溶氧及pH对地衣芽孢杆菌合成聚_谷氨酸的影响
γ-聚谷氨酸的合成、性质和应用
γ-聚谷氨酸的合成、性质和应用彭英云;张涛;缪铭;沐万孟;江波【摘要】γ-聚谷氨酸是一种生物可降解的高分子聚合物,可由微生物发酵得到。
γ-聚谷氨酸具有良好的水溶性和吸附性,能彻底被生物降解,对环境和人体无害,这使得γ-聚谷氨酸在食品、化妆品、医药和农业等领域具有广阔的应用前景。
综述了γ-聚谷氨酸的化学结构、性质、生产方法及其应用。
【期刊名称】《食品与发酵工业》【年(卷),期】2012(038)006【总页数】6页(P133-138)【关键词】γ-聚谷氨酸;生物合成;生物可降解;应用【作者】彭英云;张涛;缪铭;沐万孟;江波【作者单位】江南大学食品科学与技术国家重点实验室,江苏无锡214122 盐城工学院化学与生物工程学院,江苏盐城224003;江南大学食品科学与技术国家重点实验室,江苏无锡214122;江南大学食品科学与技术国家重点实验室,江苏无锡214122;江南大学食品科学与技术国家重点实验室,江苏无锡214122;江南大学食品科学与技术国家重点实验室,江苏无锡214122【正文语种】中文【中图分类】TQ929γ-聚谷氨酸(Poly γ-Glutamate，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。
作为一种高分子聚合物，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，可作为诸如保水剂、增稠剂、絮凝剂、重金属吸附剂、药物/肥料缓释剂及药物载体等的原料，在农业、食品、医药、化妆品、环保、合成纤维和涂膜等领域具有广泛的应用前景。
近十几年以来，日本、韩国、德国、美国、加拿大、台湾等多个国家和地区的学者在γ-PGA合成与应用方面进行了很多的研究并取得一定的成果，国内一些高校和研究所对γ-PGA的研究正处于兴起阶段。
随着人们环保意识的增强，γ-PGA的研究和应用越来越受到世界各国学术界的关注，已成为生物降解高分子材料的研究热点之一。
微生物合成的聚谷氨酸及其应用
收稿日期： ２００７－１２－２１ 作者简介： 张艳丽（ １９８２－） ， 女， 硕士研究生， 研究方向： 天然活性物的提取及应用研究 通讯作者： 高华， 教授， 硕士生导师， 电话：０５３２－８３８１２４３５， Ｅ－ｍａｉｌ：ｇａｏｈｕａ６３＠１２６．ｃｏｍ
２００８ 年第 ４ 期
张艳丽等： 微生物合成的聚谷氨酸及其应用
Ｋｅ ｙ ｗｏｒｄｓ ： γ－ ＰＧＡ（ Ｐｏｌｙｇｌｕｔａｍｉｃ ａｃｉｄ） Ｂｉｏｓｙｎｔｈｅｓｉｓ Ｓｔｒａｉｎｓ Ｇｅｎｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
γ－聚 谷 氨 酸 （ γ－ＰＧＡ） 是 一 种 由 Ｄ－和 Ｌ－谷 氨 酸 通 过 γ－谷 氨 酰 键 结 合 而 成 的 一 种 特 殊 的 阴 离 子 聚 合 物 ， 通 常 由 ５ ０００ 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 。 最 早 于 １９３７ 年 Ｉｖａｎｏｖｉｃ 等 发 现 炭 疽 芽 孢 杆 菌 （ Ｂａｃｉｌｌｕｓ ａｎｔｈｒａｃｉｓ） 的 荚 膜 物 质 的 主 要 成 分 是 Ｄ－谷 氨 酸 的 聚 合 物 。 而 １９４２ 年 Ｂｏｖａｍｉｃｋ 等 首 次 发 现 枯 草 芽 孢 杆 菌 能 够 产 生 γ－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－ＰＧＡ 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 ［１］。
溶解氧对发酵的影响及其控制
QO2
C临界
CL
满足微生物呼吸的最低氧浓度叫临界溶氧浓度（c临界），当溶 氧溶度（cL）高于菌体生长的临界溶氧浓度（c临界）时，菌体 的各种代谢活动不受干扰，反之则反。
一般好氧微生物的c临界很低，大约为饱和氧浓度1%~25%。
定义：氧饱和度＝发酵液中氧的浓度/临界溶氧溶度
提高罐压
Pi增加则与之平衡的Ci也会增加，对提高（c* - c) 是有一定作用的。
利用纯氧，可以提高（c* - cL)
缺点：价格较高 易引起爆炸
可见，提高KLa最有效的方法是提高N与Vs，并 协调两者之间的关系，其他方法效果不大，且受 限制较多。
2、发酵液的需氧量
