从谷氨酸发酵液直接制取谷氨酸单钠的方法

专利名称：从谷氨酸发酵液直接制取谷氨酸单钠的方法
技术领域：
本发明属于味精行业，特别涉及一种从谷氨酸发酵液(谷氨酸铵)直接制取谷氨 酸单钠(味精)的方法。
背景技术：
味精，学名谷氨酸单钠盐(Monosodium Glutamate,简称为MSG)。味精是一种重要 的食品添加剂，可以丰富和改善食品的风味，广泛用于食品及食品加工行业。我国是味精生 产大国，年产量接近200万吨。味精是由发酵提取的谷氨酸(称麸酸)精制而来，精制过程 是将谷氨酸溶解、用碳酸钠中和、脱色、浓缩结晶、干燥得到成品味精。我国主要以淀粉发酵生产谷氨酸，在发酵过程中不断补加氨维持发酵液的pH维 持在7左右，所得发酵液是谷氨酸铵。发酵结束后，采用等电结晶步骤提取谷氨酸，即用浓 硫酸调节发酵液的PH至谷氨酸的等电点使谷氨酸结晶(简称“等电”)。分离出的谷氨酸 晶体经精制(溶解、中和、脱色、结晶)而成味精。分离出谷氨酸晶体剩余的上清液称为“等 电母液”。目前的工业生产通常采用“等电-离交”工艺(如图1所示)，用离子交换法从等 电母液中提取剩余的谷氨酸，其中等电母液中含有15 20g/L谷氨酸、30 40克/升的硫 酸根和10 15克/升的铵根，pH约为3. 0。工业生产采用的另一个工艺“浓缩-等电”工 艺(如图2所示)是在等电结晶步骤前加入浓缩发酵液的步骤，而对“浓缩-等电”工艺得 到的等电母液不再提取其中的谷氨酸，只是将等电母液分离菌体后直接浓缩制复合肥。无论是“等电-离交”工艺得到的离交废液，还是“浓缩-等电”工艺得到的等电 母液，均含有高浓度的硫酸根和铵，用现有的处理方法会碰到诸多问题。例如，用生物厌氧 和好氧处理时，会受高浓度硫酸铵抑制；硫酸铵本身也难以降解；用来培养酵母时，受高浓 度硫酸铵抑制，酵母的生长速率低；而将其浓缩以生产硫酸铵复合肥或结晶硫酸铵时，能耗 过大，造成二次污染。综上所述，现有的味精生产工艺都经过了谷氨酸的提取阶段，流程长，步骤多，还 产生大量废液。

发明内容
本发明的目的在于克服现有方法生产味精的缺陷，从而提供一种简单的从谷氨酸 发酵液直接制取谷氨酸单钠的方法，该方法采用电渗析方法从谷氨酸(铵)发酵液直接制 取谷氨酸单钠，可以简少味精生产步骤，降低生产成本，减少废液排放，实现清洁生产。本发明提供的从谷氨酸发酵液(谷氨酸铵)直接制取谷氨酸单钠(味精)的方法， 其为采用电渗析方法(六室复分解电渗析技术)，将主要成分是谷氨酸铵的谷氨酸发酵液 通入六室复分解电渗析器的3室，将氯化钠、硫酸钠或硝酸钠水溶液通入5室；最后在2室 中得到产品谷氨酸单钠，在4室中得到副产物氯化铵、硫酸铵或硝酸铵。所述的六室复分解电渗析器，如图3所示的膜堆结构排列，包括两个极室1和6，和夹在其中且被阴离子交换膜A和阳离子交换膜C分隔的若干组2室、3室、4室和5室，其 中，1室为阳极室，2室为产品室，3室为原料室，4室为副产品室，5室为惰性盐室，6室为阴 极 室。与现有技术相比，本发明的方法可从谷氨酸(铵)发酵液中直接制取谷氨酸单钠 (水溶液)，得到的谷氨酸单钠(水溶液)无需传统工艺的中和步骤即可直接进入脱色、浓 缩、结晶步骤。该方法无需传统的用酸调节发酵液PH值以使谷氨酸结晶，避免了由此产生 的大量酸消耗以及提取废液中高浓度硫酸根与铵态氮难以治理的问题。


