谷氨酸的发酵和提取工艺综述

综述：谷氨酸的发酵与提取工艺

第一部分 谷氨酸概述

谷氨酸非人体所必需氨基酸，但它参与许多代谢过程，因而具有较高的营养

价值，在人体内，谷氨酸能与血氨结合生成谷氨酰胺，解除组织代谢过程中所产

生的氨毒害作用，可作为治疗肝病的辅助药物，谷氨酸还参与脑蛋白代谢和糖代

谢，对改进和维持脑功能有益。另外，众所周知的谷氨酸钠盐即味精有很强烈的

鲜味，是重要的调味品。

1996、1997、1998年味精年产量分别为55.0万吨、56.64万吨、59.03万吨。

尽管如此，我国人均年消耗味精量还只有400g左右，而台湾省已达2000g。因

此，中国将是世界上最大的潜在味精消费市场，也就是说，味精生产会稳步发展。

这也意味着谷氨酸的生产不断在扩大[1]。

谷氨酸生产走到今天就生产技术而言已有了长足进步,无论是规模还是产能

都今非昔比,与此同时各厂家还在追求完美, 这是行业进步的动力,也是生存之

所需。实际上生产工艺是与时俱进的,没有瑕疵的工艺是不存在的。如:配方及提

取方法现在是多种多样,有单一用纯生物素的,也有用甘蔗糖蜜加纯生物素的,

还有加玉米浆干粉或麸皮水解液及豆粕水解液等等;提取方法有:等电-离交、等

电-离交-转晶、连续等点-转晶等等[2]。

本综述简述谷氨酸生产的流程及发酵机制，着重介绍谷氨酸的提取工艺。

第二部分 谷氨酸生产原料及其处理

谷氨酸发酵的主要原料有淀粉、甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜、醋酸、乙醇、正烷烃

(液体石蜡)等。国内多数谷氨酸生产厂家是以淀粉为原料生产谷氨酸的，少数厂

家是以糖蜜为原料进行谷氨酸生产的，这些原料在使用前一般需进行预处理。

(一)糖蜜的预处理

谷氨酸生产糖蜜预处理的目的是为了降低生物素的含量。因为糖蜜中特别是

甘蔗糖蜜中含有过量的生物素，会影响谷氨酸积累。故在以糖蜜为原料进行谷氨

酸发酵时，常常采用一定的措施来降低生物素的含量，常用的方法有以下几种:(1)

活性炭处理法; (2)水解活性炭处理法;（3）树脂处理法。

(二)淀粉的糖化

绝大多数的谷氨酸生产菌都不能直接利用淀粉，因此，以淀粉为原料进行谷

氨酸生产时，必须将淀粉质原料水解成葡萄糖后才能供使用。可用来制成淀粉水

解糖的原料很多，主要有薯类、玉米、小麦、大米等，我国主要以甘薯淀粉或大

米制备水解糖。

淀粉水解的方法有三种：①酸解法；②酶解法；③酸酶(或酶酸)结合法。

1．酸解法 用酸解法生产水解糖，其工艺流程如下：

原料(淀粉、水、盐酸)调浆→糖化→冷却→中和→脱色→过滤除杂→糖液

2．酶解法 先用α-淀粉酶将淀粉水解成糊精和低聚糖，然后再用糖化酶将

糊精和低聚糖进一步水解成葡萄糖的方法，称为酶解法。

与淀粉的酸解相比，酶解法具有以下一些优点：①酶解反应条件比较温和。

细菌α-淀粉酶是在pH6.0～7.0、温度85～90℃条件下，将淀粉液化成能溶解于水

的糊精和低聚糖；而糖化酶是在pH4.0～4.5、温度58—60℃条件下，完成糖化反

应的。②由于酶的作用专一性强，因此水解过程中很少有副反应发生。③淀粉乳

的浓度以不超过40％为宜。④用酶解法制成的糖液色泽较浅，质量高。

第三部分 谷氨酸发酵机制[3]

