加盐酸（或高流分母液pH1.5) 育晶2h(pH4-5) 加盐酸（或高流分母液pH1.5) 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) 冷却降温 搅拌育晶20-16h 沉淀4h 湿谷氨酸 结晶 母液（进一步回收glu） 发酵液
第五章 谷氨酸的提取 2、带菌体冷冻低温等电点法提取谷氨酸 提取谷氨酸工艺流程 提取谷氨酸
湿谷氨酸 结晶
母液（进一步回收glu）
第五章 谷氨酸的提取 4、浓缩、水解等电点提取谷氨酸 、浓缩、
发酵液 一次蒸发 盐酸水解 过滤 过滤液 122#树脂脱色 二次蒸发 加NaOH调pH3.2 或用发酵液调pH3.2) 育晶1~2h 降温结晶 谷氨酸 分离 母液
复合肥料
一、离子交换法提取glu的基本原理
第五节
锌盐法提取谷氨酸
一、基本原理和性质 ２C5H9O4N+Zn++
pH6.3
(C5H8O4N)2Zn +2H+
pH2.4
(C5H8O4N)2Zn + 2H+
２C5H9O4N + Zn++
谷氨酸锌盐的溶解度受pH值影响较大，由于离 子的存在，使谷氨酸的等电点改变为pI2.4
工艺流程
1、一步锌盐法 发酵液
加ZnSO4、NaOH调 pH6.3,搅拌、沉淀
含锌废液
glu锌盐
加水蒸汽加热45℃， 调pH2.4,搅拌、沉淀
湿谷氨酸 水洗离心 洗水 谷氨酸
锌盐母液
工艺流程
等电点——锌盐法 发酵液
加谷氨酸锌盐、加HCl调 pH2.8,搅拌、沉淀
湿谷氨酸 水洗离心
等电点母液 加ZnSO4、NaOH调 pH6.3,搅拌、沉淀
第五章 谷氨酸的提取 第三节 等电点法提取谷氨酸 二、谷氨酸的结晶 （1）谷氨酸的晶型及其性质 ： α—型为斜方六面晶体，颗粒大，质量重，易沉降 β —型为粉状或针状、鳞片状，晶粒细微，纯度低，难 沉降 （2）影响谷氨酸结晶的主要因素：glu的浓度、温度与 降温速度、加酸速度与最终pH值、晶种的投放时间、搅 拌的速度、菌体、残糖、谷氨酰胺、水解糖液的质量、 其他氨基酸等。 （3）β－型结晶的形成：加酸速度快是产生β－型结晶的 关键操作之一。
第五章 谷氨酸的提取 3、除菌体常温等电点法提取谷氨酸 提取谷氨酸工艺流程 提取谷氨酸
发酵液
菌体蛋白
离心分离 除菌体
加盐酸（或高流分母液pH1.5) 育晶2h(pH4-5) 加盐酸（或高流分母液pH1.5) 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) 冷却降温 搅拌育晶20-16h 沉淀4h
第五章 谷氨酸的提取 第二节 谷氨酸发酵液的性质和发酵废液的综合利用 二、菌体分离方法： 菌体分离方法： 1、机械分离：离心分离机6500r/min——15000r /min 2、加热沉淀：加热至80℃以上，使蛋白质凝固沉淀 3、添加絮凝聚剂 三、发酵液的综合利用 发酵液的综合利用 1、作肥料 2、作饲料 3、提炼核苷酸 4、培养单细胞蛋白。
第五章 谷氨酸的提取 第三节 等电点法提取谷氨酸 一、等电点法提取谷氨酸的原理 (1)谷氨酸的两性解离与等电点 谷氨酸的两性解离与等电点 I： 谷氨酸的离子状态 ：
酸性
等电点
中性
碱性
第五章 谷氨酸的提取 第三节 等电点法提取谷氨酸 II：不同pH时谷氨酸的电离情况与离子形式： ：不同 时谷氨酸的电离情况与离子形式 时谷氨酸的电离情况与离子形式： [GA+] ： [GA±] ： [GA-] ： [GA=] ＝7.86%：84.24%： 7.86% ： ： ： 2.789×10-6% × III：谷氨酸等电点的性质： ：谷氨酸等电点的性质： 在pI时，正负电荷相等，形成偶极离子，在直流电场中不流动。 时 正负电荷相等，形成偶极离子，在直流电场中不流动。 谷氨酸的溶解度最小。 谷氨酸的溶解度最小。 (2)谷氨酸溶解度 谷氨酸溶解度 I:pH值对谷氨酸溶解度的影响： 值对谷氨酸溶解度的影响： 值对谷氨酸溶解度的影响 II: 温度对谷氨酸溶解度的影响：温度越低，溶解度越小 温度对谷氨酸溶解度的影响：温度越低， III:杂质对谷氨酸溶解度的影响：杂质含量越高，溶解度越大 杂质对谷氨酸溶解度的影响：杂质含量越高， 杂质对谷氨酸溶解度的影响
发酵液 加盐酸（或高流分母液pH1.5) 育晶2h(pH4-5) 加盐酸（或高流分母液pH1.5) 育晶2h(pH3.5-3.8) 加盐酸（或高流分母液pH1.5) pH1.5) 育晶2h(pH3.0-3.2) 搅拌育晶20-16h 沉淀4h 湿谷氨酸 结晶 冷却降温(0~5℃)
母液（进一步回收glu）
离子交换反应过程
液膜 树脂表面
GA+ 、H+
H+ GA+
