谷氨酸离子交换树脂

① 谷氨酸简介

谷氨酸在医学上主要用于治疗肝性昏迷，对改善儿童智力发育也有积极作用。食品工业中，谷氨酸钠盐作为味精的主要成分，被广泛应用为食品增鲜剂。

过去，生产味精多采用小麦面筋水解法，但现今已转向更为高效的微生物发酵法进行大规模生产。

在生物体内，谷氨酸作为氮代谢的基本氨基酸之一，具有重要代谢作用。作为蛋白质的主要构成成分，谷氨酸盐在自然界中广泛存在，是多种食品和人体内不可或缺的组成部分。它不仅构成蛋白质或肽的结构，也作为游离氨基酸发挥功能。

L-谷氨酸，又称为“麸酸”或“夫酸”，是通过糖质原料经微生物发酵，利用“等电点提取”和“离子交换树脂”分离技术而制备的。这一过程不仅提高了谷氨酸的纯度，也使得生产更加环保、高效。

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。大量存在于谷类蛋白质中，动物脑中含量也较多。谷氨酸在生物体内的蛋白质代谢过程中占重要地位，参与动物、植物和微生物中的许多重要化学反应。味精

② 请介绍什么是:谷氨酸

谷氨酸，也称为L-1-氨基丙烷-1,3-二羧酸，是一种无色晶体或结晶性粉末，它存在α、β两种晶型，其中β型较为稳定。其分子式为HOOCCH(NH2)CH2CH2COOH。作为生物机体内氮代谢的基本氨基酸之一，谷氨酸在代谢过程中占据重要地位。L-谷氨酸不仅是蛋白质的主要构成成分，也是自然界中普遍存在的谷氨酸盐。它既是蛋白质或肽的结构氨基酸之一，又是游离氨基酸，其L型具有浓郁的鲜美味道。

L-谷氨酸的制造过程主要是通过微生物发酵实现的，以糖质为原料，采用“等电点提取”和“离子交换树脂”分离的方法制得。这种氨基酸具有广泛的用途，不仅可以作为药品治疗肝昏迷症，还可以用于生产味精、食品添加剂、香料以及生物研究。

谷氨酸的基本理化性质包括其存在左旋体、右旋体和外消旋体，其中左旋体被称为L-谷氨酸。它是一种鳞片状或粉末状晶体，呈微酸性，无毒。它微溶于冷水，但易溶于热水，不溶于乙醚、丙酮、冷醋酸、乙醇和甲醇。在200℃时升华，247℃至249℃时分解。其密度为1.538g/cm³，旋光度在+37至+38.9（25℃）之间。这些特性使得L-谷氨酸在多个领域都有应用。

关于谷氨酸的毒性及安全性，适量食用是安全的。联合国粮农组织和世界卫生组织食品添加剂专家联合委员会曾对味精进行各种毒理性实验，并得出结论：味精作为风味增强剂是安全的。此外，味精是谷氨酸的单钠盐，谷氨酸是构成蛋白质的氨基酸之一，具有特殊的生理作用。然而，空腹时大量食用味精可能导致头痛、出汗等症状，但这些症状通常会在数小时内消失。此外，谷氨酸及谷氨酸钠的分解物质中含有变异原物质，因此在高温烹调过程中不宜添加味精。

谷氨酸的下游产品开发非常广泛。例如，通过将L-谷氨酸与氯乙醇反应并保护羧基后活化成N-羧酸酐，可以得到侧链具有反应活性的聚L-氯乙基谷氨酸酯。这种聚合物在医药领域有广泛的应用前景。此外，谷氨酸还可以生产许多重要下游产品如L-谷氨酸钠、L-苏氨酸和聚谷氨酸等。

③ 谷氨酸钠的生产工艺流程

1. 谷氨酸的生产工艺流程以15%的葡萄糖为碳源，添加适量的无机盐和生物素配置成发酵培养基。
2. 发酵培养基在灭菌的发酵罐中加入，以流加的液氨作为氮源，接种经二级扩大培养的谷氨酸产生菌。
3. 提取过程通常采用冷冻等电-离子交换法。发酵液在等电罐中降温至5℃，调至pH 3.22后沉淀8小时，离心分离得到粗谷氨酸。
4. 母液和上层清液调配后通过离子交换树脂交换，用氨水洗脱。部分流分回流至等电罐，后流分与氨水共同用作洗脱液。
5. 在中和罐中，将谷氨酸与纯碱溶液中和至pH 6.2～6.4，加入硫化钠溶液除铁，并用粗谷氨酸回调pH。
6. 升温至60℃，加入粉末活性炭，搅拌后压滤。滤液经活性炭柱二次脱色得到清液，再蒸发浓缩至一定密度。
7. 加入晶种后蒸发结晶，过程中用热水杀晶和补加清液。结晶后离心分离得到味精，母液可经脱色后再次结晶，精制收率可达92%。
(3)谷氨酸离子交换树脂扩展阅读：
1. 作为调味剂，谷氨酸钠的用量通常为0.2%～0.5%。它不仅可以单独使用，还常与核酸类调味料如核糖核苷酸和肌苷酸钠配制成复合调味料，以增强效果。谷氨酸钠是国际上广泛使用的鲜味剂，与食盐并用可增强其调味作用，与5'-肌苷酸钠或5'-鸟苷酸钠同用时有相乘效果。
2. 医药领域中，谷氨酸作为生化试剂，广泛存在于动植物体内，是天然的营养成分。人体吸收率高达96%，在氮代谢中发挥作用，有助于合成其他氨基酸，降低血液中毒素含量，对改善和维持脑机能至关重要。
3. 在有机合成中，谷氨酸可用作中间体，应用于助剂、渗透膜、丝蛋白改性、皮革助剂、生物医学材料、改性再生胶原纤维等领域。

