聚谷氨酸农业级介绍

聚谷氨酸(PGA)在全球专利申请概况

Patent in Hydrogel Technology Nations Title Application No. Date Publication No. Date Patent No. Date 中華民國Taiwan 藉三維交聯作用所得之安定及生物可分解的高吸水性γ-聚麩胺酸 水膠及其製備方法。 TW 092136155 2003-12-19 TW2005 –21157 2005-07-01 TW 255824B 2006-06-01 日本Japan 三次元架橋した, 安定した生分解性の高吸水性γ-ポリグルタミソ 酸ヒドロゲル及びその調製方法。 JP 2003-423533 2003-12-19 JP 2005179534 2005-07-07 JP4015988 2007-09-21 歐盟EP Stable biodegradable, water absorbing gamma-polyglutamic acid hydrogel. EP 03258255.3-1219 2003-12-19 EP1550469A 2005-07-05 EP1550469B 2006-11-02 英國UK Stable biodegradable, water absorbing gamma-polyglutamic acid hydrogel------------------ GB Patent No/ EP1550469B 2006-11-02 法國France Hydrogel a base d’acide gamma polyglutamique, stable,biodegradable, absorbent l’eau-------------------- France patent No./ EP1550469B 2006-11-02 德國Germany Stabiler,biologisch abbaubares,wasserabsorbierendes Gamma-Polyglutaminsaure–Hydrogel--------------------- DE 60309494T 2006-12-14 義大利Italia Stable biodegradable, water absorbing gamma-polyglutamic acid hydrogel---------------------- Italia patent No./ EP 1550469B 2006-11-02 瑞士Switzerland Hydrogel biodegradable stable,absorbant I’eau, a base d’acid γ-polyglutamique.---------------------- Switzerland patent No./ EP 1550469B 2006-11-02 西班牙Spain Uu Hidrogel De Acidoγ-Poliglutamico,Estable, Biodegradable, Y Absorbente De Agua.---------------------- ES2274179T 2006-11-02 瑞典Sweden Stabil Biologiskt Nedbrytbar,Vattenabsorberande Gamma- Polyglutaminsyrahydrogel.---------------------- Sweden patent No./ EP 1550469B (2006-11-02) 美國USA Stable biodegradable, high water absorbable gamma- polyglutamic acid hydrogel by 3-dimentional cross-linking and its preparation method. US 10/ 740,977 2003-12-19 US 2005/0136516A1 2005-06-23 US7364879B2 2008-4-29 中國大陸China 藉三维交联作用所得之安定及生物可分解的高吸水性γ-聚麸胺酸 水凝胶。 CN 200410004665.6 2004-03-09 CN 1629220 2005-06-22 Pending 越南Vietnam Stable biodegradable, high water absorbable gamma- polyglutamic acid hydrogel by 3-dimentional cross-linking and its preparation method. VN1-2004-00210 2004-03-10----------- Granted on 2009-1-7

炭吸附聚谷氨酸

炭吸附聚谷氨酸是在聚谷氨酸基础上经生物炭处理得到的新型材料，它是一种通过微生物发酵产生的高分子生物聚合物，具有良好的水溶性，高负电性，成膜性，吸水性、缓释性，可生物降解性，对环境安全友好性等特性。炭吸附聚谷氨酸通过微生物在适合的培养基中经深层液体发酵生成聚谷氨酸；再将生物炭置于聚谷氨酸微生物发酵液中，使其进一步发酵生成炭吸附聚谷氨酸。 炭吸附聚谷氨酸的由来：国内外关于聚γ-谷氨酸生产的研究十分活跃，主要集中在生产合成以及聚γ-谷氨酸在工业和医疗上的应用方面，并且以日本和韩国的研究报道居多，但是由于聚谷氨酸特殊的产物性质、微生物发酵产率低以及其代谢机制的不明等原因，导致聚氨酸发酵生产成本过高，国际上成功地实现聚谷氨酸商业化生产的企业并不多。 随着科学技术的不断进步，国内公司通过对聚谷氨酸的不断改进，制备了一种炭吸附聚谷氨酸新型材料，解决了聚谷氨酸在农业应用上持效期短、成本高等问题，有力推动了聚谷氨酸的商业化进程。最近几年，国内某家企业成功实现了炭吸附聚谷氨酸的大规模生产及推广应用，使其聚谷氨酸产品成为防治土壤污染和化肥减量现阶段最受人关注的生物制品之一。农业应用 （1）提高肥料利用率、缓解耐肥性、进行化肥减量 炭吸附聚谷氨酸具有超级亲水性，是养分与根系接触的最佳平台，可以加速作物对肥料等营养的吸收。不管阳离子基团或阴离子基团，只要碰到炭吸附聚谷氨酸有机水溶肥，即全部呈溶解态，可先贮存吸附，再缓缓释放至土壤中，促进作物对氮、磷、钾及中微量元素的吸收，减少土壤肥料流失和固化，最终提高肥料利用率，缓解耐肥性，减少化肥施用量。 （2）改良土壤、防止土壤板结酸碱化 导致土壤板结的主要原因是黏粒含量过高且有机质含量较低，表土黏粒含量高易板结( 黏韧性强) ，犁底层或心土层黏粒含量高则不利于水分下渗，易发生土壤上层滞水；另外，长期施用化肥、土壤酸化也是导致土壤板结的重要原因。炭吸附聚谷氨酸有机水溶肥可促进土壤有机质合成，有效补充土壤有机质含量，平衡土壤酸碱值，达到改良土壤、防止土壤板结酸碱化的作用。 （3）促进作物生长、提质增产 炭吸附聚谷氨酸有机水溶肥可有效提高根系活性，生根、壮根，促进对作物水分和养分的吸收、输送和转化，增强作物的光合作用，促进有机物的合成，从而达到促进植物生长发育、增产等目的；可明显提高作物生长过程中的POD酶、SOD酶和PAL酶等的活性，从而提高作物的抗逆性和抗病性。 （4）抗旱保湿 炭吸附聚谷氨酸具有3000-5000倍超高吸水保水能力，在土壤中有强力的保水力和缓释效果，具有抗旱保墒作用，可明显提高干旱条件下作物的发芽率。 炭吸附聚谷氨酸有机水溶肥在实验室和田间的示范应用。 （1）室内试验 ①炭吸附聚谷氨酸有机水溶肥在小麦上的应用 实验方法：将水洗沙与草炭以1:2的比例混匀，填入中号花盆 并压实，在播种前用放置12小时的自来水将土壤浇透。试验设3个处理，3次重复：