图1为现有的等电-离交生产谷氨酸工艺流程简图；图2为现有的浓缩_等电生产谷氨酸工艺流程简图；图3为六室复分解电渗析从谷氨酸铵制取谷氨酸单钠的膜堆结构与原理示意图；图4为本发明的六室复分解电渗析从谷氨酸发酵液直接制取谷氨酸单钠的工艺 流程示意图；图5为根据本发明一实施方式的六室复分解电渗析从谷氨酸发酵液直接制取谷 氨酸单钠的工艺流程示意图；其中A阴离子交换膜C阳离子交换膜1阳极室6阴极室2产品室3原料室4副产品室5惰性盐室。
具体实施例方式本发明中采用的六室复分解电渗析器，如图3所示的膜堆结构排列，包括两个极 室1和6，和夹在其中且被阴离子交换膜A和阳离子交换膜C分隔的若干组2室、3室、4室 和5室，其中，1室为阳极室，2室为产品室，3室为原料室，4室为副产品室，5室为惰性盐室， 6室为阴极室。本发明中采用该六室复分解电渗析器进行电渗析与普通电渗析方法相比，从原理 上是相类似的，都是将阴离子交换膜、阳离子交换膜交替排列于正负电极之间，利用带电离 子在外加直流电场作用下的定向迁移(阳离子向阴极迁移，阴离子向阳极迁移)和离子交 换膜的选择透过性能(阳离子可选择透过阳离子交换膜，阴离子可选择透过阴离子交换 膜)，实现电解质的脱除与浓缩。不同之处在于普通电渗析方法使用的电渗析器的膜堆包 含四个室(阴极室、阳极室、浓缩室和淡化室)，只涉及电解质的脱除与浓缩，而不改变其阴 /阳离子构成，不产生新的盐。而本发明中采用的六室复分解电渗析器的膜堆除极室(阴极 室和阳极室)外还包括四个反应室，利用离子交换膜的选择透过性两种电解质在膜堆内发 生复分解反应——互换阴阳离子，从而产生两种新的盐，并同时实现电解质的脱除与浓缩。本发明的从谷氨酸发酵液(谷氨酸铵)直接制取谷氨酸单钠(味精)的方法，其 为采用电渗析方法，于本发明的六室复分解电渗析器中，在1室(阳极室)和6室(阴极 室)通入极室液，一般为无机盐水溶液；在3室(原料室)与5室(惰性盐室)中分别通入主要成分是谷氨酸铵的谷氨酸发酵液和氯化钠、硫酸钠或硝酸钠水溶液(简写为NaX，其中 X表示氯离子、硫酸根、硝酸根等无机阴离子)；在2室(产品室)和4室(副产品室)分别 通入谷氨酸单钠稀溶液和NH4X稀溶液(X为前述惰性盐NaX的酸根阴离子)。在六室复分 解电渗析器运行过程中，定时监测3室中料液的谷氨酸浓度，当谷氨酸浓度降到一定值时， 停止电渗析操作。在外加直流电场驱动下，5室中的Na+与3室中谷氨酸根离子(GliT)分 别跨过阳离子交换膜和阴离子交换膜进入2室，最后在2室中得到产品谷氨酸单钠；3室中 NH4+与5室中Γ分别跨阳离子交换膜与阴离子交换膜进入4室，最后在4室中得到副产物 NH4X ；最后在5室中得到剩余的氯化钠、硫酸钠或硝酸钠水溶液，在3室中得到提取谷氨酸 后的残液。在本发明的一实施方式中，在4室(副产品室)通入稀溶液是为了提高初始反应 阶段的导电性。也可以通入纯水代替，但是初期反应很慢。在本发明的实施方式中，2室与3室的初始液体积比以达到预定的谷氨酸浓缩倍 数为准；4室与3室的初始液体积比以达到预定的副产物NH4X的浓缩倍数为准；5室中料液 的初始体积不做限定，以能在膜堆内正常循环并能给2室提供足量的Na+即可。5室中初始Na+的摩尔浓度与3室中初始GliT的摩尔浓度的比值为1 5 1。进一步可在5室中可以不断补充氯化钠、硫酸钠或硝酸钠的高浓度水溶液或固体 盐，以保持5室中的Na+的摩尔浓度为0. 