CN102086159A

CN102086159A - 一种谷氨酸提取方法

Info

Publication number: CN102086159A
Application number: CN2009102240865A
Authority: CN
Inventors: 毛忠贵; 张建华; 张宏建
Original assignee: Jiangnan University
Current assignee: Jiangnan University
Priority date: 2009-12-07
Filing date: 2009-12-07
Publication date: 2011-06-08

Abstract

一种谷氨酸提取方法，其包括如下步骤：a、在温度5～50℃下，调整发酵液pH值至2.9～3.2，谷氨酸结晶析出，分离上述结晶料液，得谷氨酸粗品和等电母液；b、洗涤步骤a中所述谷氨酸粗品，得谷氨酸成品和洗涤母液；将步骤a中所述等电母液进行除菌，得清母液和菌体；c、将步骤b中所述清母液进行蒸发浓缩，将所得浓缩液降温至10～40℃，育晶，分离，得谷氨酸结晶和结晶母液；d、将步骤c中所述谷氨酸结晶和步骤b中所述洗涤母液混合，酸化至pH小于2.0，至谷氨酸结晶溶解，得酸化液；步骤a中，调整发酵液pH值时，酸化剂包括步骤d中所述的酸化液。本发明谷氨酸提取方法的收率高、纯度高，物耗低、能源消耗少、排污少、资源利用度高。

Description

一种谷氨酸提取方法

技术领域

本发明涉及一种谷氨酸的提取技术，具体地，涉及一种收率高、质量优、消耗低的谷氨酸提取方法，属发酵食品技术领域。

背景技术

谷氨酸是一种重要氨基酸，是制造味精的前体物质，目前主要由葡萄糖通过微生物发酵生成，然后从发酵液中提取获得谷氨酸晶体。

通常，谷氨酸发酵液中含有10～16％(w/v)的谷氨酸，对谷氨酸提取技术而言，首要考虑的是谷氨酸提取收率，其次是谷氨酸晶体质量。因为谷氨酸发酵液中还残留少量未发酵的残余葡萄糖、菌体细胞、其它杂氨基酸、无机盐等杂质，因此，从杂质含量较高的发酵液中提取谷氨酸，还必须考虑产品质量指标，如谷氨酸晶体纯度，晶体所夹带的硫酸根离子浓度，以及晶体溶解液的透光等指标；另外，谷氨酸提取也是硫酸、液氨等物耗，以及蒸汽、电力等能耗较大的工序，如何有效降低物耗和能耗，也是谷氨酸提取技术所需解决的问题；谷氨酸提取技术还与最终污染物的排放量大小密切相关。因此，谷氨酸提取技术是味精生产过程中影响经济效益和社会效益最为显著的一个环节。

现有的谷氨酸提取技术主要有“等电离交”和“浓缩等电转晶”两种。“等电离交”工艺是国内味精生产企业应用最广泛的提取工艺：发酵液先通过一步冷冻等电结晶提取80％左右的谷氨酸，残留在母液中的谷氨酸通过离子交换法回收。由于采用离子交换二次回收谷氨酸，“等电离交”工艺的提取收率可达到94％左右。但由于离子交换技术必须在pH1.5以下上柱吸附，在pH9.0以上洗脱，因此硫酸、液氨的消耗大，吨谷氨酸约消耗硫酸850kg，液氨120kg；“等电离交”工艺中，洗脱的高流份约为发酵液体积的60～70％，大体积、高杂质的高流份回用，导致谷氨酸结晶质量差，表现为晶体干纯低，仅95％左右；透光低，仅30％左右；而硫酸根离子浓度在0.6％以上；另外，采用“等电离交”工艺，提取后高浓废水(COD50000～80000ppm)体积较发酵液增加20～60％，每吨谷氨酸还增加中浓度离交树脂洗水20～30吨(COD3000～5000ppm)，给后续的废水污染治理带来严重压力。

