文 献 综 述

聚氨基酸是一类可生物降解的高分子,具有低毒、生物相容性好、可生物降解、容易被机体吸收和代谢等优点。它的应用非常广泛,例如工业上既可以用其来制造合成纤维、皮革、食品包装膜,也可以制造提包、家具、皮衣和鞋等。而通过对各种氨基酸的改性再聚合,还可以得到比一般天然纤维和化学纤维性能更优的材料。谷氨酸类聚合物作为聚氨基酸家族中的一种,除了可生物降解以外,还具有许多其他的优点。γ-PGA聚谷氨酸是一种水溶性的可生物降解的生物高分子，以γ-PGA为主要成分的新型生物絮凝剂因具有黏性、保湿性、生物可降解性等特点，在环保、医药、食品领域具有广泛的应用^[1,2]。

1937年Ivatilde;novics等首先发现了炭疽芽孢杆菌的夹膜含有γ-聚谷氨酸,1942年Bovarnick等发现有些芽孢杆菌属细菌能通过发酵培养积累γ-聚谷氨酸,之后人们发现多种芽孢杆菌都能在胞外产生γ-聚谷氨酸^[3]。

γ-聚谷氨酸[γ-poly(glutamicacid)，γ-PGA]，是由L-谷氨酸[L-Glu]、D-谷氨酸[D-Glu]通过γ-酰胺键结合形成的一种高分子氨基酸聚合物^[4]，为一种极具开发潜力的生物可降解高分子材料，其分子呈直链状，含有大量酰胺键和可游离的羧基，具有良好的延展性、柔韧性、生物相容性、黏着性、稳定性与吸水性等特点。因其分子中谷氨酸聚合度的差异较大，所以γ-聚谷氨酸的相对分子质量分布范围较广，可为10万至200万不等，不同相对分子质量的γ-聚谷氨酸性质迥然不同，应用也千差万别，领域涉及化妆品、食品、母婴用品、农业、临床治疗、地质研究及地震分析与预测^[5]。

由于其分子量特别大并且侧链上具有游离的羧基,可以与水中的胶体颗粒相吸附,在适宜的条件下颗粒之间产生”架桥”现象形成一种三维的网状结构沉降下来,可以作为一种新型的生物絮凝剂应用于水的纯化和加工以及食品和发酵工业的下游处理^[6]。

γ-PGA具有良好的生物降解性、生物相容性、阻垢性能和缓蚀性能，已逐渐应用于工业水处理领域^[7]。Y.Chen等^[8]研制了一种新型多元复合缓蚀剂γ-γ-聚谷氨酸(10mgL-1)/水解聚马来酸酐(6mgL-1)/苯并三唑(4mgL-1)。并通过气泡实验、旋转挂片腐蚀试验、电化学、动态模拟试验和扫描电镜等手段对其阻垢性能进行了评价，得出阻垢率为94.8%，缓蚀率为85.4%。此外，在计量系统中，扫描电镜显示出完整、光滑的碳钢试件表面。这些结果表明,该水处理剂具有良好的阻垢性能和缓蚀性能,可用于保护设备和工业循环冷却水系统的管道。

在γ-PGA絮凝活性研究方面，Yokio等^[9]考察了Ca² 、Mg² 、Fe² 、Fe³ 、Al³ 等金属离子作为γ-PGA助凝剂对高岭土悬浮液的絮凝活性影响，结果表明，Ca² 对γ-PGA助凝效果最佳，最适pH为4。Bajaj等^[10]采用响应面法对B.subtilisR23生产的γ-PGA最佳絮凝条件进行了优化，在最佳条件下，絮凝活性达到最大30.32#177;1.41/OD。

在重金属去除方面，Mark等^[11]研究发现，B.licheniformisATCC9945生产的γ-PGA对Cu² 有很强的吸附能力和吸附容量，可用于除去废水中的重金属离子，用于回收金属和减少环境污染等。姚俊等^[12]研究发现γ-PGA能有效降低电镀废水中Cr³ 、Ni² 等金属离子浓度。Inbaraj等^[13]研究发现γ-PGA吸附汞（Ⅱ）为放热自发的反应，吸附动力学符合准二级，5min吸附量可达80mg/L。JunYao等^[14]应用枯草芽孢杆菌NX-2所产的γ-PGA吸附电镀废水中微量重金属离子，Cr（Ⅲ）从3.07mg/L降至0.15mg/L，Ni（Ⅱ）从9.46mg/L降至1.01mg/L，达到排放标准。邢楠楠等^[15]研究了γ-聚谷氨酸的阻垢性能以及对六价铬离子的吸附性。试验表明,在pH8、温度为60℃、γ-聚谷氨酸的含量为0.32mg/mL的条件下,吸附钙离子24h,可达到最高阻垢率77.07%;pH6、温度为60℃,γ-聚谷氨酸的量为0.04mg/mL条件下,γ-聚谷氨酸对24μg/mL铬离子液中六价铬的吸附率可达72.50%。

史伟等^[16]研究了不同改性水平的γ-PGA吸附去除水体中重金属离子Pb² 的性能影响。结果表明，交联改性后的γ-PGA与未改性的γ-PGA相比，具有更好的Pb² 吸附性能，并随着交联度的提高，改性γ-PGA吸附Pb² 的性能逐渐增加。研究还发现Pb² 的初始质量浓度和溶液pH对不同改性的γ-PGA吸附去除Pb² 性能的影响较大。王嫱等^[17]将γ-PGA与明胶膜交联制成的重属吸附剂对Cu² 重金属离子也具有较强的吸附作用，这种膜既能够让γ-PGA附着在其上不随水流失，又能不破坏其阴离子特性保持其对重金属离子的吸附性能^[18]。

电镀废水对环境的污染已经成为当今最为严重的环境污染问题之一^[19]。而γ－PGA作为一种生物絮凝剂处理电镀生化出水，需要一个最佳的反应条件。通过单因素实验得知最佳的反应条件为:pH在9.0左右，γ－PGA投加量为1mg/L，反应温度为30℃。最后利用Zeta电位对测定单因素实验得出的结果进行验证。在最佳的反应条件下，可以通过γ－PGA的处理降低电镀废水中的重金属离子，使电镀废水能够满足达标排放的标准^[20]。