生物絮凝剂γ-聚谷氨酸絮凝性能研究

研究了枯草芽孢杆菌NX-2制备的生物絮凝剂γ-聚谷氨酸(γ-PGA)的絮凝活性。γ-PGA对高岭土、活性炭等悬浮液具有较高的絮凝活性,絮凝活性稳定,热稳定性好,用量高于10mg／L时适用pH范围宽,最适投加浓度为20mg/L,加入Ca^2 、Mg^2 、Fe^3 、Al^3 、Fe^2 、Na^ 等金属离子能不同程度增强γ-PGA的絮凝活性,其中Ca^2 助凝效果最高。使用Ca^2 作助凝离子可降低γ-PGA用量,但Ca^2 浓度过高会明显降低γ-PGA的絮凝活性。还研究了γ-PGA对电镀废水的处理效果,实验证明γ-PGA能有效降低电镀废水中Cr^ 3、Ni^ 2等离子的浓度。     

新型绿色阻垢剂γ-聚谷氨酸的阻垢性能

以实验室自制的低相对分子质量γ-聚谷氨酸(LMPGA)为研究对象,系统研究其阻碳酸钙垢、硫酸钙垢性能及其相关影响因素。结果表明:LMPGA的平均相对分子质量在5.0×103和7.0×103时,具有相近的阻碳酸钙垢性能,且在药剂投加质量浓度达到20 mg/L时,阻垢率可达88%左右;随着Ca2+浓度、pH值、恒温温度及恒温时间的增加,其阻碳酸钙垢性能发生下降;LMPGA是一种优良的硫酸钙阻垢剂,在药剂投加质量浓度达10 mg/L时,其硫酸钙阻垢率可达90%以上。     

γ-多聚谷氨酸的微生物合成

阐述了γ—多聚谷氨酸的化学特性,综述了γ—多聚谷氨酸微生物合成常采用的菌株,生物合成和提取的方法,以及作为一种可分解性的生物高分子,γ—多聚谷氨酸在医药、工业、农业等方面的应用。     

不同分子量γ-聚谷氨酸的生物合成

【背景】不同分子量的γ-聚谷氨酸在农业、化妆品和医药领域具有重要的应用价值,开发不同分子量γ-聚谷氨酸的生物合成工艺已成为研究热点。【目的】在γ-聚谷氨酸生产菌株枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis) KH2中实现不同分子量γ-聚谷氨酸的合成。【方法】分别克隆表达不同来源的水解酶,包括B.subtilis来源的γ-聚谷氨酸水解酶PgdS和YwtE,以及地衣芽孢杆菌来源的SGH。研究不同来源水解酶对B. subtilis KH2产γ-聚谷氨酸分子量的影响。通过改变水解酶处理条件获得不同分子量γ-聚谷氨酸的生物合成工艺。【结果】PgdS、YwtE和SGH均可降低γ-聚谷氨酸的分子量,其中PgdS水解效果最好,可以将γ-聚谷氨酸分子量由原来的1 600 kDa降低为180 kDa。通过优化PgdS的添加量与添加时间,在B. subtilis KH2中获得了分子量为210–600 kDa的γ-聚谷氨酸。【结论】利用水解酶处理,可以在B. subtilis KH2中实现不同分子量γ-聚谷氨酸的生物合成。该方法反应条件温和、分子量可控区间宽,具有良好的应用前景。     

γ-聚谷氨酸基因工程研究进展与展望

γ-聚谷氨酸(γ-PGA)是一种天然高分子可降解、环境友好型的新型阴离子聚合物。目前发现多种芽孢杆菌、古细菌和一种真核生物均可合成γ-PGA。根据其合成是否需要外加谷氨酸分为谷氨酸依赖性和谷氨酸非依赖型。γ-PGA的合成基因分为结合型的cap系和游离型的pgs系,其表达产物组成的γ-PGA合成酶复合体调节着γ-PGA的合成和转运。由于γ-PGA具有水溶性好、保湿性好、吸水性好、良好的生物兼容性和生物可降解性、可食用、对环境无污染等优点,在医药、农业、食品、环境、化妆品等领域具有广泛的应用前景。主要对γ-PGA的结构特点、微生物合成、相关基因、合成机理、应用、诱变处理进行综述。以期通过物理和化学等技术的诱变,获得γ-PGA的高产菌株,为提高γ-PGA产量提供依据。     