一、谷氨酸的生物合成途径

(一)由葡萄糖发酵谷氨酸的理想途径如下图3-1：

图3-1 葡萄糖发酵谷氨酸的理想途径

(二)由葡萄糖生物合成谷氨酸的代谢途径如图3-2：

图3-2 葡萄糖生物合成谷氨酸的代谢途径

(三)谷氨酸生物合成的调节机制

1、优先合成与反馈调节：(1)谷氨酸比天冬氨酸优先合成；(2)谷氨酸过量时，

它反馈抑制谷氨酸脱氢酶活性，阻遏柠檬酸合成酶、磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶等，

从而使途径转向合成天冬氨酸的方向；(3)天冬氨酸过量，则反馈抑制磷酸烯醇

式丙酮酸羧化酶。

2、细胞渗透性的调节：通透性高，则可保持谷氨酸优先合成。

3、糖代谢的调节：(1)生物素充足，糖酵解速率提高，菌生长良好；(2)生物

素不足，则积累α-酮戊二酸，菌生长不好。

4、氮代谢的调节。

(四)谷氨酸发酵的代谢控制

1、菌种选育；2、控制细胞膜的通透性；3、控制适宜的发酵环境条件。

(五)细胞膜通透性及细胞壁合成的控制

1、限制培养基中生物素的浓度：亚适量(5～10μg/L)，使磷脂合成不足，膜

通透性提高。

2、添加表面活性剂或饱和脂肪酸：可抑制脂肪酸的合成，从而影响磷脂合

成。

3、采用油酸或甘油缺陷性菌株：限制外源油酸或甘油供应量(亚适量)，使

磷酸合成不足。

4、采用温度敏感型突变株。突变株细胞膜的结构基因发生碱基转换或颠换，

由它转换的酶在高温时失活导致细胞膜某些结构的改变，使细胞膜不完整。

5、添加青霉素、抗生素可抑制糖肽转肽酶的合成，从而影响细胞壁糖肽的

生物合成，形成不完全的细胞壁，增加膜的渗透性。

(六)谷氨酸发酵工艺

亚适量工艺、高生物素添加青霉素(表面活性剂)工艺、采用温度敏感突变株

工艺。

第四部分 谷氨酸的提取

一、谷氨酸的性质[3]

1、一般性质：谷氨酸为无色正轴斜方系晶体，相对分子质量为147.13，相

对密度为1.538（20℃），熔点为202～203℃，两性解离。

2、谷氨酸的结晶特征：α型晶体为颗粒状、有光泽、颗粒大、易沉降、亚

稳态，可用离心机分离；β型晶体为针状、无光泽、颗粒微细、难沉降、稳定态、

表面积大，吸附分离。

3、谷氨酸的溶解度：(1)温度降低，溶解度减小。(2)在不同PH条件下，溶

解性会变化：①在同一温度下，溶解度随PH值的变化是以等电点(PI)为最低点

的不对称U形曲线，PI偏酸性，溶解度增加幅度小；PI偏碱性，溶解度增大幅

度大。②偏离PI越远，PH变化造成溶解度变化也愈大。③发酵液中杂质多，溶

解度越大。

4、主要的化学反应：成盐反应；脱羧反应；茚三酮反应；生成焦谷氨酸；

消旋化反应。

二、谷氨酸提取的方法

常用的提取谷氨酸的方法有以下几种。①低温等点工艺。是根据谷氨酸的溶

解度随温度降低而减小的性质制定的。通过增加制冷能力，将等电点提取的终点

温度由原来的15～20℃降至0～5℃，这样可使母液中的谷氨酸含量降低到

1.0%～1.3%，从而增加等电点提取的一次收率。②浓缩连续等电工艺。该工艺是

将发酵液和硫酸同时加入等电点罐中，始终保持罐内PH值在3.0～3.2，低温等

电结晶后以晶体及母液作为晶种，维持温度和PH，边加新发酵液边放出已结晶

的谷氨酸，使进出料量保持一致[3]。③等电离交工艺。即将谷氨酸发酵液降温并

用硫酸调PH值至谷氨酸等电点(PH3.0—3.2)，温度降到10℃以下沉淀、离心分

离谷氨酸，再将上清液用硫酸调pH至1.5上732强酸性阳离子交换树脂，用氨

水调上清液pHl0进行洗脱，洗脱下来的高流分再用硫酸调pHl.0返回等电车间

加入发酵液进行等电提取，离交车间的上柱后的上清液及洗柱水送去环保车间进

行废水处理[4]。

简单介绍了常用的提取谷氨酸工艺的原理后，因不同的谷氨酸生产家所采取

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