聚谷氨酸发酵生产

课程设计说明书不同分子量聚谷氨酸制备条件研究 学院（系） 年级专业： 学号： 学生姓名： 指导教师： 教师职称：

2013-2014 春季学期 生物工程专业课程设计 结题论文 不同分子量聚谷氨酸制备条件研究 学院（系）： 年级专业： 学号： 学生姓名： 指导教师： 教师职称：

摘要 . γ-PGA 是一种有极大开发价值和前景的多功能性生物制品，近年来被作为增稠剂，保湿剂，药物载体等而一直被广泛应用于工业领域。它是一种水溶性和可生物降解的新型生物高分子材料，可通过微生物合成。在生产低聚谷氨酸工艺当中，利用微生物发酵法生产聚谷氨酸具有很好的前景，但在利用微生物发酵法制备产物时，生产的聚谷氨酸具有较大的分子量，需要对其进行进一步的降解处理。本设计拟对微生物发酵生产的高分子量的聚谷氨酸进行降解，并优化其降解条件，从而得到不同分子量的低聚谷氨酸分子，并利用琼脂糖凝胶电泳和高效液相凝胶色谱检测其降解后的分子量，从而确定最佳降解条件。本设计主要分为三个部分对不同分子量的γ-PGA 的制备情况进行了研究。第一部分是通过微生物发酵，提取得到 80-100 万分子量的大分子聚谷氨酸产物的设计；第二部分根据聚谷氨酸分子特性，设计筛选可降解大分子聚谷氨酸的方法，并优化降解条件，得到不同分子量的低聚谷氨酸分子，并找到合适的方法进行分离纯化；第三部分是在前两部分的基础上，通过建立琼脂糖凝胶电泳和液相凝胶色谱检测不同分子量低聚谷氨酸的方法，从而设计出最佳的制备条件。 关键词：生物发酵法、聚谷氨酸、降解条件、检测方法

目录 第一部分文献综述 (3) 1.1 γ-聚谷氨酸简介 (3) 1.2 聚谷氨酸结构 (4) 1.3 聚谷氨酸性质： (4) 1.3.1 吸水特性 (4) 1.3.2 生物可降解性 (4) 1.3.3 γ-PGA 的水解特性 (5) 2. γ-PGA 的应用前景 (5) 2.1 γ-PGA 的应用 (5) 2.1.1 聚γ-PGA 是一种微生物絮凝剂 (5) 2.1.2 γ-PGA作为一种新型的高分子吸水性材料 (5) 2.1.3 γ-PGA作为新型的药物载体 (6) 3. γ-PGA 合成方法 (7) 3.1 化学法合成 (7) 3.1.1 传统的肽合成法 (7) 3.1.2 二聚体缩聚法 (7) 3.2 提取法合成 (7) 3.3 微生物生物合成法 (7) 3.3.1 代谢途径 (7) 4. 研究进展 (8) 5. 总结——本设计的前景分析以及研究意义 (8) 5.1 前景分析 (8) 5.2 研究意义 (9) 第二部分课程设计部分 (10) 1.材料 (10)

聚谷氨酸的生物合成及应用

题目聚谷氨酸的生物合成及应用姓名学号曹明乐 3120104732 专业年级化工1201

聚谷氨酸的生物合成及应用 摘要：本文主要介绍了绿色高分子材料γ-聚谷氨酸的在工业上的生物合成及其在生活与工农业方面的应用。 关键词：γ-聚谷氨酸；微生物合成；应用 引言 随着材料科学和聚合物化学等相关高分子材料的快速发展，在其重要性日益凸现的同时，人们发现了它的不足之处，即大部分人工合成的高分子材料在自然界难以降解，也就是人们愈发关注的“白色污染”。为了解决这个问题，人们开展了各种研究工作，制成了各种可降解材料，聚合氨基酸系列产品的开发也由此崭露头角。 近年来日本从一种常用食品----纳豆的黏液中提取出的γ-聚谷氨酸，开始引起人们的重视。其最早发现于1913年，是一些芽孢杆菌的荚膜结构的主要成分，是一种生物自然合成的聚酰胺原料。由于γ-聚谷氨酸具有增稠、成膜、保湿、黏合、无毒、水溶及生物可降解等性能，适用于食品、化妆品、生物医学和环境保护等领域，特别是近年来随着对γ-聚谷氨酸的深入研究，γ-聚谷氨酸作为一种高分子生物制品，愈来愈显现出广阔的研究及应用前景。 1 γ-聚谷氨酸的生物合成 1.1分子结构 1.2制备方法 γ-聚谷氨酸的制备方法主要有三种，即化学合成法、提取法和微生物发酵法。较之前两种，微生物发酵法简单方便，容易控制和操作，并且γ-聚谷氨酸的产率高，适于工业大