5mol/L至饱和，以进一步降低电渗析的能耗。所述的“当谷氨酸浓度降到一定值”是指“谷氨酸初始浓度的20%以下”。对工业 应用而言，当然是追求尽量低，最好降低到初始浓度的10%或5%以下，这仅与成本核算有 关，该浓度被降得越低必然所需电耗就越大。实际运行中可以通过一些现有的方法来监测 谷氨酸根的浓度，例如，可以用测量电导、电流的方法来间接测定溶液中的离子浓度，或者 根据经验设定时间。在本发明的实施方式中，在六室复分解电渗析器的2室中可得到浓度为100g/L 150g/L的谷氨酸单钠的水溶液，可直接进入脱色、浓缩、结晶等精制步骤制取味精；4室中 得到浓度为100g/L 200g/L的氯化铵、硫酸铵或硝酸铵水溶液，可用于制造无机肥；3室 中提取谷氨酸后的残液中剩余谷氨酸浓度约为5 30g/L，pH值为3 4，可用于培养饲料 酵母或直接进入生物治理步骤。本发明中的六室复分解电渗析器为常规的一级一段或者多级多段方式。可采用常 规的操作方法，例如，恒流、恒压、变压或变流方式，对电渗析器进行操作。本发明中的六室复分解电渗析器中，极室中的料液组成为常规的工业电渗析器的 极室料液，例如0. 1 0. 5mol/L的氯化钠、硫酸钠或其它钠盐的水溶液；极室的体积为常规 体积，通常以极室料液能在膜堆内正常循环即可。本发明中的六室复分解电渗析器中，包括1 6室在内的各室料液的温度采用常 规电渗析操作的温度，通常不超过5 50°C的范围；各室的流速采用常规流速，通常不超过 0. 1 lOcm/s的范围；电流密度采用常规的电流密度，通常不超过1 200mA/cm2的范围。本发明中的六室复分解电渗析器中的阳离子交换膜和阴离子交换膜为市售产品。作为阳离子交换膜的实例例如日本德山曹达公司生产的NeosebtaCL-2. 5T、 Neosebta CLS-2. 5T，日本旭化成公司生产的Aciplex CK-1、AciplexCK-2，日本旭硝子公 司生产的Selemion CMV、Selemion CSV，美国机械和制造公司(AMF)生产的AMfion C—60、AMfion C-300，美国Ionac化学公司生产的Ionac MC-3142、Ionac MC-3470，美国离子公司 (Ionics)生产的 N印tonCR61AZL183、N印ton CR61AZL065，美国福马科技公司(Fumatech) 生产的 Fumasep FTCM> Fumasep FKS> Fumasep FKB> Fumasep FKL> Fumasep FKE,国家海洋 局二所生产的DS-01、DS-02，晨光化工研究院天原化工厂生产的QF-1，核工业部北京五所 生产的KM，中科院上海原子核研究所生产的F461、F463、F465、NF-1，北京环宇利达环保设备有 限公司生产的JCM-10、JCM-15，山东天维膜技术公司生产的ACM，核工业部北京五所生产的 CMB,或上海上化水处理材料有限公司生产的3361BW。