谷氨酸棒杆菌一步法发酵糖质原料生产γ-聚谷氨酸

γ-聚谷氨酸在食品、化妆品、生物医药等领域具有广泛的应用,目前主要的生产菌株是谷氨酸依赖型菌株,在生产过程中需要添加谷氨酸作为前体,因而生产γ-聚谷氨酸的成本较高。文中主要研究从糖质原料一步法发酵合成γ-聚谷氨酸的生产工艺。首先,从产γ-聚谷氨酸的菌株枯草芽孢杆菌中克隆γ-聚谷氨酸合成酶的基因簇pgs BCA,在谷氨酸棒杆菌模式菌株ATCC13032中进行诱导型和组成型表达,结果显示,仅诱导型表达菌株可以积累γ-聚谷氨酸,产量为1.43 g/L。进一步对诱导条件进行优化,确定诱导时间为2 h,IPTG浓度为0.8 mmol/L,γ-聚谷氨酸产量为1.98g/L。在此基础上,在一株高产谷氨酸的谷氨酸棒杆菌F343中外源表达pgs BCA,对重组菌进行发酵,结果表明,在摇瓶发酵中γ-聚谷氨酸产量达到10.23g/L,在5L发酵罐中产量达到20.08g/L;继而对γ-聚谷氨酸进行分子量测定,结果显示,产自F343重组菌的γ-聚谷氨酸的重均分子量比产自枯草芽孢杆菌的提高34.77%。文中构建了一步法发酵糖质原料生产γ-聚谷氨酸的新途径,同时为开发其潜在应用奠定了基础。     

γ-聚谷氨酸的基因克隆与序列分析

本研究通过基因组DNA提取和PCR扩增分别得到Bacillusnatto20646的原初始菌株N-1、高压电晕电场和不同种类稀土元素诱变的突变株N-2、N-3、N-4、N-5及N-6的pgsBCA合成酶基因序列,利用BioEdit软件对6株菌株的pgsB、pgsC和pgsA的基因序列及合成酶蛋白PgsB、PgsC和PgsA蛋白酶的氨基酸序列对比后得出:pgsB、pgsC和pgsA基因分别约含1170个、450个和1140个核苷酸,分别编码约390个、150个和380个氨基酸。高压电晕电场和稀土元素使得菌株γ-PGA合成酶基因簇pgsBCA核苷酸发生了碱基的置换和颠换、插入和缺失,合成酶蛋白PgsBCA氨基酸序列发生了氨基酸的替换、插入和缺失,且对序列的开端和尾端的影响较大,PgsA在30~40个氨基酸区间变化显著,使该处氨基酸残基的跨膜区发生变化,准确的膜锚定,γ-PGA高效地从活性中心位点移开,加快实现了链的延长,为γ-PGA产量的提高提供理论基础。     

溶解氧对γ-聚谷氨酸合成的影响

在5L发酵罐上研究了溶解氧(DO)对地衣芽孢杆菌分批发酵生产γ-聚谷氨酸(γ-PGA)的影响并考察在8h、32h、56h时,葡萄糖激酶、6-磷酸葡萄糖脱氢酶、丙酮酸脱氢酶、异柠檬酸脱氢酶和谷氨酸脱氢酶的活性及对应时间点上γ-PGA的生产速率。通过溶解氧电极和搅拌转速的串联控制发酵过程中溶解氧水平,发现高溶解氧(60%)水平和低溶解氧(10%)水平均不能高效积累γ-PGA。6-磷酸葡萄糖脱氢酶活性的提高对产物的积累有抑制作用,葡萄糖激酶和谷氨酸脱氢酶的酶活提高对产物积累有促进作用,过高的丙酮酸脱氢酶和异柠檬酸脱氢酶的活性在一定程度上可以促进菌体生长但不利于产物的积累。此外,通过对三种不同DO水平下γ-PGA生物合成途径中相关代谢流量的计算表明,在p H 6.5的条件下,对于谷氨酸依赖型生产菌株,提高外源谷氨酸利用率可以促进γ-PGA的生物合成。     

γ-聚谷氨酸的性质与生产方法

介绍了γ-聚谷氨酸的结构、理化性质及其用途。从国内外生产γ-聚谷氨酸的方法着手,综述了不同的合成方法以及各自的优缺点,重点介绍了微生物法合成γ-聚谷氨酸的途径,对新方法进行了展望。     

