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γ-聚谷氨酸生产、合成机制和抗冷冻性的研究γ-聚谷氨酸(Poly-γ-glutamic acid,γ-PGA)是一种多聚氨基酸类的环保型多功能生物可降解高分子材料,分子量一般在10~1000 k Da左右。
γ-PGA具有一些独特的物理、化学和生物学特性如良好的水溶性,超强的吸附性,能彻底被生物降解,无毒无害,可食用等,可广泛应用于农业、食品、医药、化妆品,环保等领域。
微生物合成γ-PGA是一个复杂的生理代谢过程,目前的研究多集中于γ-PGA产生菌株的筛选和产量的提高,而对于γ-PGA合成机制缺乏足够的研究和可靠的结论。
本研究筛选了一株可不依赖谷氨酸发酵的γ-PGA高产菌株,对内源谷氨酸的合成途径进行了探讨,克隆表达了γ-PGA合成酶基因,并对γ-PGA产物的抗冷冻性进行了研究。
从稻田根际土壤中筛选得到一株非谷氨酸依赖型γ-PGA产生菌株,根据生理生化特征,16S r RNA序列比对,将菌株鉴定为甲基营养芽孢杆菌并命名为Bacillus methylotrophicus SK19.001,其16S r RNA基因全长为1417 bp,已提交Gen Bank并获得基因登录号为JQ723479。
利用薄层层析法、高效液相色谱法分析、傅里叶红外光谱法以及核磁共振法对产物结构进行了鉴定和分析。
测定了各种碳源和氮源对B.methylotrophicus SK19.001产γ-PGA的影响,结果表明SK19.001对碳源的利用十分广泛,而对氮源的利用具有局限性,只能利用有机氮源,柠檬酸钠在发酵过程中可显著促进γ-PGA的产生,15 g/L的添加量可使γ-PGA产量提高76.5%。
在含有30 g/L甘油,15 g/L柠檬酸钠以及50 g/L 蛋白胨的培养基中,发酵36 hγ-PGA产量达到33.84 g/L,不产生多糖等副产物,分子量超过10000 k Da,其中D-谷氨酸含量为65%~70%。
三羧酸循环中间体和谷氨酸家族的氨基酸独自作为碳源能够参与γ-PGA的合成,除谷氨酰胺外,这些前体的合成效率相当。
聚谷氨酸用量及用法食品级摘要：一、聚谷氨酸概述二、聚谷氨酸的特性三、聚谷氨酸在食品中的应用四、聚谷氨酸的用量和用法五、聚谷氨酸的安全性和前景正文：一、聚谷氨酸概述聚谷氨酸（Glycine max）是一种由谷氨酸单体组成的聚合物，具有高度的水溶性、生物相容性、生物可降解性、生物可吸收性、无免疫原性和可化学衍生性等特性。
聚谷氨酸在纳豆（发酵豆）中被首次发现，并在过去的十年里逐渐受到广泛关注。
二、聚谷氨酸的特性作为一种水溶性脂肪族聚酯，聚谷氨酸分子中有大量的游离的亲水性羧基。
这使得聚谷氨酸具有很好的水溶性和生物相容性，可以被人体安全吸收和利用。
此外，聚谷氨酸还具有生物可降解性和化学衍生性，可以通过酶的促进下分解为小分子谷氨酸，参与人体的三羧酸循环。
三、聚谷氨酸在食品中的应用由于聚谷氨酸的特性，使其在食品行业中具有广泛的应用前景。
聚谷氨酸可以作为一种优质的食品添加剂，应用于饮料、糕点、糖果等食品中，提高食品的营养价值和口感。
同时，聚谷氨酸还可以用于食品包装材料和餐具，具有良好的保鲜效果和环保性能。
四、聚谷氨酸的用量和用法在食品中使用聚谷氨酸时，需要根据具体产品和使用场景来调整用量。
一般来说，聚谷氨酸的添加量不会超过食品总重量的1%，以保证食品的口感和品质。
在实际应用中，聚谷氨酸可以通过喷涂、浸泡、涂覆等方法加入到食品中，以提高食品的保湿性、口感和抗老化性能。
五、聚谷氨酸的安全性和前景聚谷氨酸在食品中的使用安全性得到了广泛认可。
目前，聚谷氨酸已被我国卫生部门批准为食品添加剂，并在多个国家和地区获得了使用许可。
然而，聚谷氨酸的广泛应用仍面临一些挑战，如生产成本较高、生产工艺有待优化等。
γ-聚谷氨酸的研究进展王浩1 杨丽萍2 乔君2 赵祥颖2 刘建军1,2（1.山东轻工业学院食品与生物工程学院济南 250353 ）（2.山东食品发酵工程重点实验室济南 250013）摘 要：γ-聚谷氨酸(Po l y-γ-gl u t a m i c a c i d；γ-P GA)是以L-、D-型谷氨酸为单体通过γ-酰胺键聚合而成的一种均聚氨基酸聚合物。
