图1 以“poly-γ-glutamic acid”为关键词在PubMed检索849条文献分类柱状图不同颜色表示不同研究方向,括号中的数字表示截止2024年7月2日的累积发文量。 Fig.1 Histogram of 849 literature classification retrieved in PubMed with “poly-γ-glutamic acid” as key words Different colors indicated different research directions, and the numbers in brackets indicated the cumulative number of published papers as of July 2, 2024. |
1 γ-PGA的理化性质
2 γ-PGA的生产制备及生产工艺优化
2.1 γ-PGA的生产制备
图3 γ-PGA的生物合成过程及应用Step 1: Substrate selection:第1步:底物筛选;L-Glutamate:L-谷氨酸;Citric acid:柠檬酸;Glycerol:甘油;Murashige and Skoog vitamin solution:Murashige和Skoog维生素溶液;Complex waster (i.e. agricultural waster):复合废料(即农业废料);Step 2: Selection of produce:第2步:生产类型选择;L-Glutamic acid dependent:L-谷氨酸依赖;L-Glutamic acid independent:L-谷氨酸独立;Extracellular secretors:细胞外分泌物;Peptidoglycan-bound:肽聚糖结合;Step 3: Selection of bioreactor:第3步:生物反应器选择;Submerged fermentation:深层发酵;Solid state fermentation:固态发酵;Moving bed bioreactor:移动床生物反应器;Step 4: Extraction:第4步:提取;Aqueous media:水性介质;Centrifugation:离心;Precipitation:沉淀;Isolation:分离;Collection on filter paper:滤纸收集;Drying:干化;Step 5: Analysis:第5步:分析;Quantification:定量;HPLC:高效液相色谱 high performance liquid chromatography;Polymer isolation:聚合物分离;Chemical characterization:化学特征;GPC:凝胶渗透色谱 gel permeation chromatography;NMR:核磁共振 nuclear magnetic resonance;FT-IR:傅里叶变换红外 Fourier transform infrared;DSC:差示扫描量热法 differential scanning calorimetry;Formulation (pH, salt concentration):配方(pH、盐浓度);Wavelength:波长;Transmittance:透光率;Step 6: Application:第6步:应用;*:一种益生菌菌株(如双歧杆菌或乳酸杆菌) a probiotic strain (such as bifidobacterium or lactic acid bacillus);γ-PGA as cryoprotectant:γ-PGA作为冷冻保护剂;γ-PGA as DDS, tissue:γ-PGA作为药物缓释剂、组织;γ-PGA as heavy metal absorber/moisturiser/thickener/oil-reducing agent:γ-PGA作为重金属吸附剂/保湿霜/增稠剂/降油剂。 Fig.3 Biosynthesis process and application of γ-PGA[27] |
图4 γ-PGA产生的代谢途径及相关基因簇Glucose:葡萄糖;Glycolysis:糖酵解;Citric acid:柠檬酸;Acetyl CoA:乙酰辅酶A;L-glutamic acid:L-谷氨酸;Oxaloacetic acid:草酰乙酸;Succinic acid:琥珀酸;Isocitric acid:异柠檬酸;α-Ketoglutaric acid:α-酮戊二酸;Glutamate dehydrogenase:谷氨酸脱氢酶;Aminotransferase:氨基转移酶;L-alanine:L-丙氨酸;D-alanine:D-丙氨酸;Racemase:消旋酶。 Fig.4 Metabolic pathways of γ-PGA production and related gene clusters[36] |
2.2 γ-PGA的生产工艺优化策略
2.2.1 优化发酵工艺
2.2.2 调控细菌基因表达
表1 γ-PGA的生产菌株、发酵底物、发酵方法和条件以及产量Table 1 Production strains, fermentation substrates, fermentation methods and conditions and yields of γ-PGA |
