谷氨酸離子交換樹脂

① 谷氨酸簡介

谷氨酸在醫學上主要用於治療肝性昏迷，對改善兒童智力發育也有積極作用。食品工業中，谷氨酸鈉鹽作為味精的主要成分，被廣泛應用為食品增鮮劑。

過去，生產味精多採用小麥麵筋水解法，但現今已轉向更為高效的微生物發酵法進行大規模生產。

在生物體內，谷氨酸作為氮代謝的基本氨基酸之一，具有重要代謝作用。作為蛋白質的主要構成成分，谷氨酸鹽在自然界中廣泛存在，是多種食品和人體內不可或缺的組成部分。它不僅構成蛋白質或肽的結構，也作為游離氨基酸發揮功能。

L-谷氨酸，又稱為「麩酸」或「夫酸」，是通過糖質原料經微生物發酵，利用「等電點提取」和「離子交換樹脂」分離技術而制備的。這一過程不僅提高了谷氨酸的純度，也使得生產更加環保、高效。

谷氨酸，是一種酸性氨基酸。分子內含兩個羧基，化學名稱為α-氨基戊二酸。谷氨酸是里索遜1856年發現的，為無色晶體，有鮮味，微溶於水，而溶於鹽酸溶液，等電點3.22。大量存在於谷類蛋白質中，動物腦中含量也較多。谷氨酸在生物體內的蛋白質代謝過程中占重要地位，參與動物、植物和微生物中的許多重要化學反應。味精

② 請介紹什麼是:谷氨酸

谷氨酸，也稱為L-1-氨基丙烷-1,3-二羧酸，是一種無色晶體或結晶性粉末，它存在α、β兩種晶型，其中β型較為穩定。其分子式為HOOCCH(NH2)CH2CH2COOH。作為生物機體內氮代謝的基本氨基酸之一，谷氨酸在代謝過程中占據重要地位。L-谷氨酸不僅是蛋白質的主要構成成分，也是自然界中普遍存在的谷氨酸鹽。它既是蛋白質或肽的結構氨基酸之一，又是游離氨基酸，其L型具有濃郁的鮮美味道。

L-谷氨酸的製造過程主要是通過微生物發酵實現的，以糖質為原料，採用「等電點提取」和「離子交換樹脂」分離的方法製得。這種氨基酸具有廣泛的用途，不僅可以作為葯品治療肝昏迷症，還可以用於生產味精、食品添加劑、香料以及生物研究。

谷氨酸的基本理化性質包括其存在左旋體、右旋體和外消旋體，其中左旋體被稱為L-谷氨酸。它是一種鱗片狀或粉末狀晶體，呈微酸性，無毒。它微溶於冷水，但易溶於熱水，不溶於乙醚、丙酮、冷醋酸、乙醇和甲醇。在200℃時升華，247℃至249℃時分解。其密度為1.538g/cm³，旋光度在+37至+38.9（25℃）之間。這些特性使得L-谷氨酸在多個領域都有應用。

關於谷氨酸的毒性及安全性，適量食用是安全的。聯合國糧農組織和世界衛生組織食品添加劑專家聯合委員會曾對味精進行各種毒理性實驗，並得出結論：味精作為風味增強劑是安全的。此外，味精是谷氨酸的單鈉鹽，谷氨酸是構成蛋白質的氨基酸之一，具有特殊的生理作用。然而，空腹時大量食用味精可能導致頭痛、出汗等症狀，但這些症狀通常會在數小時內消失。此外，谷氨酸及谷氨酸鈉的分解物質中含有變異原物質，因此在高溫烹調過程中不宜添加味精。

谷氨酸的下游產品開發非常廣泛。例如，通過將L-谷氨酸與氯乙醇反應並保護羧基後活化成N-羧酸酐，可以得到側鏈具有反應活性的聚L-氯乙基谷氨酸酯。這種聚合物在醫葯領域有廣泛的應用前景。此外，谷氨酸還可以生產許多重要下游產品如L-谷氨酸鈉、L-蘇氨酸和聚谷氨酸等。

