γ-聚谷氨酸（γ-PGA）是谷氨酸单体以γ-羧基与氨基相缩合的一种聚氨基酸，γ-PGA主链上有大量游离羧基存在，使聚谷氨酸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，主链上的大量羧基易于修饰，为材料的功能化提供了条件，利于改性制备一系列功能材料。γ-PGA同时亦具有优良的生物可降解性和生物相容性，对环境无污染，对人体无毒害，用作医药、生物医用材料、化妆品、食品和环保等领域有明显优点。本实验室筛选得到一株γ-PGA高产菌株（已获专利授权：γ-聚谷氨酸及其盐的制备方法，CN0112787.2），并对合成工艺条件进行了优化；采用提纯新工艺，降低了生产成本，提高了产品质量。同时，还开展了γ-PGA吸水材料的制备、绿色水处理剂、肥料增效等领域的应用研究。本项目已申请4项国家发明专利。

γ-聚谷氨酸（Poly-γ-glutamic acid）是一种重要的天然聚合物，由 于其具有良好的性质已被广泛应用于食品，化妆品，医药，材料等领 域。解淀粉芽孢杆菌（Bacillus amyloliquefaciens）LL3 是一株谷氨酸 非依赖型 γ-PGA 合成菌。为了提高其 γ-PGA 产量，项目组采用无痕 基因编辑技术对菌株进行了代谢工程改造。包括三部分：模块化代谢 通路改造；蔗糖代谢途径改造；谷氨酸合成途径改造。 B. amyloliquefaciens LL3 是项目组从发酵食品中分离得到，它能 够从蔗糖出发合成 γ-PGA。利用模块化通路改造策略对 γ-PGA 合成 相关的八个代谢通路进行改造包括：γ-PGA 降解相关途径；细胞呼吸 链；胞外蛋白及胞外蛋白酶合成途径；细菌多糖合成途径；次级小分 子代谢产物合成途径；细胞自诱导因子合成途径；谷氨酸合成途径以 及 γ-PGA 合成途径。最终整合获得的最优基因工程菌株 NK-anti-rocG （敲除了 epsA-O 操纵子（负责胞外多糖合成），sac 操纵子（负责果 聚糖合成），lps（脂多糖合成相关），pta（乙酸合成相关），pgdS（γ-PGA 降解酶），cwlO（细胞壁水解酶），luxS（AI-2 合成）以及表达 anti-rocG sRNA（抑制谷氨酸脱氢酶表达））γ-PGA 摇瓶发酵产量从 3.8 g/L 提高到 11.04 g/L，较对照菌株提高了 2.91 倍。γ-PGA 产物纯度也 从 78.6%提高到 95.2%。5-L 罐补料分批发酵实验得到 NK-anti-rocG 菌株产量可达 20.3 g/L。分子量 450,000 Dal，纯度 95%以上。 项目特色： 1. 菌种（Bacillus amyloliquefaciens）LL3 是谷氨酸非依赖型 γ-聚谷 氨酸合成菌株；发酵生产主要原料为蔗糖； 2. 补料分批发酵产量为：20.3 g/L。 3. 授权专利号为：ZL200810053900.7 市场应用前景： γ-聚谷氨酸（Poly-γ-glutamic acid）是一种重要的天然聚合物，由 于其具有良好的性质已被广泛应用于食品，化妆品，医药，材料等领 域。本项目采用谷氨酸非依赖型 γ-聚谷氨酸合成菌做为发酵菌种，以 蔗糖为原料发酵法生产 γ-聚谷氨酸，可产生巨大的经济效益和社会效 益。

主要由 D-谷氨酸和 L-谷氨酸通过酰胺键聚合而成。作为一种高分子聚合物，γ-聚谷氨酸具有一些独特的物理、化学和生物学特性如良好的水溶性，超强的吸附性，能彻底被生物降解，无毒无害，可食用等。在农业、食品、医药、化妆品，环保，合成纤维和涂膜等领域具有广泛的应用前景，因此极具开发价值。 微生物絮凝剂是继无机絮凝剂和有机絮凝剂之后出现的一种新型的、可自然降解的水处理剂，具有高效、无毒、无二次污染的特点。微生物絮凝剂是一类由微生物产生并分泌到细胞外具有絮凝活性的代谢产物，一般由多糖、蛋白质、DNA、纤维素、糖蛋白、聚氨基酸等高分子物质构成，分子中含有多种官能团，能使水中胶体悬浮物相互凝聚、沉淀。在传统的絮凝剂中，无机絮凝剂投加量大，效果不佳，还会把大量金属离子带入最终产物中，对环境造成危害；有机合成高分子絮凝剂生物难降解，残留单体有毒，会对环境造成二次污染。而微生物絮凝剂最突出的特点是具有生物降解性，而且高效、无毒、易降解、无二次污染且用途广泛，是环境友好型絮凝剂，因而引起世界各国学者的广泛关注和研究