“浓缩等电转晶”是先将发酵液浓缩2～3倍，使谷氨酸浓度达28～30％，然后连续等电结晶，等电母液作为废水排出提取工段；结晶得到的α晶型谷氨酸通过转晶变成β晶型谷氨酸。采用“浓缩等电转晶”工艺，革除了酸碱消耗大、废水产出多的离子交换技术，硫酸、液氨的消耗大幅度下降，吨谷氨酸硫酸消耗从850kg降到550kg左右，无液氨消耗；其次，通过转晶技术，提取获得的谷氨酸结晶质量好，产品干纯可达97.5％，透光70％，硫酸根离子浓度小于0.1％的优质指标，为后续精制生产味精创造了良好的条件；因发酵液浓缩了2～3倍，高浓废水量较发酵液减少50～60％；但该工艺的缺点是提取收率低，一般仅86～88％左右，其次，转晶过程中的电力、蒸汽消耗较高，导致生产成本增加，经济效益低下。

综上所述，现有产业化谷氨酸提取工艺存在或收率低、或产品质量差、或消耗高、或污染重等等问题，制约着味精行业的可持续发展。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种收率高、质量优、消耗低的谷氨酸提取方法。

一种谷氨酸提取方法，包括如下步骤：

a、在温度5～50℃下，调整发酵液pH值至2.9～3.2，谷氨酸结晶析出，分离上述结晶料液，得谷氨酸粗品和等电母液；

b、洗涤步骤a中所述谷氨酸粗品，得谷氨酸成品和洗涤母液；将步骤a中所述等电母液进行除菌，得清母液和菌体；

c、将步骤b中所述清母液进行蒸发浓缩，将所得浓缩液降温至10～40℃，育晶，分离，得谷氨酸结晶和结晶母液；

d、将步骤c中所述谷氨酸结晶和步骤b中所述洗涤母液混合，酸化至pH小于2.0，至谷氨酸结晶溶解，得酸化液；

步骤a中，调整发酵液pH值时，酸化剂包括步骤d中所述的酸化液。

作为对本技术方案的改进，步骤a中，所述谷氨酸结晶的方法包括分批式间歇等电结晶，或连续等电结晶。

再者，步骤a中，调整发酵液pH值时，酸化剂还包括硫酸，或水解味精精制母液得到的水解液。当步骤d中提供的酸化液不足以将发酵液的pH值调整到2.9～3.2之间时，可以直接向发酵液中补充添加硫酸或水解液(水解味精精制母液得到的水解液)的一种或两种，添加量由等电结晶的终点pH值决定。分离步骤a中所述结晶料液的方法包括离心机离心分离，或真空带式过滤机过滤。

再者，步骤b中，所述洗涤的方法包括用水淋洗，或用水搅洗，洗涤用水的重量是谷氨酸粗品重量的0.2～2倍。

对步骤a所得谷氨酸粗品湿晶体进行洗涤，去除晶体颗粒表面夹带的菌体细胞、硫酸根离子等杂质，可以提高产品质量。洗涤用水的温度是0～100℃，水淋洗时，在离心机或真空带式过滤机上配置洗涤水，将分离和洗涤合二为一；水搅洗时，将分离得到的谷氨酸粗品投入带搅拌的罐中，加水洗涤，然后再分离，其中以第一种方式为优选方案。洗涤用水可采用自来水，或来自其它工序洁净的蒸发凝结水。

再者，步骤b中，所述除菌的方法包括直接过滤，絮凝后过滤，或絮凝后气浮。

除菌操作用以去除等电母液中的菌体细胞、水溶性蛋白等杂质。添加聚丙烯酸钠等絮凝剂，可促使菌体细胞凝聚，再过滤分离。也可以添加聚丙烯酸钠促使菌体细胞絮凝，再采用气浮的方式除菌。絮凝后过滤或气浮等除菌方法是本行业的成熟技术，絮凝剂的种类、添加量也容易推测、计算得出。

