文 献 综 述

1.1 聚谷氨酸的性质和应用

1.1.1聚谷氨酸的性质

γ-多聚谷氨酸是一种细胞外高分子氨基酸聚合物,通常是由5000个左右的谷氨酸聚合而成，有大量的阴离子可以吸附钙、镁、水等。γ-多聚谷氨酸具有很好的成膜性、成纤维性、可塑性、、阻氧性、粘结性等独特的理化和生物学特性。γ-PGA具有极强的吸水性，最大自然吸水倍数可以达到1108.4倍，是土壤的30-80倍。γ-PGA还具有水解性，γ-PGA的水溶液在10 mL、浓度为6 mol/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[1]。同时研究表明，γ-PGA具有生物降解性，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[2]，由此可见，发酵时间对于γ-PGA的产量有较大影响。

1.1.2聚谷氨酸的应用

得益于γ-PGA的吸水性和生物降解性，有专家已经将它运用到了种子方面。在非常干旱缺水的地区，正常种子存活率很低，而用γ-PGA制作的纳豆树脂包裹后的种子[3]种植后的效果却十分可观。运用γ-PGA制作的化妆品具有比同类产品更大的优势。谷氨酸无毒，可以生物降解，是对皮肤有营养成分的产品。γ-PGA独特的分子结构，使它具有极强的保湿能力，并完全适用于所有的皮肤状况，并提供优于HA（透明质酸）和胶原的持久的保湿效果。利用γ-PGA做的成药物的载体，可以在人体内按一定速率释放药物，在规定时间内达到设定计量，从而完成有效的治疗。γ-PGA添加在烘焙食品中可以使碎屑更少，并且使成品具有更好的口感和风味以及抗氧化、不易软化的特性。例如面包，在加入γ-PGA后可以更蓬松体积更大，而且富含水分。

1.2 γ-PGA的发酵现状及改进方法

由于聚谷氨酸越来越广泛的应用，各种各样的方法都都被研究来提高其发酵终浓度和产率，尤其是发酵过程的优化。张丹等人采用搅拌速率两阶段控制的方法，即在发酵前期用高搅拌转速促进细胞生长，发酵后期用正常搅拌来生产聚谷氨酸，获得了40.5 #177; 0.91 g/L的产品浓度和0.56 #177; 0.012 g/L/h生产率，比之前提升了17.7%和9.8%[4]。还有研究称，氧载体的添加有利于PGA的合成以及增大分子量，在加入0.3%的正庚烷后，其终产物浓度达到了39.4#177;0.19g/L[5]。然而PGA的发酵过程仍然有遭遇到了很多问题，如较低的终产物浓度，低生产率和低的反应器利用率。为了解决这个问题，许宗奇等人设计了一个APFB的装置，即在发酵罐外接一个固定化柱子，柱子里装有甘蔗渣来吸附菌体，实现生产菌的固定化发酵，并且在柱子下方通气改善耗氧状况[6]。而汤宝等人又在固定化的基础上，用ε-PL（聚赖氨酸）来修饰甘蔗渣，加强其固定化细胞的能力，又进一步的增加了PGA的产量和产率[7]。

但是以上研究都采用了添加有机物以及增加装置的方法，提高了成本，而且工业化难度较大。本论文尝试以另一种方法来改善聚谷氨酸的发酵状况，即向发酵罐内添加流