《新型高分子聚合物γ-聚谷氨酸创制关键技术研究及应用》

γ-聚谷氨酸(γ-PGA)是一种由微生物合成的、以谷氨酸为唯一单体的共聚高分子聚合物,具有高度的水溶性、保湿性、生物相容性、生物可降解性等众多优良特性,可应用到农业、化妆品、医药制、食品等许多领域。该项目对聚谷氨酸工业化发酵生产工艺中的关键技术进行技术攻关,创建了4项核心关键技术,建立了自主知识产权的γ-聚谷氨酸工业化发酵生产体系,开发了γ-聚谷氨酸系列产品,取得了显著经济社会效益。主要创新成果如下:

1.利用基因工程技术首次将透明颤菌血红蛋白基因重组到γ-聚谷氨酸生产菌枯草芽胞杆菌基因组上,解决γ-聚谷氨酸发酵溶氧问题,提高γ-聚谷氨酸生产菌株在贫氧环境下的摄氧能力,使γ-PGA发酵能耗降低30%,产量提高50%,并为高粘物质发酵过程中改善溶氧条件提供一种新的解决方法。

2.研究开发了发酵控制与分离纯化关键技术。建立了强化微生物发酵活力的集成技术,结合多尺度调控及设计与应用新型氧气均衡分布的发酵系统。研究发酵生产中的控制策略,结合γ-聚谷氨酸生产菌种和代谢特点,优化了发酵补料条件,按照生产菌种生长速度和消耗速度等代谢参数模拟菌种的最佳生长代谢条件,从而实现最大限度的发挥基因工程菌生产潜能,达到基因工程菌快速大量的产生γ-聚谷氨酸产物的目的,最终补料工艺与不补料工艺相比提高产量10-20%,通过先进有机膜过滤分离、浓缩,以喷雾干燥获得γ-聚谷氨酸纯品,摒弃了有机溶剂提取及冷冻干燥等高耗能高污染的工艺,提高了产品收率和纯度的同时极大降低了生产成本。

3.建立了不同分子量γ-聚谷氨酸可控制备关键技术。采用一步法对聚谷氨酸进行降解,获得特定分子量范围的降解产物,丰富了γ-聚谷氨酸产品类型,扩大了γ-聚谷氨酸的应用范围。

4.建立了γ-聚谷氨酸功能化修饰关键技术。针对γ-聚谷氨酸分子结构和理化特性,研发了聚谷氨酸交联技术,创建了γ-聚谷氨酸凝胶及高度组织相容性材料制备技术,显著提高了聚谷氨酸的稳定性和力学性能,增强了γ-聚谷氨酸的亲和性和渗透性,极大拓展了γ-聚谷氨酸在日化、医药等领域的应用。

项目建立了γ-聚谷氨酸高效创制和产品研发的技术体系,整体技术达国际先进水平。项目实施与产业化,有力地推动了国内外γ-聚谷氨酸科学技术进步。实现了γ-聚谷氨酸系列产品的规模化生产,产品供应多个国家和地区,近三年新增销售104846万元,利税18918万元,具有良好的国际市场竞争力。并且带动了农业、工业、日化及医药等相关产业的发展,经济社会效益显著。获国家发明专利11项;发表论文5篇。

成果说明

该项目是由山东省药学科学院与山东福瑞达生物科技有限公司、山东福瑞达医药集团有限公司产学研合作完成,建立了γ-聚谷氨酸高效创制和产品开发应用的技术体系。该技术体系在国内外多个单位得到了示范、推广及应用。 本项目γ-聚谷氨酸可控发酵生产技术在山东福瑞达生物科技有限公司进行了规模化生产并多领域进行γ-聚谷氨酸相关产品开发及应用,利用本项目技术建设了年产100吨γ-聚谷氨酸生产线,生产了食品级、化妆品级、医药级、农业级等不同级别γ-聚谷氨酸等原料产品。2016年至2018年近三年,新增销售额15905万元,新增

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