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γ-聚谷氨酸的发酵生产及分离提纯工艺研究

孙雯雯

  γ-聚谷氨酸(简称γ-PGA)是一种生物高分子材料。由于其具有水溶性好、可生物降解、可食用以及对人类和环境无毒等优点,因此在环境、医药、食品和化妆品等领域具有广泛的应用前景。目前,研究者对于γ-聚谷氨酸的生产制备十分关注。本文以食品为原材料,分离、筛选出一种高产γ-聚谷氨酸菌株,并以提高γ-聚谷氨酸产量及纯度为目的,对γ-聚谷氨酸的分离提取工艺进行了深入研究。 首先,经过初筛和复筛得到了最佳的生产γ-聚谷氨酸菌株为白-10~(-1)-3-1,且其经发酵的实验结果表明,发酵培养基的成分对各种菌株发酵产生γ-聚谷氨酸的能力具有不同程度的影响。利用单因素优化法确定了发酵培养基的最佳配方:以比例为1%C+9%G的柠檬酸和甘油作为培养基的碳源,L-谷氨酸浓度为20 g/L,Mn~(2+)添加量为30 mg/L,其它成分及含量同发酵培养基,在此条件下,白-10~(-1)-3-1菌的发酵液粘度最高,可达576 mPa·s。此外,由菌株白-10~(-1)-3-1经液态发酵、分离可获得棕色块状产物6.914 g,其发酵液中干物质的含量可达19.2 g/L,分子量约为46万。但产品外观颜色较深且成硬块状,可能是由于杂质过多所致。对菌株白-10~(-1)-3-1的发酵产物进行紫外光谱、红外光谱及核磁共振谱表征,结果表明该产物具有γ-聚谷氨酸结构,但与标准的γ-聚谷氨酸的核磁共振1H谱相比,有两处明显的杂质吸收峰,说明白-10~(-1)-3-1菌的发酵产物中还存在一定的杂质。 其次,针对γ-聚谷氨酸下游提取中存在的问题,本研究分别采用了超滤法和凝胶色谱法对白-10~(-1)-3-1菌发酵液进行分离。在超滤法分离过程中,室温条件下将发酵液pH调至3,发现当浓缩比为5、压差为0.2 MPa时,发酵液能保持较高的渗透通量和较低的粘度,淡液流速可基本达到最大,即渗透通量为49.7 L·m~(-2)·h~(-1)。与传统透析法相比,超滤分离得到的产物干物质含量较高,可达24.5 g/L,这可以使后续处理中的乙醇用量节约90%,且分离后的产物具有一定韧性,说明产物中γ-聚谷氨酸含量有所增加。但同时产物的颜色较深,且无法用核磁共振谱进行表征,说明产物中还含有一定的杂质,需进一步提纯。在凝胶过滤色谱法分离过程中,采用去离子水作为流动相对白-10~(-1)-3-1菌发酵液进行洗脱,发现凝胶为细粒、洗脱流速为1 mL/min、进样量为4 mL时,γ-聚谷氨酸具有良好的分离效果,保留时间仅为19 min,最大吸收值对应γ-聚谷氨酸的含量高达5.7g/L。与传统透析法和超滤浓缩法相比,该分离法产量较高,产物颜色较淡,呈乳白色,具有良好的韧性,且其核磁共振谱图中没有出现杂质峰,说明凝胶分离产物中γ-聚谷氨酸纯度较高,即此方法较优。……   
[关键词]:γ-聚谷氨酸;发酵;超滤分离;凝胶分离
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:哈尔滨工业大学2010年
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