发酵液的需氧量（OUR），受c(X) 、基质的种
式中
KL
(c
cL
)
OTR-氧由气相向液相的传递速率(传氧速率，
oxygen take rate)，mmol O2 ／(L·h)；
KLα-液相体积氧传递系数，1／h；
c*-液相饱和溶氧浓度，mmol O2 ／L；
cL-液相实际溶氧浓度，mmol O2 ／L；
OUR-菌的耗氧速率(摄氧速率，oxygen uptake
但不能够无限的增加通风量,研究表明，当通风量 增加到一定的量后，(Pg/V)会随着Q的增加而下 降。
也就是说单位体积发酵液所拥有的搅拌功率会下 降，不但不能提高kLa，甚至会造成kLa值的下降。
（2）提高（c* - cL)，即氧传递动力
c*，改变c*是没有太大的余地的。因为，发酵温 度、浓度等严格的受到菌体生长和发酵工艺的限 制。
OTR = kLa×（P*-P）
γ-聚谷氨酸生产的影响因素及其应用
（ 东莞理 工学院
邹水 洋
５ ３０ ） ２ ８ ８
化学与环境工 程学院 ，广东东莞
摘要 ：ｙ聚谷氨酸是一种新型 生物 高分子材 料 ，以其 强吸水性 、可生物 降解性 、可食 用性 和对人 类和环 － 境 无毒性等特 点广泛的应 用于 医药、食 品、农业 、水 处理 、 日用及化妆 品的生产等 领域。介 绍 了影响 ｙ 聚谷 － 氨 酸生产 的因素及其应 用。
到枯 草 芽孢杆 菌 的生长 培养基 中后 ，人 们发 现多种 芽孢 杆菌 都 能在胞 外产 生 Ｔ Ｐ Ａ¨ 。 －Ｇ ２ ］ 其 分解温 度为 ２ ５ ８ ，熔点 为 ２ ３ ５ 。由芽孢 杆 菌产 生 的 ．Ｇ 的平 均 分 子 量 在 １×１ ～８Ｘ ３． ℃ ２．℃ ＰＡ ０
ｌ。 间 ，而 多分 散性在 ２～５之 问 。相对 分 子 量越 大 ，其 流 变 性很 难控 制 也 很 难 被 化学 试 剂 修 饰 ，因 Ｏ之 而 限制 了 －Ｇ Ｐ Ａ的应 用 。 目前 用水解 法 、降解 法及 生物 降解法 ，可 得到 不 同分子量 的 一 聚谷氨 酸 … 。
关 键 词 ：ｙ聚 谷 氨 酸 ；生 产 ；应 用 一
中 图分 类 号 ：Ｔ ９ Ｑ２
文 献标 识码 ：Ａ
文 章 编 号 ：１０ ０ ９—０ １ （０ １ ５— ０４— ５ ３ ２ ２ １ ）０ ０４ ０
ｙ聚谷 氨 酸 （ｏｙ －ｌｔ ｉ ａｉ，简称 ＴＰ Ａ）是 由 Ｌ谷 氨酸 或 Ｄ一 氨酸通 过 一 一 ｐｌ－ ｇｕａ ｃ ｃｄ ｍ －Ｇ 一 谷 酰胺 键 结 合形 成 的一 种水 溶性 的生 物高分 子材 料 。 由枯 草芽孢 杆菌 发酵 生产 的 ＴＰ Ａ 的结 构式 如下 ¨ －Ｇ ：
一
发酵工艺控制——氧对发酵的影响及控制
发酵工艺控制——氧对发酵的影响及控制在好氧深层培养中，氧气的供应往往是发酵能否成功的重要限制因素之一。
通气效率的改进可减少空气的使用量，从而减少泡沫的形成和杂菌污染的机会。
一、溶解氧对发酵的影响溶氧是需氧发酵控制最重要的参数之一。
由于氧在水中的溶解度很小，在发酵液中的溶解度亦如此，因此，需要不断通风和搅拌，才能满足不同发酵过程对氧的需求。
溶氧的大小对菌体生长和产物的形成及产量都会产生不同的影响。
如谷氨酸发酵，供氧不足时，谷氨酸积累就会明显降低，产生大量乳酸和琥珀酸。
需氧发酵并不是溶氧愈大愈好。
溶氧高虽然有利于菌体生长和产物合成，但溶氧太大有时反而抑制产物的形成。
因为，为避免发酵处于限氧条件下，需要考查每一种发酵产物的临界氧浓度和最适氧浓度，并使发酵过程保持在最适浓度。
最适溶氧浓度的大小与菌体和产物合成代谢的特性有关，这是由实验来确定的。
根据发酵需氧要求不同可分为三类：第一类有谷氨酸、谷氨酰胺、精氨酸和脯氨酸等谷氨酸系氨基酸，它们在菌体呼吸充足的条件下，产量才最大，如果供氧不足，氨基酸合成就会受到强烈的抑制，大量积累乳酸和琥珀酸；第二类，包括异亮氨酸、赖氨酸、苏氨酸和天冬氨酸，即天冬氨酸系氨基酸，供氧充足可得最高产量，但供氧受限，产量受影响并不明显；第三类，有亮氨酸、缬氨酸和苯丙氨酸，仅在供氧受限、细胞呼吸受抑制时，才能获得最大量的氨基酸，如果供氧充足，产物形成反而受到抑制。
氨基酸合成的需氧程度产生上述差别的原因，是由它们的生物合成途径不同所引起的，不同的代谢途径产生不同数量的NAD(P)H，当然再氧化所需要的溶氧量也不同。
第一类氨基酸是经过乙醛酸循环和磷酸烯醇式丙酮酸羧化系统两个途径形成的，产生的NADH量最多。
因此NADH氧化再生的需氧量为最多，供氧愈多，合成氨基酸当然亦愈顺利。