γ-聚谷氨酸具有水溶性、可生物降解性和可食用性且对人和环境无毒的诸多优点，这使得γ-聚谷氨酸及其衍生物在食品、化妆品、医药和农业等领域具有广阔的应用前景。
关键词：γ-聚谷氨酸 生产 应用γ-聚谷氨酸[Poly(γ-glutamic acid),γ-PGA]是由D-/L-谷氨酸通过γ-酰胺键聚合而成的一种高分子阴离子多肽型聚合物。
生物合成的γ-聚谷氨酸的立体构型分为γ-聚D-谷氨酸(γ-D-PGA)、γ-聚L-谷氨酸(γ-L-PGA)和γ-聚D/L-谷氨酸(γ-D/L-PGA)3种。
γ-聚谷氨酸主链上含有大量游离羧基，可发生交联、螯合、衍生化等反应，具有强水溶性、生物相容性、生物降解性等，随着人们环保意识日益增强，γ-聚谷氨酸作为可生物降解高分子材料已备受关注。
本文介绍了γ-聚谷氨酸的结构性质、生产方法、研究历史、现状及应用前景。
1 γ-聚谷氨酸的结构与性质1.1 γ-聚谷氨酸的结构γ-聚谷氨酸是一种通过微生物合成的均聚氨基酸化合物，由L-谷氨酸（L-Glu）、D-谷氨酸（D-Glu）单体通过酰胺键聚合而成的一种多肽分子[1]，通常是由500~5000个左右的谷氨酸单体组成，相对分子质量在100~1000kD之间，其结构式如图1所示。
图1 γ-聚谷氨酸的结构式γ-PGA是一种不寻常的阴离子异形肽，目前的初步研究认为它的基本骨架是由γ-酰胺键连接而成的直链纤维分子，没有典型的肽链结Study of Poly-γ-glutamic acidWang Hao1, ZhaoXiang-ying2, LIU Jian-jun1,2*（1.College of Food and Bioengineering,Shandong Institute of Light Industry,Jinan,250353）（2.Food& Fermentation Engineering Key Lab of Shandong Province,Jinan,250013）Abstract：Poly-γ-glutamic acid is a compound of equal poly amino acid that consist of L- and D-glutamic acids through γ-glutamyl bonds.γ-PGA is water-soluble, biodegradable, edible and non-toxic toward human and the environment. Therefore, potential applications of γ-PGA and its derivatives have been of interest in abroad range of industrial fi elds such as food, cosmetics, medicine and agriculture.Key words：γ-PGA; production; application构，也不是一种环状多肽，链之间存在大量氢键。
聚谷氨酸神奇的肥料增效剂作者：新型肥料技术网查看原文聚谷氨酸（γ-PGA）成为现阶段最受人关注的生物制品之一。
γ-谷氨酸具有优良的水溶性、超强的吸附性和生物可降解性，降解产物为无公害的谷氨酸，是一种优良的环保型高分子材料，可作为保水剂、重金属离吸附剂、絮凝剂、缓释剂以及药物载体等，在化妆品、环境保护、食品、医药、农业、沙漠治理等产业均有很大的商业价值和社会价值。
聚谷氨酸γ–PGA既不是农药，也不是肥料，而是一种植物保健品、营养素，其之所以能促使植物增产，是由于它有如下特性：1、γ–聚谷氨酸有超强的亲水性与保水能力漫淹于土壤中时，会在植株根毛表层形成一层薄膜，不但具有护根毛的功能，更是土壤中养份、水份与根毛亲密接触的最佳输送平台，能很有效率的提高肥料的溶解、存储、输送与吸收，大大提高肥料的使用效率。
