谷氨酸等电结晶工艺的探讨

赵兰坤，董吉子，李树标

（1.宝鸡阜丰生物科技有限公司，陕西 宝鸡 721013；2.山东阜丰发酵有限公司，山东 莒南 276600；3.呼伦贝尔东北阜丰生物科技有限公司，内蒙古自治区 扎兰屯 162650）

谷氨酸，作为味精的生产原料，近几年产量逐年递增，企业在追求利润的同时为了增创收益，不断降低成本，减少水、电、汽等能源的消耗。综合考虑生产成本、产品质量和设备投资等多方面因素，靠优化工艺及设备的创新改进水平来提高各率值已经很难进一步上升。目前，发酵工业，最应引起注重的是从根本出发，研究其本质，究其根源进行探索，发现并提出创新，来提高自身收益。因此从谷氨酸的等电结晶原理入手，对其工艺参数进行优化，对影响晶体质量的几种因素进行探索。

1 晶型对结晶收率的影响

晶体是有一定几何形状，一定颜色的固体。晶体上的物质质点贮存的能量最小 （对比与其他状态），质点只能在晶体上的一定位置振动，而且振动的平均位置不变，保持晶格不被破坏，因此，晶体是一种稳定的固体状态。谷氨酸工业结晶过程中，控制合理的调酸速率、结晶温度及晶种添加，是实现高提取收率、高结晶质量的关键。

谷氨酸结晶的两种形态α-Glu和β-Glu中β晶型是相对稳定的形态，在纯的谷氨酸体系中，液相运动中的谷氨酸分子形成β晶型时会释放出比形成α晶型更多的能量，因此β晶型更稳定。但β晶型的溶解度也较低，结晶细小，密度小，表面较容易粘连杂质，不易与固相分离，因此，等电工艺过程中，要避免出现β晶型，而α晶型颗粒粗壮，密度大，纯度高，容易与固相分离，因而，等电提取的最终目的是α晶型谷氨酸颗粒。α晶型是能量尚未释放完全的过渡晶体形态，它的不稳定会导致溶液中α晶型直接向β晶型的转变，由于此过程不消耗任何试剂，因此，对α晶型进行转变为β晶型谷氨酸，可以将等电晶体的杂质去除，得到纯度更高的谷氨酸晶体。此种方法为目前最为常见的技术手段。

2 对影响成晶的因素分析

谷氨酸结晶过程主要通过pH及降温两个参数调节过饱和度进行结晶，合理控制调酸速率、适时添加晶种及合理调整降温速率能够很好的控制晶体质量。连续结晶过程中谷氨酸结晶的过饱和度、晶浆悬浮密度和温度等因素对谷氨酸结晶也有一定的影响，有实验表明，温度在30℃下，连续结晶过程的停留时间为12 h、进料浓度为8%、晶浆悬浮密度为15%时得到的谷氨酸晶体质量相对较好。研究表明，根据等电调节过程中溶液过饱和度的变化程度不同而进行不同的pH调节以及采用在湍流区不断补加料液的方式对谷氨酸的结晶效果较为有利，同时在能够抑制β型晶体产生条件下，适当提高结晶温度有利于提高晶体的颗粒大小并且晶体较规则、均一性较强。如果加酸速度恰好使等电点的谷氨酸分子量满足加入晶种表面生长速率所需的谷氨酸分子量，则所成晶体将主要是晶种在介稳区内逐渐生长而成的最终产品。搅拌强度对结晶也有很大影响，搅拌效果较差时，出现的β-型晶体较多，晶体平均粒径随着搅拌强度和搅拌时间的增加而呈减小趋势。较小的搅拌强度和较快的加酸速度均会使晶体的聚结程度加大，降低产品的外观和质量。如果加酸速度过快或者搅拌不均一，导致局部pH过低，那么结晶将处于不稳定区，从而产生更多的新晶核，所形成晶型颗粒大小不均一，甚至会有β晶体出现。

3 等电过程中杂菌对收率的影响

保证发酵液在丰产的同时能够丰收，不仅发酵过程要控制杂菌的生长，提取过程更是要提高对杂菌的警惕性，防止杂菌趁机繁殖，降低成品收率。在连续等电过程中，很容易出现结晶罐的染菌现象。有研究对从污染了杂菌的连续等电结晶罐中分离得到的野生酵母菌株进行了初步鉴定，结果表明，该酵母属于假丝酵母属。实验发现，该假丝酵母的增殖会随等电调节过程pH值的下降而逐步受到抑制，但依靠维持低pH并不能有效地防治其污染，温度对该假丝酵母生长的影响较显著，超过50℃时其生长就会明显受到抑制，但是较高的温度对谷氨酸的提取是不利的。通过调节连续结晶过程的停留时间，使其小于该假丝酵母的倍增时间9～12 h时，该假丝酵母的比生长速率就会小于临界稀释速率，在连续结晶过程中逐渐被洗脱出结晶罐，从而可以防治其在谷氨酸结晶过程中的污染。

生产过程中要严格控制杂菌数目，抑制杂菌的生长，加强空间菌落普查，对空间进行定期有效的消毒等等都是行之有效的措施。

随着谷氨酸行业产量的扩大和发酵水平的不断提高，积极探索生产原理，从根本源头积极创新、节能降耗，才能更有利占有市场，力争创造国家利益与企业利益的双赢。