CN102020576A - 一种高纯度谷氨酸及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于谷氨酸提纯技术领域，特别涉及一种高纯度谷氨酸及其制备方法。本发明方法可以谷氨酸盐或经过变晶的谷氨酸溶液或以谷氨酸发酵液为原料，根据不同的原料，采用多次结晶、分离、洗晶完成了谷氨酸的提纯使谷氨酸含量达到99％以上；本发明提供的高纯度谷氨酸可以作为医药级谷氨酸前体；制备方法产品收率高、产生的废液中的有效成分可充分利用，减少了废水的环保处理难度。

Description

一种高纯度谷氨酸及其制备方法

(一)技术领域

本发明属于谷氨酸提纯技术领域，特别涉及一种高纯度谷氨酸及其制备方法。

(二)背景技术

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。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，味精是常用的增鲜剂，其主要成分是谷氨酸钠盐。食用味精的鲜味能刺激味觉细胞和兴奋消化腺体，增加食欲，促进消化，提高人体对其他各种食物的吸收能力，对人体有一定的滋补作用。谷氨酸还能与血氨结合，形成对机体无害的谷氨酰胺，解除组织代谢过程中所产生的氨的毒性作用，又能参与脑蛋白质代谢和糖代谢，促进氧化过程，对中枢神经系统的正常活动起良好的作用。

过去生产味精主要用小麦面筋(谷蛋白)水解法进行，目前，国内外通常采用发酵法生产谷氨酸，发酵液中含有大量的菌体、蛋白、多糖、有机色素和胶体物质等杂质。谷氨酸提纯的工艺很多，包括膜过滤、谷氨酸等电结晶、变晶、活性炭脱色、炭柱树脂柱、水解、浓缩结晶等，但这些提纯方法得到的产品中的杂质多，废液中的有效物流失多，产品收率低，另外大量的菌体蛋白随废液直接排放，造成了浪费的同时也形成了环境污染。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种高纯度谷氨酸及其制备方法，克服现有方法制得的谷氨酸杂质多，提纯方法产品收率低、有效成分流失以及排放废液造成环境污染的缺陷。

本发明采用的技术方案如下：

一种高纯度谷氨酸，谷氨酸的百分含量不低于99％。

本发明还提供了所述高纯度谷氨酸的制备方法，如以谷氨酸盐为原料，包括以下步骤：

1)溶解：将谷氨酸盐与水按1∶1.3-1.8的重量比加水溶解并过滤得到谷氨酸盐的溶液；

2)酸化：调整步骤1)的谷氨酸盐溶液的pH为4-5，保持温度25-30℃，有晶体生成后育晶2-3h，然后调pH至3.0，温度降至15-20℃；

3)冷却：将步骤2)得到的溶液搅拌降温至13-18℃；

4)沉降分离：停搅拌，沉降5-6h后弃去上层清液，加入纯水进行洗晶，加入纯水的量为原料谷氨酸盐以谷氨酸重量计的30-70％，然后分离干燥即得所述高纯度谷氨酸。

若以经过变晶的谷氨酸溶液代替谷氨酸盐为原料，则其不包含步骤1)但在步骤2)之前包括以下脱色除铁步骤：将经过变晶的谷氨酸溶液依次流经活性炭-除铁树脂柱-活性炭柱。

也可以以谷氨酸发酵液代替经过变晶的谷氨酸溶液为原料，则在脱色除铁步骤前还包括以下步骤：

a.浓缩谷氨酸发酵液至其中谷氨酸浓度为25-35mg/100ml；

b.连续等电提取谷氨酸：将步骤a得到的谷氨酸浓缩液与浓硫酸或步骤e得到的经过硫酸水解的谷氨酸母液泵入连续等电罐中，控制等电罐的pH为3.22，进行育晶，在等电罐内液量体积达到该罐总体积的2/3时，将均匀混合的混合液泵入冷却系统，控制等电罐体积为总体积的2/3；

c.冷却分离：将步骤b送来的混合液冷却至最终温度为10-15℃，分离出晶型为α型的谷氨酸粗品，分离出的谷氨酸母液经过浓缩喷浆造粒制成复合肥；

d.溶解变晶：将步骤c得到的谷氨酸粗品用步骤e分离得到的谷氨酸洗晶水溶解，得到质量浓度为35-60％的溶液，然后泵入谷氨酸变晶罐，控制变晶温度为75-90℃，变晶时间2-3h；