再者，步骤c中，所述蒸发浓缩的方法包括单效蒸发，或多效蒸发，总浓缩倍数为2～8倍。蒸发浓缩操作可采用单效或多效蒸发器，浓缩后浓缩液体积为原清母液体积的12.5％～50％。对本领域专业技术人员而言，蒸发浓缩是成熟技术，蒸发器的效数、蒸发温度等工艺参数可简便地通过试验确定。

步骤c中，所述育晶时间是1～8h，育晶时，可以加入适量晶种。加入晶种可改善结晶速率和晶体质量，晶种添加量为浓缩液质量的0～10％。步骤c中，所述分离的方法包括自然沉降，离心分离，或过滤分离。

最后，步骤d中，所述混合时，谷氨酸结晶和洗涤母液的重量比是0.05～0.30∶1；所述酸化时，酸化剂包括硫酸，或水解液(水解味精精制母液得到的水解液)。

混合后，可加入硫酸、水解液的一种或两种，硫酸及/或水解液的添加量由混合后酸化液的pH值决定，控制酸化液的pH值小于2.0，使谷氨酸结晶全部溶解，得到含有谷氨酸的酸化液，并循环回到等电结晶工序，用以调节发酵液的pH值。所得酸化液可直接回步骤a调pH，或经过过滤后回步骤a调pH。

上述的水解液是指味精精制母液加硫酸水解、过滤获得的一种含有谷氨酸的稀硫酸溶液，水解液中谷氨酸、硫酸的浓度不影响酸化效果。

本发明一种谷氨酸提取方法的第一个优点是提取收率可达到94％以上，和“等电离交”工艺的提取收率相当；第二个优点革除了离子交换技术，因此物耗低，每吨谷氨酸消耗硫酸550kg以下，无液氨消耗；第三个优点是通过洗晶工序，结晶谷氨酸的质量得到提高，干纯达到98％以上，硫酸根离子浓度降低到0.1％以下，和“转晶”技术所得谷氨酸质量相当，但设备简单，投资低，劳动强度小，蒸汽、电力等能源消耗少；第四个优点是高浓度废水排放量少。发酵液通过等电结晶、除菌分离、浓缩结晶等工序后，步骤c排放的结晶母液体积仅为发酵液的10～20％，仅约为“等电离交”工艺排放的离交尾液体积的1/7，“浓缩等电”工艺排放的一次母液体积的1/3，为后续的结晶母液进一步加工肥料创造了良好的条件；第五个优点是资源得到综合利用，如菌体可作为饲料，蒸发凝结水可回用作为洗水，或回用于生产其它工序。

附图说明

附图用来提供对发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明一种谷氨酸提取方法的工艺流程简图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1：

一种谷氨酸提取方法，如图1所示，其具体操作如下：

a.起始发酵液谷氨酸质量浓度为11％，温度36℃，pH值6.5。将发酵液放入带搅拌的钢制容器中，先用地下水或冷冻水将发酵液间壁冷却到5～30℃，然后缓慢加入酸化液使发酵液pH值缓慢下降，终点pH值为2.9。加入酸化液的同时缓慢降温，终点温度为10℃。整个降pH和降温过程的时间为12～16小时。停止加入酸化液和降温后，继续搅拌维持6小时，然后停上搅拌，使谷氨酸结晶颗粒沉降，沉降时间为4～10小时。

谷氨酸结晶颗粒沉降后，倾析沉淀上层的等电母液，然后再次启动搅拌，将谷氨酸结晶颗粒和残留的等电母液搅拌均匀，然后送入离心机离心分离，得到谷氨酸粗品和离心等电母液，离心等电母液和倾析的等电母液合并。

b.将步骤a所得谷氨酸粗品投入带搅拌的钢制容器中，然后加入结晶质量0.5倍的水，搅拌0.5小时后离心过滤分离，得到谷氨酸成品，离心得到的洗涤母液作为下批酸化用水。