规模生产。因此本文主要介绍微生物发酵法。 1.2.1γ-聚谷氨酸的制备 微生物发酵法在近几年得到了快速的发展和广泛的应用，主要体现在菌种的多样化、发酵方式与底物的多样化和添加剂的多样化。 目前应用于γ-聚谷氨酸生产的菌种主要是枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和纳豆芽孢杆菌。随着分子生物学及基因工程的发展，菌种筛选不仅停留在从自然界中获得高产菌，基因工程和诱变育种也得到了广泛的使用。比如采用紫外、亚硝基胍以及γ射线对其进行复合诱变获得一株γ-聚谷氨酸高产突变株，在基础培养基中产量约是出发菌株的 3.11 倍。 常规的微生物发酵方法有液体发酵法和固体发酵法，在生产γ-聚谷氨酸时常用的是液体发酵培养。目前γ-聚谷氨酸常用的发酵生产培养基是E-培养基，国内很多研究单位对培养基的优化进行了研究，比如利用纳豆芽孢杆菌接种到处理过的大豆中，然后保湿 1~2 昼夜后用生理盐水提取纳豆芽孢杆菌分泌在大豆表面的γ-聚谷氨酸，依次经过超滤、乙醇沉淀得到产品，同时也可以得到纳豆激酶和维生素 K2副产品。为了降低生产成本，也可以以大豆加工的副产物豆粕为主要培养基，并加入 4 倍水及2%葡萄糖。 在利用枯草芽孢杆菌 NX-2 发酵生产γ-聚谷氨酸时，向培养基中添加甘油、吐温-80和二甲亚砜，不仅能提高产量，同时还能降低γ-聚谷氨酸的相对分子质量。其既可以降低发酵液的粘度也能改变细胞膜的通透性促进菌体吸收营养成分，从而不但促进了菌体的生长还能刺激的γ-聚谷氨酸的合成。在工业化生产中，宜用柠檬酸作碳源，可降低生产成本。其中Mn2+和Mg2+对于提高γ-聚谷氨酸的产率也有很大的影响。 1.2.2γ-聚谷氨酸的分离提取 通过微生物发酵得到高黏度的发酵液，可用有机溶剂沉淀法、化学沉淀法和膜分离沉淀法获得γ-聚谷氨酸。 有机溶剂沉淀法是在生物制品的制备中应用最为广泛的一种沉淀方法，通常是向含有目标产物的水溶液中加入一定量亲水性的有机溶剂，能显著降低蛋白质等生物大分子的溶解度，使其沉淀析出。提取γ-聚谷氨酸常用的有机溶剂有甲醇、乙醇和丙酮。实验室操作的一般流程为：发酵液通过离心弃去菌体沉淀，包含γ-聚谷氨酸的上清液加入一定体积预冷的有机溶剂，放置一段时间后，沉淀物通过离心收集，通过冻干得到粗产品。粗产品溶解在蒸馏水中，用蒸馏水反复透析数小时，透析液经过冷冻干燥得到纯品。 化学沉淀法利用的是盐析原理，向待提取液中加入一定量的无机盐或无机盐溶液使目标产物沉淀下来。下图为化学沉淀法流程。

微生物发酵产聚谷氨酸工艺研究

微生物发酵产聚谷氨酸工艺研究 摘要：谷氨酸在生物体内的蛋白质代谢过程中占有重要地位，参与动物、植物和微生物中的许多重要化学反应。以枯草芽孢杆菌纳豆亚种为出发菌株，考察不同碳氮源及NaCl 浓度、谷氨酸、种龄、接种量对微生物发酵产γ- 聚谷氨酸的影响，以提高γ- 聚谷氨酸的产量。方法：该菌菌种活化后，接入种子培养基，于37℃、200 r/min 震荡培养18 h，然后按2 %接种量接入不同发酵培养基进行发酵培养。γ- 聚谷氨酸分离纯化后，根据其产量筛选最适发酵培养基组成及发酵条件，并对产物进行分析测定。 关键词：γ- 聚谷氨酸；纳豆菌；发酵；优化培养 一、材料与方法 1.1 材料 1.1.1 菌种纳豆芽孢杆菌（Bacillus subtilis natto），系作者筛选，由本校微生物教研室罗兵教授鉴定确认，于实验室保存。 1.1.2 培养基斜面培养基：大豆蛋白胨10 g/L，牛肉膏5 g/L，NaCl 7.5 g/L，琼脂20 g/L。种子培养基：大豆蛋白胨20 g/L，葡萄糖30 g/L，谷氨酸钠25 g/L，NaCl 5 g/L。液体发酵培养基：大豆蛋白胨30 g/L，葡萄糖40 g/L，谷氨酸钠30 g/L，NaCl15 g/L，K2HPO4 2.0 g/L，KH2PO4 4.0 g/L，Mg-SO4 0.5 g/L，CaCl2 0.25 g/L 及少量生物素[1]。以上培养基pH 均为7.0-7.2，在121℃下高压灭菌20 min。 1.1.3 试剂γ-PGA 标准品为Sigma 公司产品；系列葡聚糖标准品（Shodex P-82 standard 标准品，分子量（Mr）分别为5900，11800，22800，47300，112000，212000，404000，788000）为SHOWA DENKO 公司产品；叠氮钠、硫酸钠、蛋白胨、葡萄糖、谷氨酸等均为国产分析纯。 1.2 方法 1.2.1 发酵方法菌种活化：取菌种一环，接于斜面培养基，37℃培养20 h。 种子培养：取一至两环活化菌种接入种子培养基中，37℃、200 r/min 震荡培养18 h。 发酵培养：将上述种子液按2%接种量接入发酵培养基（装液量为40/250 mL），37 ℃、250 r/min 震荡培养48 h，测γ-PGA 的产量。 1.2.2 提取方法发酵液于4 ℃、10000 r/min 离心15 min 去除菌体，取上清液用6 mol/L HCl 将pH 调至2.0-3.0，加入3 倍体积冰无水乙醇搅拌出现絮状沉淀，低温放置4 h 离心得沉淀（粗品）。然后溶于蒸馏水，用透析袋透析脱盐（除去无机小分子和离子），再经阴离子交换层析进一步提纯，即将透析过的

