離子交換法提取谷氨酸結柱

1. 谷氨酸發酵的摘要

我國常用的菌種有北京棒狀桿菌、純齒棒狀桿菌等。谷氨酸的生物合成包括糖酵解作用（EMP途徑）、磷酸戊糖途徑（HMP途徑）、三羧酸循環（TCA循環）、乙醛酸循環和丙酮酸羧化支路等。生物合成谷氨酸的主要方式是α-酮戊二酸的還原性氨基化作用。谷氨酸的生物合成受機體內復雜機制的調控。影響谷氨酸發酵過程的參數有很多，谷氨酸發酵過程主要受種子質量，培養基組成，溫度，pH以及供氧速率等因素控制。提取谷氨酸常用的工藝為等電點法和離子交換法

2. 谷氨酸鈉的生產工藝流程

谷氨酸發酵以15%左右的葡萄糖為碳源，並加適量的無機鹽和生物素配成發酵培養基，經連消並冷卻至40℃後送入已滅菌的發酵空罐；以流加的液氨為氮源，接種經二級擴大培養的谷氨酸產生菌。

提取現一般採用冷凍等電一離子交換法。發酵液在等電罐中一邊用冷凍鹽水緩慢攪拌冷卻降溫至5℃，一邊用硫酸調Ph值至3.22（等電點）；沉澱8h後，沉澱經離心分離得粗谷氨酸；母液和上層清液調配後上離子交換樹脂交換，用氨水洗脫。

前流分匯入上層清液重新上柱，後流分與氨水一起作洗脫液，高流分與發酵液一起回等電罐。在裝有60～65℃底水的中和罐中加入谷氨酸，攪拌，並緩慢加入純鹼溶液，中和至Ph值6.2～6.4，中和液濃度控制在相對密度1.1 7～1.18（21～2 2°Bé）。

待中和液降溫至50℃以下，加入適量的硫化鈉溶液以除鐵；然後用粗谷氨酸回調Ph值至6.2～6.4，並升溫至60℃，再加入粉末活性炭，攪拌半小時後送入壓濾機壓濾。

再將濾液用顆粒活性炭柱二次脫色得清液；清液送入真空煮晶鍋內在60～70℃下蒸發濃縮至相對密度1.28（31.5084），加入0.3 6～0.542mm的晶種後繼續蒸發結晶，期間需用熱水殺晶和補加一定量的清液。

放料後，經育晶槽，再離心分離得結晶味精，母液或經脫色後再蒸發結晶，精製收率可達理論量的92%。

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1、調味劑

做調味劑使用時，一般用量為0.2%～0.5%。除單獨使用外，宜與核糖核苷酸和肌苷酸鈉之類核酸類調味料配成復合調味料，以提高效果。谷氨酸鈉是國內外應用最為廣泛的鮮昧劑，與食鹽共存時可增強其呈味作用，與5'-肌苷酸鈉或5'-鳥苷酸鈉一起使用，更有相乘的作用。

谷氨酸鈉具有強烈的肉類鮮味，味精用水稀釋至3000倍仍可感覺到鮮味，廣泛用於家庭，飲食業、食品加工業（湯、香腸、魚糕、辣醬油、罐頭等）。鳥苷酸鈉與谷氨酸鈉同時使用，具有協同作用，能提高鮮味，又稱助鮮劑或強力味精。

2、醫葯用生化試劑

谷氨酸廣泛存在於動植物的機體中，是食品中天然存在的營養成份。谷氨酸食用後，有96%在體內被吸收，其餘氧化後在尿中排出。

谷氨酸雖然不是人體必需的氨基酸，但在氮代謝中與酮酸發生氨基轉移作用，能合成其它氨基酸。谷氨酸有降低血液中毒素的作用。當肝功能受損時，血液中含氨量增高，引起嚴重的氮代謝紊亂，導致肝昏迷，而谷氨酸能與氨起作用，降低血液中氨的含量。

另外，腦組織只能氧化谷氨酸，而不能氧化其他的氨基酸。當葡萄糖供應不足時，谷氨醯胺能起腦組織的能源作用，因此谷氨酸對改進和維持腦機能是必要的。此外，醫葯上用於預防肝昏迷，防止癲癇也可用作腦營養劑。

3、有機合成中間體

在工業上可用作有機合成中間體，但在世界年產量中，這種用途占的比重極小，如應用於助劑、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各個領域。

參考資料來源網路-谷氨酸鈉

3. 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

4. 微生物發酵產物離子交換提取法原理

90、穩態：神經系統、體液和免疫系統調節下，內環境的相對穩定
溫度、pH、滲透壓，水、無機鹽、血糖等化學物質含量
血漿 7.35—7.45 緩沖對 NaHCO3/H2CO3 Na2HPO4/NaH2PO4
2/3細胞內液 組織液