H+ GA+内扩散
外扩散
交换反应 吸附
洗脱
再生
谷氨酸发酵液交换层次
正上柱吸附层吸示意图
第五章 谷氨酸的提取 单柱法工艺流程
发酵液 稀释调(pH5-5.5) 上柱交换 水洗菌体及疏松树脂 热水预热 洗脱 收集 放氨 再生
低流分 pH1.5~2
第五章 谷氨酸的提取 •pH 为3.22时,大部分谷氨酸以[GA±]形式存在,此时谷氨酸 的氨基和羧基的离解程度相等,总静电荷为零。 •谷氨酸的等电点习惯上常以pI代表。总静电荷等于零,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 成较大的聚合题体而沉淀析出。因而在等电点时,谷氨酸的 溶解度最小。 谷氨酸的溶解度 lgs=0.533I+0.01613t 谷氨酸的溶解度随PH值的改变而改变, pH 3.22和在30%以 上的高浓度盐酸下,溶解度便显著减少到最低点。 谷氨酸溶解度受温度的影响较大,温度越低,溶解度越小。
第五章 谷氨酸的提取 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。 谷氨酸分子中含有2个酸性的羧基和一个碱性的氨基,在不 同的pH值溶液中以GA+、GA± 、GA-、GA＝、表示。
菌体
饲料
连续冷却结晶
结晶1 母液2 结晶2
母液1（至浓缩） 水
母液3
谷氨酸晶体
当pH＞3.2时，羧基离解带负 电荷，与阴离子树脂交换吸附
当pH＜3.2时，氨基离解带正 电荷，与阳离子树脂交换吸附
• 1、亲和力：在常温和稀溶液中 • 阴离子与阴离子树脂进行交换，阳离子与阳离子树脂 进行交换。 • 各种阳离子具有不同的亲和力，对于强酸性阳离子交 换树脂的亲和力是随着离子价数和原子序数的增加而 增加，而随水合离子的半径的增大而减小。 • 强酸型树脂：Fe3+＞Al 3+＞Ca 2+＞Mg2+ ＞K+ ＞NH4+ ＞Na+ ＞H+ • 弱酸型树脂： H+ ＞ Fe3+＞Al 3+＞Ca 2+＞Mg2+ ＞K+ ＞ NH4+ ＞Na+
尾流分单独上 柱pH9~11
• 3．双柱法与单柱法的比较
• 双柱法是将发酵液先通过弱酸性阳离子交换树脂(氢型) 以除去阳离子杂质(NH4+、K+、Mg2+等)，不吸附谷氨 酸．再通过磺酸型阳离子交换树脂．以吸附谷氨酸．用 碱自第二柱(强酸型)洗脱谷氨酸．则因浓度集中，谷氨酸 含量达到１6％。再分别用ＨＣl使第一柱、第二柱进行 再生。 • 单柱法用碱量、再生用酸量均较双柱法高，但洗脱率较 双柱法低。
谷氨酸
洗水
含锌废液
谷氨酸锌
电渗析法提取谷氨酸
发酵液 pH3.22 等电点
谷氨酸结晶
等电点母液 电渗析 淡化液 离子交换 高流分
发酵液 离心分离 加热90℃~95 ℃
加硅藻土
菌体
饲料
过滤 多效浓缩 母液 等电点结晶 谷氨酸晶体
滤渣
中和
脱色
结晶
发酵液 离心分离 60℃减压浓缩
加浓硫酸调pH3.22
第五章 谷氨酸的提取 主要提取方法简介
(1)等电点法 (2)离子交换法 (3)金属盐法 (4)盐酸水解-等电点法 (5)等电-离交法 (6)连续等电点法 (7)浓缩——等电点法
第六章 谷氨酸的提取 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 1、发酵液中所含的 为 L——型， 一般以 6H8O4N·NH4 、 发酵液中所含的glu为 型 一般以C 存在。 存在。 2、 发酵液中含有无机盐 ， 如 K+ 、 Na+ 、 NH+4 、 Mg2+ 、 、 发酵液中含有无机盐， Ca2+、Fe2+、Cl-、SO2-4、PO3-4等。 、 、 3、大量菌体、蛋白质等悬浮在发酵液中。 、大量菌体、蛋白质等悬浮在发酵液中。 4、发酵液中还含有残糖、尿素、色素等。 、发酵液中还含有残糖、尿素、色素等。 5、发酵液中含有发酵副产物，如乳酸、琥珀酸、 α——酮 、发酵液中含有发酵副产物，如乳酸、琥珀酸、 酮 戊二酸、各种氨基酸等。 戊二酸、各种氨基酸等。
高流分 pH2~9
尾流分再交换 pH9~11 等电点提取或用 于调pH值
第五章 谷氨酸的提取 双柱法工艺流程
等电点母液 一次交换 倒冲 谷氨酸 过流分 二次交换 水洗疏松树脂 热水预热
水洗树脂
碱洗脱 放氨 再生
60℃、4%的NaOH洗脱 初流分重上 柱pH1.5~2 高流分 pH2~9
4%HCl再生 水洗疏松树脂
第五章 谷氨酸的提取 第三节 等电点法提取谷氨酸 三、等电点工艺的类型 （1）直接常温等电点法 （2）带菌体冷冻低温一次等电法 （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