阻止硫酸根、磷酸根、草酸根与金属元素产生沉淀作用，使作物能更有效的吸收土壤中磷、钙、镁及微量元素，促进作物根系的发育，加强抗病性。
2、γ聚谷氨酸能平衡土壤的酸碱值γ-PGA对酸、碱具有绝佳缓冲能力，可有效平衡土壤酸碱值，改变长期使用化肥造成的酸性土质。
3、γ聚谷氨可结合沉淀有毒重金属对Ph+2、Cu+2、Cd+2、Cr+3、A1+3,As+4 等有毒重金属有极佳的螯合效果，经γ–PGA螯合后，农作物不能吸收，从而使农产品中不再有重金属残留。
4、γ聚谷氨可增强农作物抗性由于γ-PGA可整合植物营养、土壤中的水活成份，可以增强农作物的免疫力和生物活性，使作物根系发达，使小麦、水稻等作物分蘖明显增加，植株健壮，可增强抵抗由土壤传播的植物病原所引起症状的能力。
5、γ聚谷氨促进增产由于上述原因，在减少化肥使用量4 0—5 0%、降低农业生产总本的条件下，仍可使农作物普遍增产，茶叶、瓜果、蔬菜等农产品快速增产，增产量可达10-2 0%，大田作物增产量可达10%-15%。
生物发酵合成聚谷氨酸具有突出的优点，通过芽孢杆菌发酵，产物均为聚谷氨酸型、产物分子量高、生产条件温和、生成产物纯度较高，微生物发酵得到的聚谷氨酸分子量可达100KD～1000KD，相比于化学合成法制取成本也大大减少，是唯一适合工业化大规模生产聚谷氨酸的方法。
化妆品级聚谷氨酸百川生物化妆品级γ-聚谷氨酸（γ-PGA）γ-聚谷氨酸（γ-PGA），又称纳豆胶、多聚谷氨酸，它是由L-谷氨酸、D-谷氨酸通过γ-谷氨酰胺键聚合而成的一类均聚氨基酸，分子量在相对分子量一般在10,000~2000,000Da。
立体化学组成随菌种和发酵条件不同而不同。
（1）γ-聚谷氨酸特性水溶性：γ-PGA的链间存在大量氢键，因此具有很大的水溶性；生物相容性和生物可降解性：γ-PGA的主链上存在大量肽键，在酶作用下，可降解成无毒的短肽和氨基酸单体，因此具有优良的生物相容性和生物可降解性。
强吸水保湿性：γ-PGA的主链上存在大量游离羧基，因此具有强吸水保湿性。
（2）产品化学名称（3）产品技术指标（4）γ-聚谷氨酸在日化产品中的应用①γ-聚谷氨酸在护肤产品中的应用长效保湿：γ-PGA的水溶液为无色无味透明胶质，由于其特殊的三度空间格子结构, 使其具有极强的5000倍吸水保湿能力, 加上其柔滑肤感及易成膜性，可以显著提升肌肤保湿功效、减少水分散失、促进肌肤恢复弹性。
与公认的最具保湿能力的透明质酸相比，其保湿锁水功效比透明质酸有显著的优越性。
协同美白：研究发现，添加γ-PGA的护肤品可协同增效其他美白成分，显著抑制黑色素的生成，具有美白肌肤的功效。
防晒隔离：由于γ-PGA的优越成膜特性，添加γ-PGA的护肤品可在肌肤表面形成一层透气的生物保护薄膜，锁住皮肤水分的同时可以抵御外界侵袭，阻挡紫外线，在抗雾霾及防晒产品中，展现出优异的功效。
平皱抗衰：γ-PGA可增加皮肤角质层中天然保湿因子的含量，促进皮肤深层纤维母细胞的生长，平衡皮肤酸碱值，使皮肤恢复弹性，抚平皮肤因缺水产生的细纹。
聚谷氨酸、透明质酸、胶原蛋白对皮肤效果的比较组成分子单一胺基酸双糖类衍生物三胺基酸增进皮肤弹性↗↗→亲水性强中弱pH、热稳定性佳佳较差皮肤表面水分流失↘→→聚谷氨酸保湿护肤产品使用效果10秒：肌肤立感滑爽，聚谷氨酸瞬间潜入皮肤，立时锁水。
据说聚谷氨酸对肥料有缓释作用,领导要求我做一个实验方案.我大概整了一个如下,请大家指点.尤其是聚谷氨酸的缓释原理一块,有研究的版友务必给点指导哦.聚谷氨酸用作肥料缓释剂试验方案背景资料：聚谷氨酸是一种水溶的高分子化合物，具有高吸水性、生物降解性。
在农业应用中，聚谷氨酸的作用有三方面：1，保水剂;2，病害抑制剂，3，肥料增效剂/缓释剂。
其中做病害抑制及、肥料增效剂的报道较多，做肥料缓释剂的报道很少。
聚谷氨酸作为肥料增效剂使用，据报道在肥料用量减少20%的情况下，产量与对照持平，还有报道聚谷氨酸可以抑制黄瓜病害，增加黄瓜生物量。
还有资料称聚谷氨酸对肥料具有缓释作用，但是对缓释原理缺乏详细清晰的阐述。