第二类的合成途径是产生NADH的乙醛酸循环或消耗NADH的磷酸烯醇式丙酮酸羧化系统，产生的NADH量不多，因而与供氧量关系不明显。
溶氧对发酵的影响及控制
溶氧对发酵的影响及控制好氧微生物细胞分散在培养液中，只能利用溶解氧，但是氧是一种难溶气体，并且培养基中一般含有大量的有机物和无机盐，由于盐析等作用造成氧在培养基中的溶解度更低，因此在好氧微生物的发酵过程中，氧的供应往往是成功与否的重要限制因素之一。
一般来说，在大规模发酵生产中，通常采用深层培养方式，氧的提供是给培养中的微生物通入无菌空气来进行。
此时需要不断通风和搅拌，才能满足不同发酵过程对氧的需求，而且为了提高供氧效率，还必须控制搅拌速率。
溶氧的大小对菌体生长和产物的形成及产量都会产生不同的影响。
如谷氨酸发酵，供氧不足时，谷氨酸积累就会明显降低，产生大量乳酸和琥珀酸。
改变通气速率发酵前期菌丝体大量繁殖，需氧量大于供氧，溶氧出现一个低峰。
在生长阶段，产物合成期，需氧量减少，溶氧稳定，但受补料、加油等条件大影响。
补糖后，摄氧率就会增加，引起溶氧浓度的下降，经过一段时间以后又逐步回升并接近原来的溶解氧浓度。
如继续补糖，又会继续下降，甚至引起生产受到限制。
发酵后期，由于菌体衰老，呼吸减弱，溶氧浓度上升，一旦菌体自溶，溶氧浓度会明显上升。
好氧微生物的酶的活性对氧有着很强的依赖性。
以谷氨酸发酵为例，高溶氧条件下乳酸脱氢酶(LDH)活性明显比低溶氧条件下的LDH酶活要低，产酸中后期谷氨酸脱氢酶(GDH)的酶活下降很快,这可能是由于在高溶氧条件下,剧烈的通气和搅拌加剧了菌体的死亡速度和发酵活性的衰减。
[1 ]下图1 和图2 所示的分别是在不同溶氧条件下的谷氨酸发酵的谷氨酸浓度和乳酸浓度的变化曲线图。
从图1 中可以看出,溶氧水平对谷氨酸发酵中谷氨酸的生成量有很大的影响。
低溶氧(DO = 10 %) 控制条件下,谷氨酸生成速度明显比高溶氧(DO = 50 %) 条件下要高,并且最终谷氨酸浓度也比高溶氧条件下的高;从图2 可以看出,低溶氧(DO = 10 %) 控制条件下,主要代谢副产物乳酸的生成速度比高溶氧条件下要高出许多,乳酸积累量也很大,而高溶氧条件下则积累很少。
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，K2HPO42.0 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。
各种氨基酸对枯草芽孢杆菌生产聚谷氨酸的促进作用
119各种氨基酸对枯草芽孢杆菌生产聚谷氨酸的促进作用张超，栾兴社，朱明晟，孙娜，杨统见，王书燕山东建筑大学市政与环境工程学院（济南 250101）摘要研究了各种氨基酸对枯草芽孢杆菌发酵生产聚谷氨酸的影响。
在发酵初始添加 3 g/L 天冬氨酸、1.5 g/L苯丙氨酸和在对数生长期晚期添加7 g/L谷氨酸使聚谷氨酸产量分别提高12.6%，23.7%和31.7%。
再用均匀设计法进一步优化。
优化后的氨基酸添加量为：8 g/L谷氨酸、3.5 g/L天冬氨酸、1 g/L苯丙氨酸，γ-PGA产量达到37.92 g/L，与优化前得到的培养结果相比，提高了9.9%。
关键词枯草芽孢杆菌；氨基酸；聚谷氨酸；发酵Stimulatory Effects of Some Amino Acids on γ-Polyglutamic Production byBacillus subtilisZhang Chao, Luan Xing-she, Zhu Ming-sheng, Sun Na, Yang Tong-jian, Wang Shu-yan School of Municipal and Environmental Engineering, Shandong Jianzhu University (Jinan 250101)Abstract The effect of amino acid on production of γ-Polyglutamic by Bacillus subtilis Z-115 was investigated. The γ-Polyglutamic production was increased 12.6%, 23.7% and 31.7%, respectively, with 3 g/L aspartic acid, 1.5 g/L phenylalanine fed to the