸相对密度
再生树脂流速控制在（25～30）mL/min 。再生完毕，离交柱则处在可交换状态（树脂为H 型）。
七、实验报告 （一）实验记录
1、离子交换树脂型号 ， 离子交换柱直径 mm ，湿树脂高度 mm ，湿树脂装量 mL 。湿树脂全交换当量1.8mmol/mL 湿树脂。
2、上柱液状态
含谷氨酸量 ，总体积 ml ，浓度 °Be ，总氮含量 mmol/mL 。 3、谷氨酸上柱交换吸附记录表
1000
027.1%65
.362.18.1?????=
）树脂体积（）用酸量（mL mL
4、反冲洗柱时间 min 。
5、谷氨酸解吸
热水温度 ℃ ，热水用量 mL 。
NaOH 浓度 ，温度 ℃ ，用量 mL 。
洗脱记录表
6、树脂再生
再生剂种类 ，浓度 °Be ，用量 ml ， 再生过程流速 mL/min ，再生总时间 min 。
（二）谷氨酸在732#树脂吸附曲线图
（即流出液的pH ～T 、Be ～T 或pH ～V 、Be ～V 图）
（三）谷氨酸在732#树脂解吸曲线图
（即流出液的pH ～T 、Be ～T 或pH ～V 、Be ～V 图）
（四）离子交换谷氨酸提取率计算
%
100%???=
量
上柱液的谷氨酸摩尔含）上柱液体积（含量
高流分液的谷氨酸摩尔）收集高流分液量（）提取率（mL mL
（五）问题讨论
1、通过所学的离交知识，结合本实验，试分析影响离子交换谷氨酸提取率的主要因素。
2、对谷氨酸在732#树脂的吸附以及解吸曲线图进行解释说明。
3、对本实验存在的问题提出你的意见。
附录：
（一）谷氨酸含量的测定
一、原理
基。它们相互作用而使氨基酸成为氨基酸具有酸性的-COOH基和碱性的-NH
2
基与甲醛中性的内盐，因此不能用氢氧化钠直接测定。当加入甲醛溶液时，-NH
2
结合，从而使其碱性消失，这样就可以用强碱标准溶液来滴定-COOH基，便可测定氨基酸含量。
二、试剂配制
1、40% 中性甲醛溶液：加两滴百里香酚酞指示剂，用NaOH滴定至淡蓝色。使用前中和。
2、0.1mol/L氢氧化钠标准溶液
3、0.5％酚酞指示剂：称取酚酞0.5克，溶解于100毫升95％酒精中。
4、0.1％百里香酚酞指示剂：称取百里香酚酞0.1克，溶解于100毫升95％酒精中。
三、测定步骤
取两个250mL三角瓶，分别准确加入检测液2mL，加蒸馏水30～40mL。其中一个三角瓶中加2滴酚酞指示剂，用0.1mol/LNaOH滴至微红色（pH 8.2），记下消耗的NaOH的毫升数V1。另一个三角瓶加2滴百里香酚酞指示剂及中性甲醛溶液5mL摇匀，静置1分钟，用0.1mol/LNaOH滴定至淡蓝色（pH 9.4），记录所消耗的NaOH体积V2，两次消耗NaOH的体积差（V2-V1）用于计算谷氨酸的含量。
四、谷氨酸含量计算
（二）0.1N 氢氧化钠溶液的标定
称取4克分析纯氢氧化钠，溶于少量已煮沸并放冷的蒸馏水中，弃去下面碳酸钠沉淀物，取上层清液，用上述蒸馏水稀释至1000ml 。此溶液浓度约为0.1N ，准确浓度可用酚酞作指示剂，用邻苯二甲酸氢钾标定。标定方法如下:取分析纯邻苯二甲酸氢钾在l05℃烘箱内烘至恒重，准确称取0.5克，共称三份，分别置于250毫升三角瓶内。加无二氧化碳的蒸馏水100毫升，使邻苯二甲酸氢钾完全溶解，加2～3滴酚酞指示剂,用0.1N 氢氧化钠滴至粉红色为终点。
式中: 204.22 —— 邻苯二甲酸氢钾的当量 W —— 称取邻苯二甲酸氢钾的克数 V —— 滴定时消耗氢氧化钠的毫升数
样品毫升数
浓度
）体积差（两次消耗）谷氨酸含量（NaOH V V NaOH ?-=
12m m ol/m L
实验二 离子交换法提取谷氨酸
实验二离子交换法提取谷氨酸 一、实验目的 掌握离子交换装置的结构和使用方法。 掌握离子交换法提取谷氨酸的工艺流程。 掌握等电点沉淀法提取谷氨酸。 了解认识离子交换树脂的处理和再生。 二、实验原理 谷氨酸是两性电解质，是一种酸性氨基酸，等电点为pH3.22，当pH＞3.22时，羧基离解而带负电荷，能被阴离子交换树脂交换吸附；当pH＜3.22时，氨基离解带正电荷，能被阳离子交换树脂交换吸附。也就是说，谷氨酸可被阴离子交换树脂吸附也可以被阳离子交换树脂吸附。由于谷氨酸是酸性氨基酸，被阴离子交换树脂的吸附能力强而被阳离子交换树脂的吸附能力弱，因此可选用弱碱性阴离子交换树脂或强酸性阳离子交换树脂来吸附氨基酸。但是由于弱碱性阴离子交换树脂的机械强度和稳定性都比强酸性阳离子交换树脂差，价格又较贵，因此就都选强酸性阳离子交换树脂而不选用弱碱性阴离子交换树脂。目前各味精厂均采用732#强酸性阳离子交换树脂，本实验就是采用732#树脂。 谷氨酸溶液中既含有谷氨酸也含有其他如蛋白质、残糖、色素等妨碍谷氨酸结晶的杂质存在，通过控制合适的交换条件，在根据树脂对谷氨酸以及对杂质吸附能力的差异，选择合适的洗脱剂和控制合适的洗脱条件，使谷氨酸和其他杂质分离，以达到浓缩提纯谷氨酸的目的。 三、实验装置 1、离子交换装置 本实验采用动态法固定床的单床式离子交换装置。离子交换柱是有机玻璃柱，柱底用玻璃珠及玻璃碎片装填，以防树脂漏出。 2、树脂 本实验用苯乙烯型强酸性阳离子交换树脂，编号为732#，其性能如下表：
732#树脂的主要性能常数 3、树脂的处理 对市售干树脂，先经水充分溶胀后，经浮选得到颗粒大小合适的树脂，然后加3倍量的2mol/L HCL溶液，在水浴中不断搅拌加热到80℃，30min后自水溶液中取出，倾去酸液，用蒸馏水洗至中性，然后用2mol/L NaOH溶液，同上洗树脂30min后，用蒸馏水洗至中性，这样用酸碱反复轮洗，直到溶液无黄色为止。用6%（W/W）盐酸溶液转树脂为氢型，蒸馏水洗至中性备用。过剩的树脂浸入1mol/L NaOH溶液中保存，以防细菌生长。 四、试剂配制 1、上柱交换液 谷氨酸发酵液或等电点母液，含谷氨酸2%左右。 配制方法；取工厂购回的谷氨酸干粉20g溶于200ml自来水中，再加进约8ml浓盐酸使谷氨酸粉全部溶解，此时pH值约为1.5，最后稀释至1.0L。 2、洗脱用碱 4%NaOH溶液。其配制方法有两种： ①40gNaOH溶于1000ml自来水中； ②工业用碱配成4%浓度（W/W），（约9°Bx，相对密度1.04） 3、再生用酸 6%（W/W）盐酸溶液。把大约80ml浓盐酸（36%含量）用自来水稀释至500ml。配成约4°Be，相对密度1.027的溶液。 4、0.5%茚三酮溶液 0.5g茚三酮溶于100mL丙酮溶液中配制成。