中试阶段/n成果简介：目前，农业生产减肥增效、节能降耗、减少环境污染是人们关注的热点。聚γ-谷氨酸（简称“γ-PGA”）作为一种绿色生物大分子材料，不仅可使作物增产10-30％，节肥10-20％，还可提高作物品质和作物抗病耐旱能力。华中农业大学农业微生物学国家重点实验室率先在国际上开展了γ-PGA在农作物栽培中的应用，已申请γ-PGA发酵及γ-PGA在农业领域的应用等5项中国发明专利，其中获得3项发明专利授权。三项相关课题鉴定成果分别于2007年，2008年，2009年通过湖北省科技厅组织的专家鉴定

微生物合成的γ-聚谷氨酸为均聚氨基酸化合物，分子量在100－1000kDa之间，相当于500－5000个左右的谷氨酸单体，具有优良的成膜性、成纤维性、阻氧性、可塑性、粘结性和极其强的吸水性，从而在高分子材料工程中具有增稠、乳化、凝胶、成膜、保温、缓释、助溶、粘结和强吸水等功能。作为一种生物材料，γ-PGA又具有生物可降解性好、可食、对人体和环境无毒害等优点，因而在食品、化妆品、医药、农业和水处理等领域具有广泛的应用前景。南开大学专利技术：一种提高水溶性高聚物发酵产率的方法（公开号： CN1

本项目由细消型连续等电结晶、基于热变性的菌体絮凝及谷氨酸二次蒸发结晶等关键技术组成，经过技术与装备集成，形成了完整的“谷氨酸双结晶绿色制造”技术。（1）谷氨酸提取收率≥94.0%，产品纯度≥98.0%；（2）硫酸消耗降低54%，液氨消耗降低 100%；（3）菌体蛋白去除率从 80%提高到 99%以上；（4）生产性高浓度废水减少 90%以上，无中低浓度废水。 创新要点 从谷氨酸生产全局出发，综合考虑原辅材料消耗、产品收率与质量、环境污染治理及废弃物综合利用等因素对生产成本的影响，从而形成整体最优的谷氨酸生产技术。 

谷氨酸棒杆菌(Corynebacterium glutamicum)被广泛用于食品工业生产，是一种安全性很高的工业菌株；具有包括 Sec 和 Tat 分泌途径在内完善的蛋白分泌系统；没有类似于大肠杆菌(E. coli)所带来的内毒素和宿主细胞蛋白污染等问题。这些显著优点使它成为一种有吸引力的外源蛋白表达生产用的底盘细胞。目前国内生物医药领域主要依赖于 E.coli 表达体系生产医药蛋白，原创性外源蛋白表达体系的缺失，在知识产权方面将制约到我国生物医药产业的发展。该项成果有望为我国生物医药产业提供一个具有自主知识 产权的谷氨酸棒杆菌安全高效外源蛋白表达体系。

成果简介： 肥料工业的发展对保障粮食安全具有重要作用，而化肥的超量使用引起了土壤板结、农产品污染等系列问题，因此开发高效、生态的肥料已成为必然趋势。与现有肥料增效措施相比，聚谷氨酸是生物技术制备的，具有高效、生物可降解和环境友好等优点，是新一代的高效肥料增效剂。 本团队针对目前肥料增效剂使用

成果简介： L-赖氨酸L-谷氨酸盐作为一种氨基酸复合盐，与氨基酸衍生物不同，它同时具有两种氨基酸的生物作用，甚至相互增强对方的生物作用，又比单体氨基酸的理化性质更优越，可以更好的应用在医药、食品和化妆品等方面。L-赖氨酸L-谷氨酸盐可

研发阶段/n成果简介：聚-ε-L-赖氨酸（Poly-ε-L-Lysine，ε-PLL）是自然界中微生物发酵产生的阳离子型多聚氨基酸，由L型赖氨酸通过α-羧基和ε-氨基以肽键形式形成的高分子聚合物，是一种新型的生物合成的营养型天然食品防腐剂。美国、日本、韩国正式批准ε-PLL作为天然食品添加剂。与化学防腐剂相比，ε-PLL具有安全性、高效性、营养保健性、天然化、用量少等特点。与国外一些发达国家批准使用的代表性微生物食品防腐剂，如乳酸链球菌素(Nisin)和纳他霉素(Natamycin)相比，ε-PLL