fermentation medium at the initial fermentation and 7 g/L glutamic acid at 24 h. Then, Uniform design was adopted for further optimization. The concentration of amino acids was obtained as follows: glutamic acid 8 g/L, aspartic acid 3.5 g/L, phenylalanine 1 g/L. Under such conditions, the γ-PGA production was increased to 37.92 g/L, which was 9.9% higher than the maximum value in the single factor tests.Keywords Bacillus subtilis ；amino acid ；γ-Polyglutamic ；fermentation聚谷氨酸（γ-PGA）是微生物产生的一种胞外氨基酸聚合物，是一种水溶性、可被生物降解的新型高分子材料，在食品、环保、医药、化工、化妆品等领域具有广阔的应用前景[1-4]。
微生物絮凝剂γ-聚谷氨酸的生产及应用研究进展
微生物絮凝剂γ-聚谷氨酸的生产及应用研究进展邵颖;赵彩凤;邵赛;张乐平【摘要】γ-聚谷氨酸(γ-polyglutamic acid,γ-PGA)是由L-谷氨酸或D-谷氨酸通过肽键结合形成的一种多肽高分子,具有良好的水溶性、生物相容性、水解性、生物可降解性、无毒等优良特性.文章综述了微生物合成γ-PGA生产工艺,如生产菌株、培养基优化、发酵工艺和固定化技术等,介绍了γ-PGA在废水处理方面的应用,并指出了其发展方向.%γ-polyglutamic acid is a polypeptide composed of L-glutamic acid or D-glutamic acid by peptide bond formation. γ-PGA is a promising environmental friendly material with outstanding water solubility, biocompatibility, hydrolysis, biodegradability and non-toxic. This paper reviews the microbial synthesis of γ-PGA production processes, such as the production of strains, medium optimization, fermentation technology and immobilization technology. Meanwhile, it focuses on the application of γ-PGA in wastewater treatment, and points out the development direction in the future.【期刊名称】《湖南农业科学》【年(卷),期】2017(000)008【总页数】4页(P123-126)【关键词】γ-聚谷氨酸;生物合成;废水;应用;综述【作者】邵颖;赵彩凤;邵赛;张乐平【作者单位】湖南省农业科学院核农学与航天育种研究所,湖南省农业生物辐照工程技术研究中心,生物辐照技术湖南省工程研究中心,湖南长沙 410125;湖南省农业科学院核农学与航天育种研究所,湖南省农业生物辐照工程技术研究中心,生物辐照技术湖南省工程研究中心,湖南长沙 410125;湖南省农业科学院核农学与航天育种研究所,湖南省农业生物辐照工程技术研究中心,生物辐照技术湖南省工程研究中心,湖南长沙 410125;湖南省农业科学院核农学与航天育种研究所,湖南省农业生物辐照工程技术研究中心,生物辐照技术湖南省工程研究中心,湖南长沙 410125【正文语种】中文【中图分类】X703.5微生物絮凝剂（Microbial flocculants，简称MBF）是利用生物技术，从微生物菌体或其分泌物中提取、纯化而获得的一种安全、高效，且能生物降解的新型水处理絮凝剂[1]。
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 **********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。