γ-聚谷氨酸发酵培养基的Plackett-Burman法优化

以一株γ-聚谷氨酸高产菌——地衣芽孢杆菌GIM-P10为试验菌株,采用逐因子实验法确定γ-聚谷氨酸合成考察因素的参考范围,再采用Plackett-Burman设计法进行培养基的优化,10个实验因子中筛选到四个显著影响因子:柠檬酸、谷氨酸、K2HPO4和MgSO4·7H2O。另外,综合评价实验结果,表明γ-聚谷氨酸的产量与多糖含量呈负向关系,与细胞干重呈正向关系。利用Plackett-Burman设计法发酵产γ-聚谷氨酸可高达21.27g/L,为基础培养基的2倍以上。     

γ-聚谷氨酸水凝胶研究与应用进展

主要介绍了一种集吸水性能、保水性能、环境友好性于一身的高分子材料γ-聚谷氨酸水凝胶的研究现状及发展前景,分别从γ-聚谷氨酸水凝胶、γ-聚谷氨酸与其他物质复合水凝胶的合成以及γ-聚谷氨酸类水凝胶的应用三方面进行了综述。     

产γ-聚谷氨酸菌株的诱变选育及其种子液工艺优化

以已筛选的1株产γ-多聚谷氨酸解淀粉芽胞杆菌C1为出发菌株,对其进行紫外线-亚硝基胍(NTG)复合诱变,并运用单因素试验和正交试验设计对诱变菌株的种子培养工艺进行优化。通过复合诱变选育得到1株能够稳定遗传的正突变菌株C1-6,其摇瓶发酵生产γ-PGA的产量由18.4 g/L提高到24.2 g/L,增加了31.5%,且传代8次后仍能保持稳定。通过单因子试验筛选到玉米粉和黄豆粉作为C1-6生长的C源和N源。正交试验后,C1-6在成分为K2HPO41.0 g/L、Mg SO40.5 g/L、黄豆粉15.0 g/L、玉米粉5.0 g/L,p H 6.5的培养基中,37℃、装液量1/5(150 m L三角瓶装液30 m L)的培养条件下可获得较大的生物量,OD600达到6.31。     

微生物合成γ-聚谷氨酸的相关基因、合成机理及发酵的研究进展

γ-聚谷氨酸(γ-PGA)是一种天然的氨基酸聚合物,由于其水溶性好、可生物降解、食用,以及对人类、动物和环境无毒等特点,因此,在环境、医药、食品和化妆品、饲料添加剂等领域有广泛的应用前景。主要是对微生物合成γ-PGA所采用的菌株、相关基因、合成机理及发酵方面进行综述。     

聚γ-谷氨酸高产菌的选育与培养基优化

利用合成培养基为筛选培养基,以枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)B6-1为出发菌株,经过三轮紫外线诱变和一轮硫酸二乙酯诱变得到了聚γ-谷氨酸高产突变株枯草芽孢杆菌W003,摇瓶液体发酵的聚γ-谷氨酸产量由出发菌株的10.9 g/L提高到20.5 g/L.单因素实验结果表明,该菌产聚γ-谷氨酸的合适碳源为葡萄糖,氮源为硫酸铵.通过正交实验得到了优化的培养基配方,经36h液体发酵,聚γ-谷氨酸产量可达到45.3 g/L.     

以聚γ-谷氨酸为材质研制微胶囊的工艺

微胶囊制剂能够利用壁材将囊芯物质包裹起来,减少外界环境的不良因素对其造成的影响,但存在产品残效期和速效性的矛盾、成本过高等问题。聚γ-谷氨酸具有成膜性,可生物降解。本文通过自制的枯草芽胞杆菌聚γ-谷氨酸,对开发聚γ-谷氨酸微胶囊的工艺展开研究。对壁材浓度、搅拌转速、反应温度、聚γ-谷氨酸∶明胶质量比、菌悬液体积和甲醛的用量进行优化,建立了聚γ-谷氨酸微胶囊制备工艺,微胶囊对枯草芽胞杆菌的包埋率达到94.2%。同时考察了微胶囊制剂对热、紫外线和极端pH的抗逆性,结果表明聚γ-谷氨酸-明胶微胶囊能赋予微生物细胞更强的抗紫外能力和耐热性。在极端pH条件下热处理,聚γ-谷氨酸-明胶微胶囊剂中枯草芽胞杆菌的存活率也显著提高。     

