2022-01-30 10:59:38

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谷氨酸钠(C5H8NNaO4),化学名α-氨基戊二酸一钠,是谷氨酸的钠盐。

1866年,德国化学家卡尔·海因里希·利奥波德·瑞特豪森将小麦麸用硫酸水解而得到的酸性氨基酸。1908年,日本科学家池田菊苗博士利用海带单独分离出味美成分,并证明了这种味美成分就是谷氨酸钠盐,从而生产化学调味料投放市场。生活中常用的调味料味精的主要成分就是谷氨酸钠。西红柿、发酵的大豆制品、酵母提取物、某些尖奶酪,以及发酵或水解蛋白质产品(如酱油或豆酱)所能带来的调味作用中,部分归功于谷氨酸的存在。

基本信息

  • 中文名称

    谷氨酸钠

  • 外文名称

    monosodium glutamate

  • 别名

    DL-谷氨酸钠、α-氨基戊二酸一钠

  • 化学式

    C5H8NNaO4

  • 分子量

    169.11

  • CAS登录号

    142-47-2/32221-81-1

  • EINECS登录号

    205-538-1

  • 熔点

    225 ℃

  • 沸点

    333.8 ℃

  • 水溶性

    易溶于水

  • 外观

    白色结晶粉末

  • 闪点

    155.7 ℃

  • 应用

    调味品

  • 安全性描述

    S26/S36

  • 危险性符号

    R20/R21/R22

  • 缩写

    MSG

  • SMILES

    N[C@@H](CCC(O)=O)C([O-])=O.

折叠 编辑本段 研究简史

1866年,德国人雷哈生利用硫酸水解小麦面筋,最先分离出谷氨酸。

1908年,日本池田菊苗教授采用水提取和结晶的方法,从海带中分离出谷氨酸,制成一种新型的调味品,并将其味道命名为Umami(鲜味)。

池田菊苗注意到日本木鱼和海带的鱼汤均具有一种特别的滋味,而当时他并未对这种味道进行过任何科学描述,且这种味道与甜味、咸味、酸味和苦味截然不同。为了证实是因电离化谷氨酸盐而产生了这种鲜味,池田教授研究了许多关于谷氨酸盐的味觉特性,当中包括钙、钾、铵和镁的谷氨酸盐。除了其他矿物质所产生的某种金属味道外,所有的盐均会形成这种鲜味。在这些盐中,谷氨酸钠可溶性最好,味道最佳,兼且易于结晶。池田教授将这种产物命名为谷氨酸钠,并为生产MSG申请专利。

1909年,铃木兄弟开始了商业化生产,这也是世界上首次制成谷氨酸钠,味精工业从此诞生。

1910年,日本味之素用水解法生产出谷氨酸。

1936年,美国人从甜菜废液中提取谷氨酸。

1946年,美国发明发酵法生产α-酮戊二酸,并发表了用酶法或者化学法将其转化成L-谷氨酸的办法。

1957年,微生物发酵法生产谷氨酸开始成为工业化生产的主要方法。

1962年,日本采用丙烯腈为原料,化学合成DL-谷氨酸,再经化学分割生成L-谷氨酸钠。

折叠 编辑本段 理化性质

折叠 物理性质

外观:无色至白色棱柱状结晶或白色结晶性粉末,水溶液无色

熔点:225℃

气味:基本无特殊气味(味觉阈值0.014%)

味觉:具有强烈的肉类鲜味,略有甜味或咸味

光学活性:谷氨酸钠分子结构中含有一个不对称碳原子,具有光学活性,能使偏振光面旋转一定角度

可溶性:易溶于水,微溶于乙醇,不溶于乙醚

溶解性(水):10 g/100 mL(冷水),71.7g/100mL(热水)

折叠 化学性质

稳定性:对光和热稳定,10%水溶液在pH值6.9时通气条件下100℃加热3h分解率约0.6%。加热至120℃脱水缩合。在酸性环境中,谷氨酸钠会生成谷氨酸或谷氨酸盐酸盐;在碱性环境中,谷氨酸钠会起化学反应产生一种叫谷氨酸二钠的物质。

