离子交换法提取谷氨酸
谷氨酸离子交换层析
一、实验目的
1.学习用阳离子交换树脂柱分离氨基酸的操作方法和基本原理。
2.掌握离子交换柱层析法的基本操作技术。
二、实验原理
离子交换法提取谷氨酸是利用离子交换树脂对发酵液中谷氨酸与其它同性离子吸附能力的差别，将这些离子选择性地吸附到树脂上，然后用洗脱剂先后洗脱，从而得到谷氨酸。
谷氨酸是一种两性电解质，其等电点为pH3.22.当pH＞3.2时，谷氨酸的羧基离解，带负电荷，当pH＜3.2时，谷氨酸带正电荷，呈阳离子状态，它能被阳离子交换树脂交换吸附。
三、仪器与试剂
(一)实验器材
(1)玻璃层析柱
(2)试管
(3)移液管
(4)恒压洗脱瓶
(5)部分收集器
(6)水浴锅
(7)分光光度计
(8)电炉
(二)材料与试剂
(1)苯乙烯磺酸钠型树脂(100~200目)
(2)2mol/L盐酸溶液
(3)2mol/L氢氧化钠溶液
(4)标准氨基酸溶液：将天门冬氨酸和赖氨酸分别配成2mg/mL的0.1mol/L 盐酸溶液。
(5)显色剂：2克水合茚三酮溶于95%乙醇中，加水至100毫升。
四、操作步聚
(1)树脂的准备：树脂过夜浸泡，使树脂膨胀，加2mol／L NaOH至上述树脂中搅拌2h，倾弃碱液，用蒸馏水洗涤至中性。
加25ml 12mo1／L HCl搅拌2h，倾弃酸液，用蒸馏水充洗涤树脂至中性。
（2)层析柱的准备：将强酸性阳离子交换树脂用HCl处理成H+型后洗至中性，搅拌1小时后装入层析柱，使之自然降沉到一定高度。
(3)加样分离：将液面缓慢放至贴近层析柱表面，由柱上端仔细加入pH4.5的发酵液离心液3毫升，同时开始收集流出液。
每管收集1毫升，测量收集液pH，洗脱液加入速度控制在0.5ml/min，当样品液弯月面靠近树脂顶端时，立即加入发酵液。
如此重复，不断测量收集液的PH值，直至树脂吸附饱和。
（4）洗脱，加样完毕后，用滴管小心注入60℃4%（或2%）氢氧化钠溶液(切勿搅动床面)。
用试管收集洗脱液，每管收集1毫升，同时测量收集液pH，直至收集液的pH值达到9为止。
(4)氨基酸的鉴定：向各管收集液中加入1毫升水合茚三酮显色剂并混匀，在沸水浴中加热15分钟，冰水浴冷至室温在570nm测定光密度值。
以收集液的体积为横坐标，以吸光度值A为纵坐标，绘制洗脱曲线。
五实验报告结果要写的
1.上柱时收集液的PH变化曲线
2.洗脱时收集液的PH变化曲线。
生物工程氨基酸工艺学考试试题
1.目前国内谷氨酸提取工艺主要有；等电点法、离子交换法和等电点-离子交法。
2.谷氨酸等电点为pH3.22 ，其溶解度受温度影响较大（较大、较小），其结晶型有2种，分为α-型结晶和β-型结晶，其中不易沉降分离的是β-型结晶型。
3.国内谷氨酸生产的碳源原料主要有淀粉糖和糖蜜两类，国内谷氨酸产生菌大多数为生物素（维生素H 或VH）缺陷型4.在生物合成氨基酸途径中，谷氨酸是谷氨酰胺（Gln）/鸟氨酸（Orn）/瓜氨酸（Cit）/精氨酸（Arg）（填氨基酸的名称，一种即可，下同）的前体，苏氨酸是异亮氨酸（Ile）的前体;.分枝酸是色氨酸（Trp）的前体。
5.谷氨酸的实际生产中，要求上柱发酵液的pH值控制在5.0～5.5 即可；上柱时，逆上柱流速控制在2～3 m3/(m3·h)，顺上柱流速控制在1.5～2. 0 m3/(m3·h)，同时注意控制流出的谷氨酸的量不要超过0.2 %，避免漏吸现象的发生。
6.氨基酸发酵产生菌种选育时，常规育种中一采用黄色短杆菌和谷氨酸棒杆菌为出发菌株。