各种氨基酸对枯草芽孢杆菌生产聚谷氨酸的促进作用
各种氨基酸对枯草芽孢杆菌生产聚谷氨酸的促进作用枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)是一种广泛存在于土壤中的革兰氏阳性细菌，被广泛应用于工业生产和农业生物防治。
聚谷氨酸(Polyglutamic acid，PGA)是一种由谷氨酸组成的高分子多肽，具有良好的生物相容性和可降解性，被广泛应用于医药、食品、化妆品等领域。
研究不同氨基酸对枯草芽孢杆菌生产PGA的促进作用，对于提高PGA的产量和降低生产成本具有重要意义。
首先，天然氨基酸谷氨酸(Glutamic acid，Glu)是PGA的主要组成成分之一，也是PGA合成的关键底物，因此添加谷氨酸可以直接促进枯草芽孢杆菌生产PGA。
研究表明，在添加谷氨酸的条件下，枯草芽孢杆菌的PGA产量显著增加。
此外，研究还发现，适量谷氨酸的添加可以调节菌体内的谷氨酰-tRNA合成酶(Glutamyl-tRNA synthetase)的活性，提高PGA的合成效率。
其次，其他一些氨基酸也可以间接促进枯草芽孢杆菌生产PGA。
例如，赖氨酸(Lysine)是细菌生长和代谢的重要营养物质。
研究表明，添加适量的赖氨酸可以促进枯草芽孢杆菌的生长和PGA的产量。
这可能是因为赖氨酸能够作为谷氨酰-tRNA合成的底物之一，参与PGA的合成过程。
除了赖氨酸，还有其他一些氨基酸也具有促进PGA生产的作用。
丙氨酸(Alanine)是PGA合成途径中重要的中间产物，添加丙氨酸可以提供PGA合成过程中所需的途径衔接物。
苏氨酸(Histidine)和苯丙氨酸(Phenylalanine)可以参与酪氨酸和酪氨酸类代谢途径，可能通过调节代谢途径的通路偏移来影响PGA的合成。
甘氨酸(Glycine)和丝氨酸(Serine)可能通过调节相关酶的活性来促进PGA的生产。
此外，一些辅因子也可以促进枯草芽孢杆菌生产PGA。
例如，维生素B12和维生素B6是调节细胞代谢的重要辅因子，研究发现添加适量的维生素B12和维生素B6可以显著提高枯草芽孢杆菌的PGA产量。
γ-聚谷氨酸生产的影响因素及其应用
γ-聚谷氨酸生产的影响因素及其应用朱丹;邹水洋【摘要】As a new kind of biological macromolecules,%γ-聚谷氨酸是一种新型生物高分子材料，以其强吸水性、可生物降解性、可食用性和对人类和环境无毒性等特点广泛的应用于医药、食品、农业、水处理、日用及化妆品的生产等领域。
介绍了影响叫一聚谷氨酸生产的因素及其应用。
【期刊名称】《东莞理工学院学报》【年(卷),期】2011(018)005【总页数】5页(P44-48)【关键词】γ-聚谷氨酸;生产;应用【作者】朱丹;邹水洋【作者单位】东莞理工学院化学与环境工程学院,广东东莞523808;东莞理工学院化学与环境工程学院,广东东莞523808【正文语种】中文【中图分类】TQ92γ-聚谷氨酸 (poly-γ-glutamic acid，简称γ-PGA) 是由L-谷氨酸或D-谷氨酸通过γ-酰胺键结合形成的一种水溶性的生物高分子材料。
由枯草芽孢杆菌发酵生产的γ-PGA的结构式如下［1］:图1 γ-PGA的结构式γ-PGA最早发现于1913年，是一些芽孢杆菌荚膜结构的主要成分，随后1937年Ivãnovics等发现了炭疽芽孢杆菌的荚膜含有γ-PGA，而自从1942年Bovamick 等发现γ-PGA作为种发酵产物能自由地分泌到枯草芽孢杆菌的生长培养基中后，人们发现多种芽孢杆菌都能在胞外产生γ-PGA［2］。
其分解温度为235.8℃，熔点为223.5℃。
由芽孢杆菌产生的γ-PGA的平均分子量在1×105～8×106之间，而多分散性在2～5之间。
相对分子量越大，其流变性很难控制也很难被化学试剂修饰，因而限制了γ-PGA的应用。
目前用水解法、降解法及生物降解法，可得到不同分子量的γ-聚谷氨酸［1］。
1 γ-PGA的生产方法γ-PGA的生产方法有以下四种:化学合成法、提取法、酶转化法和微生物发酵合成法。
前三种方法工艺较复杂，成本高，不适合实际生产应用［3-4］。
一种地衣芽孢杆菌菌株及用途和用其生产聚γ-谷氨酸的方法[发明专利]