91、65%體液 1/3細胞外液 血漿 淋巴
（內環境） 不是血液 血液>血漿>血清
食物 排尿
92、體內水來源 飲水 水排出途徑 出汗 皮膚
代謝水（有氧呼吸）面蟲、駱駝 呼氣 肺
（氨基酸脫水縮合） 排遺 消化道
93、K不吃也排 不經過出汗排
腎上腺分泌醛固酮（固醇） 保Na排K
高溫工作、重體力勞動、嘔吐、腹瀉→→應特別注意補充足夠的水、Na（食鹽）
細胞外液滲透壓下降，出現四肢發冷、血壓下降、心率加快
K對細胞內液細胞滲透壓起決定作用，維持心肌緊張、心肌正常興奮性 K心
94、血糖三來源（食物、分解、轉化） 三去向
糖的主要功能：供能
胰島素 唯一降血糖激素；增加糖的去路，減少糖的來源 胰高血糖素、 腎上腺素 升血糖
胰高血糖素促進胰島素分泌，胰島素卻抑制胰高血糖素分泌
血 糖 升 高
↓ ↑ ↑
下丘腦某區域→胰島B細胞 胰高血糖素↑ 腎上腺素↑
↓ ↑ ↑
胰島素↑ 胰島A細胞 腎上腺髓質
↓ ↑ ↑ 下丘腦另一區域
血 糖 降 低
<50-60 低早 <45 低晚 >130高 >160-180糖尿
一次性攝糖過多，暫時尿糖 持續糖尿不一定糖尿病，如腎炎重吸收不行
糖尿病 血糖高且有糖尿 驗尿驗血 三多一少症狀？
不吃少吃多吃含膳食纖維多的粗糧和蔬菜
95、營養物質：
蛋白質不足：嬰幼兒、兒童、少年生長發育遲緩、體重過輕 成年人浮腫
提供能量
營養物質功能 提供構建和修復機體組織的物質
提供調節機體生理功能的物質
維生素：維持機體新陳代謝、某些特殊生理功能