7.要提高谷氨酸发酵产率，可以从选育高产菌种、采用流加液氨培养二级种子、采用大种量、高生物素、高初糖、连续流加高浓度糖的发酵工艺、通电发酵法、改进发酵设备、应用先进的计量和自控技术实现在线显示及自动操作等几个方面进行。
8.天冬氨酸族氨基酸生物合成共同途径上的第一个关键酶是天冬氨酸激酶（AK），在E.coli中，此酶由 3 种同工酶组成；从合成调节机制上看，天冬氨酸族氨基酸优先合成蛋氨酸（Met）；在苏氨酸合成途径中，苏氨酸反馈抑制高丝氨酸脱氢酶（HD）三.名词解释（每题2分，共12分）1.末端产物阻遏:是指由某代谢途径末端产物的过量累积时而引起的反馈阻遏，是一种较为重要的反馈阻遏。
2.代谢调控:在发酵工业中，为了大量积累人们所需要的某一代谢产物，常人为地打破微生物细胞内的自动代谢调节机制，使代谢朝人们所希望的方向进行。
谷氨酸工艺原理及控制
•
（3）谷氨酸合成酶（GS）催化的反应
以上三个反应中，由于在谷氨酸生产菌中谷氨酸脱氢酶的活力 很强，因此还原氨基化是主导反应。
谷氨酸生物合成的理想途径
• 由葡萄糖生物合成谷氨酸的理想途径如图1所示
谷氨酸生物合成的代谢途径
四·发酵工艺流程 谷 氨 酸 的 生 产 工 艺 流 程
1.发酵条件的控制
•
pH 谷氨酸产生菌的最适生长pH一般为6.5~8.0，在丌 同的収酵阶段，谷氨酸对pH的要求丌同，因此需要分别加 以控制。収酵前期，幼龄菌对氮的利用率高，pH发化大， 一般控制pH在7.3左右，如果pH偏低，则菌体生长旺盛， 营养消耗快，菌体转入正常代谢，繁殖菌体而丌产谷氨酸， 如果pH过高，则抑制菌体生长，糖代谢缓慢，収酵时间延 长。収酵中期控制pH在7.2左右，収酵后期在7.0，在将近 放罐时，为了后序提叏谷氨酸，可控制pH在6.5~6.8范围内。 谷氨酸収酵过程pH的调节方法主要有：添加碳酸钙法，尿 素流加法，液氨流加法。第一种方法在工业上幵丌适用。 由于液氨作用快，对pH影响大，易于实现自动控制连续流 加，因而目前工业上普遍采用液氨流加法。
2.噬菌体与杂菌的防治
• 谷氨酸収酵过程中，污染噬菌体后，一般会出现“二 高三低”，即pH高、残糖高；OD值低、温度低、谷氨酸 产量低。収酵前期污染噬菌体通常表现为：吸光度下降； pH上升到8.0以上；耗糖缓慢戒停止；产生大量泡沫，収 酵液黏度大，甚至可拔丝，収酵液収红収灰，有刺激性气 味；谷氨酸产量少戒丌产酸；镜检菌体少，形状丌规则； 平板检查有噬菌斑OD420>>OD650；精致中和时，色素深泡 沫大，成品色重透光差收率低。収酵后期污染噬菌体对产 酸影响丌大，甚至会提高产酸量，但由于噬菌体污染，収 酵液拈、色素重、泡沫大，难于中和和过滤，会严重影响 等电点收率和谷氨酸质量，若丌迚行有效处理，有可能造 成污染前移。对于前期収酵的噬菌体污染，可采叏如下措 施：幵罐法，菌种轮换戒使用抗性菌株，放罐重消，罐内 灭噬菌体法。
谷氨酸的发酵和提取工艺综述
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。
氨基酸类药物的发酵生产—谷氨酸的发酵生产
生物素的来源：氨基酸生产上可以作为生物素来源的原料 有玉米浆、麸皮水解液、糖蜜及酵母水解液等，通常选取 几种混合使用。例如，许多工厂选择纯生物素、玉米浆、 糖蜜这三种物质来配制培养基。各种原料来源及加工工艺 不同，所含生物素的量不同。玉米浆含生物素500μg/kg， 麸皮含生物素300μg/kg，甘蔗糖蜜含生物素1500μg/kg。
操作简单 周期长，占地面积大。
直接常温等电点法工艺流程
发酵液
起晶中和点（pH4-4.5) 育晶（2h）
盐酸