e.二次冷却分离：将从变晶罐自溢流出的谷氨酸变晶液导入二级串联的冷却罐降温至20℃，然后泵入带式分离机，分离出β型晶体谷氨酸，带式分离机前段分离出的谷氨酸母液经过硫酸水解后返回步骤b作为等电用酸液，带式分离机后段分离的谷氨酸洗晶水返回步骤d用于溶解α型的谷氨酸；

f.中和：将步骤e得到的β型晶体谷氨酸制成pH6.99、浓度35-60％的谷氨酸钠溶液。

在上述步骤b中，最好在连续等电罐中预装有含有大量谷氨酸小晶体的谷氨酸溶液作为底料，这样可以减少育晶的时间，加快等电提取的效率。

步骤d中，在将步骤c得到的谷氨酸粗品溶解得到质量浓度为35-60％的溶液时，可以根据需要加入水；若有谷氨酸钠生产过程中不用的味精母液，可于此处与洗晶水混合进行充分利用。

本发明提供的方法可以谷氨酸盐或经过变晶的谷氨酸溶液(也可以普通谷氨酸为原料，将其先经过变晶得到变晶谷氨酸溶液)或以谷氨酸发酵液为原料，根据不同的原料，采用多次结晶、分离、洗晶完成了谷氨酸的提纯使谷氨酸含量达到99％；且每次结晶分离后也均可形成独立的产品；本发明的高纯度谷氨酸可用作医药级谷氨酸的前体。

本发明根据不同的原料，提取过程有可能产生三种废液。等电废液经过浓缩并喷浆造粒后制成复合肥，变晶前段废液即带式分离机前段分离出的谷氨酸母液经过浓硫酸水解后用于等电过程调整酸度，变晶后段洗晶水直接用于变晶前溶解谷氨酸晶体，在沉降分离步骤得到的谷氨酸母液即弃去的上层清液可直接作为酸液用于等电过程或与谷氨酸变晶液直接混合以生产味精或谷氨酸。

本发明相对于现有技术，有以下优点：

本发明提供的高纯度谷氨酸可以作为医药级谷氨酸前体；制备方法产品收率高、产生的废液中的有效成分可充分利用，减少了废水的环保处理难度。

(四)具体实施方式：

以下以具体实施例来说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围不限于此：

实施例1

以谷氨酸发酵液为原料制备谷氨酸含量不低于99％的高纯度谷氨酸。

步骤如下：

1)浓缩谷氨酸发酵液：开启五效降膜蒸发器真空泵，待第五效分离器的真空度达到-0.07MPa后，泵入新鲜发酵液并开启循环泵，浓缩谷氨酸发酵液至浓度为32mg/100ml；

2)连续等电提取谷氨酸：将步骤1)制备的谷氨酸浓缩液与经过硫酸水解的步骤5)得到的谷氨酸母液泵入含有底料的连续等电罐中，控制等电罐的酸度为pH3.22，此处的底料为含有大量谷氨酸小晶体的谷氨酸溶液，完成育晶后，在等电罐内液量体积达到该罐总体积的2/3时，开启位于罐底的流体泵将均匀混合的混合液泵入冷却系统，控制等电罐体积为总体积的2/3；

3)冷却分离：将步骤2)制备的混合液依次泵入多级串联的冷却罐中，控制各冷却罐温度，使最终温度降至15℃，当末级冷却罐液量达到总体积的2/3时，开启卧式分离机，分离出晶型为α型的谷氨酸粗品，分离出的谷氨酸母液经过浓缩喷浆造粒制成复合肥；

4)溶解变晶：将步骤3)制备的谷氨酸粗品用步骤5)带式分离机分离的β型晶体谷氨酸洗晶水混合部分味精厂来的味精母液溶解至质量浓度为40％，从底部泵入谷氨酸变晶罐，控制谷氨酸变晶温度90℃，变晶时间3小时；