离子交换法提取谷氨酸
离子交换法回收提取谷氨酸 一、实验目的 通过实验掌握新树脂的预处理方法及动态离子交换的基本操作；了解谷氨酸提取的原理和方法。 二、实验原理 树脂的选择，选择离子交换树脂的主要依据是被分离物的性质和分离目的。包括被分离物和主要杂质的解离特性、分子量、浓度、稳定性、所处介质的性质以及分离的具体条件和要求。然后从性质各异的多种树脂中选择出最适宜的品种进行分离操作。 其中最重要的一条是根据分离要求和分离环境保证分离目的物与主要杂质对树脂的吸附力有足够的差异。当目的物具有较强的碱性和酸性时，宜选用弱酸性弱碱性的树脂。这样有利于提高选择性，并便于洗脱。如目的物是弱酸性或弱碱性的小分子物质时，往往选用强碱、强酸树脂。如氨基酸的分离多用强酸树脂，以保证有足够的结合力，便于分步洗脱。对于大多数蛋白质，酶和其它生物大分子的分离多采用弱碱或弱酸性树脂，以减少生物大分子的变性，有利于洗脱，并提高选择性。 就树脂而言，要求有适宜的孔径，孔径太小交换速度慢，有效交换量下降(尤对生物大分子)，若孔径太大也会导致选择性下降。此外树脂的化学稳定性及机械性能也需考虑．在既定的操作条件下有足够的化学耐受性和良好的物理性能以利操作。一般树脂都有较高的化学稳定性，能经受酸、碱和有机溶剂的处理。但含苯酚的磺酸型树脂及胺型阴离子树脂不宜与强碱长时间接触，尤其是在加热的情况下。对树脂的特殊结合力也要给予足够的注意，如树脂对某些金属离子的结合以及辅助力的作用。 氨基酸为两性电解质，等电点较低的谷氨酸在pH小于pI 3.2时，主要以GA+型式存在，故可用强酸性阳离子交换树脂提取。当发酵液流过交换柱时，发酵液中各成分依亲和力的不同进行交换。吸附GA的树脂再用洗脱液(5%NaOH)洗脱，收集富含GA的流分(高流液)。从而实现与杂质的分离及GA的富集，高流液调等电点pH 3.2，GA结晶析出。用过的树脂用稀酸再生以用于下轮交换（图1）。主要化学反应有： 交换: RSO3H + NH4+ = RSO3NH4+ RSO3H + GA+ = RSO3GA + H+ 洗脱: RSO3-GA+ + NaOH = RSO3Na+ + GA+ + H2O RSO3-GA+ + NH4OH = RSO3HN4+ + GA+ + H2O 再生: RSO3Na+ + HCl = RSO3H + NaCl
谷氨酸的发酵和提取工艺综述
综述：谷氨酸的发酵与提取工艺 第一部分谷氨酸概述 谷氨酸非人体所必需氨基酸，但它参与许多代谢过程，因而具有较高的营养价值，在人体内，谷氨酸能与血氨结合生成谷氨酰胺，解除组织代谢过程中所产生的氨毒害作用，可作为治疗肝病的辅助药物，谷氨酸还参与脑蛋白代谢和糖代谢，对改进和维持脑功能有益。另外，众所周知的谷氨酸钠盐即味精有很强烈的鲜味，是重要的调味品。 1996、1997、1998年味精年产量分别为55.0万吨、56.64万吨、59.03万吨。尽管如此，我国人均年消耗味精量还只有400g左右，而台湾省已达2000g。因此，中国将是世界上最大的潜在味精消费市场，也就是说，味精生产会稳步发展。这也意味着谷氨酸的生产不断在扩大[1]。 谷氨酸生产走到今天就生产技术而言已有了长足进步,无论是规模还是产能都今非昔比,与此同时各厂家还在追求完美, 这是行业进步的动力,也是生存之所需。实际上生产工艺是与时俱进的,没有瑕疵的工艺是不存在的。如:配方及提取方法现在是多种多样,有单一用纯生物素的,也有用甘蔗糖蜜加纯生物素的, 还有加玉米浆干粉或麸皮水解液及豆粕水解液等等;提取方法有:等电-离交、等电-离交-转晶、连续等点-转晶等等[2]。 本综述简述谷氨酸生产的流程及发酵机制，着重介绍谷氨酸的提取工艺。 第二部分谷氨酸生产原料及其处理 谷氨酸发酵的主要原料有淀粉、甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜、醋酸、乙醇、正烷烃(液体石蜡)等。国内多数谷氨酸生产厂家是以淀粉为原料生产谷氨酸的，少数厂家是以糖蜜为原料进行谷氨酸生产的，这些原料在使用前一般需进行预处理。 (一)糖蜜的预处理 谷氨酸生产糖蜜预处理的目的是为了降低生物素的含量。因为糖蜜中特别是甘蔗糖蜜中含有过量的生物素，会影响谷氨酸积累。故在以糖蜜为原料进行谷氨酸发酵时，常常采用一定的措施来降低生物素的含量，常用的方法有以下几种:(1)活性炭处理法; (2)水解活性炭处理法;（3）树脂处理法。 (二)淀粉的糖化 绝大多数的谷氨酸生产菌都不能直接利用淀粉，因此，以淀粉为原料进行谷氨酸生产时，必须将淀粉质原料水解成葡萄糖后才能供使用。可用来制成淀粉水解糖的原料很多，主要有薯类、玉米、小麦、大米等，我国主要以甘薯淀粉或大米制备水解糖。 淀粉水解的方法有三种：①酸解法；②酶解法；③酸酶(或酶酸)结合法。 1．酸解法用酸解法生产水解糖，其工艺流程如下： 原料(淀粉、水、盐酸)调浆→糖化→冷却→中和→脱色→过滤除杂→糖液2．酶解法先用α-淀粉酶将淀粉水解成糊精和低聚糖，然后再用糖化酶将糊精和低聚糖进一步水解成葡萄糖的方法，称为酶解法。 与淀粉的酸解相比，酶解法具有以下一些优点：①酶解反应条件比较温和。细菌α-淀粉酶是在pH6.0～7.0、温度85～90℃条件下，将淀粉液化成能溶解于水的糊精和低聚糖；而糖化酶是在pH4.0～4.5、温度58—60℃条件下，完成糖化反应的。②由于酶的作用专一性强，因此水解过程中很少有副反应发生。③淀粉乳