聚谷氨酸

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。测定聚谷氨酸添加肥料的缓释性能的试验方法也应与之不同。拟采用间隙淋洗法测定含有聚谷氨酸的尿素在土壤中的存留时间。 试验方案： 试验原理：将待测肥料加入土壤，并加适量水，培养至一定时间后，用100.00ml 0.02mol/L的CaCl2溶液，分两次淋洗，收集淋洗液，加碱，蒸馏。馏出组分用硼酸吸收，最后用硫酸滴定，并计算出铵的含量。根据各阶段淋洗液中铵态氮的含量，判断聚谷氨酸对铵态氮肥的保蓄作用。 土壤与肥料样品的选择：为了先找到合适的试验方法，简化操作，计划使用硫酸铵为肥料样品，取用广东酸性土为供试土壤，这样氮肥在土壤中的转化可以降至最低，最后可以通过检测淋出液中的铵态氮含量，来判断聚谷氨酸对肥料的保蓄作用。确定试验方法可用后，再扩展到其他形态氮肥、磷、钾肥。 所需仪器、试剂： 直径6cm，长10cm的锥底硝化管(拟用100毫升注射器代替，试验前在底部垫一小块棉花，以防止土壤颗粒堵塞小孔)，半透膜，蒸馏装置，滴定装置，紫外可见分光光度计，火焰光度计、其他实验室常用装置。 蒸馏水、0.02mol/LCaCl2溶液、硼酸吸收液、浓氢氧化钠溶液、硫酸滴定液。 一、准备肥料样品 根据博尔日公司产品宣传资料，聚谷氨酸在造粒肥料中的添加量可达到千分之一或千分之三左右。取硫酸铵100g，聚谷氨酸1g，将两者研磨均匀，得到聚谷氨酸添加量为千分之十的肥料样品A;取样品A 50g，加硫酸铵50g，研磨均匀，得到聚谷氨酸添加量为千分

_聚谷氨酸生产技术及应用

发酵科技通讯第３５卷 我国天然的水溶性高分子化合物的生产和应用具有悠久的历史。随着材料科学、聚合物化学和生物医学的不断发展和紧密融合，生物可降解高分子材料的研究得到长足发展，在尖端技术、国防建设和国民经济各个领域已经得到广泛应用或正在显示出广阔的应用前景。从事这方面生产的厂家有数百家，从事研究的也有数十所研究单位和学校。 随着高分子材料的快速发展，在其重要性日益凸现的同时，人们发现了它的不足之处，即大部分人工合成的高分子材料在自然界难以降解。绿色化学的概念正在重新评价现有水处理化学品的作用和性能。对现已使用和正在研发的产品，可生物降解性是最重要的评价指标，在人们越来越关心自己所处环境的今天，不可降解的高分子材料造成的“白色污染”，也越来越受到了人们的关注。为了解决这个问题，人们开展了各种研究工作，制成了各种可降解材料，聚合氨基酸系列产品的开发也由此崭露头角。近来日本从一种常用食品“纳豆”（由大豆经发酵后制成，类似我国的豆豉）的黏液中提取的γ—聚谷氨酸，开始引起人们的重视。 １γ－聚谷氨酸 γ－聚谷氨酸（ｒ－ＰＧＡ）是一种水溶性高聚物，它是由微生物或酵素将麸酸聚合而成，是一种生物可降解物质，具有良好的生物相容性及可生物完全降解性，是一新型的高分子材料，具有重要的潜在应用价值。 研究指出，由于γ－聚谷氨酸既有羧基又有氨基，所以具有左右旋光性。在不同的ｐＨ条件下，γ－聚谷氨酸形成不同的结构和性能。在ｐＨ为２－３时，γ－聚谷氨酸呈螺旋结构。在人体中γ－聚谷氨酸能降解为谷氨酸被吸收，但十分缓慢，有些像膳食纤维的性能。主链上有大量游离羧基存在，具有水溶性聚羧酸的性质，如强吸水保湿性能，可用于化妆品、食品、防尘等领域。活性位点为材料的功能化提供了条件，可以改变聚谷氨酸性质或接上靶向基团。聚谷氨酸是一种优良的肝脏靶向药物载体，具有蛋白质类似的结构，因此制造出的纤维舒适性良好；聚谷氨酸甲酯是耐高温、有良好透气性能的聚合物，用于制造人造皮革、食品包装膜等。 ２生产技术进展 近几年日本、美国等一些发达国家纷纷开展了微生物发酵γ－聚谷氨酸的研究，日本走在世界各国的前列，最初是利用纳豆菌对谷氨酸进行聚合化而成的，其中日本明治制果公司已实现了γ－聚谷氨酸的商业化生产，并逐步推广其应用。 南京工业大学徐虹教授带领的课题组针对日本生产聚谷氨酸大多采用工艺复杂、生产成本甚高的提取法，选择了生物制备聚谷氨酸的工艺路线。通过自然筛选和诱变，获得了具有自主知识产权的菌株，结合产酶机理研究和发酵条件的优化，使γ－聚谷氨酸生成浓度３０ｇ／Ｌ以上，对谷氨酸底物转化率８０％的生产水平，生产速率达到２５ｇ／Ｌ?ｈ。同时，新工艺将传统分离手段与超滤的膜分离手段相结合，简化了工艺流程，使产物提取收率达８０％，产品含量为９９％。该项目还对γ－聚谷氨酸高吸水树脂的制备与协用进行了研究；制得了吸水率达到１６００ｇ／ｇ的高吸水性树脂。据介绍，该树脂是一种固沙植被用的生态友好材料，目前已进行了农业方面应用的初步研究。 ３应用领域 γ－聚谷氨酸是一种由微生物合成的聚氨基 γ-聚谷氨酸生产技术及应用 王文芹孔玉涵 （河南莲花味精股份有限公司技术中心项城４６６２００）—１６—