毒性:食用味精在正常范围内不会对健康有任何损害,但食用过多会使部分人出现头痛,面红,多汗,面部压迫或肿胀,口部或口周麻木、胃部烧灼感及胸痛等中毒症状,中毒以后可每天口服50毫克维生素B6缓解症状。谷氨酸钠在120℃的温度下会形成焦谷氨酸钠,民众一般认为,焦谷氨酸钠不仅鲜味很低,而且具有一定的毒性,是致癌物质。但是科学家经过实验研究,发现焦谷氨酸钠能提高人的记忆力,并且不是致癌物质。

谷氨酸钠与酸(盐酸)反应方程式:

HOOC-CH2-CH2-CH(NH2)-COONa+HCl=HOOC-CH2-CH2-CH(NH2)-COOH+NaCl

谷氨酸钠与酸(磷酸)反应方程式:

过量:3HOOC-CH2-CH2-CH(NH2)-COONa+H3PO4=3HOOC-CH2-CH2-CH(NH2)-COOH+Na3PO4

少量:HOOC-CH2-CH2-CH(NH2)-COONa+H3PO4=HOOC-CH2-CH2-CH(NH2)-COOH+NaH2PO4

谷氨酸钠与碱(氢氧化钠)反应方程式:

HOOC-CH2-CH2-CH(NH2)-COONa+NaOH→NaOOC-CH2-CH2-CH(NH2)-COONa+H2O

谷氨酸钠加热反应方程式:

毒理学数据:48 mg/kg(大鼠经口TDLo),40 mg/kg(大鼠皮下TDLo)

折叠 计算化学数据

1.氢键供体数量:2

2.氢键受体数量:5

3.可旋转化学键数量:4

4.拓扑分子极性表面积(TPSA):103

5.重原子数量:11

6.复杂度:149

7.不确定原子立构中心数量:1

8.共价键单元数量:2

折叠 编辑本段 制备方法

方法一(中和提取精制法)

谷氨酸发酵以15%左右的葡萄糖为碳源,并加适量的无机盐和生物素配成发酵培养基,经连消并冷却至40℃后送入已灭菌的发酵空罐;以流加的液氨为氮源,接种经二级扩大培养的谷氨酸产生菌。提取现一般采用冷冻等电一离子交换法。发酵液在等电罐中一边用冷冻盐水缓慢搅拌冷却降温至5℃,一边用硫酸调Ph值至3.22(等电点);沉淀8h后,沉淀经离心分离得粗谷氨酸;母液和上层清液调配后上离子交换树脂交换,用氨水洗脱;前流分汇入上层清液重新上柱,后流分与氨水一起作洗脱液,高流分与发酵液一起回等电罐。在装有60~65℃底水的中和罐中加入谷氨酸,搅拌,并缓慢加入纯碱溶液,中和至Ph值6.2~6.4,中和液浓度控制在相对密度1.1 7~1.18(21~2 2°Bé);待中和液降温至50℃以下,加入适量的硫化钠溶液以除铁;然后用粗谷氨酸回调Ph值至6.2~6.4,并升温至60℃,再加入粉末活性炭,搅拌半小时后送入压滤机压滤;再将滤液用颗粒活性炭柱二次脱色得清液;清液送入真空煮晶锅内在60~70℃下蒸发浓缩至相对密度1.28(31.5084),加入0.3 6~0.542mm的晶种后继续蒸发结晶,期间需用热水杀晶和补加一定量的清液;放料后,经育晶槽,再离心分离得结晶味精,母液或经脱色后再蒸发结晶,精制收率可达理论量的92%。

制备方程式:

(C6H10O5)n·xH2O→C6H12O6[NH3,O2] →C5H9NO4[Na2CO3] →C5H8NaO4

方法二(α-酮戊二酸合成法)

