张二伟,刘 宁,吴 涛,朱方剑,聂光军

(安徽工程大学生物与化学工程学院,安徽芜湖 241000)

γ-PGA是由D-谷氨酸和L-谷氨酸通过α-氨基与γ-羧基形成的γ-酰胺键聚合而成阴离子聚酰胺物[1]。它是由Sawamura于1913年在日本传统食品纳豆中发现。近年来,γ-PGA作为一种绿色、新型的高分子材料在医药、材料、环境等领域展现出其独特的优越性。作为一种应用潜力巨大的新材料,γ-PGA的价格居高不下。主要原因是其生产成本过高,尽管微生物生产γ-PGA的方法已成功建立,但其原料及工艺成本仍然较高。为解决这一问题,目前国内外相关研究主要集中于筛选高产野生菌株、菌种改造及其生产条件优化。

本文主要对γ-PGA的生产方式、分离纯化及在食品和医药等方面的应用进行综述,为推动γ-PGA的深入研究提供一定借鉴。

1 γ-PGA概述

1.1 结构特征与理化性质

γ-PGA通常由500～5000个左右的谷氨酸单体组成,相对分子质量在100～1000 kD之间,具有三种立体构型,分别为L-谷氨酸组成的均聚物(γ-聚L-谷氨酸,γ-L-PGA)、D-谷氨酸组成的均聚物(γ-聚D-谷氨酸,γ-D-PGA)和D-谷氨酸和L-谷氨酸混合组成的均聚物(γ-聚D/L-谷氨酸,γ-D/L-PGA)(图1)[2]。

图1 γ-聚谷氨酸结构图Fig.1 Structuralformula of γ-PGA

游离酸型γ-PGA的pKa为2.23,与谷氨酸的α-羧基的pKa值相差不多,γ-PGA金属盐(Na型)的比旋光度为-70,其热分解温度为235.9 ℃,熔点为223.5 ℃[3]。γ-PGA具有吸水性、可降解特性和良好的成膜性,这些特征是其应用拓展的基础。

1.2 吸水性与保水性

γ-PGA是由γ-酰胺键连接而成的直链分子,链之间存在大量的氢键,使得它具有良好的水溶性及吸水特性。王传海等[4]研究发现γ-PGA的最大自然吸水倍数可达到1108倍,比目前市售的聚丙烯酸盐类吸水树脂高1倍以上;对土壤水分的吸收倍数为30～80倍,是优良土壤保湿材料,在土壤中具有一定的保水力和较理想的释放效果,可应用于沙漠绿化工程中的抗旱保苗。……