谷氨酸生产工艺
生物工程专业综合实训 （2016 年 11 月
谷氨酸生产工艺 摘要： 谷氨酸做为一种人体所必须的氨基酸，在生命的生理活动周期中具有很大的作用。不仅参与各种蛋白质的合成，组成人体结构，还做为味精可以给我们带来味蕾上的享受。现代生产谷氨酸的工艺主要是利用微生物发酵提取而来。不同的发酵方法和不同的发酵条件会造成产量的很大不同。本次谷氨酸的生产工艺，主要是掌握发酵方法和发酵条件的控制，还有各种仪器的使用方法。通过测得的数据来观察菌种的生长变化，同时谷氨酸发酵工艺各个工段的原理和使用方法。关键词：谷氨酸；发酵；工艺；等电点。
引言 谷氨酸是一种酸性氨基酸，是生物机体氮代的基本氨基酸之一，在代上具有重要意义。不论在食品、化妆品还是医药行业，谷氨酸都有很大的用途。 谷氨酸在生物体的蛋白质代过程中占重要地位，参与动物、植物和微生物中的许多重要化学反应。医学上谷氨酸主要用于治疗肝性昏迷，还用于改善儿童智力发育。食品工业上，味精是常用的仪器增鲜剂，其主要成分是谷氨酸钠盐。过去生产味精主要用小麦面筋（谷蛋白）水解法进行，现改用微生物发酵法来进行大规模生产。不论在食品、化妆品还是医药行业，谷氨酸都有很大的用途。 谷氨酸钠俗称味精，是重要的鲜味剂，对香味具有增强作用。谷氨酸钠广泛用于食品调味剂，既可单独使用，又能与其它氨基酸等并用。用于食品，有增香作用。甘氨酸具有甜味，和味精协同作用能显着提高食品的风味。谷氨酸作为风味增强剂可用于增强饮料和食品的味道，不仅能增强食品风味，对动物性食品有保鲜作用。 一、谷氨酸简介
谷氨酸一种酸性氨基酸。分子含两个羧基，化学名称为α-氨基戊二酸。谷氨酸是里索逊1856年发现的，为无色晶体，有鲜味，微溶于水，而溶于盐酸溶液，等电点3.22。大量存在于谷类蛋白质中，动物脑中含量也较多。谷氨酸在生物体的蛋白质代过程中占重要地位，参与动物、植物和微生物中的许多重要化学反应。医学上谷氨酸主要用于治疗肝性昏迷，还用于改善儿童智力发育。食品工业上，味精是常用的仪器增鲜剂，其主要成分是谷氨酸钠盐。过去生产味精主要用小麦面筋（谷蛋白）水解法进行，现改用微生物发酵法来进行大规模生产。 谷氨酸是生物机体氮代的基本氨基酸之一，在代上具有重要意义。L－谷氨酸是蛋白质的主要构成成分，谷氨酸盐在自然界普遍存在的。多种食品以及人体都含有谷氨酸盐，它即是蛋白质或肽的结构氨基酸之一，又是游离氨基酸，L型氨基酸美味较浓。 L－谷氨酸又名“麸酸”或写作“夫酸”，发酵制造L－谷氨酸是以糖质为原料经微生物发酵，采用“等电点提取”加上“离子交换树脂”分离的方法而制得。 谷氨酸产生菌主要是棒状类细菌，这类细菌中含质粒较少，而且大多数是隐蔽性质粒，难以直接作为克隆载体，而且此类菌的遗传背景、质粒稳定尚不清楚，在此类细菌这种构建合适的载体困难较多。需要对它们进行改建将棒状类细菌质粒与已知的质粒进行重组，构建成杂合质粒。受体菌选用短杆菌属和棒杆菌属的野生菌或变异株，特别是选用谷氨酸缺陷型变异株为受体，便于从转化后的杂交克隆中筛选产谷氨酸的个体，用谷氨酸产量高的野生菌或变异菌作为受体效果更好。供体菌株选择短杆菌及棒杆菌属的野生菌或变异株，只要具有产谷氨酸能力都可选用, 但选择谷氨酸产量高的菌株作为供体效果最好。这样就可以较容易地在棒状类细菌中开展各项分子生物学研究。有了合适的载体及其转化系统后，就可通过DNA体外重组技术进行谷氨酸产生菌的改造。这对以后谷氨酸发酵的低成本、大规模、高质量有较大的发展空间。 二、实训容 菌种的培养、种子扩培、发酵、提取、脱色结晶干燥、谷氨酸成品
离子交换法提取柠檬酸概述
离子交换法提取柠檬酸概述 应富祥 (安徽省皖东化工厂,天长 239300) 柠檬酸生产工艺,目前均采用钙盐法,劳动强度大,所产生的硫酸钙废渣,污染环境,而且提取收率低,能耗大,往往由于水解和分离不彻底,使柠檬酸混杂于废渣中废弃,严重影响收率。离子交换法是提取柠檬酸的新工艺,值得推广。过去曾有人用离子交换膜、电渗析法生产柠檬酸,由于种种原因,没能成功,以后有人采用离子交换法,但因当时国产离子交换树脂品种少,价格高,物化性能也满足不了工艺要求,造成提取收率低,成本高,母液中残留其它有机杂酸和色素,结果仍需采用“钙盐法”进行净化,故无明显优势,没有得到发展。离子交换法新工艺,工艺简单,容易操作,连续化管道化生产,自动化操作,大大减轻劳动强度,不产生硫酸钙废渣,提取收率可由旧工艺的70%提高到90%以上。新工艺简单易行。将发酵液过滤后用颗粒活性炭脱色除杂,经特制的高强度高交换容量的弱碱性阴离子交换树脂交换吸附,饱和后用氢氧化钠或氢氧化铵进行洗脱,洗脱液再经特制的大孔强酸性阳离子交换树脂除杂,用氢离子交换使柠檬酸钠(铵)转化为柠檬酸,经浓缩结晶可获得质量优良的柠檬酸产品。结晶母液再经阴离子交换树脂除杂,再浓缩结晶,也获得合格产品。 离子交换法提取柠檬酸工艺流程如下 : 1 离子交换法提取柠檬酸交换洗脱原理 1.1 吸附 阴离子交换树脂以OH 型进行交换与吸 附 3R OH+C 6H 8O 7→R CHO+3H 2O 1.2 洗脱 采用氢氧化钠或氢氧化铵为洗脱剂 R 3C 6H 5O 7+3NaOH →Na 3C 6H 5O 7+3R OH 如用氨水洗脱: R 3C 6H 5O 7+3NH 3?H 2O →(NH 4)3C 6H 5O 7+3R OH 1.3 利用大孔阳离子交换树脂 以氢离子交换除阳离子,使柠檬酸盐成为柠檬酸,阳离子交换树脂经酸再生后仍成为氢型。 Na 3C 6H 5O 7+3RSO 3H →3RSO 3N a +C 6H 8O 7(NH 4)3C 6H 5O 7+3RSO 3H →3RSO 3(NH 4)3+C 6H 8O 7 再生: RSO 3Na +HCl →RSO 3H+NaCl RSO 3(NH 4)3+HCl →RSO 3H+NH 4Cl 注:R 为阳树脂骨架,R 为阴树脂骨架。 2 离子交换树脂型号的选择 2.1 专用阴树脂与一般的201×7比较其体积交换量m mol/ml 为2.7,而201×7为1.4,所用专用的阴树脂比较优越,体积几乎高出一倍。 2.2 专用的大孔强酸阳树脂与一般的001×7比较 其体积交换量(mmol/ml)为1.57,0.01×7为1.8,但大孔强酸树脂不易破碎寿命 24总第95期1998年第5期 安 徽 化 工