③ 谷氨酸鈉的生產工藝流程

1. 谷氨酸的生產工藝流程以15%的葡萄糖為碳源，添加適量的無機鹽和生物素配置成發酵培養基。
2. 發酵培養基在滅菌的發酵罐中加入，以流加的液氨作為氮源，接種經二級擴大培養的谷氨酸產生菌。
3. 提取過程通常採用冷凍等電-離子交換法。發酵液在等電罐中降溫至5℃，調至pH 3.22後沉澱8小時，離心分離得到粗谷氨酸。
4. 母液和上層清液調配後通過離子交換樹脂交換，用氨水洗脫。部分流分迴流至等電罐，後流分與氨水共同用作洗脫液。
5. 在中和罐中，將谷氨酸與純鹼溶液中和至pH 6.2～6.4，加入硫化鈉溶液除鐵，並用粗谷氨酸回調pH。
6. 升溫至60℃，加入粉末活性炭，攪拌後壓濾。濾液經活性炭柱二次脫色得到清液，再蒸發濃縮至一定密度。
7. 加入晶種後蒸發結晶，過程中用熱水殺晶和補加清液。結晶後離心分離得到味精，母液可經脫色後再次結晶，精製收率可達92%。
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1. 作為調味劑，谷氨酸鈉的用量通常為0.2%～0.5%。它不僅可以單獨使用，還常與核酸類調味料如核糖核苷酸和肌苷酸鈉配製成復合調味料，以增強效果。谷氨酸鈉是國際上廣泛使用的鮮味劑，與食鹽並用可增強其調味作用，與5'-肌苷酸鈉或5'-鳥苷酸鈉同用時有相乘效果。
2. 醫葯領域中，谷氨酸作為生化試劑，廣泛存在於動植物體內，是天然的營養成分。人體吸收率高達96%，在氮代謝中發揮作用，有助於合成其他氨基酸，降低血液中毒素含量，對改善和維持腦機能至關重要。
3. 在有機合成中，谷氨酸可用作中間體，應用於助劑、滲透膜、絲蛋白改性、皮革助劑、生物醫學材料、改性再生膠原纖維等領域。

④ 離子交換法提取的谷氨酸怎麼結晶呢

離子交換法提取谷氨酸是利用離子交換樹脂對發酵液中谷氨酸與其它同性離子吸附能力的差別 將這些離子選擇性地吸附到樹脂上 然後用洗脫劑先後洗脫 從而得到谷氨酸
谷氨酸是一種兩性電解質 其等電點 為pH3.22.當pH^3.2時 谷氨酸帶正電荷 呈陽離子狀態 它能被陽離子交換樹脂交換吸附
三 儀器與試劑（一）實驗器材 （1）玻璃層析柱 （2）試管 （3）移液管 （4）恆壓洗脫瓶 （5）部分收集器 （6）水浴鍋 （7）分光光度計 （8）電爐
（二）材料與試劑（1）苯乙烯磺酸鈉型樹脂（100～200目）（2）2mo1/L鹽酸溶液（3）2mo1/L氫氧化鈉溶液（4）標准氨基酸溶液 將天門冬氨酸和賴氨酸分別配成2mg/mL的0.1m1/L鹽酸溶液（5）顯色劑。2克水茚三酮溶於95%乙醇中 加水至100毫升
四 操作步驟
（1）樹脂的准備 樹脂過夜㓎泡 使樹脂膨脹 加2mo1/L NaOH至上述樹脂中攪拌2號傾棄鹼液 用蒸餾水洗滌至中性 加25m1 12mo1/L HC1攪拌2h 傾棄酸液 用蒸餾水充洗滌樹脂至中性
（2）層析柱的准備 將強酸性陽離子交換樹脂用HC1處理成H*型後洗至中性 攪拌1小時後裝入層析柱 使之自然降沉到一定高度
（3）加樣分離 將液面緩慢放至貼近層析柱表面 由柱上端仔細加入pH4.5的發酵液離心液3毫升 同時開始收集流出液 每管收集1毫升 測量收集液pH 洗脫液加入速度控制在0.5m1/mim 當樣品液彎月面靠近樹脂頂端時 立即加入發酵液 如此重復 不斷測量收集液的PH值 直至樹脂吸附飽和
（4）洗脫 加樣完畢後 用滴管小心注入60·C4%（或2%）氫氧化鈉溶液（切勿攪動床面）用試管收集洗脫液 每管收集1毫升 同時測量收集液pH 直至收集液

