L-谷氨酸

谷氨酸是构成蛋白质的20种常见α氨基酸之一。作为谷氨酰胺、脯氨酸以及精氨酸的前体。分为左旋体、右旋体和外消旋体三种形态，左旋体即L-谷氨酸，L-谷氨酸是蛋白质合成中的编码氨基酸，哺乳动物非必需氨基酸，在体内可以由葡萄糖转变而来。常温下是一种白色或无色鳞片状晶体，呈微酸性，无毒。微溶于冷水，易溶于热水，几乎不溶于乙醚、丙酮及冷醋酸中，也不溶于乙醇和甲醇。在200℃时升华，247℃－249℃分解，密度1.538g/cm3，旋光度+37－+38.9(25℃)。L-谷氨酸的用途广泛，它本身作为药品，能治疗肝昏迷症，也可用来生产味精（谷氨酸钠）、食品添加剂、香料和用于生物化学的研究。以糖质为原料经微生物发酵，采用“等电点提取”加上“离子交换树脂”分离的方法而制得L－谷氨酸。

谷氨酸盐在自然界普遍存在的。多种食品以及人体内都含有谷氨酸盐，它即是蛋白质或肽的结构氨基酸之一，又是游离氨基酸，L-谷氨酸美味较浓。
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。

谷氨酸因最初从谷物中制取而得名。分布很广，几乎存在于所有蛋白质组成中。蛋白质水解即得谷氨酸。无色板块状结晶，等电点为3.3，溶于水，不溶于苯、醚等有机溶剂，水溶液呈酸性，是酸性氨基酸。在生理上谷氨酸能与甘氨酸、半胱氨酸结合成有重要生理功能的谷胱甘肽。谷氨酸具有鲜味，其钠盐就是味精。味精在高热下会分解，不能强热。日本化学家池田首先发现味精。一个偶然的机会，他喝海带汤感到有鲜味，经过研究，用100 公斤海带提取得2克谷氨酸钠。后来日本大量生产味精，称之为“味之素”。中国在20世纪 30年代由上海天厨味精厂首先生产味精，远销各国获得盛名。常用天然麦胶蛋白或酪蛋白经水解后，将溶液pH值调节到3.3得到谷氨酸沉淀，分离后再加入适量氢氧化钠就成味精。味精也可人工合成，但成本昂贵，通常仍用上述蛋白质水解法制取。20世纪60年代后，日本利用微生物发酵生产谷氨酸。他们将短小杆菌属、小球菌属、芽孢杆菌属细菌放置于糖类化合物(主要是淀粉、葡萄糖)中，再加尿素、硫酸铵、氯化铵和适量生物素等养料，上述细菌即分泌大量谷氨酸，以供制造味精之用。目前中国也已采用发酵法生产味精。谷氨酸还能与血液中氨结合使之成为无毒物，也用于治疗肝昏迷及恢复期肝功能不全等病症。
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2.在血氨转运中，谷氨酰胺合成酶催化谷氨酸与氨结合生成谷氨酰胺。谷氨酰胺中性无毒，易透过细胞膜，是氨的主要运输形式。
3.在葡萄糖-丙氨酸循环途径中，肌肉中的谷氨酸脱氢酶催化α-酮戊二酸与氨结合形成谷氨酸，接着在丙氨酸转氨酶的催化作用下谷氨酸再与丙酮酸形成α-酮戊二酸和丙氨酸。
4.在生物活性物质代谢途径中，谷氨酸本身就是兴奋神经递质，在脑、脊髓中广泛存在，谷氨酸脱羧形成的γ-氨基丁酸是一种抑制性神经递质，在生物体中广泛存在。
5.在氨基酸合成途径中，谷氨酸是合成谷氨酰胺、脯氨酸、精氨酸、赖氨酸的重要前体。
6.在鸟氨酸循环（尿素合成）途径中，线粒体中的谷氨酸脱氢酶将谷氨酸的氨基脱下，为氨甲酰磷酸的合成提供游离的氨；细胞质中的谷草转氨酶把谷氨酸的氨基转移给草酰乙酸，草酰乙酸再形成天冬氨酸进入鸟氨酸循环，谷氨酸为循环间接提供第二个氨基。