谷氨酸生产工艺及其作用概述
谷氨酸生产工艺及其作用概述 阮斌 0802012021 08生物工程（2）班 摘要：谷氨酸在生物体内的蛋白质代谢过程中占有重要地位，参与动物、植物 和微生物中的许多重要化学反应。目前，我国许多工厂采用多种方法来提高谷氨酸产率，如选育高产菌种、改进发酵工艺、搞好发酵控制、引进微机控制、增加控制参数等。这些方法对于提高谷氨酸产率非常有效。 谷氨酸是生产味精的主要原料，随着发酵法生产谷氨酸技术的发展，我国味精生产始于1923年，至今已有80多年历史，随着科学技术的不断进步，味精生产技术也在不断变革，由创建之初的以面筋、豆粕为原料水解法生产工艺，改变为现在以淀粉为原料发酵法生产工艺，发酵法生产工艺从1964年在上海味精厂首次投入生产以来，发酵法生产谷氨酸的生产技术进步较大，尤其是近几年随着菌种的突破以及新技术，新设备的应用进展更快，进入九十年代，尤其九五年后，技术进步较快，目前行业最好水平时（仅少数厂家）制糖收率99%以上，发酵产酸11-12%，转化率59-62%，提取收率96-98%精制收率96%，与80年代比较全行业平均制糖收率提高了10%，发酵产酸率提高了117%，转化率提高了43%，提取收率提高了20%，精制收率提高了8.8%，综合技术指标淀粉消耗下降了166% 关键词：谷氨酸发酵提取工艺 正文：一.生产工艺 1.1 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，酸碱用量大等缺点此外，部分谷氨酸生产厂家采用连续等电工艺，即将谷氨酸发酵液适当浓缩后控制40℃左右，连续加入有晶种的等电罐中，同时加入硫酸，控制等电罐中H值维持在3.2左右，温度40℃进行结晶，该工艺方法废水量相对较少，但谷氨酸提取率及产品质量较差我们提供一种酸碱用量小，废水量小，且能保证。 1.2 谷氨酸提取收率及产品质量高的谷氨酸提取工艺方法，具体包括如下步骤： 1 先将谷氨酸发酵液进行过滤，除去发酵液中菌体蛋白质及色素； 2 将过滤后的发酵液加热至75 ~95 ，加硫酸调发酵液pH至3.0~4.0，然后进入结晶锅进行蒸发浓缩； 3 浓缩至蒸发掉50%~80%水份后，出料至助晶槽缓慢冷却至60 以下，离心分离谷氨酸； 4 将离心分离谷氨酸之后的离心水用硫酸调pH至1.5，上柱即上阳离子交换树脂，并用氨水洗脱，洗脱下的高流掺入发酵液中进行蒸发浓缩，返回到第(2)步骤； 5 上柱后的污水收集到环保车间，进行污水治理
离子交换法提取谷氨酸
谷氨酸离子交换层析 一、实验目的 1.学习用阳离子交换树脂柱分离氨基酸的操作方法和基本原理。 2.掌握离子交换柱层析法的基本操作技术。 二、实验原理 离子交换法提取谷氨酸是利用离子交换树脂对发酵液中谷氨酸与其它同性离子吸附能力的差别，将这些离子选择性地吸附到树脂上，然后用洗脱剂先后洗脱，从而得到谷氨酸。 谷氨酸是一种两性电解质，其等电点为pH3.22.当pH＞3.2时，谷氨酸的羧基离解，带负电荷，当pH＜3.2时，谷氨酸带正电荷，呈阳离子状态，它能被阳离子交换树脂交换吸附。 三、仪器与试剂 (一)实验器材 (1)玻璃层析柱 (2)试管 (3)移液管 (4)恒压洗脱瓶 (5)部分收集器 (6)水浴锅 (7)分光光度计 (8)电炉 (二)材料与试剂 (1)苯乙烯磺酸钠型树脂(100~200目) (2)2mol/L盐酸溶液 (3)2mol/L氢氧化钠溶液 (4)标准氨基酸溶液：将天门冬氨酸和赖氨酸分别配成2mg/mL的0.1mol/L 盐酸溶液。 (5)显色剂：2克水合茚三酮溶于95%乙醇中，加水至100毫升。 四、操作步聚 (1)树脂的准备：树脂过夜浸泡，使树脂膨胀，加2mol／L NaOH至上述树脂中搅拌2h，倾弃碱液，用蒸馏水洗涤至中性。加25ml 12mo1／L HCl搅拌2h，倾弃酸液，用蒸馏水充洗涤树脂至中性。 （2)层析柱的准备：将强酸性阳离子交换树脂用HCl处理成H+型后洗至中性，搅拌1小时后装入层析柱，使之自然降沉到一定高度。 (3)加样分离：将液面缓慢放至贴近层析柱表面，由柱上端仔细加入pH4.5的发酵液离心液3毫升，同时开始收集流出液。每管收集1毫升，测量收集液pH，洗脱液加入速度控制在0.5ml/min，当样品液弯月面靠近树脂顶端时，立即加入发酵液。如此重复，不断测量收集液的PH值，直至树脂吸附饱和。 （4）洗脱，加样完毕后，用滴管小心注入60℃4%（或2%）氢氧化钠溶液(切勿搅动床面)。用试管收集洗脱液，每管收集1毫升，同时测量收集液pH，直至收集液的pH值达到9为止。
微生物工程思考题
1．对酿造大麦的质量要求。 2．发芽力和发芽率的测定方法。 3．添加甲醛的目的、添加量。 4．什么是浸四断四和浸二断六操作法？ 5．为什么发芽前期要用新鲜空气通风，而后期利用循环风？6．怎样评价蛋白质溶解的好坏？ 7．如何提高蛋白质溶解度？ 8．为什么降温发芽优于其它方法？ 9．为什么干燥前期要采用低温大风量？ 10．采取哪些措施可降低麦芽色度？ 11．麦芽的质量指标及其意义。 12．发芽后期利用循环空气的作用是什么？ 13．如何降低麦芽的色度？ 14．什么是浸麦度，控制范围是多少？ 15．试述降温发芽的优越性。 16．啤酒分类。 17．发芽目的。 18．麦芽过程中的凋萎和焙焦概念。 19．原料麦芽粉碎方法。 20. 什么是糖化？ 21．糖化方法。 22．糖化休止温度和时间确定的依据。 23．淀粉酶的作用方式及其协同作用。 24．蛋白酶的作用方式及其协同作用。 25．酒花内含物及其作用。 26．麦汁煮沸方法。 27．酒花添加量、添加方法及其依据。 28．冷凝固物和热凝固物。 29．啤酒酵母扩大培养方法。 30．啤酒（酒精）发酵机理。 31. 过滤原理 32．啤酒灭菌（除菌）方法。 33．啤酒泡沫性质。 34. 啤酒装酒过程。 酒精部分： 34．淀粉质发酵法酒精生产流程。 35. 原料蒸煮方法。 36. 杂醇油的生成。 37. 恒沸点。 38. 蒸馏和精馏概念。 39. 每层塔板上的传质过程。 40. 回流比。 41. 挥发系数、精馏系数 42. 分离头级、尾级杂质、甲醇的理论