VA：夜盲症
維生素 VB：腳氣病
VC：壞血病
VD：佝僂病、骨軟化病、骨質疏鬆症
96、溫度感受器分為冷覺感受器和溫覺感受器（分布皮膚、粘膜、內臟器官）
體溫來自代謝釋放熱量（不是ATP提供），體溫恆定是產熱量，散熱量動態平衡結果
寒冷 炎熱
↓ ↓
皮膚冷覺感受器 溫覺感受器 血管
↓傳入神經 ↓ 立毛肌
下丘腦體溫調節中樞 下丘腦 骨骼肌
傳出神經 ↓ 汗
皮膚血管收縮 骨骼肌戰粟（產能特多） 血管舒張
皮膚立毛肌收縮 皮膚立毛肌收縮 汗液分泌增多
↓雞皮疙瘩 腎上腺素↑
縮小汗毛孔 甲狀泉激素↑
減少散熱 增加產熱 散熱量增加 不能減少產熱
調節水分、血糖、體溫
97、下丘腦 分泌激素：促激素釋放激素 抗利尿激素
感受刺激：下丘腦滲透壓感受器
傳導興奮：產生渴覺
第一道防線：皮膚、粘膜等
非特異性免疫（先天免疫）第二道防線：體液中殺菌物質、吞噬細胞
98、免疫 特異性免疫（獲得性免疫） 第三道防線：體液免疫和細胞免疫
在特異性免疫中發揮免疫作用的主要是淋巴細胞
淋巴細胞的起源和分化：胸腺—T 骨髓—B
免疫細胞：B、T
免疫系統的物質基礎 免疫器官：扁桃體、淋巴結、脾
免疫物質：抗體、淋巴因子（白介素、干擾素）
99、抗原特點：①一般異物性 但也有例外：如癌細胞、損傷或衰老的細胞
②大分子性
③特異性 抗原決定簇（病毒的衣殼）
100、體液免疫： 記憶細胞
↓ ↓再次受相同抗原刺激
抗原→→吞噬細胞→→T細胞→→B細胞→→→效應B細胞→→→抗體
↑ （攝取處理） （呈遞） （識別）
感應階段 反應階段 效應階段
效應B細胞產生：抗體(免疫球蛋白)、抗毒素、凝集素
效應T細胞產生：淋巴因子、干擾素、白細胞介素
識別抗原：B細胞、效應T細胞、記憶B/T
效應B細胞獲得有三途徑（直接、間接、記憶）
記憶細胞受相同抗原再次刺激後引起的二次免疫反應：更迅速、更強
再次接受過敏原（概念）
過敏反應 抗體分布 細胞表面
組織胺：體液調節
101、免疫失調引起的疾病 自身免疫疾病：風濕…類風濕…系統性紅斑狼瘡
先天性：先天性胸腺發育不全
免疫缺陷病 獲得性：艾滋病、肺炎、氣管炎
（人類免疫缺陷病毒） HIV↓攻擊T細胞
（AIDS） 獲得性免疫缺陷綜合症
102、色素吸收、傳遞、轉換光能 色素不能儲存光能
蛋白質、氨基酸也不能儲存
少數特殊狀態葉綠素a 最終電子供體：水
高能量、易失電子 光能→ 電能 最終電子受體:NADP+
103、C4植物：玉米、高梁、甘庶、莧菜
既C3又C4 CO2固定能力強 先CO2+C3→C4
C3、C4葉肉細胞都含正常葉綠體
選修 C3維管束鞘細胞無葉綠體
圖 C4維管束鞘細胞含無基粒的葉綠體 不進行光反應
(P29) C4植物花環型結構 里圈：維管束鞘細胞 外圈：部分葉肉細胞
降低呼吸消耗 增加凈光合量
104、提高產量 延長光合作用時間 光：光質、強度、長短
提高農作物對 增大光合作用面積 溫度：影響酶的活性
光能利用率 提高光合作用效率 水
礦質元素 N、P、K、Mg
CO2 農家肥、CO2發生器
105、生物固氮：N2 → NH3
根瘤菌的特異性：蠶豆根瘤菌侵入蠶豆、菜豆、豇豆；大豆根瘤菌侵入大豆。
N素
根瘤菌 有機物 豆科植物 異養需氧
共生固氮菌 根瘤 薄壁細胞 愈傷組織
固氮菌 自生≠自養 根瘤菌拌種 豆科植物綠肥
自生固氮菌：圓褐固氮菌（固氮+激素）
生物固氮（主：根瘤菌） 工業固氮 高能固氮
106、N循環 硝化、反硝化、氨化作用
反硝化：氧氣不足NO3-→N2
自生固氮菌的分離原理：無氮培養基對固氮菌的選擇生長
物質基礎：線粒體、葉綠體中的DNA（質基因）
…線粒體
107、細胞質遺傳 典型代表 …葉綠體 花斑植株→三種
特點 母系遺傳（受精卵中的細胞質幾乎全來自卵細胞）
後代性狀不出現一定分離比
（形成配子時，質基因不均等分配）
編碼區：編碼蛋白質 連續的
原核細胞 非編碼區 編碼區上游：RNA聚合酶結合位點
基因結構 調控 編碼區下游
108、基因的結構 真核細胞 非編碼區
基因結構 編碼區 內含子：非編碼序列
外顯子：能編碼蛋白質內含子>外顯子
原核基因無外顯子內含子之說
主要分布於微生物
剪刀：限制性內切酶 特異性（專一性）
（200多種） 獲得粘性末端
109、基因的操作工具 針線：DNA連接酶：扶手（磷酸二脂鍵）不是踏板（氫鍵）
條件①復制保存②多切點③標記基因
種類：質粒、病毒
運輸工具：運載體 ①染色體外小型環狀DNA
②存在於細菌、酵母菌
質粒特點 ③質粒是常用的運載體
④最常用：大腸桿菌
⑤對宿主細胞的生存無
基因工程 (基因拼接技術、DNA重組技術、轉基因技術) 決定性作用
直接分離 常用鳥槍法
提取目的基因 人工合成（反轉錄法、根據已知AA序列合成DNA）
目的基因與運載體結合 同一種限制酶
110、基因操作步驟 將目的基因導入受體細胞→細菌、酵母菌、動植物
CaCl2處理細胞壁 （ 受精卵好 繁殖速度快）
目的基因的檢測和表達：標記基因、目的基因是否表達？
逆轉錄 鹼基互補配對
mRNA 單鏈DNA 雙鏈DNA
推測 推測 合成
氨基酸序列 mRNA序列 DNA鹼基序列 目的基因
葯（胰島素、干擾素、白細胞介素、乙肝疫苗）
111、基因工程的成果 治病：基因診斷與基因治療（基因替換）
新品種（轉基因） 食品工業（食物）
環境監測（DNA分子雜交 探針）
生物固氮、基因診斷、基因治療、單細胞蛋白（微生物菌體本身）、
單克隆抗體、生物導彈（單抗+抗癌葯物）
112、 間接聯系 核心 核膜
高爾基體 內質網 細胞膜
線粒體膜
間接（具膜小泡） （內吞外排說明雙向）
分泌蛋白：抗體、蛋白質類激素、胞外酶（消化酶）等分泌到細胞外
粗面內質網上的核糖體 內質網運輸加工 高爾基體加工 成熟蛋白質 胞外
113、生物膜系統（不等於生物膜）：細胞膜、核膜及由膜圍繞而成的細胞器
離體→營養物質+激素 適宜溫度+無菌
植物組織培養 離體→愈傷組織→根芽（胚狀體）→植物體
選無病毒 尖（生長點） 紫草素
114、植物細胞工程 兩種不同→雜種細胞→新植物體
植物體細胞 去掉細胞壁→原生質體→雜種細胞→新植物體
雜交 種間存在生殖隔離 不能有性雜交
好處：克服遠源雜交不親和障礙 培育新品種
是其它動物細胞工程技術的基礎
動物細胞培養 液體培養基：動物血清
115、 動 取自動物胚胎或出生不久的幼齡動物的器官或組織
物 用胰蛋白酶處理
細 原代培養→傳代培養（細胞株→細胞系 遺傳物質發生改變）
胞 滅活的病毒做誘導劑+物理、化學方法
工 動物細胞融合 最重要用途：制備單克隆抗體
程 理論基礎：細胞膜的流動性
單克隆抗體→指單個B淋巴細胞經克隆形成的細胞群產生的化學性質單一、特異性強的抗體（優點：特異性強、靈敏度高）。每一個B淋巴細胞只分泌一種特異性抗體（共百萬種） *雜交瘤細胞 *生物導彈
116、微生物包含了除植物界和動物界以外的所有生物
質粒（小型環狀DNA）控制抗葯性、固氮、抗生素生成
核區（大型環狀DNA）控制主要遺傳性狀 有的細菌有莢膜、芽孢、鞭毛
碳源：無機/有機碳源 自養/異養
117、 微生物生長 氮源：加不加額外的氮源
所需的營養物質 生長因子：（維生素、氨基酸、鹼基→構成酶和核酸）
水：
無機鹽：
固體培養基：分離、鑒定、計數
物理性質 半固體培養基：運動、保藏菌種
液體培養基：工業生產
118、培養基 天然培養基：工業生產
化學性質 合成培養基：分類鑒定
選擇培養基 青黴素→選出酵母菌、黴菌等真菌
用途 NaCl：金黃色葡萄球菌
鑒定培養基：伊紅美藍→大腸桿菌→深紫色和金屬光澤
自己設計實驗：把混合在一起的圓褐固氮菌、硝化細菌、大腸桿菌區分開，並篩選純種。