γ-聚谷氨酸应用

γ-聚谷氨酸的特性、生产及应用 γ-聚谷氨酸[y-poly(g1utamic acid)，γ-PGA]，是由L-谷氨酸[L-Glu]、D-谷氨酸[D-Glu]通过γ-酰胺键结合形成的一种高分子氨基酸聚合物，其结构 式如图1(略)。 γ-聚谷氨酸的合成方法较多，有传统的肽合成法、二聚体缩合法、纳豆提取法和微生物发酵法等。由于化学合成法难度很大，没有工业应用价值，因此对于γ-聚谷氨酸合成方法的研究主要集中在微生物发酵领域。而对于微生物生产γ-聚谷氨酸的研究，日本一直走在各国的前列，最初是利用纳豆菌对谷氨酸进行聚合而成的。近年，我国、美国等国家也开展了微生物发酵法合成广聚谷氨酸的研究。能发酵生产γ-聚谷氨酸的菌种较多，有地衣杆菌、枯草芽孢杆菌等菌种，而以枯草芽孢杆菌发酵生产γ-PGA的研究居多。在我国，浙江大学、南京工业大学等高校已经开始对微生物发酵法生产广聚谷氨酸进行研 究。 γ-聚谷氨酸作为一种高分子聚合物，具有一些独特的物理、化学和生物学特性，如生物可降解性、良好生物相容性、强保水性、对人体无毒害等特性。这些特性决定了γ-聚谷氨酸在农业、食品、医药、环保、化妆品工业、烟草、皮革制造工业和植物种子保护等领域的广泛用途。 1 γ-聚谷氨酸的性质 1.1吸水特性 由于γ-PGA极易溶于水，因此其具有很好的吸水特性，王传海等对γ-PGA 的吸水性能进行了研究，结果表明，γ-PGA的最大自然吸水倍数可达到1108.4倍，比目前市售的聚丙烯酸盐类吸水树脂高1倍以上，对土壤水分的吸收倍数为30-80倍。γ-PGA的水浸液在土壤中具有一定的保水力和较理想的释放效果，有明显的抗旱促苗效应。在0.206mol/L浓度的PEG(6000)模拟渗透胁迫条件下，γ-PGA仍有较强的吸水和保水能力，可明显提高小麦和黑麦草的发芽率，用其直接拌种也能显著提高种子的发芽率。γ-PGA的吸水性和保水性可使γ-PGA 被广泛应用于干旱地区保水以及沙漠绿化。 1.2 生物可降解性 生物可降解性是γ-PGA的特性之一。所有γ-PGA产生菌株都可以以γ-PGA 作为营养源进行生长。在B.1ichenrmis9945a的培养液中存在一种与γ-PGA降解有关的解聚酶。其它自然菌株也具有降解γ-PGA的能力。以γ-PGA作为唯一碳源和氮源对可降解γ-PGA的菌株进行筛选，结果筛选出至少12株可降解γ-PGA的菌株。由此可知，发酵生产γ-PGA的培养时间对产量有较大的影响，时间过长会导致γ-PGA分子被酶解而损失。 1.3 γ-PGA的水解特性 γ-PGA的水溶液在10mL、浓度为6mol/L的HCl中，抽真空封口，105℃的烘箱的条件下可以水解为谷氨酸，吕莹等的研究表明，水解17h、25h、48h 的结果一致。此特性可用于γ-PGA纯度的测定。 2 微生物发酵法生产广PGA

聚谷氨酸

聚谷氨酸 聚谷氨酸最早被发现存在于日本纳豆食品（经发酵过之小黄豆）所含具有高粘稠性的拉丝中，在国内简称为γ-PGA，是利用天然纳豆菌与谷氨酸经过液态发酵进行生物聚合，所产生可分解的高分子氨基酸聚合物。 聚谷氨酸在农业推广中的功能特性： 一、超强亲水性与保水能力 聚谷氨酸分子含有1000 个以上的超强亲水性基团（-COOH），能充分保持土壤中的水分，改进黏重土壤的膨松度及空隙度、改善砂质土壤的保肥与保水能力。用于漫淹土壤时，会在植株根毛表面形成一层薄膜保护根毛，是土壤中养分、水分与根毛亲密接触的最佳输送平台，有效提高肥料的溶解、储存、输送与吸收。尤其是在缺水、少水的干旱、半干旱地区或者应用滴灌和水肥一体化的地区使用聚谷氨酸，能极大的提高水肥的利用率，保持水分和养分有效的分布于根系周围，被植物更多的吸收利用，减少蒸发、渗漏等造成的水肥流失。 二、促进磷肥与中微量元素的吸收 聚谷氨酸具有多阴电性，能有效阻止硫酸根、磷酸根、草酸根、碳酸根等离子与钙离子、镁离子及微量元素的结合，避免产生低溶解性盐类与沉淀作用，因此更能促进中微量元素与磷肥等养分的吸收与利用。此外还能提高土壤中阳离子的交换能力，暂时储存吸附阳离子，例如钙离子、镁离子等中量元素及其他微量元素铁、锰、铜、锌等阳离子，再缓缓释放至土壤中来补充。 三、平衡土壤的酸碱值 对酸、碱具有极佳的缓冲能力，可有效平衡土壤酸碱值，避免因长期使用化学肥料所造成的酸性土质及土壤板块化。以胶东半岛为例，众多苹果果园存在土壤酸化的情况。在每亩施用聚谷氨酸发酵液约1升后，过段时间观察，聚谷氨酸可明显提高酸性土壤的pH值1-2个，改善因酸化造成的果树苦痘等病害，同时改善果实的品质。另外，对于海水倒灌造成的盐渍化和使用过量化学肥料造成的次生酸化也有很好的调节作用。 四、螯合土壤中有毒重金属 对于铅、铬、镉、铝、砷等重金属有极佳的螯合效果，可避免作物吸收过多土壤中有毒重金属，缓解土壤毒害。近些年来，某些地区土壤中重金属的污染逐步加剧，尤其是一些有色金属矿区，城市污水和工业污水集中排放区对于农田的污染主要表现为：重金属离子严重超标，被植物吸收之后，生产出的农产品也会含有过量的重金属离子，被人体吸收后造成严重的危害。而使用聚谷氨酸可以快速、高效的螯合，絮凝重金属离子，使其不被植物吸收，减少重金属毒害，进而提高作物品质，产生优质无害的农产品。 五、增强植物抗病及抗逆境能力 整合植物营养与土壤中的水活性成分，并增加抗盐、抗旱、抗逆、抗肥力流失的能力。聚谷氨酸本身对于植物根部有天然的促进作用，刺激根毛的新生和根系的生长，从而提升植物地下部分吸收养分的能力，在干旱、水涝和低温等逆境来临时，有效保证水分和养分的正常吸收，缓冲旱、涝、寒等逆境对植物根系造成的损伤。 六、减少肥料用量增加产量

