[01218314]聚γ-谷氨酸发酵生产关键技术及农业应用

①课题来源与背景： 聚γ-谷氨酸是通过微生物发酵产生的,由谷氨酸单体聚合而成的高分子生物材料,具有高负电性、成膜性、吸水性、缓释性等特点,可开发为肥料增效剂、保水剂、矿物营养强化剂、药物载体、絮凝剂等产品,在农业、食品、医药、轻化工以及环保等领域具有广泛应用前景。我国化肥生产和施用量巨大,但肥料利用率低,流失浪费严重,经长期过量使用,引起土壤和水域环境恶化,同时造成肥料矿物资源和能源严重浪费。本发明采用现代微生物技术,分离筛选并育种高产不同分子量特征聚γ-谷氨酸的芽胞杆菌菌株,创建全新的高效、绿色聚γ-谷氨酸发酵生产技术,创制了系列聚γ-谷氨酸肥料及开发了适用于不同品种作物的应用技术。 本课题来源于教育部新世纪人才支持计划“新型肥料增效剂—聚γ-谷氨酸的研究与产业开发（NCET-07-0341）”,湖北省科技计划重大科技专项“新型高效复合肥产业化开发（ZND0017）”,湖北省烟草专卖局科技攻关课题“聚γ-谷氨酸及其增效肥在烟草上的应用（鄂烟科[2006]7号）”,湖北省科技厅攻关课题“聚-γ-谷氨酸的发酵生产与应用开发的中试研究（2005AA401C13）”。 ②技术原理及性能指标： 本项目分离筛选并育种高产不同分子量特征聚γ-谷氨酸的芽胞杆菌菌株;通过摇瓶、3L发酵罐水平的发酵培养基成分和发酵条件工艺优化,建立聚γ-谷氨酸分批发酵和补料发酵工艺路线;优化了聚γ-谷氨酸盐析沉淀和乙醇沉淀工艺参数,建立了农业级、食品级和化妆品级等不同质量要求的聚γ-谷氨酸后处理工艺路线;3L和3000L发酵罐水平上,聚γ-谷氨酸发酵产率分别为42.2g/L、35.05g/L,谷氨酸转化率分别为64.3%、56.1%,转化生成效率分别为1.121g/L/h、0.876g/L/h;农业级聚γ-谷氨酸生产提取总收得率为91.14%,研制了含量分别为20%的液体膏状剂型、92%的食品级固体粉剂和92%的化妆品级固体粉剂等产品。 发现聚γ-谷氨酸具有促作物生长和诱导抗逆性功能,并初步研究作用机理。以小白菜和水稻为试验对象,通过不同浓度聚γ-谷氨酸处理,对其主要营养元素的积累、种子发芽、幼苗生长、根系发育、抗病性、主要生理指标、产量等因素的相关比较和分析,表明聚γ-谷氨酸可作为作物促生长诱导物。发现聚γ-谷氨酸可增强水稻对干旱、高盐、低温逆境的抵抗能力,并探讨了其对水稻的逆境保护机制。 开发了聚γ-谷氨酸有机水溶肥料新产品。建立了适应水稻、玉米、烟叶、蔬菜、柑橘等不同作物和不同生育期的聚γ-谷氨酸田间应用方法。开发了聚γ-谷氨酸氨基酸水溶肥、大量元素水溶肥等产品,并建立了产品企业标准。 研究了聚γ-谷氨酸螯合缓释金属阳离子特性,开发聚γ-谷氨酸复合肥新产品。以钙离子为模型,研究了聚γ-谷氨酸对金属阳离子的螯合缓释特性。开发了聚γ-谷氨酸氯基复合肥配方,及其滚筒造粒加工工艺。进一步开发了含聚γ-谷氨酸烟叶专用复合肥。以水稻、小麦、玉米、油菜、棉花、土豆等大田作物,柑橘、脐橙、蜜柚、红枣、葡萄、草莓等果品,烟草、中草药、西瓜、各类蔬菜等经济作物为对象,分别开展系列含聚γ-谷氨酸肥料的施用方法、应用效果评价和示范推广。 利用聚γ-谷氨酸成膜特性,开发了聚γ-谷氨酸尿素配方,探讨其缓释初步机制,并评价产品应用效果,施用聚γ-谷氨酸包膜肥料可提高蔬菜产量、改善蔬菜品质,并可降低肥料用量。 ③技术的创造性与先进性： 本项目系统开展了聚γ-谷氨酸生产的研究,在中国率先实施了聚γ-谷氨酸发酵中试放大,在3000L发酵罐及配套后处理生产线上成功实现了聚γ-谷氨酸的产业化中试生产。在国际上率先开展聚γ-谷氨酸作为肥料增效剂在农业上的应用研究,通过聚γ-谷氨酸对作物灌根、喷施等方法施用,发现聚γ-谷氨酸具有明显的促进作物对肥料的吸收作用,同时,在国际上率先开展了聚γ-谷氨酸系列肥料在水稻、小麦、玉米、油菜、棉花、土豆等大田作物,柑橘、脐橙、蜜柚、红枣、葡萄、草莓等果品,烟草、中草药、西瓜、各类蔬菜等经济作物大田应用示范和推广。 ④技术的成熟程度,适用范围和安全性： 该技术成果首先在3000L发酵罐及配套后处理生产线上打通了产业化生产的工艺路线;该项目研制的聚γ-谷氨酸产品可适用于烟草、水稻、棉花、玉米等多种作物,且聚γ-谷氨酸可生物降解,对环境和作物无污染,安全性高。 ⑤应用情况及存在的问题： 聚γ-谷氨酸发酵生产专利技术,在华北制药集团完成中试生产;新型系列聚γ-谷氨酸肥料相关发明专利,在湖北新洋丰肥业股份有限公司和湖北香青化肥有限公司规模化生产和市场推广。 聚γ-谷氨酸产业化生产可能存在问题：如何提高发酵原料利用率,如何降低提取成本,以及聚γ-谷氨酸系列肥料产品市场准入和市场宣传。 ⑥历年获奖情况： 无。