5)二次冷却分离：将从变晶罐自溢流出的谷氨酸变晶液导入二级串联的冷却罐，降低温度至20℃，泵入带式分离机，分离出谷氨酸含量97％左右的β型晶体谷氨酸，带式分离机前段分离出的谷氨酸母液经过硫酸水解后返回步骤2)，带式分离机后段分离的谷氨酸洗晶水返回步骤4)；

6)中和：将步骤5)制备的β型晶体谷氨酸加入一定浓度的Na₂CO₃溶液中完全中和，制成pH6.99、质量浓度45％的谷氨酸钠溶液；

7)脱色除铁：将步骤6)制备的谷氨酸钠溶液依次流经活性炭-除铁树脂柱-活性炭柱，去除谷氨酸钠溶液中的杂质及色素；

8)酸化：在步骤7)制备的精制谷氨酸钠溶液中加入盐酸，调整酸度为pH4.5，温度29℃，有晶体生成后育晶3小时，再调至pH3.0，温度20℃，防止晶体沉淀。

9)冷却：将步骤8)制备的谷氨酸液搅拌10小时冷却至温度13℃；

10)沉降分离：停搅拌，沉降5小时弃去上清液，加入步骤8)中谷氨酸钠以谷氨酸计重量的50％的纯水进行洗晶，用100目滤布在离心机分离，尽可能彻底分离，分离过程中加入适量纯水再次洗晶提高谷氨酸含量；

11)烘干：将步骤10)制备的谷氨酸经过烘干后即制得含量99％以上的高纯度谷氨酸。

实施例2

以普通谷氨酸为原料制备高纯度谷氨酸，步骤如下：

1)溶解变晶：将普通谷氨酸用步骤2)带式分离机分离的β型晶体谷氨酸洗晶水溶解至质量浓度40％左右，从底部泵入谷氨酸变晶罐，控制谷氨酸变晶温度75℃，变晶时间3小时；

2)冷却分离：将从变晶罐自溢流出的谷氨酸变晶液导入二级串联的冷却罐，降低温度至20℃，泵入带式分离机，分离出谷氨酸含量97％左右的β型晶体谷氨酸，带式分离机前段分离出的谷氨酸母液经过硫酸水解后作为等电用酸液，带式分离机后段分离的谷氨酸洗晶水返回步骤1)用于溶解α型的谷氨酸；

3)中和：将步骤2)制备的β型晶体谷氨酸加入NaOH溶液中完全中和，制成pH6.99、浓度45％的谷氨酸钠溶液；

4)脱色除铁：将步骤3)制备的谷氨酸钠溶液依次流经活性炭-除铁树脂柱-活性炭柱，去除谷氨酸钠溶液中的杂质及色素；

5)酸化：在步骤4)制备的精制谷氨酸钠溶液中加入盐酸，调整酸度为pH4.9，温度25℃，有晶体生成后育晶3小时，调至pH3.0，温度15℃，防止晶体沉淀。

6)冷却：将步骤5)制备的谷氨酸液搅拌10小时冷却至温度17℃；

7)沉降分离：停搅拌，沉降6小时放出上清液，加入谷氨酸钠以谷氨酸计重量70％的纯水进行洗晶，用100目滤布在离心机分离，尽可能彻底分离，分离过程中加入适量纯水再次洗晶提高谷氨酸含量；