![一种地衣芽孢杆菌菌株及用途和用其生产聚γ-谷氨酸的方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/b4ad1a65a0116c175e0e485a.png)
专利名称：一种地衣芽孢杆菌菌株及用途和用其生产聚γ－谷氨酸的方法
专利类型：发明专利
发明人：陈守文,谢萍,魏雪团,刘晓雷,冀志霞,郭威,张红艳,孙君伟,李海涛,李建波,米造吉,黄品奇,王正品
申请号：CN200810055068.4
申请日：20080613
公开号：CN101603015A
公开日：
20091216
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种地衣芽孢杆菌菌株，菌株保藏名称为地衣芽孢杆菌WX－02，保藏单位CCTCC，保藏编号为CCTCC NO：M208065，保藏日期2008年4月24日。
本发明同时公开了该菌株的一种用途以及该菌株用于生产聚γ－谷氨酸的方法。
本发明通过种子液制备、液体深层发酵工艺生产聚γ－谷氨酸产品，所属菌株遗传性能稳定、生产效率高、生产成本低。
利用本发明的菌株及其发酵方法制备聚γ－谷氨酸3000L发酵罐产量可达35.05g/L。
申请人：河北维尔康制药有限公司,华中农业大学
地址：050031 河北省石家庄市长安区翟营北大街11号
国籍：CN
代理机构：石家庄国域专利商标事务所有限公司
代理人：白海静
更多信息请下载全文后查看。
地衣芽孢杆菌蔗糖发酵实验现象
地衣芽孢杆菌蔗糖发酵实验现象
Y聚谷氨酸是一种生物高分子载体材料，最早是由Ivanovic’s 等人在炭疽芽孢杆菌的夹膜中发现的，是芽孢杆菌属如枯草芽孢杆菌，地衣芽孢杆菌等在生命活动过程中产生的次级代谢产物，当前可以在实验室通过生物发酵的方法制备。
随着科技的进步与工业的发展，随之而来的环境污染问题也日益增多，因此各领域更倾向于发展和应用环境友好型材料。
而γ-聚谷氨酸作为一种可生物降解的“绿色”高分子材料，也越来越受人们的关注。
因其具有良好的吸水特性，并且无论在人体内部，还是在外界环境中其最终的分解代谢产物均为谷氨酸，对人体无毒副作用，对环境无污染，因此在许多领域都展现出其优越性。
目前已知，在化妆品行业，食品行业，医疗保健行业，农业方面均有广泛的应用。
3pH值对聚谷氨酸发酵液粘度及聚合物结构的影响
pH值对聚谷氨酸发酵液粘度及聚合物结构的影响摘要生产中聚谷氨酸的发酵液非常黏稠(粘度达1．71Pa·s)，这使除茵体提取聚谷氨酸非常困难。
通过加酸或碱调节发酵液pH<5或pH>8可明显降低发酵液的粘度(其中pH3．5时粘度仅为pH6．5时的1 60左右)。
将pH3．5的发酵液离心除茵(10 000 g，10 min)后超滤浓缩(滤膜孔径0．45,um，平均压力0．08 Mpa)1倍，再加入95％乙醇提取7-PGA，与pH 中性时相比，可减少50％以上的能量消耗及40％的溶剂，但聚谷氨酸损失约10％。
加酸或加碱处理可使发酵液中7-PGA 的分子结构发生改变，分子质量降低，这对生产高分子质量的聚谷氨酸不利，但对生产低分子质量产物是适宜的。
关键词聚一谷氨酸，提纯，乙醇沉淀，枯草芽孢杆菌聚7一谷氨酸(7一PGA)是一些芽孢杆菌(如枯草芽孢杆菌等)荚膜结构的主要成分，是一种生物自然合成的聚酰胺原料_8 J。
由于7一PGA可完全生物降解，对人体无毒，因此被认为是一种良好的生物可降解聚合物材料，可广泛地应用于食品、医药、环保、化妆品及农业等领域[ ，，。
在发酵法生产7-PGA方面，国内外已经有几个研究小组在探索，但在7一PGA的提取方面，研究的人比较少。
在芽孢杆菌生长过程中，7一PGA从细胞壁中分泌出来形成菌体的荚膜结构，也可溶解在培养液中。
由于7一PGA 属于高分子聚合物，分子质量一般在100 000～1000 000 u之间，因此生产上发酵液变得非常粘稠，这一方面影响通风供氧，增加搅拌阻力，另外也给发酵结束后除菌体提取7一PGA带来很大困难。
从7一PGA分子单体的结构来看，分子中有游离的羧基，其等电点为3．47 J，在7一PGA生产中由于发酵液的pH值接近中性，7一PGA荚膜结构带负电荷，在培养液中很稳定，不易沉降。
产荚膜细胞的这种较高的稳定性及发酵液的高粘度，是细胞分离和7一PGA提取中存在的突出问题。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1. 1 菌 种
地衣芽孢杆菌 (B acillus lichen iform is) QBL 2033,为本实验 室选育的菌株.
