固态发酵生产γ-聚谷氨酸的研究

1.引言6

1.1γ- PGA的结构与性质6

1.2γ-PGA的发酵生产6

1.2.1产生菌7

1.2.2生物合成途径和机制7

1.2.3生产工艺流程8

1.2.4γ-PGA的提取8

1.2.5产品含量的检测8

1.3、γ-PGA的应用9

1.3.1γ-聚谷氨酸在农业中的应用9

1.3.2γ-聚谷氨酸在日用品中的应用9

1.3.3γ-聚谷氨酸在医药中的应用10

1.3.4γ-聚谷氨酸作为生物医学材料的应用10

1.3.5γ-聚谷氨酸在食品工业中的应用10

1.3.6γ-聚谷氨酸在水处理行业的应用11

1.3.7γ-聚谷氨酸在其它领域的应用11

1.4展望12

1.5本课题的研究意义12

2.材料与方法12

2.1菌种12

2.2材料与试剂12

2.3仪器设备13

2.4培养基13

2.5培养方法13

2.6生长曲线的绘制方法14

2.7γ-PGA的提取和粗产量测定14

2.8γ-PGA含量的测定方法14

3.结果与讨论14

3.1γ- PGA水解条件的探讨[17]14

3.1.1γ-PGA水解温度的确定15

3.1.2γ-PGA水解时间的确定15

3.1.3γ-PGA水解酸用量的确定16

3.2纳豆芽孢杆菌生长曲线的绘制16

3.3培养条件的优化17

3.3.1 250 mL摇瓶装量优化17

3.3.2初始水份的优化17

3.3.3初始pH值的优化18

3.3.4接种量的优化19

3.3.5培养温度对γ-PGA产量的影响19

3.3.6培养时间对γ-PGA产量的影响20

3.4培养基组成的优化20

3.4.1培养基固体基质的优化21

3.4.2外加碳源的优化22

3.4.3外加氮源的优化23

3.4.4谷氨酸钠添加量对γ-PGA产量的影响25

3.4.5柠檬酸钠添加量对γ-PGA产量的影响25

3.4.6 NaCl的加入量对γ-PGA产量的影响26

3.4.7葡萄糖、酵母粉、谷氨酸钠、柠檬酸钠含量正交实验优化27

3.5最优化条件验证实验28

3.6双缩脲法比较初步确定产品成分28

4.结论29

5.展望29

参考文献：30

4.结论（1）探讨出了γ-聚谷氨酸的强酸水解条件，确定了γ-PGA的水解条件：1:4的6mol/L HCl、90℃的恒温加热下水解24h，生物传感器测定水解产物谷氨酸。（2）工业发酵生产中通常选用处于对数期的菌体作为种子。因此，本实验选择的最佳种龄是15h，此时的菌体处于对数生长期，活菌数也较高，合成新细胞的速率最快，故能较好缩短γ- PGA的发酵生产周期。（3）通过实验得到固态发酵培养基的优化结果为：用去油脂的黄豆粉与麸皮1:1组合，且去脂豆粉粒径大小为0.45以上的固体基质优化，γ-PGA产量较高；实验采用单因子实验与正交试验相结合的方法，优化固体发酵培养基的营养组成，结果表明酵母粉20g/kg，葡萄糖80g/kg，谷氨酸钠40g/kg，柠檬酸钠10g/kg组成的培养基，且添加一定量的盐浓度调节培养基的渗透压，能获得较高的γ-PGA产量。（4）通过实验得到固态发酵生产γ-聚谷氨酸的优化培养条件为：250mL摇瓶装量为10g固体基质，料水比1：1.2，初始pH值为6.0，8%的接种量（相对于固体基质装量），最佳温度是37℃，最佳发酵时间48h。（5）在以上实验优化的培养条件和培养基组成的结果，以其最优的条件进行实验，实验结果为γ-PGA粗产量105.37g/（kg固体基质），比前面实验的产品平均水平85.52 g/（kg固体基质）粗产量增加了18.8%，经生物传感分析仪测定产品水解前后的含量，结果显示本产品γ-PGA含量为45.6% 。产品纯度较低，其原因可能是由于固体培养基中较多杂质，如多糖、蛋白质等与产品沉淀混合在一起，另外在微生物发酵的过程中也可能会生成了其他的副产物。5.展望（1）γ-PGA水解条件探讨实验中可以发现：由于实验环境条件的限制，产品水解不完全，准确性有待提高；而且用本方法测γ-PGA的含量耗时很长（超过24小时），不适合生产管理的快速检测。期待有更好的检测方法或仪器面世，能直接、快速、准确的测出γ-PGA的含量。（2）菌种生长曲线绘制的实验存在的问题有：用分光光度计测出的吸光度用来表达菌种的活菌数不够精确，可以大致的表示其生长趋势。如果时间充足条件充分就可以详细研究菌体的生长，准确找出其适合于工业发酵生产的对数生长期。（3）本实验都是按照常规的实验方法进行微生物发酵的，虽然实验用优化发酵培养条件和培养基组成的方法能提高产量，但技术上没有太大的突破，难以达到高产量。目前有些研究者已经在基因工程菌生产γ-PGA方面有所进展，基于γ-PGA广泛的应用前景，相信不久的将来γ-PGA生产与应用必将取得突破性的进展。