8)烘干：将步骤7)制备的谷氨酸经过烘干后即制得含量99％以上的高纯度谷氨酸。

实施例3

以变晶谷氨酸或其溶液为原料制备高纯度谷氨酸，步骤如下：

1)中和：将变晶谷氨酸或其溶液加入质量浓度30％的NaOH溶液中完全中和，制成pH6.99、质量浓度45％的谷氨酸钠溶液；

2)脱色除铁：将步骤1制备的谷氨酸钠溶液依次流经活性炭-除铁树脂柱-活性炭柱，去除谷氨酸钠溶液中的杂质及色素；

3)酸化：在步骤2)制备的精制谷氨酸钠溶液中加入盐酸，调整酸度为pH4.5，温度25℃，有晶体生成后育晶2小时，调酸至pH3.0，温度17℃，防止晶体沉淀。

4)冷却：将步骤3)制备的谷氨酸液搅拌10小时冷却至温度17℃；

5)沉降分离、烘干：同实施例1中步骤10-11，获得质量含量为99％以上的高纯度谷氨酸。

实施例4

以晶体味精为原料制备高纯度谷氨酸，步骤如下：。

1)溶解：将味精按1∶1.5的质量比例加水溶解过滤；

2)酸化：在味精溶液中加入盐酸，调整酸度为pH4.2，温度25℃，有晶体生成后育晶2小时，调至pH3.0，温度20℃，防止晶体沉淀。

3)冷却：将步骤2)制备的谷氨酸液搅拌10小时冷却至温度17℃；

4)沉降分离、烘干：同实施例1中步骤10-11，获得质量含量为99％以上的高纯度谷氨酸。

实施例5

以谷氨酸钙为原料制备高纯度谷氨酸，步骤如下：

1)溶解：将谷氨酸钙按1∶1.3的质量比例加水溶解；

2)酸化：在谷氨酸钙溶液中加入盐酸，调整酸度为pH4.5，温度28℃，有晶体生成后育晶2小时，调至pH3.0，温度20℃，防止晶体沉淀。

3)冷却：将步骤2)制备的谷氨酸液搅拌10小时冷却至温度18℃；

4)沉降分离、烘干：同实施例1中步骤10-11，获得质量含量为99％以上的高纯度谷氨酸。

Claims (4)

1.一种高纯度谷氨酸，其特征在于，谷氨酸的百分含量不低于99％。

2.权利要求1所述的高纯度谷氨酸的制备方法，其特征在于，以谷氨酸盐为原料，包括以下步骤：

1)溶解：将谷氨酸盐与水按1∶1.3-1.8的重量比加水溶解并过滤得到谷氨酸盐的溶液；

2)酸化：调整步骤1)的谷氨酸盐溶液的pH为4-5，保持温度25-30℃，有晶体生成后育晶2-3h，然后调pH至3.0，温度降至15-20℃；

3)冷却：将步骤2)得到的溶液搅拌降温至13-18℃；

4)沉降分离：停搅拌，沉降5-6h后弃去上层清液，加入纯水进行洗晶，加入纯水的量为原料谷氨酸盐以谷氨酸重量计的30-70％，然后分离干燥即得所述高纯度谷氨酸。

3.如权利要求2所述的高纯度谷氨酸的制备方法，其特征在于，以经过变晶的谷氨酸溶液代替谷氨酸盐为原料，其不包含步骤1)但在步骤2)之前包括以下脱色除铁步骤：将经过变晶的谷氨酸溶液依次流经活性炭-除铁树脂柱-活性炭柱。

4.如权利要求3所述的高纯度谷氨酸的制备方法，其特征在于，以谷氨酸发酵液代替经过变晶的谷氨酸溶液为原料，在脱色除铁步骤前还包括以下步骤：

a.浓缩谷氨酸发酵液至其中谷氨酸浓度为25-35mg/100ml；

b.连续等电提取谷氨酸：将步骤a得到的谷氨酸浓缩液与浓硫酸或步骤e得到的经过硫酸水解的谷氨酸母液泵入连续等电罐中，控制等电罐的pH为3.22，进行育晶，在等电罐内液量体积达到该罐总体积的2/3时，将均匀混合的混合液泵入冷却系统，控制等电罐体积为总体积的2/3；

c.冷却分离：将步骤b送来的混合液冷却至最终温度为10-15℃，分离出晶型为α型的谷氨酸粗品，分离出的谷氨酸母液经过浓缩喷浆造粒制成复合肥；

d.溶解变晶：将步骤c得到的谷氨酸粗品用步骤e分离得到的谷氨酸洗晶水溶解，得到质量浓度为35-60％的溶液，然后泵入谷氨酸变晶罐，控制变晶温度为75-90℃，变晶时间2-3h；

e.二次冷却分离：将从变晶罐自溢流出的谷氨酸变晶液导入二级串联的冷却罐降温至20℃，然后泵入带式分离机，分离出β型晶体谷氨酸，带式分离机前段分离出的谷氨酸母液经过硫酸水解后返回步骤b作为等电用酸液，带式分离机后段分离的谷氨酸洗晶水返回步骤d用于溶解α型的谷氨酸；

f.中和：将步骤e得到的β型晶体谷氨酸制成pH6.99、浓度35-60％的谷氨酸钠溶液。