_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—

发酵科技通讯

第３５卷第４期２００６年１０月

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，可用作生物医用材料。另外，因聚谷氨酸吸水性强，易修饰，在自然界中可迅速降解，不会造成环境污染，可用于化妆品、食品和药物传输领域。据资料介绍，“γ－聚谷氨酸”是一种出色的绿色塑料，可广泛用于从食品包装到一次性餐具（快餐饭盒）和其它各种工业用途，它在自然界中可迅速降解，不会造成环境污染。Ａｊｉｎｏｍｏｔｏ公司已成功开发并投产该产品。

γ－聚谷氨酸最大特点之一是保湿性极强。利

用这一特性，专家们研制了一种滋润肌肤效果极佳的化妆液。这种新型化妆乳液能在皮肤上形成薄膜防止水分的蒸发，这一点与许多传统化妆液差不多。但它在进入皮肤深层之后，还具有恢复甚至重造皮肤自我湿润系统的功能。原来，随着年龄的增长或生理疲劳的加剧，皮肤的自我湿润功能会逐渐减弱乃至消失。而这种化妆液起的即是促使自我修复系统“起死回生”

的作用。利用多聚谷氨酸还可制取一种新型护发液。头发的最外层覆盖有一种叫毛鳞片的物质，如毛鳞片脱落，头发就易受到损伤。而将这种新型护发液涂抹在头发表层，形成的薄膜不仅能防止头发内水分的蒸发，而且其中的粘性成分还能发挥类似胶水的作用，把即将脱落的毛鳞片完全或部分修复。

专家们还发现，用放射线照射多聚谷氨酸，其

分子结构即会发生变化，由此吸收水分的特点还会增加。据试验，每ｇ经过放射线处理的多聚谷氨酸竟然可吸收多达１Ｌ的水。利用这一特点，掺入多聚谷氨酸成分的尿布的吸收尿液的性能，可比传统纸质尿布强上２￣５倍。此外，普通纸尿布都是以化学合成物质为原料制取的，作垃圾处理时并不能完全还原到土壤中去，于是对环境会造成污染。从这一点来说，新型尿布对环境也有好处。

专家们还设想利用经放射线处理的多聚谷氨酸强大的吸水性能，制成一种特别的人造土，来从事沙漠绿化事业。预计这种人造土将在年内问世。

４发展前景

在传统的医药领域，氨基酸主要用做氨基酸输液和口服氨基酸制剂，此外，还用做治疗药物、短肽药物和医药合成原料。在传统的食品领域消费的氨基酸主要是味精，随着氨基酸生产技术的不断革新，成本下降，进一步促进了氨基酸应用向多元化发展，应用领域已发展成熟。目前，已开发出的许多聚合氨基酸就是生化技术在氨基酸工业中的应用。

世界工业的一大新趋向是开发“绿色化学产品”（即对环境无害的化工产品）。聚合氨基酸系列产品已在“绿色化学产品”中崭露头角。日本是世界上最大氨基酸生产国与输出国，日本科学家在聚合氨基酸的研究开发方面已领先于世界。

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２００７年

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