1. 2 培养基
斜面 、种子及发酵培养基 :见文献 [ 5 ].
1. 3 种子培养
斜面种子活化 6 h后接入种子培养基中. 37 ℃下培养 20 h,摇床转速 200 r/m in.
1. 4 发酵罐培养
3. 7 L全自动控制发酵罐 ( KLF22000,瑞士比欧 )中装液量 2. 5 L ,接种量 10% ,温度 37 ℃,通气量 4 L /m in,培养时间 46 h. pH通过自动流加 2 mol/L HCl和 2 mol/L NaOH溶液进行调 节. 甘油耗尽后 ,饥饿 0. 5 h开始流加 50% (φ)甘油溶液.
收稿日期 : 2005206207 接受日期 : 2005211203 3 山东省优秀中青年科学家科研奖励基金 ( 02BS033 ) ,山东省教育厅
科研发展计划基金 ( J04C09 )和曲阜师范大学博士科研启动基金资 助 Supported by the Award Foundation for Excellent Young Scientists from Shandong ( No. 02BS033 ) , the Scientific Research Development Fund of Education Department of Shandong ( J04C09 ) , and the Fund of Qufu Normal University for Doctors 3 3 通讯作者 Corresponding author ( E2mail: yangge@mail. qfnu. edu. cn)
1. 5 生物量的测定
测定 540 nm光密度和使用干重法.
1. 6 γ2PGA 的测定
采用 A tsuo等 [5 ]法.
1. 7 葡萄糖测定
3, 5 - 二硝基水杨酸法测定.
2 结果与讨论
2. 1 搅拌转速对 γ2PGA 分批发酵的影响
溶氧是好氧微生物生长必需的营养物质之一 ,更是影响其 进行物质生产和能量代谢的关键环境因素之一 ,在发酵过程中 受通气量和搅拌转速以及发酵液性质等诸多因素的限制. 通常 在空气流量一定的情况下 ,搅拌转速的变化直接影响氧在发酵 液中的传质效率 ,进而影响正常的细胞生长和代谢产物的形 成. 对于该菌来说 ,由于细胞生长受剪切的影响相对较小 ,因此 可以通过变化搅拌转速来研究溶氧对发酵过程的影响. 图 1显 示在不同搅拌转速下分批发酵生产 γ2PGA 过程中溶氧的变化 趋势 ,可见细胞在进入对数生长期 ( 6 h)之后对溶氧的需求明 显增加 . 当搅拌转速低于 250 r /m in时 ,供氧速率不能满足细
化和生物学特性 ,无毒无害 ,对人体无任何副作用 [2～3 ]. 因此 , γ2PGA可以被广泛用于医药制造 ,食品加工 ,蔬菜 、水果 、海产 品防冻 、保鲜 ,化妆品工业 ,烟草 、皮革制造工业和植物种子保 护等许多领域 ,是一种有极大开发价值和前景的多功能新型生 物制品 [4～6 ]. 国外如日本 、美国等国家自 20 世纪 90 年代初开 展了一些利用摇瓶培养合成 γ2PGA 的研究 [5～7 ] ,主要工作集 中于菌种生产性能的改良和营养条件的优化上 ,有关环境条件 的影响很少报道 ,而这恰恰又是关系到 γ2PGA 发酵生产能否 成功进行的重要因素之一 ,国内还未见文献报道. 作者在前期 研究中 ,系统考察了营养条件对地衣芽孢杆菌分批发酵生产 γ2PGA过程的影响 ,提出并运用双底物控制策略提高了 γ2PGA 产量. 在此基础上 ,本文以地衣芽孢杆菌为研究对象 ,对影响
Abstract The effects of dissolved oxygen (DO ) , pH and glycerol feeding onγ2poly ( glutam ic acid) (γ2PGA ) batch fermen2 tation by B acillus lichen iform is QBL 2033 in a stirred fermentor of 3. 7 liters were investigated. The result showed that DO con2 centration was an important factor forγ2poly ( glutam ic acid) p roduction. W ith initial glucose concentration of 27. 9 g/L , 5 L / m in air flow rate and agitation rate of less than 300 r/m in, the DO concentration was not sufficient to satisfy the oxygen require2 ment during the fermentation. W ith agitation rate of more than 300 r/m in, the cell growth andγ2poly ( glutam ic acid) p roduc2 tion were enhanced significantly. W hen B. licheniform is QBL 2033 was cultivated in a batch p rocess w ithout controlling pH , the dry cell mass andγ2poly ( glutam ic acid) p roduction were 26% and 94% lower than those at pH 5. 