将步骤a所得等电母液加热到40℃，边搅拌边加入溶解成溶液状态的絮凝剂聚丙烯酸钠，使菌体细胞凝聚成团，然后送入板框或厢式过滤机过滤，获得清母液和菌体滤饼；聚丙烯酸钠的添加量为20～500ppm，用前预先用洁净的水溶解，配制成质量浓度0.2～1％的溶液；为提高提取收率，过滤结束后最好用压缩空气将滤饼吹干。滤饼可直接出售或烘干后出售。

c.将步骤b所得清母液经过一套四效蒸发器蒸发浓缩2倍。清母液从第一效进料，依次流经第二、三效，从第四效出料，各效料温依次为96℃、84℃、70℃、55℃。第一效用2kgf/cm²的生蒸汽加热，后三效依次用前一效的二次蒸汽加热；清母液经过第一步四效蒸发浓缩后，进单效真空蒸发结晶器再次浓缩1.5倍。蒸发结晶器的真空度为-0.95kgf/cm²，加热用生蒸汽压力1kgf/cm²。

将清母液经蒸发浓缩所得的含有谷氨酸结晶的晶浆冷却到10℃，并恒温搅拌8h，然后停止搅拌，使谷氨酸结晶颗粒自然沉降5h。倾析去除沉淀层上面的大部分清液，保留液面到沉淀层约20cm的清液。启动搅拌使结晶颗粒悬浮分散，然后送入三足式离心机分离，得到谷氨酸结晶和结晶母液；对本领域的专业技术人员而言，谷氨酸晶浆的冷却速度及自然沉降时间可通过简单实验得到确定；离心分离的转速不限，提高转速有利于降低谷氨酸结晶的含湿量。

d.将10份步骤b所得洗涤母液送入酸化罐中，加入质量3份的硫酸，混合均匀，并用冷却水冷却到20～60℃，然后边搅拌边加入0.5份步骤c所得谷氨酸结晶，搅拌直至结晶全部溶解。将酸化液返回步骤a进行等电操作用。

当酸化液不足以将发酵液的pH降低至2.9～3.2之间时，可以补加硫酸或水解液的一种或两种，使发酵液的pH降低至2.9～3.2之间。

酸化后的酸化液可以增加过滤操作，以除去酸化液中的不溶性杂质。

实施例2：

一种谷氨酸提取方法，如图1所示，其具体操作如下：

a.采用连续等电结晶方式：钢制带搅拌的连续等电结晶罐中，温度控制在25～50℃，加入谷氨酸发酵液，并用硫酸或水解液调节pH到3.2，使谷氨酸以α晶型结晶析出。然后向连续等电结晶罐中同时连续流加发酵液和酸化液，保证连续等电结晶罐的pH值稳定在2.9～3.2之间。

进一步地，当提供的酸化液不足以将发酵液的pH值调整到2.9～3.2之间时，可以直接向发酵液中添加硫酸或水解液的一种或两种，添加量由等电结晶的终点pH值决定；

谷氨酸等电结晶析出后，采用真空带式过滤机分离谷氨酸粗品和等电母液：谷氨酸粗品晶浆连续分布在真空带式过滤机表面，在真空抽吸下，等电母液被移除，而谷氨酸粗品被滤布截留。

b.对步骤a所得谷氨酸粗品进行洗涤时，在真空带式过滤机的后半段上配置2～3道洗涤水，经分离后的谷氨酸粗品，在真空带式过滤机继续移动，到达真空带式过滤机的后半段，即可用配置的两道洗涤装置布水洗涤谷氨酸粗品，得谷氨酸成品和洗涤母液；洗涤用洗水的重量为谷氨酸粗品质量的2倍，洗水采用自来水。

