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摘 要

γ-聚谷氨酸 (γ-PGA)是一种天然的水溶性聚合氨基酸，具有水溶性好、可生物降解、可食用等优点，并且对人类和环境无毒，在化妆品、环境保护、食品、医药、农业、沙漠治理等领域有良好的应用前景，是一种极具开发潜力的多功能新型生物材料。但目前国内还没有完全实现γ-PGA的产业化，因此有必要通过合理的调控策略强化γ-PGA合成，降低生产成本，以达到γ-PGA大规模生产的目的。同时，随着我国食用菌产业的快速发展，每年产生大量的食用菌菌渣，合理的开发和利用好食用菌菌渣，不仅可以广辟资源，变废为宝，而且减少了对环境的污染，具有显著的生态效应。

本论文以食用菌菌渣作为固体发酵培养基, 进行固体发酵生产γ-PGA工艺的设计和优化研究。在单因素对比试验中分别从培养基组成，培养条件，营养条件进行优化。又以菌渣、味精粕、甘油3个因素做响应面实验得出优化的γ-PGA产值。

关键词：γ-PGA 固体发酵 条件优化

Production of γ-Poly Glutamic acid via Solid Fermentation by Bacillus subtilis natto

Abstract

γ-PGA is a water soluble poly amino acids which have excellent characters such as water soluble, completely biodegradable, edible, non-toxic to human and environment. γ-PGA has huge potentional in a wide range of fields such as cosmetics, environmental protection, food, medicine, agriculture and dessert treatment. Thus this natural and multifunctional biopolymer is worth researching and developing to commercial material. The real industrial scale production of γ-PGA has not been realized in our country. So it is necessary to improve the γ-PGA synthesis and reduce the production cost through reasonable control strategy, to achieve the purpose of industrial scale production of γ-PGA. With the rapid development of edible fungi industry, our country produce a large number of edible fungi residue every year. The reasonable exploitation and utilization of edible fungi residue can not only develop resource, turn waste into treasure, but also reduce the pollution to our environment, which will have significant effect on ecology.

In the present study, the aim is to investigate the production of γ-PGA in solid fermentation and achieve a series of optimal process parameters. The edible fungi residue was used as the solid fermentation. Medium composition, culture condition and nutrition condition were optimized in single factor experiments. Especially the edible fungi residue, monosodium glutamate and glycerol are three factors for the Response Sur-face Methodology experiment to obtain the prefect production.

Key Words: γ-PGA；solid fermentation；Optimization of conditions

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 文献综述 1

1.1 γ-PGA研究背景 1

1.2 γ-PGA的结构特性 1

1.3 γ-PGA的应用 2

1.3.1 γ-PGA在食品中的应用 2

1.3.2 γ-PGA在医药研究中的应用 3

1.3.3 γ-PGA在在环保领域中的应用 3

1.3.4其它领域 4

1.4 γ-PGA的液体发酵生产 5

1.5 γ-PGA的固体发酵生产 5

1.6 响应面法 6

1.7 本论文的研究意义和内容 7

第二章 材料和方法 8

2.1实验菌种 8

2.2主要试剂 8

2.3主要仪器 8

2.4培养基： 8

2.5分析方法 9

2.5.1种子培养和保存 9

2.5.2固体发酵 9

2.5.3生物量的检测 9

2.5.4 γ-PGA的提取与测定 9

2.5.5培养基固体基质的优化 9

2.5.6培养条件的优化 10

2.5.7营养条件的探索和优化 10

第三章 实验结果与分析 11

3.1培养基固体基质的优化 11

3.1.1食用菌菌渣的选择 11

3.1.2食用菌菌渣与味精粕比例的优化 11

3.2培养条件的优化 12

3.2.1培养基初始水分对γ-PGA产量的影响 12

3.2.3固体菌渣装量对γ-PGA产量的影响 13

3.2.4接种量对γ-PGA产量的影响 14

3.2.5 固体发酵温度与发酵时间对γ-PGA产量的影响 14

3.3外源添加物对γ-PGA产量的影响 15

3.3.1香菇菌渣成分分析 15

3.3.2营养条件初步探索 15

3.3.3不同碳源添加对γ-PGA的产量的影响 15

3.3.4甘油添加浓度对γ-PGA的产量的影响 16

3.4 响应面优化培养基组成 17

3.4.1响应面试验设计与结果 17

3.4.2回归模型建立与方差分析 18

3.4.3验证实验 21

第四章 结论与展望 22

4.1结论 22

4.2展望 22

参考文献 23

致 谢 25

第一章 文献综述

1.1 γ-PGA研究背景

当今，我们面临许多严重的能源和环境问题，为了保持人与环境的可持续发展，发展生物可降解高分子材料来部分代替石油制品已逐渐成为人们关注的热点之一。生物可降解材料来源广泛，对环境友好，对减轻环境污染、缓解能源危机有着十分重要的意义。作为一种可降解无毒副作用的高分子材料——γ-聚谷氨酸（γ-PGA）在未来的化妆品、环境保护、食品、医药、农业、沙漠治理等产业上均会有很大的商业价值和社会价值。

1.2 γ-PGA的结构特性

γ-多聚谷氨酸（Poly-γ-glutamic acid，γ-PGA）是一种由芽孢杆菌类大量生物合成的高分子氨基酸聚合物。最初由Ivanovics等人首次在炭疽芽孢杆菌的荚膜中发现γ-PGA，1942年Bovarnick等人发现有些芽孢杆菌属细菌能通过发酵培养积累γ-PGA^[1]。随后，人们发现多种芽孢杆菌如枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、炭疽芽孢杆菌等都能在胞外产生γ-PGA^[2]。

多聚谷氨酸(以下简称γ-PGA)是由L-谷氨酸和L-谷氨酸或D-谷氨酸单体之间通过α氨基和γ 羧基形成肽键之后生成的聚酰胺^[3-4]，其分子式如下：

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