CN113072457A - 一种谷氨酸冷冻浓缩等电点结晶的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种谷氨酸冷冻浓缩等电点结晶的方法，所述方法具体包括以下步骤：(a)取含谷氨酸的酵母液并加酸调节pH至等电点进行第一次等电点结晶，后分离得到谷氨酸和等电母液；(b)向步骤(a)得到的等电母液中加碱调节pH至中性，再置于结晶器中进行冷冻浓缩，形成冰晶后取出，分离冰晶得到冰和浓缩液；(c)将步骤(b)得到的浓缩液继续循环进行多次冷冻浓缩和分离，得到经浓缩多次的浓缩液，向浓缩液中继续加酸调节pH至等电点进行第二次等电点结晶，再分离得到二次析出的谷氨酸。与现有技术相比，本发明实现等电母液中谷氨酸的回收利用，提高谷氨酸提取收率。

Description

一种谷氨酸冷冻浓缩等电点结晶的方法
技术领域
本发明属于谷氨酸提取工艺技术领域，具体涉及一种谷氨酸冷冻浓缩等电点结晶的方法。
背景技术
谷氨酸作为一种氨基酸广泛利用于食品调味剂中，可利用价值高。我国谷氨酸提取工艺经历了从锌盐法、一步低温等电点结晶法到低温等电离交法和浓缩等电法的演变历程。目前，产业化的谷氨酸提取工艺以等电离交法为主，浓缩等电法次之。
等电离交工艺优点是提取收率高，约95％，但缺点为原材料消耗大，在经济成本上已无优势，还增加了环境压力；浓缩等电工艺是利用高温多效蒸发，浓缩酵母液后再进行等电提取，该工艺对比“等电离交工艺”降低了物耗，但是收率有所降低，最高只有88％。
专利CN101255120B一种谷氨酸提取工艺，特征是谷氨酸发酵液进入等电结晶罐等电结晶；等电结晶后经离心分离得到谷氨酸结晶和等电母液；将等电母液通过菌体分离得到菌体蛋白和等电清母液；再将等电清母液一部分蒸发得到浓缩清母液，另一部分留存为二次结晶谷氨酸溶解用；浓缩清母液经二次结晶，得到二次结晶谷氨酸晶体，用水、等电清母液和硫酸使二次结晶谷氨酸晶体溶解；经溶解得到的含有谷氨酸的稀硫酸溶液送回等电结晶罐，调节下一批发酵液等电结晶。该专利采用的是蒸发浓缩，蒸发浓缩和冷冻浓缩对比，冷冻浓缩的能耗是蒸发浓缩的1/6，同时结晶出的谷氨酸质量好、收率高。与蒸发法相比，冷冻法更安全、设备寿命更长。
发明内容
本发明的目的就是通过冷冻浓缩等电点结晶克服等电母液中谷氨酸浓度低的难题，提供一种谷氨酸冷冻浓缩等电点结晶的方法。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种谷氨酸冷冻浓缩等电点结晶的方法，所述方法具体包括以下步骤：
(a)取含谷氨酸的酵母液并加酸调节pH至等电点进行第一次等电点结晶，后分离得到谷氨酸和等电母液；
(b)向步骤(a)得到的等电母液中加碱调节pH至中性，再置于结晶器中进行冷冻浓缩，形成冰晶后取出，分离冰晶得到冰和浓缩液，调节至中性可增大谷氨酸的溶解度，在之后的浓缩过程中，不会有谷氨酸析出，否则若谷氨酸析出便会和冰晶混合，不易分离，另外，冰晶为冰水混合物，即冰里面含有浓缩后的等电母液，需要离心分离后才能得到纯的冰，才能分离冰和浓缩液(本发明中浓缩液指的是浓缩过的含有谷氨酸的等电母液)；
(c)将步骤(b)得到的浓缩液继续循环进行多次冷冻浓缩和分离，得到经浓缩多次的浓缩液，之后向浓缩液中继续加酸调节pH至等电点进行第二次等电点结晶，再分离得到二次析出的谷氨酸。
步骤(a)中，当含谷氨酸的酵母液为实验室配制的酵母液时，直接进行后续操作。
步骤(a)中，当含谷氨酸的酵母液来源于工厂的粗酵母液时，所述粗酵母液依次经过预处理、灭菌再进行后续操作。
步骤(a)中，所述酸选自盐酸或硫酸中的一种或多种。
步骤(a)中，分离采用离心分离方式，离心的转速为2000～3000r/min，离心的时间为2～3min。
步骤(b)中，所述碱为氢氧化钠。
步骤(b)中，在进行冷冻浓缩前，测定调节好pH的等电母液的冰点后再设定冷冻温度范围。
步骤(b)中，所述结晶器为低温恒温槽。
步骤(b)中，冷冻浓缩的温度为0～-10℃，优选为-7℃，时间为60～90min。
步骤(b)中，在冷冻浓缩过程中，使用搅拌机进行辅助搅拌，搅拌的转速为120～150r/min，搅拌的时间60～90min。
步骤(b)中，分离采用离心分离方式，离心的转速为2000～3000r/min，离心的时间为2～3min。