采用絮凝剂絮凝、气浮并过滤的方式对步骤a所得等电母液进行除菌，具体方法是：将上述所得等电母液加热到45℃，在管道内连续加入絮凝剂，然后送入气浮槽。气浮槽上部排出菌体絮团，下部排出清母液。气浮槽上部排出菌体絮团再送入板框过滤机过滤，滤液和气浮槽下部排出的清母液合并；采用的絮凝剂为聚丙烯酸钠，添加量为200ppm。

c.蒸发浓缩步骤b所得清母液时，采用四效降膜蒸发器，总浓缩倍数为8倍。第一个降膜蒸发器用2kgf/cm²的生蒸汽加热，后三个降膜蒸发器依次用前一个蒸发器的二次蒸汽加热。清母液从第一个降膜蒸发器进入，顺流经过各设备，各设备料温依次为105℃、90℃、75℃、58℃，最后一效排出料液即为谷氨酸结晶晶浆。

将清母液经蒸发浓缩所得的含有谷氨酸结晶的晶浆冷却到40℃，并维持4h育晶，然后分离得到谷氨酸结晶和结晶母液；

d.将10份步骤b所得洗涤母液送入酸化罐中，加入质量0.5份的硫酸与质量0.5份的水解液，混合均匀，控制酸化液的pH值小于2.0，并用冷却水冷却到20～60℃，然后边搅拌边加入3份的步骤c所得谷氨酸结晶，搅拌直至结晶全部溶解。将酸化液返回步骤a进行等电操作用。

水解液是指味精精制母液加硫酸水解、过滤获得的一种含有谷氨酸的稀硫酸溶液，水解液中谷氨酸、硫酸浓度不影响本专利的实施。

实施例3：

一种谷氨酸提取方法，如图1所示，其具体操作如下：

a.等电结晶操作同实施例2，结晶终点pH值为3.0，结晶终点温度为20～35℃。采用离心机离心分离，得到谷氨酸粗品和等电母液。

b.步骤a所得的谷氨酸粗品的洗涤操作同实施例2，洗涤用洗水的重量与谷氨酸粗品质量相等，洗水可采用自来水，或来自其它工序洁净的蒸发凝结水。

对步骤a所得的等电母液进行除菌、分离的操作同实施例2。

c.对步骤b所得清母液进行蒸发浓缩的操作同实施例2，浓缩倍数为4倍；育晶时，温度为25℃。分离、混合操作同实施例2。

d.酸化操作时，将10份步骤b所得洗涤母液送入酸化罐中，加入1.5份的硫酸与质量3.5份的水解液，混合均匀，并用冷却水冷却到30～50℃，然后边搅拌边加入1.5份的步骤c所得谷氨酸结晶，搅拌直至结晶全部溶解。将酸化液返回进行等电操作用。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种谷氨酸提取方法，其特征在于，所述谷氨酸提取方法包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的谷氨酸提取方法，其特征在于：步骤a中，所述谷氨酸结晶的方法包括分批式间歇等电结晶，或连续等电结晶。

3.根据权利要求1所述的谷氨酸提取方法，其特征在于：步骤a中，调整发酵液pH值时，酸化剂还包括硫酸，或水解味精精制母液得到的水解液。

4.根据权利要求1所述的谷氨酸提取方法，其特征在于：步骤b中，所述洗涤的方法包括用水淋洗，或用水搅洗，洗涤用水的重量是谷氨酸粗品重量的0.2～2倍。

5.根据权利要求1所述的谷氨酸提取方法，其特征在于：步骤b中，所述除菌的方法包括直接过滤，絮凝后过滤，或絮凝后气浮。

6.根据权利要求1所述的谷氨酸提取方法，其特征在于：步骤c中，所述蒸发浓缩的方法包括单效蒸发，或多效蒸发，总浓缩倍数为2～8倍。

7.根据权利要求1所述的谷氨酸提取方法，其特征在于：步骤d中，所述混合时，谷氨酸结晶和洗涤母液的重量比是0.05～0.30∶1；所述酸化时，酸化剂包括硫酸，或水解味精精制母液得到的水解液。