43. BOD、COD白酒部分： 44．白酒分类。 45．三大主要香型及其主体香气成分。 品评 46．感官品评步骤。 47．啤酒、白酒、葡萄酒品评温度。氨基酸部分：48. 淀粉水解糖的制备方法有哪几种？试 比较优缺点。 49. 淀粉的水解、葡萄糖的分解和复合反应。 50. 谷氨酸的生物合成途径。 51. 生物素的作用。 52. 等电点提取谷氨酸。 53. 离子交换法提取谷氨酸原理及过程。 53．概念：DE值、α-结晶、β-结晶。综合： 54. 微生物工程、发酵（概念）。 55. 发酵工业的发展历史。 专业词汇： 谷氨酸glutamic acid (glutamate) 等电点isoelectric poit 离子交换ion exchange 糊精dextrin 界限糊精limit dextrin 可发酵性糖fermentable sugar 生物耗氧量biochemical oxygen demand（BOD）化学耗氧量chemical oxygen demand（COD） 最低恒沸点lowest constant-boiling point 恒沸混合物lowest-boiling mixture 回流reflux 回流比reflux ratio 糖化saccharification 蒸馏distillation 精馏rectification 上面发酵top fermentation 底面发酵bottom fermentation 糖化醪mash 间歇发酵（分批发酵）batch fermentation 半连续发酵semi-continuous fermentation 连续发酵continuous fermentation
发酵液中谷氨酸的提取纯化
一、实验原理： 谷氨酸，学名: 2-氨基-5-羧基戊酸，为酸性氨基酸，是构成蛋白质的20 种常见α-氨基酸之一。谷氨酸又名“麸酸” 或写作“夫酸”，是制造味精的原料。D-谷氨酸参与多种细菌细胞壁和某些细菌杆菌肽的组成。发酵制造L-谷氨酸是以糖质为原料经微生物发酵，发酵液中存在菌体、蛋白质、残糖、色素、其它氨基酸、有机酸等杂质。目前国内提取谷氨酸的主要方法：1.等电点法； 2.离子交换法； 3.金属盐法； 4.盐酸水解等电法； 5.离子交换膜电渗析法。国外大规模提取谷氨酸的方法：日本采用浓缩等电点工艺；美国采用旋转真空膜过滤。谷氨酸等电点pI=3.22，在等电点时谷氨酸的溶解度最小，且谷氨酸的溶解度随温度降低而减小，所以调节pH以及降低温度可以令溶液中的谷氨酸析出沉淀即为等电点法提取谷氨酸。氨基酸为两性电解质，等电点较低的谷氨酸在pH小于pI 3.2时，主要以GA+型式存在，故可用强酸性阳离子交换树脂提取，当发酵液流过交换柱时，发酵液中各成分依亲和力的不同进行交换，吸附GA的树脂再用洗脱液(5% NaOH)洗脱，收集富含GA的流分(高流液)。 二、材料与器材： （1）实验材料：谷氨酸发酵液 （2）实验药品：NaOH、HCl、酸性离子交换树脂、壳聚糖醋酸溶液、硅藻土（3）实验仪器：圆底烧瓶、离心机、离心管、天平、玻璃棒、磁力搅拌器、一次性塑料滴管、pH计、铁架台配有十字夹、色谱柱、SBA、3mL离心管（用于柱层析接收样品）、烧杯（500mL1个；250mL1个；50mL1个）、量筒2个（10mL 和100mL，）。 三、实验步骤： （1）发酵液的预处理 壳聚糖醋酸溶液：先配置2%体积比的醋酸溶液；然后加入壳聚糖配置成1%的壳聚糖醋酸溶液。取100mL发酵液，再加入含量为1%的壳聚糖醋酸溶液，此时溶液pH值在5.52，谷氨酸含量为22mg/dl，加入量为发酵液体积的1.4%，轻轻搅拌加入1g硅藻土，静置2h。 （2）发酵液的固液分离
谷氨酸
谷氨酸 科技名词定义 中文名称：谷氨酸 英文名称：glutamic acid;Glu 定义：学名：2-氨基-5-羧基戊酸。构成蛋白质的20种常见α氨基酸之一。作为谷氨酰胺、脯氨酸以及精氨酸的前体。L-谷氨酸是蛋白质合成中的编码氨基酸，哺乳动物非必 需氨基酸，在体内可以由葡萄糖转变而来。D-谷氨酸参与多种细菌细胞壁和某些细 菌杆菌肽的组成。符号：E。 应用学科：生物化学与分子生物学（一级学科）；氨基酸、多肽与蛋白质（二级学科） 本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布
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下游产品开发 三光气
将有一定反应活性的双功能基试剂氯乙醇和L—谷氨酸直接酯化保护羧基，用三光气活化成其相应的N—羧酸酐，可直接得到侧链具有一定反应活性的聚L—氯乙基谷氨酸酯。 谷氨酸的结构中有一个氨基和两个羧基，在光气的作用下，羧基和氨基会形成环状N—羧酸酐，由于羧基也较为活泼，可能会参与成环反应，因此在成环反应之前，通常用苄醇将羧基进行保护，这样得到的聚合物的侧链活性极低，一般需经进一步氢化脱苄或胺解脱苄，才能得到有反应活性的侧链，我们选用双功能基试剂氯乙醇作保护基因，在聚合之后可直接得到有反应活性的侧链，可有效地简化合成路线。 谷氨酸苄酯 侧链酯化过程是一个可逆反应，随着体系内水含量的不断增加，反应速度会降低，导致产率不高。在形成谷氨酸苄酯时，采用分子筛脱水，操作大大简化。新型的聚合氨基酸，含有氨基的药物或靶向基因，可以方便的接入聚谷氨酸的分子中，形成大分子前药或靶向大分子载体，接入特异性的基因，可进行特殊的分离或提纯，这一聚合物在医药领域会有很广泛的应用前景。 谷氨酸可生产许多重要下游产品如L—谷氨酸钠、L—苏氨酸、聚谷氨酸等。 食品业 氨基酸