第一步:NH4和供氢体还原性辅酶II(NADPH2)存在的条件下,α-酮戊二酸在谷氨酸脱氢酶(GHD)的催化下,发生还原氨基化反应,或转氨酶(AT)催化转氨反应,或谷氨酸合成酶(GS)催化,形成谷氨酸。

GHD方程式:HOOC-CO-CH2-CH2-COOH+NADPH+H+NH4→HOOC-CH2-CH2-CH(NH2)-COOH+H2O+NADP

AT方程式:HOOC-CO-CH2-CH2-COOH+COOH-CHNH2-R→HOOC-CH2-CH2-CH(NH2)-COOH+COOH-CO-R

GS方程式:HOOC-CO-CH2-CH2-COOH+COOH-CHNH2-CH2-CH2-COOH+NADPH+H→HOOC-CH2-CH2-CH(NH2)-COOH+NADP

第二步:谷氨酸发酵液与盐酸离心搅拌并育晶、搅拌、沉淀生成谷氨酸钠。

方法三(丙烯腈合成法)

在120~150℃和20~30MPa条件下,钴催化剂Co2(CO)8局部选择催化丙烯腈氢甲酰化,生成3-氰基丙醛(直链醛产率为80%),然后通过Strecker降解反应(斯特雷克氨基酸合成反应)合成生成L-谷氨酸钠。这种办法曾经是一种工业生产工艺路线,但被更经济的办法取代。

折叠 编辑本段 应用领域

调味剂

做调味剂使用时,一般用量为0.2%~0.5%。除单独使用外,宜与核糖核苷酸和肌苷酸钠之类核酸类调味料配成复合调味料,以提高效果。谷氨酸钠是国内外应用最为广泛的鲜昧剂,与食盐共存时可增强其呈味作用,与5'-肌苷酸钠或5'-鸟苷酸钠一起使用,更有相乘的作用。我国规定可在各类食品按生产需要适量使用。

谷氨酸钠具有强烈的肉类鲜味,味精用水稀释至3000倍仍可感觉到鲜味,广泛用于家庭,饮食业、食品加工业(汤、香肠、鱼糕、辣酱油、罐头等)。鸟苷酸钠与谷氨酸钠同时使用,具有协同作用,能提高鲜味,又称助鲜剂或强力味精。

医药用生化试剂

谷氨酸广泛存在于动植物的机体中,是食品中天然存在的营养成份。谷氨酸食用后,有96%在体内被吸收,其余氧化后在尿中排出。谷氨酸虽然不是人体必需的氨基酸,但在氮代谢中与酮酸发生氨基转移作用,能合成其它氨基酸。谷氨酸有降低血液中毒素的作用。当肝功能受损时,血液中含氨量增高,引起严重的氮代谢紊乱,导致肝昏迷,而谷氨酸能与氨起作用,降低血液中氨的含量。另外,脑组织只能氧化谷氨酸,而不能氧化其他的氨基酸。当葡萄糖供应不足时,谷氨酰胺能起脑组织的能源作用,因此谷氨酸对改进和维持脑机能是必要的。此外,医药上用于预防肝昏迷,防止癫痫也可用作脑营养剂。