γ-聚谷氨酸的特性、生产及应用

γ-聚谷氨酸的特性、生产及应用 来源:中国化工信息网 2009年1月21日γ-聚谷氨酸[y-poly(g1utamic acid)，γ-PGA]，是由L-谷氨酸[L-Glu]、D-谷氨酸[D-Glu]通过γ-酰胺键结合形成的一种高分子氨基酸聚合物，其结构式如图1(略)。γ-聚谷氨酸的合成方法较多，有传统的肽合成法、二聚体缩合法、纳豆提取法和微生物发酵法等。由于化学合成法难度很大，没有工业应用价值，因此对于γ-聚谷氨酸合成方法的研究主要集中在微生物发酵领域。而对于微生物生产γ-聚谷氨酸的研究，日本一直走在各国的前列，最初是利用纳豆菌对谷氨酸进行聚合而成的。近年，我国、美国等国家也开展了微生物发酵法合成广聚谷氨酸的研究。能发酵生产γ-聚谷氨酸的菌种较多，有地衣杆菌、枯草芽孢杆菌等菌种，而以枯草芽孢杆菌发酵生产γ-PGA的研究居多。在我国，浙江大学、南京工业大学等高校已经开始对微生物发酵法生产广聚谷氨酸进行研究。γ-聚谷氨酸作为一种高分子聚合物，具有一些独特的物理、化学和生物学特性，如生物可降解性、良好生物相容性、强保水性、对人体无毒害等特性。这些特性决定了γ-聚谷氨酸在农业、食品、医药、环保、化妆品工业、烟草、皮革制造工业和植物种子保护等领域的广泛用途。1 γ-聚谷氨酸的性质 1.1吸水特性由于γ-PGA极易溶于水，因此其具有很好的吸水特性，王传海等对γ-PGA的吸水性能进行了研究，结果表明，γ-PGA的最大自然吸水倍数可达到1108.4倍，比目前市售的聚丙烯酸盐类吸水树脂高1倍以上，对土壤水分的吸收倍数为30-80倍。γ-PGA的水浸液在土壤中具有一定的保水力和较理想的释放效果，有明显的抗旱促苗效应。在0.206mol/L浓度的PEG(6000)模拟渗透胁迫条件下，γ-PGA仍有较强的吸水和保水能力，可明显提高小麦和黑麦草的发芽率，用其直接拌种也能显著提高种子的发芽率。γ-PGA的吸水性和保水性可使γ-PGA被广泛应用于干旱地区保水以及沙漠绿化。 1.2 生物可降解性生物可降解性是γ-PGA的特性之一。所有γ-PGA产生菌株都可以以γ-PGA作为营养源进行生长。在B.1ichenrmis9945a的培养液中存在一种与γ-PGA降解有关的解聚酶。其它自然菌株也具有降解γ-PGA的能力。以γ-PGA作为唯一碳源和氮源对可降解γ-PGA的菌株进行筛选，结果筛选出至少12株可降解γ-PGA的菌株。由此可知，发酵生产γ-PGA的培养时间对产量有较大的影响，时间过长会导致γ-PGA分子被酶解而损失。1.3 γ-PGA的水解特性γ-PGA的水溶液在10mL、浓度为6mol/L的HCl中，抽真空封口，105℃的烘箱的条件下可以水解为谷氨酸，吕莹等的研究表明，水解17h、25h、48h的结果一致。此特性可用于γ-PGA纯度的测定。2 微生物发酵法生产广PGA γ-PGA生物合成的研究主要集中在芽孢杆菌属的细菌B.anthracis和B.anthracisA T℃9945a、且lichen扣rmisAT℃9945(以前叫B.subtilisAT℃9945)等菌株上。根据细胞生长的营养要求是否需要L-谷氨酸，可以把γ-PGA产生菌分为两大类：一类是L-Glu依赖型，这类菌种主要有 B.anthracis、且subtilisMR-141、且lichen!formisAT℃9945、且lichenrmisAT℃9945a、且subtilis IF03335、且subtilisF-2-01和Madla 和Prasertsan等从温泉中筛选出的B.thrmotolerantWD90.KTl2.KF.41等；一类是非L-Glu依赖型，如B.subtilis5E、且subtilisvapolyglutamicum、且licheni-/OrmisA35、B.subtilTAM4等。 B.1ichenIiform/s9945a发酵生产产聚谷氨酸1942年发现且lichenIiform/s9945a能够生产γ-PGA，接着相关培养基设计和发酵条件优化的研究相继展开。研究表明，盐浓度、L-Glu、甘油和柠檬酸是生产γ-PGA的主要影响因素，Mn2+和Ca2+对γ-PGA的产生也有显著影响。最优培养基组成如下：柠檬酸12g/L，甘油80g/L，NH4Cl7g/L，MgSO40.5批，FeCl30.04ga.，K2HPO40.5gA，pH=7.4。2-3天培养后，γ-PGA的产量为15 g/L。B.1icheniformis9945a在此培养条件下，产量较低，可能是由于没有找到最适的碳氮源、生长因子等。在随后的研究中，产量高于15g/L。 2.2 B..subtilis[F03335发酵生产广聚谷氨酸B.subtilis IF03335是从一种传