作为阴离子交换膜的实例例如日本德山曹达公司生产的Ne0SebtaAV-4T、 NeosebtaAFS-4T、DFM，日本旭化成公司生产的 Aciplex CA-1、AciplexCA-3，日本旭硝 子公司生产的Selemion AMV, Selemion ASV、DMV，美国机械和制造公司(AMF)生产的 AMfionA-60、AMfion A-300，美国 Ionac 化学公司生产的 Ionac MA-3148、Ionac MA-3475, 美国离子公司(Ionics)生产的N印tonARlllBZL183、N印tonARlllBZL065，美国福马科 技公司(Fumatech)生产的 Fumasep FTAM> Fumasep FAB> Fumasep FAA> Fumasep FAP> FumasepFAB-PK,Fumasep FAS,Fumasep FAD,晨光化工研究院生产的D^D2,上海原子核研究 所生产的F462、F464、F466，国家海洋局二所生产的EPA-1，中科院上海有机所生产的F201，北 京环宇利达环保设备有限公司生产的JAM-10、JAM-15，河北文安县光亚化工有限公司生产 的RXAM-7，山东天维膜技术有限公司生产的DF-120，浙江千秋环保水处理有限公司生产的 ED9010、ED120、ED-100，上海上化水处理材料有限公司生产的3362BW，或核工业部北京五所 生产的AMB。本发明的从谷氨酸发酵液肓接制取谷氨酸单钠的方法还可包括在进行六室复分 解电渗析时，在3室中补加氨(液氨、氨水或氨气)，以维持3室中发酵液pH值在3. 2以上。采用常规的pH控制手段。由于随着电渗析过程的进行，3室料液的pH会下降，使得谷氨酸的解离程度下降， 影响其跨膜迁移。本发明通过加氨维持较高的PH，可以提高六室复分解电渗析器中谷氨酸 根的迁移速率、降低能耗。本发明的从谷氨酸发酵液肓接制取谷氨酸单钠的方法还可包括在进行六室复分 解电渗析之前，对谷氨酸发酵液进行除菌和除蛋白的步骤。采用常规除菌手段，如有机膜过滤、无机膜过滤或压滤等手段及其组合，必要的话 可以增加絮凝、助滤等操作，对谷氨酸发酵液进行除菌。采用常规除蛋白手段，如采用截留分子量为1K、3K、6K或IOK的超滤膜，对谷氨酸 发酵液进行除蛋白。由于菌体及杂蛋白会对六室复分解电渗析器中使用的各种膜形成膜污染，从而本 发明先行将谷氨酸发酵液除菌、除蛋白可以延长六室复分解电渗析器的操作周期、降低能量。本发明的从谷氨酸发酵液肓接制取谷氨酸单钠的方法还可包括在进行六室复分 解电渗析之前，对谷氨酸发酵液进行净化脱钙镁的步骤。脱钙镁的步骤的实施是采用常规的阳离子交换法，或草酸盐沉淀法。本发明的阳离子交换法可采用强酸性阳离子交换树脂、弱酸性阳离子交换树脂及 螯合性离子交换树脂。
作为强酸性阳离子交换树脂的实例例如各种市售的强酸性阳离子交换树脂，如 中国南开大学化工厂生产的 001X1、001X2、001X3、001X4、001X7、002X7、003X7、 004Χ7、001Χ8、001Χ7Χ7、001Χ14· 5、D072、D061、D001-CC、NKC-9、D001SS，中国江苏苏 青水处理工程集团有限公司生产的001X4、001X4H、001X7、001X7H、001X10、001X16、 D001，中国廊坊贝尔特化工建材有限公司生产的JK008，以及中国杭州争光树脂有限公司生 产的 001X7,DOOl0作为弱酸性阳离子交换树脂的实例例如各种市售的弱酸性阳离子交换树脂，如 中国南开大学化工厂生产的110、D151、D152、D113、DLT-1，中国江苏苏青水处理工程集团有 限公司生产的112、D113-III。