对于聚谷氨酸对药物的缓释原理，有文献是这样解释的：聚谷氨酸分子链上具有大量活性较高的侧链羧酸(-COOH)，易于和一些药物结合生成稳定的复合物[施庆珊]。
这个原理或许可以借用来解释聚谷氨酸对肥料的缓释作用，这样的缓释机理与腐殖酸类物质有相似之处。
据专利200710052667聚γ谷氨酸增效肥料，“实验证明，将聚γ谷氨酸或其盐与熔融尿素混匀造粒，成粒率提高2-3%，粉状产品减少，借助尿素和聚γ谷氨酸分子间化学键的结合作用，使尿素在土壤中缓慢释放，释放时间由原来的50天提高到200天左右，肥料利用率提高20%以上，在达到同样效果的前提下，可节约肥料20%以上，显著提高作物硝酸还原酶和过氧化酶的活性以及植物根系活力，效果明显优于添加其它脲酶抑制剂的尿素产品”。
聚谷氨酸也有制作包膜肥料的先例。
据VEDAN公司的资料，用聚谷氨酸浓度为0.05%、0.075%、0.1%浓度的溶液对尿素进行包膜，用紫外分光光度计测定尿素完全释放时间延长到300分钟(未包膜尿素的释放时间为75分钟)。
达不到GB/T23348-2009缓释肥料标准的要求。
根据上述背景资料，认为聚谷氨酸做包膜肥料产品效果并不理想。
如果聚谷氨酸有缓释作用，添加聚谷氨酸的肥料产品缓释机理与包膜肥料、脲醛肥料、稳定性肥料都不同。
南开大学科技成果——聚谷氨酸的微生物合成及其
应用研究
成果简介：
微生物合成的γ-聚谷氨酸为均聚氨基酸化合物，分子量在100-1000kDa之间，相当于500-5000个左右的谷氨酸单体，具有优良的成膜性、成纤维性、阻氧性、可塑性、粘结性和极其强的吸水性，从而在高分子材料工程中具有增稠、乳化、凝胶、成膜、保温、缓释、助溶、粘结和强吸水等功能。
作为一种生物材料，γ-PGA又具有生物可降解性好、可食、对人体和环境无毒害等优点，因而在食品、化妆品、医药、农业和水处理等领域具有广泛的应用前景。
知识产权情况：
专利技术：一种提高水溶性高聚物发酵产率的方法（申请号：200910068715.X，公开号：CN101544949），解决了水溶性高聚物发酵液粘度过高，发酵效率低下的问题。
专利技术：“一株非谷氨酸依赖型γ-聚谷氨酸合成菌及其发酵方法”（专利申请号：200810053900.7公开号：CN101508962）实现了
从糖类出发一步法合成γ-聚谷氨酸，使得生产成本大大降低。
授权专利：用微生物发酵合成的聚谷氨酸制备超强吸水剂的方法（授权号：ZL200510014734.6）采用聚合物交联技术以聚谷氨酸为原料制备绿色高强吸水剂，吸水倍率达到了2000-4000倍。
聚谷氨酸研究报告聚谷氨酸是一种新型的高分子材料，具有极高的拉伸强度和模量，同时也具有优异的耐热性和耐腐蚀性。
本文主要介绍了聚谷氨酸的制备方法、性质以及应用领域，并对其未来的发展进行了展望。
一、引言聚谷氨酸是一种由天然氨基酸谷氨酸聚合而成的高分子材料，其结构与天然蛋白质非常相似。
与传统的合成高分子材料相比，聚谷氨酸具有许多优异的性质，例如高拉伸强度、高模量、耐热性和耐腐蚀性等。
因此，聚谷氨酸在材料科学、生物医学和环境保护等领域具有广泛的应用前景。
二、制备方法聚谷氨酸的制备方法主要包括化学合成和生物合成两种方式。
化学合成方法是通过在含有谷氨酸单体的溶液中加入聚合催化剂，如N,N'-亚甲基双丙烯酰胺（MBA）或N,N'-二甲基丙烯酰胺（DMAA），将单体聚合成高分子。
该方法制备的聚谷氨酸具有较高的分子量和较好的机械性能，但存在环境污染和成本较高的问题。
生物合成方法是利用微生物或植物等生物体内的谷氨酸脱羧酶催化谷氨酸的聚合，生成聚谷氨酸。
该方法具有环保、成本低等优点，但制备的聚谷氨酸分子量较低，机械性能相对较差。
三、性质聚谷氨酸具有许多优异的性质，主要包括以下几个方面：1. 高拉伸强度和模量：聚谷氨酸的拉伸强度和模量分别为传统合成高分子材料的2-3倍和4-5倍，具有较高的强度和刚度。
2. 耐热性：聚谷氨酸的热稳定性较好，在高温下仍能保持较好的机械性能。
3. 耐腐蚀性：聚谷氨酸具有较好的耐酸碱性和耐盐蚀性，适用于海洋环境和化学工业等领域。
