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γ-聚谷氨酸的合成及应用

耿鹏;吴坤;蔡亚慧;张继冉

【摘要】γ-聚谷氨酸(γ-PGA)是由D-谷氨酸或L-谷氨酸聚合而成的天然多聚氨基

酸.先对γ-PGA的结构、性质及生产方法进行简单概述,接着详细描述了γ-PGA的

微生物合成中生产菌株、发酵条件、微生物合成途径,介绍不同分子量γ-PGA的性

质及应用,最后根据该领域的必威体育精装版进展、挑战及发展趋势.

【期刊名称】《许昌学院学报》

【年(卷),期】2019(038)005

【总页数】4页(P92-95)

【关键词】γ-聚谷氨酸;微生物合成;应用

【作者】耿鹏;吴坤;蔡亚慧;张继冉

【作者单位】河南农业大学生命科学学院,河南郑州450002;河南农业大学生命科

学学院,河南郑州450002;河南农业大学生命科学学院,河南郑州450002;河南农业

大学生命科学学院,河南郑州450002

【正文语种】中文

【中图分类】Q815

γ-聚谷氨酸(γ-PGA)是一种新型高分子材料，由谷氨酸之间通过α-氨基和γ-羧基

脱水缩合形成酰胺键连接而成.因为γ-PGA的保水性、絮凝性较好，自身无毒且能

够生物降解，所以应用非常广泛.谷氨酸具有旋光性，所以γ-PGA的种类和性质多

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样[1]，构象也有多种[2]，其中α螺旋多存在于在中性环境，碱性环境下则多为β

折叠.由于γ-PGA的合成不依赖核糖体[3]，与是否添加抑制蛋白质翻译的物质无

关，且能够耐受大部分蛋白酶的水解，所以目前发现的γ-PGA降解酶种类很少.γ-

PGA的合成主要有提取法[4]、化学合成法[4]、酶合成法[5]、微生物发酵法[6].前

三种方法存在工艺复杂、干扰因素多、污染环境、产量低、相对分子质量小的缺点，

所以一般采用微生物发酵法来生产γ-PGA.

1γ-PGA的微生物合成

1.1γ-PGA生产菌株

合成γ-PGA的生物有芽孢杆菌、梭杆菌、古细菌及真核生物，其中芽孢杆菌的应

用最为广泛.γ-PGA生产菌可分为两种[7]氨酸非依赖型菌株不需谷氨酸自身就

能生产γ-PGA，但是产量较低，不适用于发酵生产；而谷氨酸依赖型菌株生产γ-

PGA需要外源谷氨酸的诱导和刺激作用，产量随L-谷氨酸浓度的增加而增加，但

成本相对较高，所以一般需要进行培养基优化以提高谷氨酸的利用率.

1.2γ-PGA发酵条件

γ-PGA的生物合成与发酵培养基成分[8]和培养条件密切相关.Shih等[9]发现

BacillussubtilisC1只能在柠檬酸和甘油存在的情况下进行.温度[10]、pH、溶氧

等条件能够影响关键酶的活性，进而影响γ-PGA的合成.研究发现在γ-PGA发酵

培养基中使用葡萄糖为碳源时产量较高，γ-PGA合成的最适氮源为酵母提取物，

但是两者成本较高，所以一般使用甘油和铵盐进行发酵生产.

γ-PGA发酵培养基中需经常加入细胞生长和维持细胞生命的无机盐类等微量元素，

但离子强度会造成γ-PGA相对分子质量的变化.枯草芽孢杆菌在氯化钠浓度低于

0.5%时，γ-PGA的相对分子质量较高，大于2000kDa；而大于10%时，相对分

子质量较低，在10～200kDa之间[9].当添加4%氯化钠时，γ-PGA的相对分子

质量提高了1.8倍，从1200kDa增加至2200kDa[11].另外在7.4mmol·L-1

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