氮源对聚γ-谷氨酸合成与分泌的影响

研究了无机与有机氮源对聚γ-谷氨酸合成与分泌的影响。分别在基础培养基及进入生物合成期的发酵液中添加氯化铵、硝酸钠和各种氨基酸,基础培养基中添加氯化铵质量浓度为1 g.L-1时,合成量提高了22.7%,同时,氯化铵对聚γ-谷氨酸组分也有一定影响。在培养至24 h添加8 g.L-1硝酸钠,合成量提高54.6%,而在基础培养基中分泌率提高了32.7%。在生物合成期添加8 g.L-1谷氨酸,合成量提高了64.2%。同时在静息细胞培养基中进行了验证实验。     

新型γ-聚谷氨酸自组装纳米胶束的制备及用于蛋白载体的研究

对水溶性的γ-聚谷氨酸(γ-PGA)进行了接枝改性,合成了两亲性γ-聚谷氨酸(γ-PGA)接枝衍生物,采用超声探头法制备胆甾醇基γ-PGA自组装胶束,并以卵清蛋白(OVA)作为模型蛋白,研究其载药和释药性能.结果表明,制备的两亲性胆甾醇基γ-PGA自组装胶束平均粒径为299.6+ 27.3nm,粒径的多分散系数较窄(0.17),且具有较低的细胞毒性;其疏水核-亲水壳的纳米微结构对蛋白药物显示了良好载药性能,对OVA载药量可达118.8 μg/mg,包封率33.5％;体外释药结果显示,负载OVA的甾醇基γ-PGA自组装胶束能延缓蛋白的释放,释药速率与介质pH密切相关.     

γ-聚谷氨酸的抗氧化及对UV辐射致皮肤细胞光老化的修复作用

寻找天然抗氧化物用于修复皮肤光老化问题是目前的研究热点之一。γ-聚谷氨酸(γ-PGA)是由微生物发酵制备的一种天然高分子聚合物材料,具有清除自由基的能力,但其抗氧化、抗皮肤光老化效果及与γ-PGA分子量的关系尚未明确。本文中,笔者考察不同分子量的γ-PGA对超氧阴离子自由基(·O~-_2)、羟基自由基(·OH)和1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(·DPPH)的清除能力。结果显示:不同分子量的γ-PGA对以上3种自由基均表现出一定程度的自由基清除活性,清除率可分别达31.36%、97.55%和74.64%。通过构建紫外线诱导小鼠皮肤成纤维细胞(L929)氧化损伤光老化模型,确定不同分子量的γ-PGA都能一定程度修复光老化细胞损伤并能减少光老化细胞中氧自由基(ROS)、氮自由基(NO)的增加,其中分子量3.0×10~5的γ-PGA修复光老化细胞损伤的效果最佳。     

一株不需谷氨酸的产聚γ-谷氨酸菌株的筛选与鉴定

从豆制品中分离得到17株不依赖谷氨酸作为发酵底物的γ-PGA生产菌株,分别以氨盐和葡萄糖作为氮源和碳源的培养基进行好氧发酵,并测定发酵液中PGA的含量,对其中一株PGA高产菌株PGA-O-7进行了形态、生理生化和遗传学研究,结果表明PGA-O-7为枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)。在以葡萄糖为碳源、硫酸铵为氮源的发酵培养基中,30℃振荡培养3d,PGA产量可达到2.8mg/mL。     

混菌发酵生产γ-聚谷氨酸的工艺条件优化

采用谷氨酸棒杆菌S9114和枯草芽胞杆菌NTG-4在10 L自控发酵罐上进行混菌发酵,探索混菌发酵生产γ-聚谷氨酸的可行性并进行工艺优化。结果表明:温度、接种量、pH及溶氧对聚谷氨酸发酵有较大影响,发酵前期维持32℃,6 h提温至37℃变温控制,谷氨酸棒杆菌和枯草芽胞杆菌接种量分别为5%和0.5%,pH 7.0,溶氧20%最有利于γ-聚谷氨酸发酵,在此条件下发酵32 hγ-聚谷氨酸最高产量为38.3 g/L。