作为螯合型离子交换树脂的实例例如各种市售的螯合型离子交换树脂，如南开 大学化工厂生产的D401、D418，中国江苏苏青水处理工程集团有限公司生产的D190、D401、 D402、D403、D405、D406、D407。本发明中优选中国南开大学化工厂生产的强酸性阳离子交换树脂D072，或中国江 苏苏青水处理工程集团有限公司生产的螯合型离子交换树脂D402。本发明的草酸盐沉淀法，具体操作条件如下草酸的加入量为发酵液中钙镁的摩 尔总数的1 5倍。草酸加入的形式是直接投入草酸固体或配成溶液再加入。沉淀反应温 度为常规。沉淀反应完成后除去草酸钙沉淀的方法是离心、过滤等形式。由于在用六室复分解电渗析器从谷氨酸发酵液直接制取谷氨酸单钠时，当发酵液 中阳离子浓度较低时，3室中阳离子交换膜表面会发生极化现象，阳离子交换膜表面OH-浓 度升高，与发酵液中的钙、镁离子结合生成氢氧化物沉淀，造成阳离子交换膜的污染。膜污 染会增大电阻和能耗，增加六室复分解电渗析器的清洗负担。因此，本发明在将谷氨酸发酵 液通入六室复分解电渗析器的3室之前加入对谷氨酸发酵液的脱钙、镁的步骤，有利于提 高电渗析器的效率和降低能耗。本发明的从谷氨酸发酵液肓接制取谷氨酸单钠的方法还可包括在进行六室复分 解电渗析之前，对谷氨酸发酵液进行浓缩的步骤。可采用常规的蒸发、多效蒸发或膜浓缩等手段，将谷氨酸发酵液浓缩至原体积的 1/6 1。本发明在将谷氨酸发酵液通入六室复分解电渗析器的3室之前先将发酵液浓缩 可以提高从2室得到的谷氨酸单钠的浓度，从总体上降低电渗析过程的能耗。根据需要，本发明的从谷氨酸发酵液直接制取谷氨酸单钠的方法可选择性地选用 上述除菌和除蛋白、脱钙镁、浓缩。在本发明的一个实施方式，如图5所示，即依次使用了除 菌和除蛋白、脱钙镁、浓缩等全过程。本发明的效果本发明中的从谷氨酸发酵液直接制取谷氨酸单钠的方法的好处是减少了提取工 艺的步骤，避免了等电结晶-离子交换工艺中反复调节PH值造成的大量酸碱消耗，同时避 免了产生大量含高浓度硫酸铵的废液。本发明的方法提取谷氨酸后的残液可用目前成熟的 生物技术治理达标，从根本上解决味精生产的高盐废液带来的污染问题。实施例1、不补加氨水和初始钠谷比2 1的制取方法六室复分解电渗析器为一段一级、单台独立运行的六室复分解电渗析器，相邻隔室中的液流方向采用并流形式。离子交换膜的面积为220mmX68mm，使用JCM-15型阳离子 交换膜和RXAM-7型阴离子交换膜。阴离子交换膜和阳离子交换膜交替排列组成六室复分 解电渗析膜堆结构(如图3)，重复排列4组。使用钛涂钌电极作阳极板，不锈钢电极作阴极 板。隔板和隔网均为聚丙烯材料，隔板为无迴路隔板，隔网为编织网型。将自制的含115g/L谷氨酸铵的谷氨酸发酵液1. 5L通入六室复分解电渗析器的3 室；将0. 7mol/L硫酸钠溶液1. 5L通入六室复分解电渗析器的5室；2室初始液为0. 05mol/ L的稀谷氨酸单钠溶液0. 5L ；4室初始液为0. 05mol/L的稀硫酸铵溶液0. 5L ；两极室均为 0. 25mol/L的硫酸钠溶液1L。操作过程中控制电流密度15mA/cm2，各隔室内液体流动线速度3cm/s，各室料液温 度30°C。每隔20分钟测定3室中料液的电导值，当电导值下降到5 μ S/cm时停止电渗析 操作。在2室中得到浓度为119. 8g/L的谷氨酸单钠水溶液约1. 2升，pH值约为7. 