菌体及细小的 谷氨酸晶体
等电点搅拌pH3-3.22 静置沉降4-6h 离心分离
成品
母液
干燥
湿谷氨酸晶体
2、离子交换法
可用阳离子交换树脂来提取吸附在树脂上的谷氨 酸阳离子，并可用热碱液洗脱下来，收集谷氨酸 洗脱流分，经冷却、加盐酸调pH 3.0～3.2进行结 晶，之后再用离心机分离即可得谷呈棒形或短杆形； 革兰氏阳性菌，无鞭毛，无芽孢；不能运动； 需氧性的微生物； 生物素缺陷型； 脲酶强阳性； 不分解淀粉、纤维素、油脂、酪蛋白、明胶等；
发酵中菌体发生明显形态变化，同时细胞膜渗透性改变； 二氧化碳固定反应酶系强； 异柠檬酸裂解酶活力欠缺或微弱，乙醛酸循环弱； α-酮戊二酸氧化能力微弱； 柠檬酸合成酶、乌头酸酶、异柠檬酸脱氢酶、谷氨酸脱氢酶活
有机氮丰富有利于长菌，因此谷氨酸发酵前期要 求一定量的有机氮，通常在基础培养基中加入适 量的有机氮，在发酵过程中流加尿素、液氨或氨 水来补充无机氮。
（3）无机盐
磷酸盐 ：工业生产上可用K2HPO4·3H2O、KH2PO4、 Na2HPO4·12H2O、NaH2PO4·2H2O等磷酸盐，也可用磷酸。 过高：代谢转向合成缬氨酸。 过低：菌体生长缓慢。
生物技术题库含参考答案
生物技术题库含参考答案一、单选题（共70题，每题1分，共70分）1、蛋白质生物合成中的rRNA的作用是( )A、运输氨基酸B、决定氨基酸排列顺序C、提供遗传密码D、提供蛋白质合成场所正确答案：D2、菌膜是微生物（）培养特征A、固体平板B、固体斜面C、液体表面D、明胶穿刺正确答案：C3、下列关于转基因植物的叙述。
正确的是( )A、转抗虫基因的植物,不会导致昆虫群体抗性基因频率增加B、动物的生长激素基因转入植物后不能表达C、如转基因植物的外源基因来源于自然界,则不存在安全性问题D、转入到油菜的抗除草剂基因,可能通过花粉传入环境中正确答案：D4、蛋白质在酶的作用下可完全水解成A、蛋白质B、氨基酸C、多肽D、氨基酸与多肽正确答案：B5、脂酰CoAβ-氧化的反应顺序是A、脱氢、加水、硫解、再脱氢B、硫解、再脱氢、脱氢、加水C、脱氢、加水、再脱氢、硫解D、脱氢、硫解、加水、再脱氢正确答案：C6、决定病毒传染性的主要在于（）A、核酸B、包膜C、衣壳D、蛋白正确答案：A7、乙酰辅酶A的去路不包括A、合成脂肪酸B、氧化供能C、合成胆固醇D、转变为葡萄糖正确答案：D8、消毒一般不能杀死（）A、酵母B、细菌C、芽孢D、营养细胞正确答案：C9、在分子生物学邻域，分子克隆主要是指A、DNA的大量复制B、DNA的大量转录C、DNA的大量剪切D、DNA的大量逆转录正确答案：A10、紫外线照射造成的DNA损伤并形成二聚体主要发生在下列哪一对碱基之间A、A-TB、T-TC、T-CD、C-C正确答案：B11、菌体生长繁殖过程中产生的热是内在因素,称为( ),是不可改变的。
A、生物热B、搅拌热C、蒸发热D、辐射热正确答案：A12、淀粉经过水解转化为以( )为代表的单糖。
A、果糖B、葡萄糖C、蔗糖D、麦芽糖正确答案：B13、普通培养基灭菌是在（）℃下维持二十分钟。
A、110℃B、160℃C、121℃D、100℃正确答案：C14、DNA在温度达到T m时A、活性丧失50%B、50%的DNA降解C、50%的DNA沉淀D、50%的DNA解链正确答案：D15、氨基酸在体内的主要去路是A、合成组织蛋白B、合成核苷酸C、氧化分解D、合成糖原正确答案：C16、用液氮长期保藏菌种是因为液氮温度可达（），远远低于微生物新城代谢作用停止的温度。
制备l-谷氨酸的方法