5. To assess the effect of pH onγ2poly ( glutam ic acid) p roduction, six batch p rocesses controlled at pH 4. 0, 4. 5, 5. 0, 5. 5, 6. 0 and 6. 5 were con2 ducted. The yield was found highest at pH 5. 5. To avoid the rep ression ofγ2poly ( glutam ic acid) caused by residual glycerol
摘 要 在 3. 7 L发酵罐中研究了溶氧 、pH和甘油流加对地衣芽孢杆菌分批发酵生产聚 γ2谷氨酸 (γ2PGA )的影响. 结果表明 ,当葡萄糖浓度为 27. 9 g /L且通气量控制在 4 L /m in时 ,搅拌转速达到 300 r/m in即可满足细胞生长和聚 γ2 谷氨酸合成对溶解氧的需求. 不同 pH控制方式对聚 γ2谷氨酸分批发酵的影响有较大差异. 不控制 pH 时 ,细胞干重和 聚 γ2谷氨酸产量比控制 pH为 5. 5的发酵分别低 26%和 94%. 研究了将 pH控制在 4. 0、4. 5、5. 0、5. 5、6. 0和 6. 5的 聚 γ2谷氨酸分批发酵过程 ,发现在 pH 5. 5时聚 γ2谷氨酸总产量最高. 以溶氧水平作为甘油代谢指针来控制甘油限制 性流加既可维持一定菌体生长 ,又不会发生发酵液中残余甘油及有害代谢产物阻遏作用. 菌体关于甘油的表观的率 、 聚 γ2谷氨酸的平均比生产速率较没有采用甘油限制性流加时都有所提高. 图 4 表 1 参 7 关键词 聚 γ2谷氨酸 (γ2PGA ) ; 地衣芽孢杆菌 ; 溶氧 ; pH; 甘油流加 CLC TQ922. 1
多聚 γ2谷氨酸〔γ2poly ( glutam ic acid) , γ2PGA 〕是由某些 杆菌 (B acillus spp. )合成的一种细胞外水溶性高分子氨基酸聚 合物 ,是由 L 2谷氨酸 、D 2谷氨酸两种构型的单体通过 γ2酰胺键 聚合形成的 [1 ]. γ2PGA 具有极佳的成膜性 、成纤维性 、阻氧性 、 可塑性 、粘 结 性 、保 湿 性 和 可 生 物 降 解 等 许 多 独 特 的 理
搅拌转速对 γ2PGA 发酵过程的具体影响如表 1 所示. 可 以看出 ,溶氧供给的不足会对细胞生长有负面影响 :搅拌转速 为 200 r/m in时的细胞干重比 300 r/m in时低 20% , γ2PGA 产 量也相应降低. 但是 ,由不同搅拌转速导致的不同溶氧水平对 胞内 γ2PGA 含量 (反映细胞合成 γ2PGA 的能力 )并没有显著 影响. 由此表明 ,在 B. lichen iform is QBL 2033 发酵生产 γ2PGA 的过程中 ,只要将溶氧水平控制在不限制细胞生长的水平之上 (如 50% ～ 60% ) ,就能够获得较高的 γ2PGA 产量. 进一步提 高搅拌转速 ,虽然可以提供更为充足的溶氧 ,但这样一方面增 加了动力消耗 ,另一方面也提高了体系的剪切应力 ,对细胞生 长不利 (搅拌转速从 300 r/m in提高到 350 r/m in会导致细胞 干重减少 8% ). 因此 ,在初始葡萄糖浓度为 27. 9g /L 的情况 下 ,将搅拌转速恒定在 300 r/m in适于发酵生产 ,此时的溶氧传 质状 态 可 以 作 为 对 γ2PGA 发 酵 生 产 进 行 比 拟 放 大 的 重 要 依据.
higher than those from the fermentation w ithout using the feeding strategy w ith dissolved oxygen as the indicator of metabolism.
Fig 4, Tab 1, Ref 7 Keywords γ2poly ( glutam ic acid) (γ2PGA ) ; B acillus lichen iform is; dissolved oxygen; pH; glycerol feeding CLC TQ922. 1
and ethanol accumulation due to overfeeding of glycerol, glycerol addition was controlled to p roduce continuous oscillations in