聚谷氨酸的生物合成及应用.doc
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1、题 目 聚谷氨酸的生物合成及应用 姓名学号 曹明乐 3120104732 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-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:-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-聚谷氨酸,
2、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-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-聚谷氨酸的深入研究,-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 -聚谷氨酸的生物合成1.1 分子结构1.2 制备方法-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-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。1.2.1 -
3、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-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、亚硝基胍以及射线对其进行复合诱变获得一株 -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。常规的微生物发酵方法有液体发酵法和固体发酵法,在生产-聚谷氨酸时常用的是液体发酵培养。目前-聚谷氨酸常用的发酵生产培养基是E-培养基,国内很多研究单位对培养基
4、的优化进行了研究,比如利用纳豆芽孢杆菌接种到处理过的大豆中,然后保湿 12 昼夜后用生理盐水提取纳豆芽孢杆菌分泌在大豆表面的-聚谷氨酸,依次经过超滤、乙醇沉淀得到产品,同时也可以得到纳豆激酶和维生素 K2副产品。为了降低生产成本,也可以以大豆加工的副产物豆粕为主要培养基,并加入 4 倍水及2%葡萄糖。在利用枯草芽孢杆菌 NX-2 发酵生产-聚谷氨酸时,向培养基中添加甘油 、吐温-80和二甲亚砜,不仅能提高产量,同时还能降低-聚谷氨酸的相对分子质量。其既可以降低发酵液的粘度也能改变细胞膜的通透性促进菌体吸收营养成分,从而不但促进了菌体的生长还能刺激的-聚谷氨酸的合成。在工业化生产中,宜用柠檬酸作
5、碳源,可降低生产成本。其中Mn2+和Mg2+对于提高-聚谷氨酸的产率也有很大的影响。1.2.2 -聚谷氨酸的分离提取通过微生物发酵得到高黏度的发酵液,可用有机溶剂沉淀法、化学沉淀法和膜分离沉淀法获得-聚谷氨酸。有机溶剂沉淀法是在生物制品的制备中应用最为广泛的一种沉淀方法,通常是向含有目标产物的水溶液中加入一定量亲水性的有机溶剂,能显著降低蛋白质等生物大分子的溶解度,使其沉淀析出。提取-聚谷氨酸常用的有机溶剂有甲醇、乙醇和丙酮。实验室操作的一般流程为:发酵液通过离心弃去菌体沉淀,包含-聚谷氨酸的上清液加入一定体积预冷的有机溶剂,放置一段时间后,沉淀物通过离心收集,通过冻干得到粗产品。粗产品溶解在
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