制备l-谷氨酸的方法1.可以采用蛋白质水解法和合成法生产谷氨酸，但发酵法是生产谷氨酸的主要方法。
发酵生产谷氨酸的碳源是薯类、玉米、木薯淀粉、椰子树淀粉等淀粉的水解糖或糖蜜，也可以是乙酸、液态石蜡（C16石蜡最好）及其他石油化工产品，碳源用以构成微生物细胞和代谢产物中的碳架和能源的营养物质。
氮源是铵盐、尿素等，氮是构成菌体细胞蛋白质和核酸等的主要元素，氮也是构成发酵产品谷氨酸氨基的主要组成元素。
其他辅助原料为无机盐类，维生素等，例如微生物需要适宜的磷浓度，镁是刺激菌体生长的无机激活剂，钾盐促进产酸，玉米浆提供生物素和有机氮源。
此外还包括各种促进剂和添加剂。
生产菌是短杆菌（Brevibacterium)、北京棒杆菌（Corynebacterium pekinensis)等。
于大型发酵罐中，通气搅拌发酵，温度30-34℃，pH>7-8，经30-40h发酵后，除去细菌，将发酵液中谷氨酸提取出来，精制后即为成品，上述流程中采用等电点法提取，也可采用离子交换法、盐酸盐法、直接浓缩法（以乙酸为原料时）等。
发酵法生产的产品为左旋谷氨酸，含量大于98%。
每吨谷氨酸消耗淀粉（80%）4000kg，菌种25kg。
合成法的优点是不消耗粮食，但生产过程需要高压（约20MPa）、高温（120℃以上），采用有毒原料，设备投资比发酵法高出一倍，得到的消旋谷氨酸还要进拆分，生产工艺复杂。
按生产1t 99%的谷氨酸钠（味精）计算，合成法消耗丙烯腈640kg，年产量在5000t以上时，生产成本与发酸法接近。
2.发酵法。
3.化学合成法。
4.本品主要用发酵法生产。
以糖蜜或淀粉为原料，用谷氨酸棒杆菌或小球菌或节杆菌作菌种，以尿素为氮源，在30～32℃下进行发酵，发酵完毕，将发酵液分离出菌体后，用盐酸调节ph值至3.0时，作等电点提取，经分离得谷氨酸结晶，母液中的谷氨酸再经732离子交换树脂提取，经结晶、烘干，得成品。
5.烟草：BU，22；FC，21；左旋体可由动植物蛋白质经水解后再经脱色、浓缩、结晶而得。
谷氨酸生产工艺
生物工程专业综合实训（2016 年 11 月谷氨酸生产工艺摘要：谷氨酸做为一种人体所必须的氨基酸，在生命的生理活动周期中具有很大的作用。
不仅参与各种蛋白质的合成，组成人体结构，还做为味精可以给我们带来味蕾上的享受。
现代生产谷氨酸的工艺主要是利用微生物发酵提取而来.不同的发酵方法和不同的发酵条件会造成产量的很大不同.本次谷氨酸的生产工艺,主要是掌握发酵方法和发酵条件的控制,还有各种仪器的使用方法。
通过测得的数据来观察菌种的生长变化,同时谷氨酸发酵工艺各个工段的原理和使用方法. 关键词：谷氨酸；发酵；工艺；等电点。
引言谷氨酸是一种酸性氨基酸，是生物机体内氮代谢的基本氨基酸之一，在代谢上具有重要意义.不论在食品、化妆品还是医药行业，谷氨酸都有很大的用途。
谷氨酸在生物体内的蛋白质代谢过程中占重要地位，参与动物、植物和微生物中的许多重要化学反应.医学上谷氨酸主要用于治疗肝性昏迷,还用于改善儿童智力发育。
食品工业上，味精是常用的仪器增鲜剂，其主要成分是谷氨酸钠盐。
过去生产味精主要用小麦面筋(谷蛋白）水解法进行,现改用微生物发酵法来进行大规模生产.不论在食品、化妆品还是医药行业，谷氨酸都有很大的用途。
谷氨酸钠俗称味精，是重要的鲜味剂，对香味具有增强作用。
谷氨酸钠广泛用于食品调味剂，既可单独使用,又能与其它氨基酸等并用。
用于食品内，有增香作用。
甘氨酸具有甜味，和味精协同作用能显着提高食品的风味。
谷氨酸作为风味增强剂可用于增强饮料和食品的味道，不仅能增强食品风味，对动物性食品有保鲜作用.一、谷氨酸简介谷氨酸一种酸性氨基酸。