8 ；在4 室中得到浓度为108g/L的硫酸铵水溶液约1. 2L ；在3室得到提取谷氨酸后的发酵液(残 液)1L，测定其中剩余的谷氨酸为^g/L，还原糖2. 5g/L，pH值约为3. 22。制取Ikg谷氨酸 单钠的能耗为1. 21kWh，膜通量为约为2mol/m7h。实施例2、补加氨水和初始钠谷比5 1以及5室加固体盐的制取方法六室复分解 电渗析器同实施例1。将自制的含115g/L谷氨酸铵的谷氨酸发酵液1. 5L通入六室复分解电渗析器的3 室；将1. 7mol/L硫酸钠溶液0. 5L通入六室复分解电渗析器的5室，并在5室料缸中加入用 纱布包裹的100克固体硫酸钠；2室初始液为0. 05mol/L的稀谷氨酸单钠溶液0. 5L ；4室初 始液为0. 05mol/L的稀硫酸铵溶液0. 5L ；两极室均为0. 25mol/L的硫酸钠溶液1L。操作过程中控制电流密度15mA/cm2，各隔室内液体流动线速度3cm/s，各室料液温 度30°C。每隔10分钟测定3室中料液的pH值，当3室料液pH值低于4. 7时补加25%的 氨水，维持其PH值在4. 7 5. 2。每隔20分钟测定3室中料液的电导值，当电导值下降到 4 μ S/cm时停止电渗析操作。操作过程中共补加25%的氨水约35mL。在2室中得到浓度 为126g/L的谷氨酸单钠水溶液1. 3L，pH值约为9. 8 ；在4室中得到浓度为138g/L的硫酸 铵水溶液约1.23L ；在3室得到提取谷氨酸后的发酵液(残液)1L，经测定其中剩余的谷氨 酸为12g/L，还原糖2. 5g/L，pH值约为5. 18。六室复分解电渗析器回收单位质量谷氨酸单 钠的能耗比实施例1降低约15%，谷氨酸收率提高13. 6%，膜通量提高17. 5%。实施例3、加除菌、除蛋白和用阳离子树脂脱钙镁的制取方法所用六室复分解电渗析器和谷氨酸发酵液同实施例1。除菌、除蛋白将谷氨酸发酵液经过天津膜天膜工程技术有限公司的0. 2 μ m微滤 膜和6K超滤膜组件过滤，得到清液约2升。脱钙镁离子将上述得到的含谷氨酸铵的谷氨酸发酵液清液通过装填有1. 8L(树 脂层高1200mmX内径45mm)H+型D072阳离子交换树脂的离子交换柱，使发酵液中的钙镁 离子被H+交换吸附。上柱流量为2柱体积/小时，在柱底收集到约1. 8L含有70mg/L钙镁 离子的谷氨酸发酵液。从谷氨酸发酵液制取谷氨酸单钠将上述经过除菌、除蛋白和脱钙镁的含谷氨酸 铵的谷氨酸发酵液1. 5L通入六室复分解电渗析器的3室；将0. 7mol/L硫酸钠溶液1. 5L通 入六室复分解电渗析器的5室；2室初始液为0. 05mol/L的稀谷氨酸单钠溶液0. 5L ；4室初始液为O. 05mol/L的稀硫酸铵溶液0. 5L ；两极室均为0. 25mol/L的硫酸钠溶液1L。六室 复分解电渗析器的操作同实施例1。当3室中料液的电导值下降到5 μ S/cm时停止电渗析 操作。在2室中得到浓度为119g/L的谷氨酸单钠水溶液约1. 25升；在4室中得到浓度为 108g/L的硫酸铵水溶液约1. 2L ；在3室得到提取谷氨酸后的发酵液(残液)1. 2L，经测定 其中剩余的谷氨酸为20. 8g/L，还原糖3. 4g/L，pH值约为3. 35。六室复分解电渗析器从谷 氨酸发酵液制取单位质量谷氨酸单钠的能耗比实施例1降低24%。