有机合成中间体

在工业上可用作有机合成中间体,但在世界年产量中,这种用途占的比重极小,如应用于助剂、渗透膜、丝蛋白改性、皮革助剂、生物医学材料、改性再生胶原纤维等各个领域。

折叠 编辑本段 安全措施

折叠 环境危害

对环境有危害,对水体可造成污染。

折叠 健康危害

吸入、摄入或经皮肤吸收对身体一般无害,过度加热会形成焦谷氨酸钠,对人体健康可能有一定影响。

折叠 危害防治

急救措施

眼睛接触:提起眼睑,用流动清水或生理盐水冲洗。就医。

食入过量:饮足量温水,催吐。洗胃,导泄。就医。

泄漏应急处理

隔离泄漏污染区,限制出入。建议应急处理人员戴防尘面具(全面罩),穿防毒服。用大量水冲洗,洗水稀释后放入废水系统。若大量泄漏,收集回收或运至废物处理场所处置。

折叠 安全标志

R20 吸入有害。

R21 与皮肤接触有害。

R22 吞食有害。

折叠 编辑本段 储存运输

折叠 储存方法

储存于阴凉、通风的库房。远离火种、热源。保持容器密封。应与酸性物质、强氧化剂、易燃物分开存放,切忌混储。储区应备有合适的材料收容泄漏物。

折叠 运输方法

操作人员必须经过专门培训,严格遵守操作规程。建议操作人员佩戴自吸过滤式防尘口罩,戴化学安全防护眼镜,穿防毒物渗透工作服,戴橡胶手套。避免产生粉尘。避免与酸类、强氧化剂、易燃物接触。搬运时要轻装轻卸,防止包装及容器损坏。配备泄漏应急处理设备。

折叠 编辑本段 相关法规

GB 2720-2003 《味精卫生标准》

本标准规定了味精的指标要求、食品添加剂、生产加工过程的卫生要求和检验方法。

GB 2720-2015 《食品安全国家标准 味精》

新标准在术语及定义方面对味精的定义细化为味精、加盐味精以及增鲜味精,修改了感官要求,增加了感官检验的方法,理化指标由原来标准内订立修改为按照GB2762执行,经查询,与旧标准对比,取消了锌的检验要求。

GB/T 8967-2007 《谷氨酸钠(味精)》

标准按添加成分,将味精产品分成三大类:即普通味精、加盐味精和增鲜味精。标准要求,无论是哪一种味精产品,其感官要求都应满足:无色或白色结晶状颗粒或粉末,易溶于水,无肉眼可见杂质,且无异味的要求。 按规定,加盐味精产品的谷氨酸钠含量应不小于80%,食用盐添加量应小于20%,铁含量小于等于每千克10毫克;对于增鲜味精,则要求:谷氨酸钠含量不小于97%,增鲜剂呈味核苷酸二钠不小于1.5%,铁含量小于等于每千克5毫克等。无论是加盐味精还是增鲜味精,都需用99%的味精来加盐和进行增鲜。

折叠 编辑本段 对映体

一般意义上来说,谷氨酸钠指外消旋体DL-谷氨酸钠,除此之外有L型和D型两种旋光异构体。

L-谷氨酸钠

左旋,微溶于冷水, 易溶于热水,几乎不溶于乙醚、乙醇和丙酮,能被微生物分解,在20℃、2mol/L的盐酸介质中比旋光度为+25.16,即常见的谷氨酸钠,用作味精等。

D-谷氨酸钠

右旋,微溶于冷水, 易溶于热水,几乎不溶于乙醚、乙醇和丙酮,不能被微生物分解,过去一般认为对人体或动物无用。但国外科学家发现,D型谷氨酸具有抗癫痫的生理活性,它的盐酸盐如谷氨酸钠可充当胃酸的增强剂,或是消除焦虑症。

折叠 编辑本段 争议事件

味精的使用引起过很大争议,尽管很多国家的食品管理部门认定适量消费味精是安全的(例:世界卫生组织和联合国粮农组织于23届联会上公布:食用味精,有益无害,取消限量),但很多批评者认为味精的危害可以引起包括头痛在内的副作用。

有些人还对谷氨酸钠中的成分产生过敏反应,这种过敏很类似小麦和贝壳动物过敏。这些不良反应通常在摄入味精一小时后出现症状。西方国家的一些亚洲餐馆已经自愿放弃味精的使用,或提醒顾客菜肴是否使用了味精。

有媒体报道称在日常烹调中常用的谷氨酸钠,以及经常与之联合使用以提升食品鲜味的5'-呈味核苷酸二钠,这两种增味剂在长期大量摄入的情况下,会导致情绪异常。谷氨酸钠还与抑郁、失眠、恶心、偏头疼、不育等症状相关。

有些研究得出味精可以导致肥胖,但也有研究经过5年追踪,得出味精与肥胖无关的结论。此外,有些学者担心谷氨酸会对婴幼儿的神经系统发育可能产生长期的不良影响。至于味精会导致掉头发、癌症等说法则无从查证。

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