Глутамата натрия: производство

Процесс промышленного получения Глутамата натрия биотехнологическим путем — оптимальный способ производства этого вещества. Как же получают Е 621? Клетка, растущая в среде с глюкозой, потребляет ее и путем гликолиза разделяет на две молекулы пировиноградной кислоты, от каждой из которых потом отходит по молекуле СО2. Образуются две молекулы ацетила, которые соединяются с переносчиком, коферментом А, и переходят в цикл трикарбоновых кислот. Глутаминовая кислота, которую производят микроорганизмы, рождается в их клетках в цикле трикарбоновых кислот, или цикле Кребса.

Этот циклический биохимический процесс предназначен для извлечения энергии из веществ, образующихся при распаде углеводов, жиров и белков. В результате клетка получает глутаминовую кислоту, натриевой солью которой является Глутаминат Е 621. В цикле ацетил претерпевает ряд превращений и в результате на одной из стадий предстает в виде альфа-кетоглутаровой кислоты, которая на следующем этапе должна окислиться до янтарной кислоты.

Если ослабить фермент, отвечающий за эту реакцию, то почти весь ацетил, попавший в цикл трикарбоновых кислот, останется в форме альфа-кетоглутарата. Достаточно присоединить к нему аминогруппу — и получится глутаминовая кислота.

Синтез глутаминовой кислоты проводят в два этапа. На первом бактерии растут на богатой питательной среде, в которой присутствует биотин. Клетки быстро делятся и активно потребляют биотин, но почти не производят необходимый продукт.

Со временем клеток становится много, а биотина мало. Деление замедляется, но клетки не умирают, так как у них есть определенное количество запасенной энергии, наработаны ферменты и прочие необходимые вещества. На этой стадии почти весь субстрат превращается в Глутамат натрия, или monosodium glutamate (известный, как усилитель вкуса Е 621).

Методы селекции микроорганизмов и генной инженерии облегчили задачу технологов. Штамм Corynebacterium glutamicum синтезировал достаточно много глутаминовой кислоты, до 50 граммов на литр культуральной жидкости, только при условии, что концентрация биотина очень мала – 2-3 мкг/л. Это ограничивало применение свекловичной мелассы — сырья дешевого и доступного, но обычно содержащего много биотина.

Исследователи постепенно повышали количество биотина в питательной среде, отбирая формы, наиболее устойчивые к большому его количеству. В итоге, перебрав около 8000 клонов, они получили штамм, продуцирующий 50 г/л глутаминовой кислоты на мелассе. Выделить глутаминовую кислоту не так сложно. На первом этапе в культуральную жидкость добавляют известковое молоко или негашеную известь, а затем избыток ионов кальция осаждают фосфорной кислотой. Образующаяся слаборастворимая соль оседает вместе с клетками микроорганизмов. Ее отделяют центрифугированием или фильтрацией, а затем очищают оставшуюся жидкость от пигментных примесей.

Осветленный раствор глутаминовой кислоты упаривают и закисляют до pH 3,2. При этом аминокислота начинает осаждаться из раствора, так как именно при таком значении pH ее молекулы перестают электростатически отталкиваться друг от друга. Осадок отделяют, перекристаллизовывают и сушат. Таким образом, получают Глутамат натрия.