实施例4、加除菌、除蛋白，用螯合树脂脱钙镁和初始钠谷比1 1的制取方法所用六室复分解电渗析器和谷氨酸发酵液同实施例1。除菌、除蛋白将谷氨酸发酵液经过天津膜天膜工程技术有限公司的0. 2 μ m微滤 膜和IOK超滤膜组件过滤，得到清液约2升。脱钙镁离子将上述得到的含谷氨酸铵的谷氨酸发酵液清液通过装填有0. 9L(树 脂层高600mmX内径45mm)D402鳌合型离子交换树脂的吸附柱，使发酵液中的钙镁离子被 吸附。上柱流量为1.5柱体积/小时，在柱底收集到约1.8L含有60mg/L钙镁离子的谷氨 酸发酵液。从谷氨酸发酵液制取谷氨酸单钠将上述经过除菌、除蛋白和脱钙镁的含谷氨酸 铵的谷氨酸发酵液1. 5L通入六室复分解电渗析器的3室；将0. 35mol/L硫酸钠溶液3. OL 通入六室复分解电渗析器的5室；2室初始液为0. 05mol/L的稀谷氨酸单钠溶液0. 5L ；4室 初始液为0. 05mol/L的稀硫酸铵溶液0. 5L ；两极室均为0. 25mol/L的硫酸钠溶液1L。六室 复分解电渗析器的操作同实施例1。当3室中料液的电导值下降到4. 5 μ S/cm时停止电渗 析操作。在2室中得到浓度为125g/L的谷氨酸单钠水溶液约1. 25升；在4室中得到浓度 为112g/L的硫酸铵水溶液约1. 2L ；在3室得到提取谷氨酸后的发酵液(残液)1. 05L,经测 定其中剩余的谷氨酸为22g/L，还原糖4. 5g/L，pH值约为3. 45。六室复分解电渗析器从谷 氨酸发酵液制取单位质量谷氨酸单钠的能耗比实施例1降低26%。实施例5、加除菌、除蛋白，浓缩，用草酸脱钙镁和初始钠谷比1 1的制取方法所用六室复分解电渗析器和谷氨酸发酵液同实施例1。除菌、除蛋白将谷氨酸发酵液经过天津膜天膜工程技术有限公司的0. 2 μ m微滤 膜和3K超滤膜组件过滤，得到清液约2升。浓缩发酵液将上述谷氨酸发酵液清液加热浓缩2倍。脱钙镁离子在上述浓缩的发酵液清液中加入0. 05mol/L的草酸，混合均勻后室 温放置4小时，过滤除去沉淀。除去沉淀后测定发酵液的钙镁离子浓度为65mg/L。从谷氨酸发酵液制取谷氨酸单钠将上述经过除菌、除蛋白、浓缩和脱钙镁的含谷 氨酸铵的谷氨酸发酵液0. 75L通入六室复分解电渗析器的3室；将0. 7mol/L硫酸钠溶液 1. 5L通入六室复分解电渗析器的5室；2室初始液为0. 05mol/L的稀谷氨酸单钠溶液0. 5L ； 4室初始液为0. 05mol/L的稀硫酸铵溶液0. 5L ；两极室均为0. 25mol/L的硫酸钠溶液1L。 六室复分解电渗析器的操作同实施例1。当3室中料液的电导值下降到5 μ S/cm时停止电 渗析操作。在2室中得到浓度为132g/L的谷氨酸单钠水溶液约1. 1升；在4室得到浓度为 108g/L的硫酸铵水溶液约1.2L;在3室得到提取谷氨酸后的发酵液(残液)0. 57L，经测定 其中剩余的谷氨酸为26g/L，还原糖6g/L，pH值约为3. 3。六室复分解电渗析器从谷氨酸发 酵液制取单位质量谷氨酸单钠的能耗比实施例1降低33%。
权利要求
1.一种从谷氨酸发酵液直接制取谷氨酸单钠的方法，其为采用电渗析方法，将主要成 分是谷氨酸铵的谷氨酸发酵液通入六室复分解电渗析器的3室，将氯化钠、硫酸钠或硝酸 钠水溶液通入5室；最后在2室中得到产品谷氨酸单钠，在4室中得到副产物氯化铵、硫酸 铵或硝酸铵；所述的六室复分解电渗析器，其膜堆结构排列，包括两个极室1和6，和夹在其中且被 阴离子交换膜A和阳离子交换膜C分隔的若干组2室、3室、4室和5室，其中，1室为阳极 室，2室为产品室，3室为原料室，4室为副产品室，5室为惰性盐室，6室为阴极室。