谷氨酸发酵
前言 氨基酸是构成蛋白质的基本单位，是人体及动物的重要营养物质，氨基酸产品广泛应用于食品、饲料、医药、化学、农业等领域。谷氨酸是一种重要的氨基酸，我们吃的味精就是以谷氨酸为原料生成的。1957年以前，人们用酸法水解小麦面筋或大豆蛋白来制取L- 谷氨酸。1957年，人们分离得到了产生谷氨酸的菌种，接着又进行了大量的研究工作，大规模发酵谷氨酸得以成功[1]。 谷氨酸发酵法的建立，对初级代谢产物微生物法生产的研究起到了极大的推动作用。在谷氨酸发酵法成功的激励之下，各种研究项目得以展开。谷氨酸单钠现已完全由发酵法生产，主要用于食品调味剂——味精的生产，其产量已超过400000吨。 味精的现状和前景 味精近年来已成为人们普遍使用的一种调味品，其消费量在国内呈上升趋势。味精产量增长较快。2001年味精产量91.28万吨，2002年1--6月产量累计53.04万吨，比上年同期增长17.92%。 味精是一种强碱弱酸盐，它在水溶液中可以完全电离变成谷氨酸离子和钠离子。谷氨酸是氨基酸的一种，氨基酸是构成蛋白质的基本单位，是人体和动物的重要营养物质。谷氨酸一钠被人体吸收以后，同样也是电离成谷氨酸离子和钠离子而分别参加人体的代谢活动。所以味精作为调味剂除了能增加食品的美味外，它在人体中具有特殊的生理作用。 （1）谷氨酸在人体内通过转氨酶的作用将其分子中的氨基转移给丙氨酮酸，形成丙氨酸。 （2）谷氨酸与血液中的氨形成无毒的谷氨酰氨，使血液中的氨的浓度下降，减少氨中毒的危险性。 （3）谷氨酸在体内与胱氨酸、甘氨酸结合形成谷胱甘肽。这个化合物是一种很有效的抗氧化剂，对于延续衰老，促进疾病恢复均有好处。能够分解体内代谢过程中所产生的过氧化物，避免肌体遭受过氧化物的侵害，有利于维持身体健康。 （4）谷氨酸在体内能够形成V-氨基丁酸，它是一种神经递质，帮助神经的传导；有人说，味精补脑，其道理恐怕就是基于这种物质的形成。 中国调味品行业在空前繁荣和发展的同时，也处在大转变、大整合和大发展时期。国外跨国食品集团涉足调味品生产，在国内频频展开收购；国内民营资本也纷纷投资调味品产业。可以说从
谷氨酸
谷氨酸 味精是谷氨酸的单钠盐，谷氨酸钠盐。1975年美国营养和食品工艺学词典记载，在空腹时食用味精25毫克/公斤体重，25-35分钟后就发生头痛、出汗、恶心、体软、口渴、面颊潮红、腹部疼痛等症状，但这些症状一般在数小时之内就会消失，所以在空腹时不要吃味精。谷氨酸及谷氨酸钠的分解物质中含有很强的变异原物质，如果将植物油与味精混在一起，加热约20分钟，变异原物质会进一步增加。因此在烹调时味精不宜在高温的炒菜过程中添加，而应在烹调终了时加入作调味用。 主要用途 现用微生物发酵法来进行大规模生产。 理化性质 谷氨酸，是一种酸性氨基酸。分子内含两个羧基，化学名称为α-氨基戊二酸。谷氨酸是里索逊1856年发现的，为无色晶体，有鲜味，微溶于水，而溶于盐酸溶液，等电点3.22。 谷氨酸(2—氨基戊二酸)有左旋体、右旋体和外消旋体。左旋体，即L-谷氨酸。L-谷氨酸是一种鳞片状或粉末状晶体，呈微酸性，无毒。微溶于冷水，易溶于热水，几乎不溶于乙醚、丙酮及冷醋酸中，也不溶于乙醇和甲醇。在200℃时升华，247℃－249℃分解，密度1.538g/cm3，旋光度+37－+ 38.9(25℃)。 利用价值 食品业 多种食品以及人体内都含有谷氨酸盐，它即是蛋白质或肽的结构氨基酸之一，又是游离氨基酸，L型氨基酸美味较浓。 L－谷氨酸又名“麸酸”或写作“夫酸”，发酵制造L－谷氨酸是以糖质为原料经微生物发酵，采用“等电点提取”加上“离子交换树脂”分离的方法而制得。 谷氨酸被人体吸收后，易与血氨形成谷酰氨。 将有一定反应活性的双功能基试剂氯 乙醇和L—谷氨酸直接酯化保护羧基，用三光气活化成其相应的N—羧酸酐，可直接得到侧链具有一定反应活性的聚L—氯乙基谷氨酸酯。 谷氨酸的结构中有一个氨基和两个羧基，在光气的作用之下，羧基和氨基会形成环状N—羧酸酐，由于羧基也较为活泼，可能会参与成环反应，因此在成环反应之前，通常用苄醇将羧基进行保护，这样得到的聚合物的侧链活性极低，一般需经进一步氢化脱苄或胺解脱苄，才能得到有反应活性的侧链，我们选用双功能基试剂氯乙醇作保护基因，在聚合之后可直接得到有反应活性的侧链，可有效地简化合成路线。 侧链酯化过程是一个可逆反应，随着体系内水含量的不断增加，反应速度会降低，导致产率不高。在形成谷氨酸苄酯时，采用分子筛脱水，操作大大简化。新型的聚合氨基酸，含有氨基的药物或靶向基因，可以方便的接入聚谷氨酸的分子中，形成大分子前药或靶向大分子载体，接入特异性的基因，可进行特殊的分离或提纯，这一聚合物在医药领域会有很广泛的应用前景。 谷氨酸可生产许多重要下游产品如L—谷氨酸钠、聚谷氨酸等。 各项指标 技术指标 谷氨酸产酸率（%）≥13 糖酸转化率（%）≥64 谷氨酸收得率（%）>90 谷氨酸中和精制收率（%）≥120 菌体（干）0.12t/t谷氨酸（粗蛋白70%）
离子交换法提取谷氨酸--终结版