L-谷氨酸别名“麸氨酸”。能与血氨结合形成无害的谷氨酰胺，使血胺下降，从而减轻肝昏迷的症状，此外参与脑蛋白质代谢和糖代谢，有促进氧化过程，改善中枢神经系统的功能。用于防治肝昏迷、肝昏迷恢复期及严重肝功能不全，谷氨酸亦可用于各种原因引起的昏迷复苏期及神经系统疾病 (精神分裂症和癫痫等) 的辅助治疗。口服每次2.5-5g，每日4次。

取L-谷氨酸试样150mg，加4ml水和lml氢氧化钠试液(TS-224)，溶解，加lml茚满三酮试液(TS-250)和100mg醋酸钠，在沸水浴中加热10min，应产生紫罗兰颜色。
取试样1g，加水9ml配成悬浮液，在蒸汽浴上缓慢温热并搅拌至全部溶解，加lmol/L盐酸液6.8ml，应重新悬浮，再加lmol/L氢氧化钠液6.8ml，搅拌后，谷氨酸应完全溶解。

方法一 准确称取试样约0.2g，溶于3ml甲酸中，加冰醋酸50ml和结晶紫试液(TS-74)2滴，用0.1mol/L高氯酸溶液滴定至绿色或蓝色全部消失。另用同样方法进行空白试验。每mL 0.1mol/L高氯酸液相当于L-谷氨酸(C5H9NO4)14.71mg。
方法二 准确称取试样500mg，溶于250mi水中，加溴百里酚蓝试液(TS-56)数滴，用0.1mol/L氢氧化钠液滴定至蓝色终点。每mL 0.lmol/LNaOH液相当于L-谷氨酸(C5H9N04)14.7mg。ADI不作特殊规定(FAO/WHO，2001)。
GRAS(FDA，§182.1045，2000)。FAO/WHO(1984)：用于方便食品的肉汤和汤类，10g/kg。
FEMA(mg/kg)：饮料、焙烤制品、肉、肉香肠、肉汤、乳及乳制品、调味料、谷类制品，均400mg/kg。
FDA，§172.320(2000)：作为营养增补剂，限量12.4%(以食品中总蛋白质的重量计)。

L-谷氨酸为白色磷片状晶体。无臭，稍有特殊的滋味和酸味。呈微酸性。 微溶于冷水，易溶于热水，几乎不溶于乙醚、丙酮和冷醋酸中，不溶于乙醇和甲醇。

L-谷氨酸主要用于生产味精、香料，以及用作代盐剂、营养增补剂和生化试剂等。L-谷氨酸本身可用作药物，参与脑内蛋白质和糖的代谢，促进氧化过程，该品在体内与氨结合成无毒的谷酰胺，使血氨下降，减轻肝昏迷症状。主要用于治疗肝昏迷和严重肝功能不全等，但疗效并不十分满意；与抗癫痫药合用，尚可治疗癫痫小发作和精神运动性发作。外消旋谷氨酸用于生产药物，也用作生化试剂等。可以采用蛋白质水解法和合成法生产谷氨酸，但发酵法是目前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。以面筋为原料，经酸水解得L-谷氨酸，再经盐酸盐化，得L-谷氨酸盐酸盐，用L-谷氨酸盐酸盐与苯胺中和反应得粗产物，经过滤、干燥得产品。以淀粉或糖蜜为原料，经发酵、提纯而得。所用菌种主要有产谷氨酸小球菌(Micrococcusglutamicus)，以及棒状杆菌属、短杆菌属、小杆菌属和节杆菌属等。