γ-聚谷氨酸的發(fā)酵生產(chǎn)及分離提純工藝研究.pdf

1、γ-聚谷氨酸(簡稱γ-PGA)是一種生物高分子材料。由于其具有水溶性好、可生物降解、可食用以及對人類和環(huán)境無毒等優(yōu)點，因此在環(huán)境、醫(yī)藥、食品和化妝品等領(lǐng)域具有廣泛的應用前景。目前，研究者對于γ-聚谷氨酸的生產(chǎn)制備十分關(guān)注。本文以食品為原材料，分離、篩選出一種高產(chǎn)γ-聚谷氨酸菌株，并以提高γ-聚谷氨酸產(chǎn)量及純度為目的，對γ-聚谷氨酸的分離提取工藝進行了深入研究。
　　首先，經(jīng)過初篩和復篩得到了最佳的生產(chǎn)γ-聚谷氨酸菌株為白-10-1

2、-3-1，且其經(jīng)發(fā)酵的實驗結(jié)果表明，發(fā)酵培養(yǎng)基的成分對各種菌株發(fā)酵產(chǎn)生γ-聚谷氨酸的能力具有不同程度的影響。利用單因素優(yōu)化法確定了發(fā)酵培養(yǎng)基的最佳配方：以比例為1％C+9%G的檸檬酸和甘油作為培養(yǎng)基的碳源，L-谷氨酸濃度為20 g/L，Mn2+添加量為30mg/L，其它成分及含量同發(fā)酵培養(yǎng)基，在此條件下，白-10-1-3-1菌的發(fā)酵液粘度最高，可達576mPa·s。此外，由菌株白-10-1-3-1經(jīng)液態(tài)發(fā)酵、分離可獲得棕色塊狀產(chǎn)物6.9

3、14 g，其發(fā)酵液中干物質(zhì)的含量可達19.2 g/L，分子量約為46萬。但產(chǎn)品外觀顏色較深且成硬塊狀，可能是由于雜質(zhì)過多所致。對菌株白-10-1-3-1的發(fā)酵產(chǎn)物進行紫外光譜、紅外光譜及核磁共振譜表征，結(jié)果表明該產(chǎn)物具有γ-聚谷氨酸結(jié)構(gòu)，但與標準的γ-聚谷氨酸的核磁共振1H譜相比，有兩處明顯的雜質(zhì)吸收峰，說明白-10-1-3-1菌的發(fā)酵產(chǎn)物中還存在一定的雜質(zhì)。
　　其次，針對γ-聚谷氨酸下游提取中存在的問題，本研究分別采用了超濾法

4、和凝膠色譜法對白-10-1-3-1菌發(fā)酵液進行分離。在超濾法分離過程中，室溫條件下將發(fā)酵液pH調(diào)至3，發(fā)現(xiàn)當濃縮比為5、壓差為0.2MPa時，發(fā)酵液能保持較高的滲透通量和較低的粘度，淡液流速可基本達到最大，即滲透通量為49.7L·m-2·h-1。與傳統(tǒng)透析法相比，超濾分離得到的產(chǎn)物干物質(zhì)含量較高，可達24.5g/L，這可以使后續(xù)處理中的乙醇用量節(jié)約90%，且分離后的產(chǎn)物具有一定韌性，說明產(chǎn)物中γ-聚谷氨酸含量有所增加。但同時產(chǎn)物的顏色較

5、深，且無法用核磁共振譜進行表征，說明產(chǎn)物中還含有一定的雜質(zhì)，需進一步提純。在凝膠過濾色譜法分離過程中，采用去離子水作為流動相對白-10-1-3-1菌發(fā)酵液進行洗脫，發(fā)現(xiàn)凝膠為細粒、洗脫流速為1mL/min、進樣量為4mL時，γ-聚谷氨酸具有良好的分離效果，保留時間僅為19 min，最大吸收值對應γ-聚谷氨酸的含量高達5.7g/L。與傳統(tǒng)透析法和超濾濃縮法相比，該分離法產(chǎn)量較高，產(chǎn)物顏色較淡，呈乳白色，具有良好的韌性，且其核磁共振譜圖中沒