离子交换法回收提取谷氨酸 高振 20071401031 一、实验目的 通过实验掌握新树脂的预处理方法及动态离子交换的基本操作；了解谷氨酸提取的原理和方法。 二、实验原理 树脂的选择，选择离子交换树脂的主要依据是被分离物的性质和分离目的。包括被分离物和主要杂质的解离特性、分子量、浓度、稳定性、所处介质的性质以及分离的具体条件和要求。然后从性质各异的多种树脂中选择出最适宜的品种进行分离操作。 其中最重要的一条是根据分离要求和分离环境保证分离目的物与主要杂质对树脂的吸附力有足够的差异。当目的物具有较强的碱性和酸性时，宜选用弱酸性弱碱性的树脂。这样有利于提高选择性，并便于洗脱。如目的物是弱酸性或弱碱性的小分子物质时，往往选用强碱、强酸树脂。如氨基酸的分离多用强酸树脂，以保证有足够的结合力，便于分步洗脱。对于大多数蛋白质，酶和其它生物大分子的分离多采用弱碱或弱酸性树脂，以减少生物大分子的变性，有利于洗脱，并提高选择性。 就树脂而言，要求有适宜的孔径，孔径太小交换速度慢，有效交换量下降(尤对生物大分子)，若孔径太大也会导致选择性下降。此外树脂的化学稳定性及机械性能也需考虑．在既定的操作条件下有足够的化学耐受性和良好的物理性能以利操作。一般树脂都有较高的化学稳定性，能经受酸、碱和有机溶剂的处理。但含苯酚的磺酸型树脂及胺型阴离子树脂不宜与强碱长时间接触，尤其是在加热的情况下。对树脂的特殊结合力也要给予足够的注意，如树脂对某些金属离子的结合以及辅助力的作用。 氨基酸为两性电解质，等电点较低的谷氨酸在pH小于pI 3.2时，主要以GA+型式存在，故可用强酸性阳离子交换树脂提取。当发酵液流过交换柱时，发酵液中各成分依亲和力的不同进行交换。吸附GA的树脂再用洗脱液(5%NaOH)洗脱，收集富含GA的流分(高流液)。从而实现与杂质的分离及GA的富集，高流液调等电点pH 3.2，GA结晶析出。用过的树脂用稀酸再生以用于下轮交换（图1）。主要化学反应有： 交换: RSO3H + NH4+ = RSO3NH4+ RSO3H + GA+ = RSO3GA + H+ 洗脱: RSO3-GA+ + NaOH = RSO3Na+ + GA+ + H2O RSO3-GA+ + NH4OH = RSO3HN4+ + GA+ + H2O 再生: RSO3Na+ + HCl = RSO3H + NaCl
氨基酸发酵工艺学试题集
氨基酸发酵工艺学试题集 一、名词解释 名词解释： 1. 液化：是利用液化酶使淀粉糊化，粘度降低，并水解得到糊精和低聚糖的程度。 2.糖化：是用糖化酶将液化产物进一步彻底水解成葡萄糖的过程。 3.发酵热：发酵过程中释放出来的净热量称为发酵热，发酵热= 生物热+ 搅拌热- 蒸发热- 辐射热- 显热。 4. DE值：即葡萄糖值，表示淀粉水解程度及糖化程度。DE值= 还原糖/ 干物质× 100％ 5. DX值：糖液中葡萄糖含量占干物质的百分率。 6. 代谢控制发酵：就是用遗传学或其它生物化学的方法，人为的改变、控制微生物的代谢，使有用产物大量生成、积累的发酵。 7. 噬菌体效价：每毫升试样中所含有具有侵染性的噬菌体的粒子数。 8. 发酵转换：当发酵条件发生改变时，必然会影响到生物代谢途径分支的关键酶的酶量和酶活性的改变，从而导致发酵方向发生转换，从而产生不同的代谢产物。 9. 淀粉液化：利用α-淀粉酶将淀粉液化，转化为糊精及低聚糖，使淀粉的可溶性增加。 10. 临界溶氧浓度：指不影响菌的呼吸所允许的最低氧浓度。 11. 末端产物阻遏：是指由某代谢途径末端产物的过量累积时而引起的反馈阻遏，是一种较为重要的反馈阻遏。 12.糖酸转化率：产出的谷氨酸与投入的葡萄糖总量的百分比，糖酸转化率= 产出的谷氨酸/ 投入的葡萄糖量× 100% = （产酸水平×放罐体积）/ （种子用糖量+ 发酵培养基用糖量+ 流加糖量）× 100% 。 13. 生物素的“亚适量”：指淀粉糖原料产谷氨酸生产过程中，控制发酵培养基的生物素浓度在5～6μg / L，此浓度即为生物素的“亚适量。生物素是催化乙酰CoA 羧化酶的辅酶，参与脂肪酸的合成，从而影响磷脂合成及细胞膜的形成。它的作用主要影响谷氨酸产生菌细胞膜的谷氨酸通透性；同时也影响菌体的代谢途径。因此，为了形成有利于谷氨酸向外渗透的细胞膜，必须使磷脂合成不充分，因而必须要控制生物素“亚适量”。 14. 种子扩大培养：指将处于休眠状态的保藏菌种接入试管斜面活化后，再经过摇瓶、种子罐等逐级扩大培养，从而获得一定数量和质量的纯种的过程。 15. 营养缺陷型：对某些必须的营养物质（AA)或生长因子的合成能力出现缺陷的变异菌株或细胞。必须在基本培养基（如由葡萄糖和无机盐组成的培养基）中补加相应的营养成分才能正常生长。 16. 流加发酵：也叫补料分批发酵、半连续发酵、半连续培养。它是以分批培养为基础，间歇或连续地补加新鲜培养基的一种发酵方法。 17. 糊化：淀粉在热水中能吸收水分而膨胀，最后淀粉粒破裂，淀粉分子溶解于水中形成带有粘性的淀粉糊，此过程称为糊化。 18. 连续等电点法：是指在大量谷氨酸晶体存在的条件下，一边连续等当量添加发酵液（或谷氨酸锌盐溶液）与盐酸（或硫酸）使溶液始终在结晶点PH3.0(或PH2.4)，一边连续从底部打出谷氨酸结晶液，送入育晶罐（池）继续育晶的工艺。
谷氨酸生产工艺及其应用研究
谷氨酸生产工艺及其应用研究 09应化 28 苑亚辉 摘要：谷氨酸在生物体内的蛋白质代谢过程中占有重要地位，参与动物、植物和微生物中的许多重要化学反应。目前，我国许多工厂采用多种方法来提高谷氨酸产率，如选育高产菌种、改进发酵工艺、搞好发酵控制、引进微机控制、增加控制参数等。这些方法对于提高谷氨酸产率非常有效。 谷氨酸是生产味精的主要原料，随着发酵法生产谷氨酸技术的发展，我国味精生产始于1923年，至今已有80多年历史，随着科学技术的不断进步，味精生产技术也在不断变革，由创建之初的以面筋、豆粕为原料水解法生产工艺，改变为现在以淀粉为原料发酵法生产工艺，发酵法生产工艺从1964年在上海味精厂首次投入生产以来，发酵法生产谷氨酸的生产技术进步较大，尤其是近几年随着菌种的突破以及新技术，新设备的应用进展更快，进入九十年代，尤其九五年后，技术进步较快，目前行业最好水平时（仅少数厂家）制糖收率99%以上，发酵产酸11-12%，转化率59-62%，提取收率96-98%精制收率96%，与80年代比较全行业平均制糖收率提高了10%，发酵产酸率提高了117%，转化率提高了43%，提取收率提高了20%，精制收率提高了8.8%，综合技术指标淀粉消耗下降了166% 一.