2.根据权利要求1所述的从谷氨酸发酵液直接制取谷氨酸单钠的方法，其特征在于 采用电渗析方法，于六室复分解电渗析器中，在1室和6室通入极室液；在3室与5室中分别 通入主要成分是谷氨酸铵的谷氨酸发酵液和惰性盐NaX的水溶液；在2室和4室分别通入 谷氨酸单钠稀溶液和NH4X稀溶液；在六室复分解电渗析器运行过程中，定时监测3室中料 液的谷氨酸浓度，当谷氨酸浓度降到一定值时，停止电渗析操作；在外加直流电场驱动下，5 室中的Na+与3室中谷氨酸根离子分别跨过阳离子交换膜和阴离子交换膜进入2室，最后 在2室中得到产品谷氨酸单钠；3室中NH4+与5室中Γ分别跨阳离子交换膜与阴离子交换 膜进入4室，最后在4室中得到副产物NH4X ；最后在5室中得到剩余的氯化钠、硫酸钠或硝 酸钠水溶液，在3室中得到提取谷氨酸后的残液。
3.根据权利要求2所述的从谷氨酸发酵液直接制取谷氨酸单钠的方法，其特征在于 在2室或4室中通入纯水代替谷氨酸单钠稀溶液或NH4X稀溶液。
4.根据权利要求1、2或3所述的从谷氨酸发酵液直接制取谷氨酸单钠的方法，其特征 在于所述5室中初始Na+的摩尔浓度与3室中初始谷氨酸根离子的摩尔浓度的比值为1 5 I0
5.根据权利要求1、2或3所述的从谷氨酸发酵液直接制取谷氨酸单钠的方法，其特征 在于还包括在5室中可以不断补充氯化钠、硫酸钠或硝酸钠的高浓度水溶液或固体盐，以 保持5室中的Na+的摩尔浓度为0. 5mol/L至饱和。
6.根据权利要求1、2或3所述的从谷氨酸发酵液直接制取谷氨酸单钠的方法，其特征 在于还包括在进行六室复分解电渗析时，在3室中补加液氨、氨水或氨气，以维持3室中发 酵液PH值在3.2以上。
7.根据权利要求1、2或3所述的从谷氨酸发酵液直接制取谷氨酸单钠的方法，其特征 在于还包括在进行六室复分解电渗析之前，对谷氨酸发酵液进行除菌和除蛋白的步骤。
8.根据权利要求1、2或3所述的从谷氨酸发酵液直接制取谷氨酸单钠的方法，其特征 在于还包括在进行六室复分解电渗析之前，对谷氨酸发酵液进行净化脱钙镁的步骤。
9.根据权利要求1、2或3所述的从谷氨酸发酵液直接制取谷氨酸单钠的方法，其特征 在于还包括在进行六室复分解电渗析之前，对谷氨酸发酵液进行浓缩的步骤。
全文摘要
本发明涉及从谷氨酸发酵液直接制取谷氨酸单钠的方法，其为采用电渗析方法，将主要成分是谷氨酸铵的谷氨酸发酵液通入六室复分解电渗析器的3室，将氯化钠、硫酸钠或硝酸钠水溶液通入5室；最后在2室中得到产品谷氨酸单钠，在4室中得到副产物氯化铵、硫酸铵或硝酸铵。该方法可从谷氨酸(铵)发酵液中直接制取谷氨酸单钠(水溶液)，得到的谷氨酸单钠(水溶液)无需传统工艺的中和步骤即可直接进入脱色、浓缩、结晶步骤。该方法无需传统的用酸调节发酵液pH值以使谷氨酸结晶，避免了由此产生的大量酸消耗以及提取废液中高浓度硫酸根与铵态氮难以治理的问题。
文档编号C07C227/40GK102126974SQ20101003432
公开日2011年7月20日 申请日期2010年1月19日 优先权日2010年1月19日
发明者丛威, 杨鹏波, 王倩, 石绍渊, 艾社芳 申请人:中国科学院过程工程研究所