| 菌株 Strains | 发酵底物 Fermentation substrates | 发酵方法和条件 Fermentation methods and conditions | 产量 Yields/ (g/L) | 参考文献 References | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 谷氨酸棒杆菌 Corynebacterium glutamicum | 葡萄糖、玉米浆、FeSO4·7H2O、 KH2PO4、MgSO4、 MnCl2·4H2O、尿素 | 发酵罐,pH 7.3、37 ℃、 900 r/min、48 h | 50.2 | [49] | |||||
| 地衣芽孢杆菌WX/pPvgb- YwbN-Vgb Bacillus licheniformis WX/pPvgb-YwbN-Vgb | 葡萄糖、谷氨酸钠、柠檬酸钠、 NaNO3、NH4Cl、K2HPO4、 MgSO4·7H2O、ZnSO4·7H2O、 MnSO4·H2O、CaCl2 | 发酵罐,pH 7.2、 32 ℃、230 r/min、32 h | 46.39 | [57] | |||||
| 纳豆芽孢杆菌 Bacillus natto | 葡萄糖、大豆粉、K2HPO4、MgSO4、 NaH2PO4、CaCl2、MnSO4、 消泡剂、蔗糖 | pH 7.2、30 ℃、 100 r/min、12 h | 28.46 | [50] | |||||
| 枯草芽孢杆菌 Bacillus subtilis | pH 7.0、42 ℃,700 r/min、 18.52 h,37 ℃、500 r/min、 2.82 h | 25.00~ 30.67 | [45] | ||||||
| 枯草芽孢杆菌ATCC 6051 Bacillus subtilis ATCC 6051 | 葡萄糖、L-谷氨酸、FeSO4·6H2O、 NH4Cl、K2HPO4、MgSO4·7H2O、 MnCl2·H2O、CaCl2·2H2O、NaCl | 烧杯,35 ℃、 200 r/min、48 h | 23.1±1.6 | [40] | |||||
| 枯草芽孢杆菌GXD-20 Bacillus subtilis GXD-20 | 发酵罐,42 ℃ | 22.29±0.59 | [42] | ||||||
| 枯草芽孢杆菌BSNK-5 Bacillus subtilis BSNK-5 | 1.617 | [43] | |||||||
| 枯草芽孢杆菌CCTCC202048 Bacillus subtilis CCTCC202048 | 猪粪、柠檬酸、谷氨酸、豆饼、 麦麸、MnSO4·H2O | 烧杯,pH 9.0、 37 ℃、48 h | 6% | [32] | |||||
| 地衣芽孢杆菌ATCC 9945a Bacillus licheniformis ATCC 9945a | 66.1 | [44] | |||||||
| 地衣芽孢杆菌NCIM2324 Bacillus licheniformis NCIM 2324 | 甘油、柠檬酸、L-谷氨酸、 (NH4)2SO4、K2HPO4、 MgSO4·7H2O、MnSO4·7H2O、 CaCl2·2H2O | 烧杯,pH 6.5、37 ℃、 200 r/min、96 h | 35.75 | [24] | |||||
| 地衣芽孢杆菌WX-02 Bacillus licheniformis WX-02 | 甘油、柠檬酸钠、NaNO3、NH4Cl、 ZnSO4·7H2O、K2HPO4·3H2O、 MgSO4·7H2O、MnSO4·H2O、CaCl2 | 烧杯,pH 7.2、 37 ℃、230 r/min、 8 h | 19.20±1.57 | [56] | |||||
| 地衣芽孢杆菌WX-02 Bacillus licheniformis WX-02 | 16.63 | [58] | |||||||
| 地衣芽孢杆菌WX-02 Bacillus licheniformis WX-02 | 葡萄糖、NaNO3、柠檬酸钠、NH4Cl、 ZnSO4·7H2O、K2HPO4·3H2O、 MgSO4·7H2O、MnSO4·7H2O、 CaCl2 | 烧杯,pH 7.2、 37 ℃、180 r/min、 10 h | 9.13 | [55] | |||||
| 地衣芽孢杆菌pP2967-pgdS Bacillus licheniformis pP2967-pgdS | 葡萄糖、尿素、酵母膏、KH2PO4、 K2HPO4、MgSO4、NaCl | 发酵罐,pH 7.2、 37 ℃、200 r/min、56 h | 4.22 | [54] | |||||
| 芽孢杆菌YJY-8 Bacillus sp. YJY-8 | 葡萄糖、甘油、谷氨酸钠、L-谷氨酸、 酵母膏、色氨酸、(NH4)2SO4、 FeCl3·6H2O、KH2PO4、MgSO4·7H2O、 MnSO4·H2O、钼酸铵、CaCl2 | 发酵罐,pH 7.0、 35 ℃、72 h | 88.42 | [46] | |||||
| 解淀粉芽孢杆菌NK-A11 Bacillus amyloliquefaciens NK-A11 | 木糖、氨苄西林、 氯霉素、四环素 | 烧杯,pH 7.4、 37 ℃、180 r/min、48 h | 7.53 | [38] |

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