固态发酵反应器的开发及在γ-聚谷氨酸生产上的应用文献综述

 2021-09-25 01:09

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毕 业 设 计(论 文)开 题 报 告1.结合毕业设计(论文)课题情况,根据所查阅的文献资料,每人撰写2000字左右的文献综述:文献综述1.1研究背景由于石油资源储量的有限以及人类生存对环境、经济可持续发展的要求,来自生物质的绿色高分子材料正成为当今世界各国竞相研究的热点。

20 世纪 90 年代以来,世界工业倡导绿色化学产品(即对环境无害的化工产品)的开发,聚氨基酸系列产品已在绿色化学产品中崭露头角。

聚氨基酸作为生物大分子化合物,具有良好的水溶性与生物相容性,以及可生物降解等特点,因而受到人们的青睐,在工业、农业与食品等领域极具应用潜力。

目前开发的聚氨基酸产品有:γ-聚谷氨酸 (γ-PGA)、ε-聚赖氨酸(ε-PL)、聚精氨酸(PAA)和聚天冬氨酸( PASP)等。

其中,γ-聚谷氨酸(γ-PGA)是一种由革兰氏阳性细菌合成的天然聚合物,可以广泛应用于医药、食品、化妆品、农业及水处理领域,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。

γ-PGA具有广阔的应用前景,目前国内外产业化生产γ-PGA的主要是液体深层发酵,未见固态发酵的工业化生产,固态发酵可以利用廉价的农工业废弃物,大大地降低了生产成本,而且发酵产物无需提取直接运用于农业肥料,因此有必要开发一种多功能、性能稳定的固态发酵反应器装备,以达到γ-PGA大规模生产的目的。

1.2 γ-PGA的研究历史与现状 1.2.1 γ-PGA的结构及性质γ-PGA是由D-谷氨酸和L-谷氨酸单体通过酰胺键连接而成的一类均聚氨基酸。

由于谷氨酸分子有两个-COOH,因此其均聚物有两种异构体:α-PGA和γ-PGA(如图1.1)。

至今发现的生物合成的聚谷氨酸均为γ-PGA,即谷氨酸单体之间通过γ-羧基和α-氨基形成的酰胺键连接(图1-1:左),而化学合成的聚谷氨酸则多数为α-PGA(如图1-1:右)图1-1 生物合成与化学合成的聚谷氨酸的化学结构γ-PGA是一种阴离子异形肽,它的基本骨架是由γ-酰胺键连接而成的直链分子,链之间存在大量氢键,氢键的存在对水溶性有很大的促进作用,γ-PGA作为线性的高分子能完全地生成氢键,使水分子很快进入全部高分子结构之中,因此具有很大的水溶性;γ-PGA的主链上存在大量肽键,受环境中酶的作用,可降解生成无毒的短肽小分子和氨基酸单体,因而具有优良的生物相容性和生物可降解性,用作生物医用材料有明显优点;另外,在γ-PGA的主链上有大量游离羧基存在,其结果:(1)使γ-PGA具有水溶性聚羧酸的性质,如强吸水保湿性能,可用于化妆品、食品、分散剂、螯合剂、建筑涂料、防尘等领域;(2)这些活性位点为材料的功能化提供了条件,如将羧基功能化可以改变γ-PGA的性质,形成强的机械力学特性等。

1.2.2 γ-PGA的应用γ-PGA对环境无污染,为绿色生物产品,并具有极佳的生物可降解性、成膜性、成纤维性、可塑性、粘结性、保湿性等许多独特的理化和生物学特性,这些特性使其具有增稠、乳化、凝胶、成膜、保温、缓释、助溶和粘结等有益功能。

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