分子内含两个羧基，化学名称为α-氨基戊二酸.谷氨酸是里索逊1856年发现的,为无色晶体，有鲜味,微溶于水，而溶于盐酸溶液，等电点3.22。
大量存在于谷类蛋白质中，动物脑中含量也较多。
谷氨酸在生物体内的蛋白质代谢过程中占重要地位，参与动物、植物和微生物中的许多重要化学反应。
医学上谷氨酸主要用于治疗肝性昏迷,还用于改善儿童智力发育。
离子交换法从发酵液中分离提取谷氨酰胺的试验研究
中 图分类号 ：０ ：６—３ ２ ３
文献标识码 ： Ａ
文 章编号 ：０ ０— ３４ ２ ０ ０ ０ １ １０ ２ ２ （ ０７）２— ２９—０ ６
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摘要 ： 本文介绍 了采 用 Ｄ ３ 离子交换材 料提 取谷氨酰胺 的机理 ， ３０做 并从 ｐ 柱高 、 Ｈ、 柱径 和经过 处理 的树脂对 谷
氨酸上柱的影响展开实验 研究 ， 并得 出相应结论 。Ｄ ３ ３０型树脂其 吸附容量在 ｐ ３ ２时达最大 ， 随高径 的增 加 Ｈ． 并
而成倍增 加 ， 但此 时树 脂利用率较低 只达到 ４ ％左右 ， ０ 而谷胺酰氨 的收率在 ７ ％左右 。未 能达到完 全的分 离 回 ０
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谷氨酸中和技术课件
（三）影响谷氨酸结晶的主要因素 1.发酵液性质对结晶晶型的影响 ① 谷氨酸含量对结晶晶型的影响 若发酵液中谷氨酸含量过低，低于4.5%时，不容易达到过饱和度，即使提取温度很低，所形成晶核数量也不会太多。如果谷氨酸含量较高，在室温条件下已经容易形成β-型结晶，导致分离困难，影响谷氨酸收率，且谷氨酸含水量较大、纯度较低。 ② 菌体对结晶晶型的影响 当带菌体进行等电点提取谷氨酸时，如果菌体数量多，发酵液黏度大，易使结晶形成β-型结晶。 ③ 杂菌和噬菌体结晶晶型的影响 如果谷氨酸发酵感染杂菌和噬菌体，发酵液中胶体物质增多，泡沫多，残糖高，发酵液黏度大，容易形成β-型结晶。 ④ 残糖对结晶晶型的影响 如果发酵液残糖过高，不仅会影响谷氨酸的溶解度，而且易产生β-型结晶。 ⑤ 发酵液杂质对结晶晶型的影响 发酵液的杂质，如消泡剂，糊精、焦糖、蛋白质、色素等杂质，如果过多，对提取带来影响。 2. 温度对结晶晶型的影响 温度越低，析出α-型结晶纯度越高。当等电点调酸时,发酵液温度高于30℃, β-型结晶增加；当温度低于30℃，β-型结晶减少。温度在20℃以下时主要是α-型结晶析出。
（二）谷氨酸的性质 1. 谷氨酸的立体异构 谷氨酸分为L型、D型、DL型三种，在动植物和微生物机体中天然存在的，都是L型谷氨酸，L型谷氨酸是味精的前体。 2. 谷氨酸结晶的特性 谷氨酸结晶具有多晶型性质，在不同条件下会形成不同晶型的谷氨酸结晶。通常分为α-型结晶和β-型结晶两种。 3. 谷氨酸的溶解度 在一定温度下，每100g水中所能溶解谷氨酸的最多克数，称为谷氨酸的溶解度。 ① pH值对谷氨酸溶解度的影响 谷氨酸等电点pH 3.22时，溶解度显著减少到最低点。 ② 温度对谷氨酸溶解度的影响 谷氨酸溶解度受温度影响较大，温度越低，溶解度越小，这是低温等电点法提取谷氨酸的依据。 ③ 杂质对谷氨酸溶解度的影响 发酵液中合有残糖、其它氨基酸、菌体及肢体物质等杂质，这些杂质都会影响谷氨酸的溶解度。
氨基酸的制备流程事例
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