⑤ 谷氨酸的利用價值

谷氨酸是生物機體內氮代謝的基本氨基酸之一，在代謝上具有重要意義。L－谷氨酸是蛋白質的主要構成成分，谷氨酸鹽在自然界普遍存在的。多種食品以及人體內都含有谷氨酸鹽，它即是蛋白質或肽的結構氨基酸之一，又是游離氨基酸，L型氨基酸美味較濃。
L－谷氨酸 又名「麩酸」或寫作「夫酸」，發酵製造L－谷氨酸是以糖質為原料經微生物發酵，採用「等電點提取」加上「離子交換樹脂」分離的方法而製得。
氨基酸作為人體生長的重要營養物質，不僅具有特殊的生理作用，而且在食品工業中具有獨特的功能。構成蛋白質的氨基酸主要有20多種。在食品工業中應用較多的氨基酸有谷氨酸、賴氨酸、半胱氨酸、胱氨酸、蘇氨酸、精氨酸、纈氨酸、色氨酸、丙氨酸等。各種氨基酸都有自己獨特的呈味效應，其中應用較多的有谷氨酸鈉和甘氨酸。
谷氨酸鈉俗稱味精，是重要的鮮味劑，對香味具有增強作用。谷氨酸鈉廣泛用於食品調味劑，既可單獨使用，又能與其它氨基酸等並用。用於食品內，有增香作用。在食品中濃度為0.2%-0.5%，每人每天允許攝入量(ADl)為0—120微克/千克(以谷氨酸計)。在食品加工中一般用量為0.2—1.5克/公斤。
甘氨酸具有甜味，和味精協同作用能顯著提高食品的風味。谷氨酸作為風味增強劑可用於增強飲料和食品的味道，不僅能增強食品風味，對動物性食品有保鮮作用。 谷氨酸為世界上氨基酸產量最大的品種，作為營養葯物可用於皮膚和毛發。用於生發劑，能被頭皮吸收，預防脫發並使頭發新生，對毛乳頭、毛母細胞有營養功能，並能擴張血管，增強血液循環，有生發防脫發功效。用於皮膚，對治療皺紋有療效。
N—醯基谷氨酸鈉系列產品是由谷氨酸縮合而成的性能優良的陰離子表面活性劑，廣泛用於化妝品、香皂、牙膏、香波、泡沫浴液、洗潔凈等產品中。生物表面活性劑N—醯基谷氨酸鈉不同於化學法合成的表面活性劑，它不但性能優良，並且具有良好的生物降解性和安全性，在人體內能分解為氨基酸和脂肪酸而吸收利用。
N—醯基谷氨酸鈉耐硬水，能在鹼性、中性和弱酸條件下使用。這種表面活性劑具有明顯的發展優勢，其新的使用性能包括具有良好的洗凈力和發泡力，對人體無毒無害，無異味，性質柔和無刺激，能穩定酶的活性，是高檔香波和浴液的主要原料，能牢固地吸附在頭發和皮膚上，增加和保持頭發的柔軟、蓬鬆、光澤，使皮膚舒適光潔，對毛發角質損傷有保護和修復作用。
N—醯基谷氨酸鈉可用於肥皂的改性劑，在香皂中加入N—醯基谷氨酸鈉可緩和對皮膚的刺激，提高香皂在硬水中的鈣皂分散性，使泡沫細膩持久，提高發泡性和洗凈力，易於被皮膚吸收，使皮膚保持滋潤光滑。
N—醯基谷氨酸鈉具有抑菌效果，由於無刺激性常可用於兒童洗滌製品和皮膚病患者，N—醯基谷氨酸鈉溶液，具有突出的發泡能力和穩泡力，常可與其它表面活性劑復配，具有協同增效作用。
谷氨酸為天然植物成分，由世界上最先進的生物酶工程技術製取，以護發生發、護膚類化妝品為日用化妝品的發展方向，用谷氨酸合成生物表面活性劑具有大的市場。
聚谷氨酸是一種出色的環保塑料，可用於食品包裝、一次性餐具及其它工業用途，可在自然界迅速降解，不污染環境。
隨著科學的進步，研究的深入，谷氨酸新的應用領域將越來越廣。 將有一定反應活性的雙功能基試劑氯
乙醇和L—谷氨酸直接酯化保護羧基，用三光氣活化成其相應的N—羧酸酐，可直接得到側鏈具有一定反應活性的聚L—氯乙基谷氨酸酯。
谷氨酸的結構中有一個氨基和兩個羧基，在光氣的作用之下，羧基和氨基會形成環狀N—羧酸酐，由於羧基也較為活潑，可能會參與成環反應，因此在成環反應之前，通常用苄醇將羧基進行保護，這樣得到的聚合物的側鏈活性極低，一般需經進一步氫化脫苄或胺解脫苄，才能得到有反應活性的側鏈，我們選用雙功能基試劑氯乙醇作保護基因，在聚合之後可直接得到有反應活性的側鏈，可有效地簡化合成路線。
側鏈酯化過程是一個可逆反應，隨著體系內水含量的不斷增加，反應速度會降低，導致產率不高。在形成谷氨酸苄酯時，採用分子篩脫水，操作大大簡化。新型的聚合氨基酸，含有氨基的葯物或靶向基因，可以方便的接入聚谷氨酸的分子中，形成大分子前葯或靶向大分子載體，接入特異性的基因，可進行特殊的分離或提純，這一聚合物在醫葯領域會有很廣泛的應用前景。
谷氨酸可生產許多重要下游產品如L—谷氨酸鈉、聚谷氨酸等。