[发明专利]一种无添加有机溶剂分离提纯聚谷氨酸的方法

说明书

技术领域:

本发明属于生物法合成及提纯技术领域，特别涉及一种不添加有机溶剂分离提纯生物发酵液中生物可降解高分子材料——聚谷氨酸的方法。

背景技术:

γ-聚谷氨酸（γ-Polyglutamicacid，简写γ-PGA）是一种天然存在的多聚合物，是一种非常有潜力的可降解生物高分子材料，在环境日益恶劣、资源日益匮乏的今天，高效开发生产γ-PGA就显得尤为重要。γ-PGA是由L型和D型谷氨酸两种单体通过γ-酰胺键连接起来的均聚氨基酸，是某些芽孢杆菌（Bacillus）合成的一种细胞外高分子聚合化合物，γ-PGA在体内被酶分解为谷氨酸,进入三羧酸循环,无毒副作用,在自然环境中,γ-PGA彻底分解或燃烧后,生成二氧化碳和水，对环境没有任何污染。作为一种极具潜力的高分子材料，利用γ-PGA制成的水凝胶不仅保留了普通水凝胶材料的基本特性，还具有结构可控性、高吸水性、较高机械强度、生物可降解性等特性。特别是通过芽孢杆菌发酵生产获得的γ-PGA，其分子链上有大量活性较高的侧链羧基，具有良好的高吸水性（1：3500，m/v）、生物相容性、生物降解性、无毒无害等优点，可作为化妆品添加剂、保水剂、高吸水树脂、重金属吸附剂、食品添加剂、医药载体、组织工程材料等广泛应用于化妆品、食品、农业、医药、合成纤维和涂膜等领域。

20世纪90年代以来，日本、美国等一些发达国家对γ-PGA制备和应用的研究十分活跃，利用微生物发酵法生产γ-PGA的技术也处在世界的前列，以味之素株式会社、明治制果公司和广崎大学为代表的国外单位对γ-PGA的性能、合成和应用做了较深入地研究，γ-PGA已有商业产品，但我国在这方面研究的相对较少，分离提取工艺的不成熟更是制约了γ-PGA的高效生产。

全程采用膜分离法处理γ-PGA发酵液的方法未有报道，此方法既能降低现有技术的能量损耗，减少有机溶剂的的使用，又能达到提取γ-PGA的目的，更符合工业生产要求。膜分离技术利用膜对混合物中各组分的选择透过性来分离、提取、和浓缩目的产物，膜分离过程在常温下进行，无相变，能耗低，设备简单，操作控制方便，已在化工、医药、轻工、食品、纺织、电子、冶金等多个领域得到应用。适用于发酵液处理的膜分离技术有微滤、超滤、纳滤和反渗透。微滤截留0.01～10um以上的粒子，如菌体、细胞、不溶物等，常用于超滤预处理过程；超滤膜截留分子量5000～500000，膜孔径1～20nm，可以截留病毒、蛋白质、酶、多糖等大分子物质；反渗透只允许溶剂分子通过，盐、氨基酸等小分子物质也被截留；纳滤膜平均孔径2nm，截留组分可小到抗生素、合成药、染料、二糖等，允许水、无机盐、有机物等小分子物质通过，截留性能介于超滤和反渗透之间。膜材料可分为高分子膜、无机膜和液体膜，常用的是高分子膜，其次是无机膜。膜结构可分为对称膜和非对称膜，超滤通常为非对称膜，非对称膜中起截留作用的是致密的表面皮层，其厚度仅0.1～15um，在皮下有多孔网状结构和支撑层，支撑层厚度在50～250um，这样既保证对大分子物质的有效截留，又降低分离操作时膜对阻力。提高了膜通量，也具有了一定的机械强度。