④ 离子交换法提取的谷氨酸怎么结晶呢

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）2mo1/L盐酸溶液（3）2mo1/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0.1m1/L盐酸溶液（5）显色剂。2克水茚三酮溶于95%乙醇中 加水至100毫升
四 操作步骤
（1）树脂的准备 树脂过夜㓎泡 使树脂膨胀 加2mo1/L NaOH至上述树脂中搅拌2号倾弃碱液 用蒸馏水洗涤至中性 加25m1 12mo1/L HC1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HC1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0.5m1/mim 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·C4%（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

⑤ 谷氨酸的利用价值

谷氨酸是生物机体内氮代谢的基本氨基酸之一，在代谢上具有重要意义。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。
氨基酸作为人体生长的重要营养物质，不仅具有特殊的生理作用，而且在食品工业中具有独特的功能。构成蛋白质的氨基酸主要有20多种。在食品工业中应用较多的氨基酸有谷氨酸、赖氨酸、半胱氨酸、胱氨酸、苏氨酸、精氨酸、缬氨酸、色氨酸、丙氨酸等。各种氨基酸都有自己独特的呈味效应，其中应用较多的有谷氨酸钠和甘氨酸。
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。用于食品内，有增香作用。在食品中浓度为0.2%-0.5%，每人每天允许摄入量(ADl)为0—120微克/千克(以谷氨酸计)。在食品加工中一般用量为0.2—1.5克/公斤。
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。 谷氨酸为世界上氨基酸产量最大的品种，作为营养药物可用于皮肤和毛发。用于生发剂，能被头皮吸收，预防脱发并使头发新生，对毛乳头、毛母细胞有营养功能，并能扩张血管，增强血液循环，有生发防脱发功效。用于皮肤，对治疗皱纹有疗效。
N—酰基谷氨酸钠系列产品是由谷氨酸缩合而成的性能优良的阴离子表面活性剂，广泛用于化妆品、香皂、牙膏、香波、泡沫浴液、洗洁净等产品中。生物表面活性剂N—酰基谷氨酸钠不同于化学法合成的表面活性剂，它不但性能优良，并且具有良好的生物降解性和安全性，在人体内能分解为氨基酸和脂肪酸而吸收利用。
N—酰基谷氨酸钠耐硬水，能在碱性、中性和弱酸条件下使用。这种表面活性剂具有明显的发展优势，其新的使用性能包括具有良好的洗净力和发泡力，对人体无毒无害，无异味，性质柔和无刺激，能稳定酶的活性，是高档香波和浴液的主要原料，能牢固地吸附在头发和皮肤上，增加和保持头发的柔软、蓬松、光泽，使皮肤舒适光洁，对毛发角质损伤有保护和修复作用。
N—酰基谷氨酸钠可用于肥皂的改性剂，在香皂中加入N—酰基谷氨酸钠可缓和对皮肤的刺激，提高香皂在硬水中的钙皂分散性，使泡沫细腻持久，提高发泡性和洗净力，易于被皮肤吸收，使皮肤保持滋润光滑。
N—酰基谷氨酸钠具有抑菌效果，由于无刺激性常可用于儿童洗涤制品和皮肤病患者，N—酰基谷氨酸钠溶液，具有突出的发泡能力和稳泡力，常可与其它表面活性剂复配，具有协同增效作用。
谷氨酸为天然植物成分，由世界上最先进的生物酶工程技术制取，以护发生发、护肤类化妆品为日用化妆品的发展方向，用谷氨酸合成生物表面活性剂具有大的市场。
聚谷氨酸是一种出色的环保塑料，可用于食品包装、一次性餐具及其它工业用途，可在自然界迅速降解，不污染环境。
随着科学的进步，研究的深入，谷氨酸新的应用领域将越来越广。 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。