聚谷氨酸产品介绍和市场状况

聚谷氨酸产品介绍和市场状况 ----中国化工产品进出口公司 聚谷氨酸（γ-PGA）是一种水溶性、可生物降解、可食用、无毒的生物高分子。它是一种由微生物合成的聚氨基酸，具有优良的生物相容性和生物可降解性，在生物体内降解为谷氨酸而直接被吸收，可作为生物医用材料，污水处理工程、也可应用于食品增稠剂、食品防冻保鲜和化妆品保湿剂等领域。产品因具有很强的吸湿性能，可吸收4000倍以上重量的水。在净水处理中，可去除水中重金属和放射性金属离子；污水处理工程可代替聚丙烯酰胺取得了突破性的进展；医药工业可作药剂之生物兼容性的载体；农业和卫生器材制品中，可作为高吸水剂等等。 自从20世纪90年代以来，在世界范围内，开发绿色化学产品成为生物化工行业发展的大趋势，而聚合氨酸系列产品的开发也由此崭露头角。近年来，日本、美国等一些发达国家开展了聚谷氨酸的研究。日本是世界上最大的氨基酸生产国和出口国，日本的研究走在了世界的前列。其中的日本味之素、日本明治制果公司，皆已实现了γ-聚谷氨酸的商业化生产，台湾味丹公司也实现了工业化生产。世界消费市场上的聚谷氨酸主要以以上三家公司产品为主。该产品尚处于推广应用的初期阶段，我国国内目前只有少量生产厂家，相关γ-聚谷氨酸在污水处理工程的报道也不多。 三家γ-聚谷氨酸生产企业的状况简单介绍如下：㈠日本Ajinomoto公司（日本味之素）是世界上最大的氨基酸生产企业，包括日本在内分别在16个国家和地区建有102个工厂，在23个国家和地区投资经营。其主要产品除味素和核苷酸外，还有赖氨酸、苏氨酸、色氨酸等饲料氨基酸，化妆

品添加剂等。味之素公司是世界最大的味精生产商，年产味精50多万吨，占世界总产量的30%。据报道2005年度，该公司饲料级赖氨酸总产量27万吨，占全球市场的35%，饲料苏氨酸占全球的70%，饲料色氨酸占75%。在医用和食用氨基酸市场拥有60%的市场份额。日本味之素公司十分重视产品的研发和创新，在氨基酸方面，尤为重视开发氨基酸新品新领域的应用。γ-聚谷氨酸就是该公司多聚氨基酸系列产品中一个新品，同时还有聚赖氨酸（ε-PL），是一种出色的食品保鲜剂。㈡日本明治制果株式会社是日本最大的巧克力生产商之一，是一家巧克力、糖果、健康食品药品的综合制造商。20015年销售额13700亿日元（约人民币1270亿元）。㈢台湾味丹公司是亚洲区域内生产氨基酸产品、食品添加剂及淀粉产品的领先制造商。味丹国际味精年产量12万吨，为世界三大味精企业之一。从该公司2005年度统计表显示，当年味精营业额占71．8%，赖氨酸产品（纯度99%以上）占8．9%，谷氨酸5．4%。味丹公司2005年开发了新品γ-聚谷氨酸，并在越南建设了γ-聚谷氨酸生产线，2006年5月开始生产γ-聚谷氨酸产品，并投放市场。以上是三家世界主要γ-聚谷氨酸生产企业的大致情况。 我国对γ-聚谷氨酸产品销售的公司不多，在阿里巴巴贸易网上，仅有一家公司---顶舜颖生物科技（上海）公司，目前公司销售台湾的γ-聚谷氨酸产品，有三种规格，报价分别为：化妆品3900元/公斤，食品级3700元/公斤，农用（含量20%）800元/公斤。顶舜颖生物科技有限公司，是国内做γ-聚谷氨酸产品较为出名的贸易公司，销售有“顶舜颖”、“SKINMED”两个品牌的产品（属于贴牌销售台湾的γ-PGA）。其次是针对一些日化生产企业销售，由于广告力度不够，所以在日化这条销售线上，买得不太好。

聚合谷氨酸与透明质酸的比较

聚合谷氨酸－比透明质酸表现更好的护肤锁水 聚谷氨酸(γ-PGA)为何比透明质酸(Hyaluronic acid，即HA；俗称玻尿酸)或胶原蛋白(Collagen)，更适合用来做化妆品、皮肤保养品的基础原料呢？ (一)涂抹于皮肤形成薄膜 聚谷氨酸(γ-PGA)涂抹于皮肤上会形成一层薄薄的膜，触感非常的好，且具有保护皮肤的功能。虽然胶原蛋白(Collagen)及透明质酸(HA)也都有相当优异的成膜特性，但聚谷氨酸独特的滑顺感，是胶原蛋白及透明质酸所没有的。 (二)产生自然保湿因子(N.M.F.) 聚谷氨酸(γ-PGA)每个单元体都有一个游离态的α-COOH、一个-CO基团、一个-NH-基团，三者都有很好的水合能力，其中以α-COOH的水合能力特别突出，可以提高皮肤里层水份的保湿力，而且不会破坏皮肤内外的水份平衡。如应用于护肤产品，可强化干燥皮肤的滋润保湿效果，应用于正常皮肤则可预防身体皮肤免于干燥。而胶原蛋白及透明质酸没有提高皮肤里层产生自然保湿因子(NMF)的作用。也就是说聚谷氨酸是唯一可实现从皮肤内部增强保湿能力的化妆品、皮肤保养品原料。

