γ-聚谷氨酸（γ-PGA）具有良好的生物可降解性和生物相容性，并且具有可食用，对人体和环境无毒害，以及药物靶向性、高吸水性、保湿性和强力的重金属吸附功能等特性，在食品、医药卫生、生物医用材料、化妆品、化工、环保、农业和水处理等领域，具有广阔的市场需求与广泛的应用前景。张世根等研究了γ-PGA的扩大生产工艺控制条件及其作为肥料增效剂的应用性能。
种子液培养条件的优化
为了确定γ-PGA生产用种子液的最佳发酵条件，对种子液培养生产过程中枯草杆菌菌体的生长动态进行实时调查。枯草杆菌菌体生长曲线见图1。由图1可知，枯草杆菌菌体发酵4h，进入对数生长期，16h菌体生长量达到最大值，然后开始缓慢回落。因此，确定种子培养时间为15h。
间歇式发酵过程中γ-PGA产率的变化趋势
50L罐发酵生产γ-PGA过程中，考察菌体的生物量与γ-PGA产生量的变化动态。间歇式发酵过程菌体生长量与γ-PGA产率的变化趋势见图2。由图2可知，菌体经过4h缓慢生长，进入快速生长状态，γ-PGA的产率随着菌体细胞的增加而急剧上升。与此相对应，培养基中的葡萄糖被快速消耗掉。发酵48h，营养出现了枯竭状态，培养液中的葡萄糖几乎被消耗殆尽，此时γ-PGA的产量达到了27．6g／L。随着培养时间的延长，γ-PGA的蓄积量一直呈现上升趋势，考虑到此时补加葡萄糖有可能继续提高γ-PGA的产量，所以在发酵过程中补加外源葡萄糖，并对加糖处理对γ-PGA生产量的影响进行研究。
流加补糖发酵处理对γ-PGA产率的影响
有报道认为，发酵过程中培养基中碳源质量浓度在10g／L左右时，最有利于菌体的生长和γ-PGA的生成。本研究中发酵44h时，发酵液残存葡萄糖质量浓度为63g／L，低于γ-PGA生产的最佳预测值，因此确定该时刻进行流加补糖。补糖频度为2h补加1次，使葡萄糖质量浓度维持在10g／L左右。补糖发酵过程中菌体生长量与γ-PGA产率的变化趋势见图3。
由图3可知，随着补糖处理的进行，γ-PGA产量呈现不断升高的趋势。由于γ-PGA为高分子聚合物，其胶体溶液具有一定的黏性。随着发酵过程的进行和溶液中γ-PGA的产生，溶液的黏度呈现不断上升的趋势。当发酵64h，溶液中γ-PGA产物已有相当的积累时，发酵液的黏度变得很高，使氧在发酵液中的传递变得非常困难，影响了细胞生长和γ-PGA的产出。考虑到γ-PGA回收的便利性以及目的产物的投人产出比，在发酵至64h时停止外源糖的流加，待发酵液中的葡萄糖消耗完毕，停止发酵过程。此时PGA的最高产率达到了37.8g／L。
γ-PGA的回收与应用
试验由于γ-PGA发酵液中除γ-PGA外还含有较为丰富的无机盐和有机质，是农作物生长的较好养分，同时考虑到目的产品的成本，因此对发酵液直接进行喷雾干燥处理。用γ-PGA产品对小白菜的生长进行试验，结果表明，γ-PGA可使小白菜增产30％，减少化肥正常施用量30％，具有显著的增产节肥效果。
结 论
结果表明，随着发酵过程的进行，发酵液中的碳源(葡萄糖)出现逐渐枯竭的趋势，若通过流加的方式补充葡萄糖，可以显著提高γ-PGA的产量，发酵结束时γ-PGA的最高质量浓度可达到37.8g／L。
经干燥回收的此发酵产物，可以明显提高小白菜的产量，减少小白菜生长过程中化肥的施用量，具有显著的增产节肥效果。
引用
张世根,宋杰,李敏,宋艳雨,姜冶,高彩红.肥料增效剂γ-聚谷氨酸的生产与应用[J].农产品加工（下）,2010(8):60-6165.
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版权说明
文案 | 来源 张世根,宋杰,李敏,宋艳雨,姜冶,高彩红.肥料增效剂γ-聚谷氨酸的生产与应用[J].农产品加工（下）,2010(8):60-6165.
图片 | 来源 张世根,宋杰,李敏,宋艳雨,姜冶,高彩红.肥料增效剂γ-聚谷氨酸的生产与应用[J].农产品加工（下）,2010(8):60-6165.
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