步骤(c)中，所述酸选自盐酸或硫酸中的一种或多种。
步骤(c)中，每次分离均采用离心分离方式，离心的转速为2000～3000r/min，离心的时间为2～3min。
步骤(c)中，每一次冷冻浓缩的温度为0～-10℃，优选为-7℃，时间为60～90min。
本发明是将等电结晶和冷冻浓缩耦合，目的是通过悬浮结晶法浓缩富含谷氨酸的等电母液并析出谷氨酸，将等电母液进行冷冻浓缩后进行二次等电结晶，实现等电母液中谷氨酸的回收利用，从而提高谷氨酸提取收率。该方法操作简单方便，成本低，无二次污染，得到谷氨酸纯度高，浓缩效果较好，具有明显的经济、社会和环境效益。
附图说明
图1为本发明的流程示意图；
图2为实施例2中经等电点结晶得到的谷氨酸的X射线衍射图。
图中：1-酵母液储存槽；2-等电点结晶装置；3-固液分离装置；4-pH调节池；5-晶体收集池；6-冷冻浓缩装置。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
所用溶液为实验室模拟配制的谷氨酸酵母液。
一种谷氨酸冷冻浓缩等电点结晶的方法，流程如图1所示，谷氨酸酵母液储存在酵母液储存槽1中，之后流入到等电点结晶装置2中，经等电点结晶处理后，生成谷氨酸晶体和等电母液，之后进入固液分离装置3中进行分离，等电母液进入pH调节池4，谷氨酸晶体进入晶体收集池5中，等电母液继续进入到冷冻浓缩装置6中，在冷冻浓缩装置6中经多次浓缩处理后再进入等电点结晶装置2中进行结晶，方法具体包括以下步骤：
(a)配制谷氨酸含量为10％的谷氨酸钠模拟液作为酵母液，取1000mL该酵母液并加盐酸调节pH至等电点(具体为3.22)进行第一次等电点结晶，后离心分离(离心时间为2min，离心转速为2000r/min)得到谷氨酸79.02g和等电母液990mL；
(b)取500mL步骤(a)得到的等电母液置于500mL广口瓶中，向其中加氢氧化钠调节pH至中性，再置于低温恒温槽中进行冷冻浓缩，设置初始冷冻温度为-7℃，并使用搅拌机进行辅助搅拌(搅拌转速为120r/min，搅拌90min)，冷冻90min后，形成冰晶后取出冰晶，再离心分离(离心时间为2min，离心转速为2000r/min)冰晶得到纯净的冰和浓缩液；
(c)将步骤(b)得到的浓缩液继续循环进行2次冷冻浓缩和分离，每次的冷冻温度均为-7℃，冷冻时间为60min，离心时间为2min，离心转速为2000r/min，得到经浓缩多次的浓缩液，之后向浓缩液中再加盐酸调节pH至等电点(具体为3.22)进行等电点结晶，再分离得到二次析出的谷氨酸8.38g和等电母液200mL，记录所有冰晶得到的冰融化后的冰融水和浓缩水样的体积。
实验结果为：第一次等电点结晶析出79.02g谷氨酸，多次冷冻浓缩后第二次等电点结晶二次析出12.57g谷氨酸，将谷氨酸的提取收率从79.02％提高到92.57％，同时能耗低，废水量少，不用添加别的化学药剂。
实施例2
所用酵母液为某味精厂提供的酵母液，该酵母液中谷氨酸含量约为10％。
一种谷氨酸冷冻浓缩等电点结晶的方法，所述方法具体包括以下步骤：
(a)取1000mL某味精厂提供的酵母液依次进行预处理，进行灭菌等操作后，向其中加盐酸调节pH至等电点(具体为3.22)进行第一次等电点结晶，后离心分离(离心时间为2min，离心转速为2000r/min)得到谷氨酸78.21g和等电母液990mL；
(b)取500mL步骤(a)得到的等电母液置于500mL广口瓶中，向其中加氢氧化钠调节pH至中性，再置于低温恒温槽中进行冷冻浓缩，设置初始冷冻温度为-7℃，并使用搅拌机进行辅助搅拌(搅拌转速为120r/min，搅拌60min)，冷冻60min后，形成冰晶后取出冰晶，再离心分离(离心时间为2min，离心转速为2000r/min)冰晶得到纯净的冰和浓缩液；
(c)将步骤(b)得到的浓缩液继续循环进行2次冷冻浓缩和分离，每次的冷冻温度均为-7℃，冷冻时间为60min，离心时间为2min，离心转速为2000r/min，得到经浓缩多次的浓缩液，向浓缩液中再加盐酸调节pH至等电点(具体为3.22)进行等电点结晶，再分离得到二次析出的谷氨酸9.03g和等电母液200mL。