4. 生物相容性：由于聚谷氨酸的结构与天然蛋白质非常相似，因此具有较好的生物相容性，适用于生物医学领域的应用。
四、应用领域聚谷氨酸具有广泛的应用领域，主要包括以下几个方面：1. 材料科学：聚谷氨酸可用于制备高强度、高刚度的复合材料，适用于航空航天、汽车、建筑等领域。
2. 生物医学：聚谷氨酸具有良好的生物相容性和可降解性，可用于制备生物医用材料，如人工骨、人工血管等。
微生物学通报MAR 20, 2011, 38(3): 388−395Microbiology China© 2011 by Institute of Microbiology, CAStongbao@基金项目：国家自然科学基金项目(No. 31070039, 51073081); 天津市科技支撑重点项目(No. 09ZCKFSH00800) *通讯作者：Tel: 86-22-23503866; : songcj@收稿日期：2010-07-14; 接受日期：2010-11-19专论与综述γ-聚谷氨酸的微生物合成、相关基因及应用展望曹名锋1 金映虹1,2 解慧1 王淑芳2 宋存江1,2*(1. 南开大学生命科学学院微生物系 分子微生物学与技术教育部重点实验室 天津 300071)(2. 南开大学生命科学学院 生物活性材料教育部重点实验室 天津 300071)摘 要: γ-聚谷氨酸是一种具有极强水溶性、生物相容性、可完全降解性的环境友好型新材料。
介绍γ-聚谷氨酸的基本性质、微生物合成及其影响因素, 综述其合成相关基因、合成酶复合体的研究进展及在水凝胶和药物载体方面的应用前景。
关键词: γ-聚谷氨酸, 生物合成, 合成酶基因, 应用前景Biosynthesis of poly (γ-glutamic acid), its related genesand application prospectsCAO Ming-Feng 1 JIN Ying-Hong 1,2 XIE Hui 1 WANG Shu-Fang 2SONG Cun-Jiang 1,2*(1. Key Laboratory of Molecular Microbiology and Technology , Ministry of Education , Department of Microbiology ,Nankai University , Tianjin 300071, China )(2. Key Laboratory of Bioactive Materials , Ministry of Education , Nankai University , Tianjin 300071, China )Abstract: Poly (γ-glutamic acid) is a promising environmental friendly material with outstanding water solubility, biocompatibility and degradability. This review introduces the basal properties of γ-PGA, microbial production of γ-PGA, and the key factors affecting the yield of γ-PGA. Furthermore, the γ-PGA biosynthesis genes, γ-PGA synthetase complex, as well as the application prospects of γ-PGA in hydrogel and drug delivery, are also discussed.Keywords: Poly (γ-glutamic acid), Biosynthesis, Synthetase genes, Application prospects γ-聚谷氨酸[Poly (γ-glutamic acid), γ-PGA]是由D-/L-谷氨酸通过γ-酰胺键聚合而成的一种高分子阴离子多肽型聚合物。
