谷氨酸
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基本概念
中文名稱：谷氨酸
英文名稱：glutamic acid
其它名稱：L-2-Aminoglutaric acid, H-Glu-OH, L-glutamic acid, L(+)-glutamic acid, H-L-Glu-OH, S-2-Aminopentanedioic acid
分子式：C5H9NO4
分子量：147.13076
CAS RN：56-86-0
熔點：205℃
性狀分析
一種酸性氨基酸。分子內(nèi)含兩個羧基，化學(xué)名稱為α-氨基戊二酸。谷氨酸是里索遜1856年發(fā)現(xiàn)的，為無色晶體，有鮮味，微溶于水，而溶于鹽酸溶液，等電點3.22。大量存在于谷類蛋白質(zhì)中，動物腦中含量也較多。谷氨酸在生物體內(nèi)的蛋白質(zhì)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(xué)反應(yīng)。
醫(yī)學(xué)上谷氨酸主要用于治療肝性昏迷，還用于改善兒童智力發(fā)育。食品工業(yè)上，味精是常用的儀器增鮮劑，其主要成分是谷氨酸鈉鹽。過去生產(chǎn)味精主要用小麥面筋（谷蛋白）水解法進行，現(xiàn)改用微生物發(fā)酵法來進行大規(guī)模生產(chǎn)。
谷氨酸是生物機體內(nèi)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(zhì)的主要構(gòu)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(nèi)都含有谷氨酸鹽，它即是蛋白質(zhì)或肽的結(jié)構(gòu)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?qū)懽鳌胺蛩帷保l(fā)酵制造L-谷氨酸是以糖質(zhì)為原料經(jīng)微生物發(fā)酵，采用“等電點提取”加上“離子交換樹脂”分離的方法而制得。
谷氨酸理化性質(zhì)
谷氨酸(2-氨基戊二酸)有左旋體、右旋體和外消旋體。左旋體，即L-谷氨酸。L-谷氨酸是一種鱗片狀或粉末狀晶體，呈微酸性，無毒。微溶于冷水，易溶于熱水，幾乎不溶于乙醚、丙酮及冷醋酸中，也不溶于乙醇和甲醇。在200℃時升華，247℃－249℃分解，密度1.538g/cm3，旋光度+37－+ 38.9(25℃)。L-谷氨酸的用途廣泛，它本身作為藥品，能治療肝昏迷癥，也可用來生產(chǎn)味精、食品添加劑、香料和用于生物化學(xué)的研究。
谷氨酸的毒性及安全
任何食品的食用都要適量，并非多多益善，過量的食用，自然于健康無益。1987年2月16日至25日，在荷蘭海牙的聯(lián)合國糧農(nóng)組織和世界衛(wèi)生組織食品添加劑專家聯(lián)合委員會第19次會議上，根據(jù)對味精各種毒理性實驗的綜合評價結(jié)果作出了結(jié)論，即味精作為風(fēng)味增強劑，食用是安全的，宣布取消對味精的食用限量，確認了味精是一種安全可靠的食品添加劑。就營養(yǎng)價值而言，味精是谷氨酸的單鈉鹽，谷氨酸是構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸之一，是人體和動物的重要營養(yǎng)物質(zhì)，具有特殊的生理作用。1975年國營養(yǎng)和食品工藝學(xué)詞典記載，在空腹時食用味精25毫克/公斤體重，25-35分鐘后就發(fā)生頭痛、出汗、惡心、體軟、口渴、面頰潮紅、腹部疼痛等癥狀，但這些癥狀一般在數(shù)小時之內(nèi)就會消失，所以在空腹時不要吃味精。谷氨酸及谷氨酸鈉的分解物質(zhì)中含有很強的變異原物質(zhì)，如果將植物油與味精混在一起，加熱約20分鐘，變異原物質(zhì)會進一步增加。因此在烹調(diào)時味精不宜在高溫的炒菜過程中添加，而應(yīng)在烹調(diào)終了時加入作調(diào)味用。
谷氨酸用途
1. 下游產(chǎn)品開發(fā)
將有一定反應(yīng)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(yīng)的N-羧酸酐，可直接得到側(cè)鏈具有一定反應(yīng)活性的聚L-氯乙基谷氨酸酯。
谷氨酸的結(jié)構(gòu)中有一個氨基和兩個羧基，在光氣的作用下，羧基和氨基會形成環(huán)狀N-羧酸酐，由于羧基也較為活潑，可能會參與成環(huán)反應(yīng)，因此在成環(huán)反應(yīng)之前，通常用芐醇將羧基進行保護，這樣得到的聚合物的側(cè)鏈活性極低，一般需經(jīng)進一步氫化脫芐或胺解脫芐，才能得到有反應(yīng)活性的側(cè)鏈，我們選用雙功能基試劑氯乙醇作保護基因，在聚合之后可直接得到有反應(yīng)活性的側(cè)鏈，可有效地簡化合成路線。
側(cè)鏈酯化過程是一個可逆反應(yīng)，隨著體系內(nèi)水含量的不斷增加，反應(yīng)速度會降低，導(dǎo)致產(chǎn)率不高。在形成谷氨酸芐酯時，采用分子篩脫水，操作大大簡化。新型的聚合氨基酸，含有氨基的藥物或靶向基因，可以方便的接入聚谷氨酸的分子中，形成大分子前藥或靶向大分子載體，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(yī)藥領(lǐng)域會有很廣泛的應(yīng)用前景。
谷氨酸可生產(chǎn)許多重要下游產(chǎn)品如L-谷氨酸鈉、L-蘇氨酸、聚谷氨酸等。
2. 食品業(yè)