实验结果为：第一次等电点结晶析出78.21g谷氨酸，多次冷冻浓缩后等电点结晶第二次析出9.03g谷氨酸，将谷氨酸的提取收率从78.21％提高到87.24％。析出晶体的X射线衍射图如图2所示，其中，“αform”表示标准谷氨酸样品的α晶型，“βform”表示标准谷氨酸样品的β晶型，将析出晶体的衍射曲线和αform曲线、βform进行对比，可证明析出晶体确实是谷氨酸，且杂质少，纯度高。
实施例3
一种谷氨酸冷冻浓缩等电点结晶的方法，流程如图1所示，除了步骤(a)中加硫酸调节pH至等电点，离心时间为3min，离心转速为3000r/min；步骤(b)中设置初始冷冻温度为-10℃，并使用搅拌机进行辅助搅拌，搅拌转速为150r/min，搅拌60min，冷冻60min；步骤(c)中，将步骤(b)得到的浓缩液继续循环进行2次冷冻浓缩，每次冷冻温度为-10℃，冷冻时间为90min，每一次离心时间为3min，离心转速为3000r/min之外，其余均与实施例1相同。
实施例4
一种谷氨酸冷冻浓缩等电点结晶的方法，流程如图1所示，除了步骤(a)中加硫酸调节pH至等电点，离心时间为2.5min，离心转速为2500r/min；步骤(b)中设置初始冷冻温度为0℃，并使用搅拌机进行辅助搅拌，搅拌转速为140r/min，搅拌80min，冷冻70min；步骤(c)中，将步骤(b)得到的浓缩液继续循环进行2次冷冻浓缩，每次冷冻温度为0℃，冷冻时间为70min，每一次离心时间为2.5min，离心转速为2500r/min之外，其余均与实施例1相同。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种谷氨酸冷冻浓缩等电点结晶的方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：
(a)取含谷氨酸的酵母液并加酸调节pH至等电点进行第一次等电点结晶，后分离得到谷氨酸和等电母液；
(b)向步骤(a)得到的等电母液中加碱调节pH至中性，再置于结晶器中进行冷冻浓缩，形成冰晶后取出，分离冰晶得到冰和浓缩液；
(c)将步骤(b)得到的浓缩液继续循环进行多次冷冻浓缩和分离，得到经浓缩多次的浓缩液，之后向浓缩液中继续加酸调节pH至等电点进行第二次等电点结晶，再分离得到二次析出的谷氨酸。
2.根据权利要求1所述的一种谷氨酸冷冻浓缩等电点结晶的方法，其特征在于，步骤(a)中，当含谷氨酸的酵母液为实验室配制的酵母液时，直接进行后续操作；
当含谷氨酸的酵母液来源于工厂的粗酵母液时，所述粗酵母液依次经过预处理、灭菌再进行后续操作。
3.根据权利要求1所述的一种谷氨酸冷冻浓缩等电点结晶的方法，其特征在于，步骤(a)中，所述酸选自盐酸或硫酸中的一种或多种；
步骤(a)中，分离采用离心分离方式，离心的转速为2000～3000r/min，离心的时间为2～3min。
4.根据权利要求1所述的一种谷氨酸冷冻浓缩等电点结晶的方法，其特征在于，步骤(b)中，在进行冷冻浓缩前，测定调节好pH的等电母液的冰点后再设定冷冻温度范围。
5.根据权利要求1所述的一种谷氨酸冷冻浓缩等电点结晶的方法，其特征在于，步骤(b)中，所述碱为氢氧化钠；
步骤(b)中，所述结晶器为低温恒温槽。
6.根据权利要求1所述的一种谷氨酸冷冻浓缩等电点结晶的方法，其特征在于，步骤(b)中，冷冻浓缩的温度为0～-10℃，时间为60～90min。
7.根据权利要求1所述的一种谷氨酸冷冻浓缩等电点结晶的方法，其特征在于，步骤(b)中，在冷冻浓缩过程中，使用搅拌机进行辅助搅拌，搅拌的转速为120～150r/min，搅拌的时间60～90min。
8.根据权利要求1所述的一种谷氨酸冷冻浓缩等电点结晶的方法，其特征在于，步骤(b)中，分离采用离心分离方式，离心的转速为2000～3000r/min，离心的时间为2～3min。
9.根据权利要求1所述的一种谷氨酸冷冻浓缩等电点结晶的方法，其特征在于，步骤(c)中，每次分离均采用离心分离方式，离心的转速为2000～3000r/min，离心的时间为2～3min。
10.根据权利要求1所述的一种谷氨酸冷冻浓缩等电点结晶的方法，其特征在于，步骤(c)中，每一次冷冻浓缩的温度为0～-10℃，时间为60～90min。
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