结构式见图1。
生物合成的γ-聚谷氨酸通常由500−5 000个谷氨酸单体组成, 分子量为10 kD −10 000 kD, 立体构型分为γ-聚D-谷氨酸(γ-D-PGA)、γ-聚L-谷氨酸(γ-L-PGA)和γ-聚曹名锋等: γ-聚谷氨酸的微生物合成、相关基因及应用展望389/wswxtbcnD/L-谷氨酸(γ-D/L-PGA) 3种[1]。
γ-聚谷氨酸主链上含有大量游离羧基, 可发生交联、螯合、衍生化等反应, 具有强水溶性、生物相容性、生物降解性等。
随着人们环保意识日益增强, γ-聚谷氨酸作为可生物降解高分子材料已备受关注。
本文介绍了近年来γ-聚谷氨酸发酵生产、合成酶研究及应用前景。
图1 γ-聚谷氨酸结构式Fig. 1 The structure of poly (γ-glutamic acid)1 γ-聚谷氨酸的微生物合成γ-聚谷氨酸生产主要有化学合成法、提取法和微生物发酵法3种。
前两种方法因合成的γ-聚谷氨酸分子量低、副产物多且成本高等无法实现工业化应用。
微生物法合成的γ-聚谷氨酸最早于1913年由Sawamura 在日本传统食品纳豆中发现。
1937年, Ivanovics 等从一种致病的革兰氏阳性细菌炭疽芽孢杆菌(Bacillus anthracis )的荚膜中分离到γ-聚谷氨酸。
自1942年Bovarnick 等发现γ-聚谷氨酸作为一种发酵产物能自由地分泌到培养基中后, 人们发现多种芽孢杆菌能在胞外积累γ-聚谷氨酸。
上世纪90年代以来, 伴随γ-聚谷氨酸在材料领域优越性的展现, 国内外对γ-聚谷氨酸的微生物法制备研究越发活跃, 主要集中在筛选高产野生菌株和进行菌种改造, 以期适应工业化需求。
1.1 γ-聚谷氨酸合成菌合成γ-聚谷氨酸的微生物主要是芽孢杆菌属的细菌。
最早在炭疽芽孢杆菌的荚膜(Capsule)中发现的γ-聚谷氨酸, 属于组成型, 能增强毒力, 配合外毒素(Exotoxins)抑制宿主的吞噬作用和逃避哺乳动物的免疫防御系统。
而适合工业化生产的菌株主要是地衣芽孢杆菌(B. licheniforms )和枯草芽孢杆菌(B. subtilis ), 其合成的γ-聚谷氨酸属于分泌型, 通过膜转运到细胞外, 作为一种保护因子抵御恶劣环境, 或细菌饥饿时的营养物质。
此外, Niemetz 与Hezayen 分别发现盐碱球菌(Natronococcus occultus )和古细菌(Natrialba aegyptiaca )能在极端强碱或高盐环境下合成γ-聚谷氨酸, 通过γ-聚谷氨酸的强结合水能力使菌体不致急剧失水[2−3]。
根据培养基是否需要添加谷氨酸, 将γ-聚谷氨酸产生菌分为谷氨酸依赖型(分段合成)和谷氨酸非依赖型(从头合成)两类。
前者占已报道γ-聚谷氨酸生产菌中的大多数, 包括枯草芽孢杆菌(chungkookjang)[4]、枯草芽孢杆菌RKY3[5]、地衣芽孢杆菌 ATCC9945A [6−7]、地衣芽孢杆菌NCIM2324[8]等; 后者研究较少, 只发现枯草芽孢杆菌TAM-4[9]、枯草芽孢杆菌C1[10]、地衣芽孢杆菌A35[11]、解淀粉芽孢杆菌(B. amyloliquefaciens )LL3[12]等菌株。
那么, 是什么因素导致同一种细菌的不同菌株具有谷氨酸依赖型和非依赖型呢? 目前还没有深入和明确的报道。
我们认为有两种可能的机制导致合成γ-聚谷氨酸时对底物需要的差异。
一种假设是细菌具有比较强的谷氨酸合成能力, 能借助自身三羧酸循环途径和谷氨酸脱氢酶作用合成足量的谷氨酸单体, 通过γ-酰胺键聚合成为γ-聚谷氨酸; 另外一种假设是γ-聚谷氨酸合成酶系统具有比较强的结合和催化能力, 能够充分利用自身合成的谷氨酸作为底物发生聚合作用。
虽然谷氨酸非依赖型菌株合成的γ-聚谷氨酸产量较低, 但是由于发酵培养基中无需添加谷氨酸, 可以大大降低成本而被关注。
1.2 发酵条件的控制不同菌株对碳氮源、通氧量、搅拌速度、金属离子、微量元素、前体物质、生物素等的需求存在差异。