氨基酸作為人體生長的重要營養(yǎng)物質(zhì)，不僅具有特殊的生理作用，而且在食品工業(yè)中具有獨特的功能。構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸主要有20多種。在食品工業(yè)中應(yīng)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(yīng)，其中應(yīng)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。谷氨酸鈉廣泛用于食品調(diào)味劑，既可單獨使用，又能與其它氨基酸等并用。用于食品內(nèi)，有增香作用。在食品中濃度為0.2%-0.5%，每人天允許攝入量(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(xié)同作用能顯著提高食品的風(fēng)味。谷氨酸作為風(fēng)味增強劑可用于增強飲料和食品的味道，不僅能增強食品風(fēng)味，對動物性食品有保鮮作用。
3. 日用化妝品等
谷氨酸為世界上氨基酸產(chǎn)量最大的品種，作為營養(yǎng)藥物可用于皮膚和毛發(fā)。用于生發(fā)劑，能被頭皮吸收，預(yù)防脫發(fā)并使頭發(fā)新生，對毛乳頭、毛母細胞有營養(yǎng)功能，并能擴張血管，增強血液循環(huán)，有生發(fā)防脫發(fā)功效。用于皮膚，對治療皺紋有療效。
N-酰基谷氨酸鈉系列產(chǎn)品是由谷氨酸縮合而成的性能優(yōu)良的陰離子表面活性劑，廣泛用于化妝品、香皂、牙膏、香波、泡沫浴液、洗潔凈等產(chǎn)品中。生物表面活性劑N-酰基谷氨酸鈉不同于化學(xué)法合成的表面活性劑，它不但性能優(yōu)良，并且具有良好的生物降解性和安全性，在人體內(nèi)能分解為氨基酸和脂肪酸而吸收利用。
N-酰基谷氨酸鈉耐硬水，能在堿性、中性和弱酸條件下使用。這種表面活性劑具有明顯的發(fā)展優(yōu)勢，其新的使用性能包括具有良好的洗凈力和發(fā)泡力，對人體無毒無害，無異味，性質(zhì)柔和無刺激，能穩(wěn)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(fā)和皮膚上，增加和保持頭發(fā)的柔軟、蓬松、光澤，使皮膚舒適光潔，對毛發(fā)角質(zhì)損傷有保護和修復(fù)作用。
N-酰基谷氨酸鈉可用于肥皂的改性劑，在香皂中加入N-酰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(fā)泡性和洗凈力，易于被皮膚吸收，使皮膚保持滋潤光滑。
N-酰基谷氨酸鈉具有抑菌效果，由于無刺激性常可用于兒童洗滌制品和皮膚病患者，N-酰基谷氨酸鈉溶液，具有突出的發(fā)泡能力和穩(wěn)泡力，常可與其它表面活性劑復(fù)配，具有協(xié)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(shù)制取，以護發(fā)生發(fā)、護膚類化妝品為日用化妝品的發(fā)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(huán)保塑料，可用于食品包裝、一次性餐具及其它工業(yè)用途，可在自然界迅速降解，不污染環(huán)境。
隨著科學(xué)的進步，研究的深入，谷氨酸新的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒃絹碓綇V。
4. 醫(yī)藥行業(yè)
谷氨酸還可用于醫(yī)藥，因為谷氨酸是構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸之一，雖然它不是人體必須的氨基酸，但它可作為碳氮營養(yǎng)與機體代謝，有較高的營養(yǎng)價值。谷氨酸被人體的吸收后，易與血氨形成谷酰氨，能解除代謝過程中氨的毒害作用，因而能預(yù)防和治療肝昏迷，保護肝臟，是肝臟疾病患者的輔助藥物。腦組織只能氧化谷氨酸，而不能氧化其它氨基酸，故谷酰胺可作為腦組織的能量物質(zhì)，改進維持大腦機能。谷氨酸作為神經(jīng)中樞及大腦皮質(zhì)的補劑，對于治療腦震蕩或神經(jīng)損傷、癲癇以及對弱智兒童均有一定療效。用谷氨酸制成的成藥有藥用谷氨酸內(nèi)服片，谷氨酸鈉（鉀）注射液，谷氨酸鈣注射液，乙酰谷氨酸注射液等。
谷氨酸指標(biāo)
1. 技術(shù)指標(biāo)
見表1
表1
項目 指標(biāo)
谷氨酸產(chǎn)酸率（%） ≥13
糖酸轉(zhuǎn)化率（%） ≥64
谷氨酸收得率（%） ＞90
谷氨酸中和精制收率（%） ≥120
菌體（干） 0.12t/t谷氨酸（粗蛋白70%）
結(jié)晶硫酸銨 0.6-0.7t/t谷氨酸
腐殖質(zhì) 0.3-0.4t/t谷氨酸
蒸發(fā)冷凝水（COD：mg/L） 600-1000
2. 性能指標(biāo)
見表2
表2
項目 指標(biāo)
谷氨酸平均收得率（%） 90以上
菌體蛋白（%） 10-12
硫酸銨占谷氨酸產(chǎn)量（%） 65-70
高品位有機肥占谷氨酸產(chǎn)量（%） 10-12
3. 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)
見表3
表3
項目 優(yōu)等品 合格品
L-谷氨酸含量，% ≥ 97 95
比旋光度，[α]20D ≥ 31.0 30.0
透光率，% ≥ 40 30
硫酸鹽（SO42—），% ≤ 0.35
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