(三)皮肤弹性与柔软度之比较 擦拭、比较三者如下：聚谷氨酸和透明质酸，二者同样都有增加皮肤弹性20%以上的效果，而胶原蛋白增加皮肤弹性的效果则较为有限。 使用、比较三者如下：聚谷氨酸和透明质酸二者同样都有增加皮肤柔软度10%以上的效果，而胶原蛋白增加皮肤柔软度的效果则较为有限。简言之，聚谷氨酸或其水胶比胶原蛋白更能有效地提高皮肤的弹性与柔软度。 (四)有效成份的包埋、缓释系统 聚谷氨酸，其每个单元体都有一个游离态的α-COOH，一个-CO基团、一个-NH-基团，这三者除了有很高的水合能力 (H3O+)外，也可以与带正电的有效成份发生吸引作用，创造一个优良的包埋、缓释系统，让化妆品内的有效成份可以慢慢发挥其功能。 (五)简化护肤的动作 胶原蛋白及透名质酸虽然也会在皮肤上形成一层薄薄薄的膜，有助于皮肤的保湿，促使角质层的含水量增加，但皮肤内的自然保湿因子(NMF)并未增加。当这层薄膜在流汗、洗手或洗澡时，皮肤表面少量的胶原蛋白或透名质酸很容易被水份冲洗掉，此薄膜的成份与功能也就完全丧失了，如果没有另作后续的护肤辅助，就没有改

国内聚谷氨酸生产企业

昆山博尔日生物科技有限公司https://www.wendangku.net/doc/071546902.html,/ 江苏省昆山市周市镇新镇东方路西侧132号 台湾：遠東新世紀股份有限公司https://www.wendangku.net/doc/071546902.html, 聚和国际股份有限公司https://www.wendangku.net/doc/071546902.html, 领先生物农业股份有限公司https://www.wendangku.net/doc/071546902.html, 河北省秦皇岛经济技术开发区秦皇西大街78号,领先生物农业股份有限公司（前身“秦皇岛领先科技发展有限公司”）是一家主要从事农业领域节能环保型生物制品研发、生产和经营的高新技术企业。公司成立于1999年，下设河北省生物新能源工程技术研究中心、北京蓝天大地生物技术开发有限公司（全资销售子公司）、现代化生物制品生产基地、产品应用试验基地。 山东福瑞达生物科技有限公司https://www.wendangku.net/doc/071546902.html, 山东省临沂市临沭县滨海西街789号公司研发部以山东省药学科学院生物技术研发中心为依托 海宁和田龍生物科技有限公司https://www.wendangku.net/doc/071546902.html, 浙江省海宁市嘉海公路777号和田龙生态园区，占地55亩。公司是中韩合资的高新生物科技企业，多年来公司与浙大合作，在浙江大学设立“浙大－海宁紫金港生物技术研发中心”，集中了浙大一大批科学家，进行生物新产品技术攻关、产品创新，并一直走自主研发的发展道路，着重开发活性生物超低温冻干产品深加工，提高产品科技含量、增加产品附加值。 昆山华科生物高分子材料研究所有限公司https://www.wendangku.net/doc/071546902.html, 昆山开发区章基路东侧华科大楼 215300 南京轩凯生物科技有限公司https://www.wendangku.net/doc/071546902.html, 南京市新模范马路5号国家科技园13楼 南京赛特斯实业有限公司https://www.wendangku.net/doc/071546902.html, 味丹国际https://www.wendangku.net/doc/071546902.html, 味丹国际集团公司于1991年成立越南味丹作为主要的生产基地,1995年收购厦门茂泰厂,2003年在香港联交所主板上市.2004年,成立上海味丹企业有限公司作为集团公司的中国区营运中心,务求全力开发中国市场 郸城财鑫糖业有限责任公司https://www.wendangku.net/doc/071546902.html, 杭州普济医药技术开发有限公司https://www.wendangku.net/doc/071546902.html, 天津北洋百川生物技术有限公司https://www.wendangku.net/doc/071546902.html,/ 天津键凯科技有限公司山东阜丰生物科技有限公司 聚合物论坛：https://www.wendangku.net/doc/071546902.html, 发酵人论坛：https://www.wendangku.net/doc/071546902.html,

聚谷氨酸的生物合成及应用展望

聚谷氨酸的生物合成及应用 引言 γ—聚谷氨酸(γ-PGA)是一种由D-谷氨酸和γ—聚谷氨酸通过γ—聚谷氨酰键结合而成的一种特殊的阴离子聚合物。不同于α多肽，它可以耐受普通蛋白质酶的降解。γ—聚谷氨酸通常由5000个左右的谷氨酸单体组成。相对分子量一般在10万～200万之间，不同分子量大小的γ—聚谷氨酸可以应用于不同的领域[1]。对于微生物合成的γ—聚谷氨酸，可以通过调控发酵条件，使合成反应向着预期的方向进行。最早于1937年lvanovic等发现炭疽芽孢杆菌的荚膜物质的主要成分是D-谷氨酸的聚合物。而1942年Bovafllick等首次发现枯草芽孢杆菌能够产生L-聚谷氨酸，以后进一步发现短小芽孢杆菌及地衣芽孢杆菌等也能产生γ-PGA。由于微生物合成的γ—聚谷氨酸是一种水溶性的、生物可降解的、对人体和环境无害的生物高分子，因此具有广阔的应用前景：可作为增稠剂、保湿剂、苦味掩盖剂、防冻剂、缓释剂、生物粘合剂、药物载体、高分子纤维、高吸水树脂、生物絮凝剂和重金属吸附剂而应用于食品、化妆品、医药、农业及工业等众多领域[2]。 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[3]。化学合成法的合成路线长、副产物多、收率低、难度大，尤其是含20个氨基酸以上的纯多肽合成。因此无工业应用价值。提取法是用用乙醇将纳豆中的PGA分离提取出来。日本生产γ—PGA多采取提取法，但是由于纳豆中所含的γ—聚谷氨酸浓度甚微，且有波动，因此提取工艺十分复杂，生产成本甚高．同样难以大规模生产。相比于以上两种方法微生物合成法具有成本低，工艺相对简单，产量高等的优点，对于实现γ—聚谷氨酸的工业化生产具有难以比拟的优势。但是目前由于至今γ—聚谷氨酸的合成的分子机制研究的尚不清楚以及并未筛选出适于工 业化发酵生产的高产菌株，因此γ—聚谷氨酸的生物合成还面临许多问题。