表1列出了几株谷氨酸依赖型和非依赖型菌株的培养基配方、发酵周期和γ-聚谷氨酸产量、单体D/L-谷氨酸比例及分子量大小。
以谷氨酸依赖型的地衣芽孢杆菌ATCC9945A 和非依赖型的地衣芽孢杆菌A35为例简述培养条件对γ-聚谷氨酸产量的影响。
1963年, Leonard 等建立了γ-聚谷氨酸合成最常用的E 培养基。
Troy 等通过制备细胞膜体系来催化合成聚D-谷氨酸, 认为地衣芽孢杆菌ATCC9945A 中含有ATP 、Mg 2+、K +激活的消旋酶与合成酶系。
Yoon 等利用控制柠檬酸和L-谷氨酸补料分批培养,390微生物学通报 2011, Vol.38, No.3/wswxtbcn 1菌株Strains培养基主要成分Medium composition(g/L)发酵周期Cultivationtime (h)D/L-谷氨酸比例Ratio ofD/L-glutamateγ-聚谷氨酸分子量Molecular weight ofγ-PGA (M w, kD)γ-聚谷氨酸产量Concentration ofγ-PGA (g/L)文献来源References谷氨酸依赖型Glutamic acid dependent typeB. subtilis IFO3335Glutamic acid30Glycerol 20Citric acid 20(NH4)2SO4 10 96 83/17 1 500 10.0−20.0 Goto, Kunioka(1992)[13]B. subtilis (chungkookjang) Glutamic acid 20Sucrose 50(NH4)2SO4 20NaCl 0.5−5120 (50−60)/(50−40)>1 000 13.5 Ashiuchi et al.(2001)[4]B. subtilis ZJU-7 L-glutamic acid 81Sucrose 60Trypone 60NaCl 10 24 (50−70)/(30−50) 1 240 54.4 Shi et al.(2006)[14]B. subtilis RKY3 Glycerol 17.6Yeast extract 2.7Glutamic acid 59.6 24 ND 62 48.7 Jeong et al.(2010)[5]B. licheniformis NK-03Glutamic acid 30Glucose 40Biotin 25095 2/98 1 360 10.5 Cao et al.(2010)[15]谷氨酸非依赖型Glutamic acid independent typeB. licheniformis A35 Glucose 75NH4Cl 18KNO3 3 96 (50−80)/(50−20)300 8.0 Cheng et al.(1989)[11]B. subtilis TAM-4 Fructose75NH4Cl 18 72 78/22 200 10.0−14.0 Ito et al.(1996)[9]B. subtilis C1 Citric acid 22Glycerol 170NH4Cl 7.0 144 97/3 10 200 21.4 Shil et al.(2005)[10]B. licheniformis PGA-N-C10Sodium citrate 40Urea 16Tryptone 1250 ND 20−275 11.0 Shu et al.(2009)[16]B. amyloliquefaciens LL3 Sucrose 50(NH4)2SO4 244 1.5/98.5 470 4.4 Cao et al.(2011)[12]注: ND: 未检测. Note: ND: Not determined.研究表明当pH为6.5、增加通气量, L-谷氨酸消耗增加, 地衣芽孢杆菌ATCC9945A对柠檬酸和甘油的利用率很高, 但立体构型和分子量无明显变化, 建立了γ-聚谷氨酸高产工艺。