生产工艺 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，酸碱用量大等缺点此外，部分谷氨酸生产厂家采用连续等电工艺，即将谷氨酸发酵液适当浓缩后控制40℃左右，连续加入有晶种的等电罐中，同时加入硫酸，控制等电罐中H值维持在3.2左右，温度40℃进行结晶，该工艺方法废水量相对较少，但谷氨酸提取率及产品质量较差我们提供一种酸碱用量小，废水量小，且能保证。 谷氨酸提取收率及产品质量高的谷氨酸提取工艺方法，具体包括如下步骤： ①先将谷氨酸发酵液进行过滤，除去发酵液中菌体蛋白质及色素； ②将过滤后的发酵液加热至75 ~95 ，加硫酸调发酵液pH至3.0~4.0，然后进入结晶锅进行蒸发浓缩； ③浓缩至蒸发掉50%~80%水份后，出料至助晶槽缓慢冷却至60 以下，离心分离谷氨酸； ④将离心分离谷氨酸之后的离心水用硫酸调pH至1.5，上柱即上阳离子交换树脂，并用氨水洗脱，洗脱下的高流掺入发酵液中进行蒸发浓缩，返回到第(2)步骤； ⑤上柱后的污水收集到环保车间，进行污水治理 目前，国内味精行业谷氨酸提取体现着两条工艺主线：一是以众多厂家为应用的等电加离交工艺，二是以莲花为代表的浓缩高温连续等电加转晶工艺。同时两条工艺主线间穿插采用膜过滤等电离交工艺大家都比较熟悉，而浓缩高温连续等电转晶工艺是莲花公司本着，能减排、优化环保工艺减少环保压力的目的在国
谷氨酸发酵实验报告
谷氨酸发酵实验报告 篇一：实验二离子交换法提取谷氨酸 实验二离子交换法提取谷氨酸 一、实验目的 掌握离子交换装置的结构和使用方法。掌握离子交换法提取谷氨酸的工艺流程。掌握等电点沉淀法提取谷氨酸。了解认识离子交换树脂的处理和再生。 二、实验原理 谷氨酸是两性电解质，是一种酸性氨基酸，等电点为，当pH＞时，羧基离解而带负电荷，能被阴离子交换树脂交换吸附；当pH＜时，氨基离解带正电荷，能被阳离子交换树脂交换吸附。也就是说，谷氨酸可被阴离子交换树脂吸附也可以被阳离子交换树脂吸附。由于谷氨酸是酸性氨基酸，被阴离子交换树脂的吸附能力强而被阳离子交换树脂的吸附
能力弱，因此可选用弱碱性阴离子交换树脂或强酸性阳离子交换树脂来吸附氨基酸。但是由于弱碱性阴离子交换树脂的机械强度和稳定性都比强酸性阳离子交换树脂差，价格又较贵，因此就都选强酸性阳离子交换树脂而不选用弱碱性阴离子交换树脂。目前各味精厂均采用732#强酸性阳离子交换树脂，本实验就是采用732#树脂。 谷氨酸溶液中既含有谷氨酸也含有其他如蛋白质、残糖、色素等妨碍谷氨酸结晶的杂质存在，通过控制合适的交换条件，在根据树脂对谷氨酸以及对杂质吸附能力的差异，选择合适的洗脱剂和控制合适的洗脱条件，使谷氨酸和其他杂质分离，以达到浓缩提纯谷氨酸的目的。 三、实验装置1、离子交换装置 本实验采用动态法固定床的单床式离子交换装置。离子交换柱是有机玻璃柱，柱底用玻璃珠及玻璃碎片装填，以防树脂漏出。2、树脂
本实验用苯乙烯型强酸性阳离子交换树脂，编号为732#，其性能如下表：732#树脂的主要性能常数 3、树脂的处理 对市售干树脂，先经水充分溶胀后，经浮选得到颗粒大小合适的树脂，然后加3倍量的2mol/L HCL溶液，在水浴中不断搅拌加热到80℃，30min后自水溶液中取出，倾去酸液，用蒸馏水洗至中性，然后用2mol/L NaOH溶液，同上洗树脂30min后，用蒸馏水洗至中性，这样用酸碱反复轮洗，直到溶液无黄色为止。用6%（W/W）盐酸溶液转树脂为氢型，蒸馏水洗至中性备用。过剩的树脂浸入1mol/L NaOH溶液中保存，以防细菌生长。 四、试剂配制1、上柱交换液 谷氨酸发酵液或等电点母液，含谷氨酸2%左右。 配制方法；取工厂购回的谷氨酸干粉20g溶于200ml自来水中，再加进约8ml浓盐酸使谷氨酸粉全部溶解，此时
如何提高谷氨酸生产的技术水平
如何提高谷氨酸生产的技术水平 一、选育高产菌株，改良菌株性能 选育高产稳产的新菌种是提高谷氨酸发酵产率的主要途径之一。日本等国发酵界一直致力于探索选育各种生化标记的菌株，20世纪70年代已阐明了选育长链不饱和脂肪酸缺陷型和甘油缺陷型的方法和效果。随后又选育出温度敏感突变株各种抗药物突变株许多标记突变株的谷氨酸发酵对糖转化率比亲株有大幅提高。同时采用遗传工程和细胞工程新技术改造原有高产菌株的性能，提高了生长、耗糖和产酸速度，而且耐高温、高糖和高酸。 二、谷氨酸生产技术路线改进 1.制糖工艺技术路线 双酶法制糖工艺，具有明显的淀粉转化率高，有利于发酵和提取的特点。双酶法制糖工艺过程基本分为两种：两次喷射工艺、一次喷射工艺。两次喷射工艺过程存在着明显的弱点：蒸汽消耗和动力消耗大，糖液质量不稳；设备数量多，占地面积大，劳动强度大，生产环境很差，自动化程度低、难以管理、生产浪费较严重。 一次喷射工艺过程明显改变了两次喷射的弱点，具有蒸汽消耗和动力消耗小，容易控制，糖液质量稳定，设备数量少，占地面积小，生产环境好，可实现计算机控制等优点。 2．发酵工艺技术路线 通过改变发酵工艺技术使生产过程易于把握、提高糖酸转化率、实现节能降耗，。 首先，改变传统的供气系统，建立完善的低能耗、高质量的供气系统。采用多级分散式过滤系统，以避免全发酵系统同时出现染菌现象，同时有利于减少占地面积、方便检查、检修和排除故障。 其次，连消系统：采用连续喷射式、热能回收型系统，并用计算机控制。 第三，发酵降温冷却水系统：采用冷水和循环水兼顾的系统，实现节能降耗，采用计算机控制。 第四，发酵系统要采用大型发酵罐，尽可能增大冷却面积。 3. 提取工艺技术路线 采用更加先进的提取技术：谷氨酸双结晶高效提取工艺技术、连续低温等电浓缩法工艺技术、离子交换法提取谷氨酸、膜分离技术的应用、浓缩连续等电提取工艺等。 三、生物素超亚适量，强制发酵 谷氨酸发酵特点：高生物素、大种量、高通风量。谷氨酸发酵时糖酵解经过酵解途径和磷酸己糖途径两个途径，通过控制生物素的超亚适量的结果，可将葡糖糖发酵谷氨酸进入理想状态。 生物素对二氧化碳固定反应有重要影响通过控制生物素高亚适量，既可保证谷氨酸正常新城代谢作为关键乙酰羧化酶辅酶，参与磷脂的合成，进而影响磷脂