酶合成的調節 誘導酶：基因和誘導物控制
119、微生物代謝調節 酶活性的調節 結構改變 可逆 快速 准確
必需物質，一直產生 氨基酸、核苷酸、維生素
初級代謝產物 無種的特異性 多糖、脂類
120、代謝產物 非必需物質，一定階段 抗生素、毒素
次級代謝產物 有種的特異性 四素 色素、激素
121、微生物群體生長曲線： 3

2 4
1

（1）調整期：代謝活躍，開始合成誘導酶 初級代謝產物收獲的最佳時期
（2）對數期：形態和生理特性穩定，代謝旺盛；科研用菌種，接種最佳時期
（3）穩定期：次級代謝產物收獲最佳時期，芽孢生成（種內斗爭最劇烈）
及時補充營養物質，可以延長穩定期
（4）衰亡期：多種形態，出現畸形，釋放次級代謝產物 生存環境惡劣
與無機環境斗爭最激烈的是4衰亡期。
營養物質消耗有害代謝產物積累PH不適宜導致3.4時期的出現。
注意：前三個時期類似「S」型增長曲線，但是多了衰亡期
122、影響微生物生活的環境因素
PH值：影響酶的活性、細胞膜的穩定性，從而影響微生物對營養物質的吸收
溫度：影響酶和蛋白質的活性
O2濃度：產甲烷桿菌
123、高壓蒸汽滅菌法：1/5、1/2、2/3、75% 由里向外、細密、不重復
溶化後分裝前必須要 調節pH
細菌培養的過程：培養基的配製→滅菌→擱置斜面→接種→培養觀察
實例：谷氨酸發酵（黃色短桿菌、谷氨酸棒狀桿菌）
概念：
菌種選育：誘變育種、基因工程、細胞工程
培養基的配製：成分、比例，pH適宜
124、發酵工程 內容 滅菌：去除雜菌
擴大培養和接種：菌種多次培養達到一定數量
發酵過程：（中心階段）控制各種條件，生產發酵產品
分離提純 菌體：過濾、沉澱（單細胞蛋白即微生物菌體本身）
代謝產物：蒸餾、萃取、離子交換
應用 醫葯工業：生產葯品和基因工程葯品
食品工業：傳統發酵產品、食品添加劑、單細胞蛋白等
125、 C/N=4/1 菌體大量繁殖但產生的谷氨酸少(P79)
記住 C/N=3/1 菌體繁殖受抑制，但谷氨酸的合成量大增
溶氧不足： 產生乳酸或琥珀酸
pH呈酸性： 產生乙醯谷氨醯胺（P95）
專家提供：