台湾味丹γ聚谷氨酸γPGA.docx
《台湾味丹γ聚谷氨酸γPGA.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《台湾味丹γ聚谷氨酸γPGA.docx（16页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
台湾味丹γ聚谷氨酸γPGA
台湾味丹γ-PGA宣传资料
γ-PGA（gamma-Polyglutamicacid聚麸胺酸）
为最近开发成功一种最重要全天然生物可分解性高分子（见图一）。
由于其构成成份相当奇特因而具有许多一般意想不到的结构特性和多功能特性，极适合于跨领域的工业应用，具高度经济价值。
γ-PGA的工业化生产技术平台已在台湾成形，但其特殊的化学、生化、营养、生医、农业和工业上应用则有待积极开发和进一步加以商业化推广应用。
由于γ-PGA为极新的生物高分子物（Biopolymer），其基本信息和应用才刚开始，非常缺乏。
本文将提供学界、业界有关γ-PGA之基本信息以帮助业界从科技与学术的角度来认识此新产品之化学、物理及生物学特性，进而促进此新生技产品在各工业领域之应用。
γ-（D,L）-PGA,γ-（D）-PGA,和γ-（L）-PGA等统称为γ-PGA。
γ-（D）-PGA为最早被Ivanovicsetal
发现存在于Bacillusanthracis之细胞壁内。
γ-PGA可以经由二种不同的生物化学转化机制聚合而成。
其一为denovoBioconversionPathway，此为固态醱酵生产所进行者，不需要L-GA（L-Glutamicacid）当作诱导物质。
另一方法为液态醱酵生产，所进行的生化转化聚合机制为SalvageBioconversion
（见图二），此法需L-GA当作诱导物质。
液态醱酵方法适用于大量生产γ-PGA，所以也是工业上大量生产唯一之选择制法。
γ-PGA的生合成大部份在细胞对数生长期或稳定生长期间累积，先聚合成于细胞体内，然后再排出体外。
由于是亲水性高分子物质，因此主要生产效率是受限于γ-PGA之内在粘度（IntrinsicViscosity）。
枯草杆菌纳豆菌变种（Bacillussubtilisvar.natto）均有生合成γ-PGA之能力，但生产γ-PGA之产率、分子量和D/L比例则视菌属种类及生长培养液中成份而略有差异。
表一所列为已知γ-PGA生产菌例。
高产效率而且是符合美国FDA所订定GRAS规范的Bacillussubtilisvar.natto菌已被成功地开发出来并运用到液态醱酵生产制程，证明SalvageBioconversionPathway是适于大量生产γ-PGA的最有效益生物合成机制。
台湾在近年政府极力推展发展生物科技产业并在经济部的产官学和专业合作方案下，γ-PGA新生技事业已极成功地逐步迈出一条大道。
在未来的几年内台湾应可以顺利地建立成为全球最具竞争优势的新兴生技产业。
聚麸胺酸（γ-PGA）及其盐类之化学结构
A---非解离的γ-PGA，B----为一价盐类之结构,M（I）γ-PGA
C---为二价盐类M（II）γ-PGA之结构。
M（I）=
或
M（II）=
或
。
Figure1.Thechemicalstructureofγ-polyglutamicacid（γ-PGA）andthesaltsofγ-PGA.（A）theacidifiedformofγ-PGA,（B）theM（I）γ-PGA,（C）theM（II）
γ-PGA,whereM（I）=
or
;M（II）=
or
.
-PGA生化合成机制----SalvageBioconversionPathway
Figure2.γ-PGAbiosynthesisviasalvagepathway.Themicrobesarestimulatedtoproduceγ-PGAbytheadditionofL-glutamicacid.（adaptedfromHara,T.,etal.,1982）
表一、合成γ-（D,L）-PGA之醱酵菌
Table1.Thebacteriaproducingγ-（D,L）-PGA
γ-（D,L）-PGA之构成单元为GA（glutamicacid），GA含有三个活性官能基:
α-NH2，α-COOH及γ-COOH。
三个功能基之化学活性依序为α-NH2＞α-COOH＞γ-COOH，其
酸解离常数各为pKα=pK1=2.13~2.2，pKγ=pK2=4.25~4.32，pK3=9.7~9.95。
α-COOH与α-NH2缩水结合成为α-peptidebond（α-蛋白键）。
γ-COOH与α-NH2缩水结合成为γ-peptidebond（γ-蛋白键）。
L-GA在一般化学聚合反应中生成α-peptidebond的α-（D,L）-PGA，但L-GA在醱酵过程中，则大部份变旋光成为D-GA，然后D-GA和L-GA则共同行聚合而成γ-peptidebond结合的γ-（D,L）-PGA，在一般的蛋白物质中，胺基酸之间均以α-peptidebond结合，所以均能被proteases所水解。
唯独γ-peptidebond（γ-蛋白键）结合而成的则除了γ-GTP（γ-glutamyltranspeptidase）以外均不会被一般的protease所水解，所以γ-（D,L）-PGA构成一定程度的抗菌性。
因而在食品、化妆品和生医材料方面之应用呈现相当程度的抗微生物与食品安全性
在γ-PGA分子中，由于强力的α-COOH与γ-peptide键之-NH2-所形成的氢键（hydrogenbonding）再加上conformationalchange（分子结构上之外在形态改变），使得α-COOH基变成不解离状态以至pKα=pK1=0，使整个γ-（D,L）-PGA分子成为极紧密而收缩的α-helixconformation，因而呈现强烈的hydrophobic
α-（L）-PGA和γ-（D,L）-PGA均存在着五种不同的conformationalstates（分子外型结构状态）：
α-helix，β-sheet，randomcoil，helix-coiltransition和envelopedaggregation等。
α-（L）-PGA之每一个repeatunit在randomcoilstate之unitlength为0.35nm，直径为1.4nm，而在α-helixstate之unitlength则为0.15nm，直径为1.1nm，α-（L）-PGA之pK2=pKγ=4.375相较于Glutamicacid中之pK2=pKγ=3.9。
图三中显示α-（L）-PGA在水相中随pH之高低而有不同，存在着不同的conformationalstates。
α-（L）-PGA于均匀水相中于pH=4.5~5.5之间，游离态的α-helixstate转变成randomcoilstate，但在固定态（adsorbed）的α-（L）-PGA，其转变pH则较高约为5＜pH＜7（见图四），显示固定态的α-（L）-PGA之hydrogenbonding比游离态的强度较为弱小。
图五显示随pH值升高，疏水性的α-helix中的氢键消失因而转换成randomcoil的结构形态，亲水性大为增加而成为带阴电性（polyanionic）的表面，水溶性大大地增加。
γ-（D）-PGA之pKα=4.06，而α-（D）-PGA之pKγ=5.5~6.0，相较于glutamicacid中之pKα=2.2，pKγ=3.9，明显地减弱氢键强度。
ORD（OpticalRotatoryDispersion）测试显示由于同分子内的羧基间氢键使得α-（D）-PGA形成至少四种结构功能态（conformationalstates）。
其一为不解离的游离酸（unionizedfreeacid）（ZanuyD.）（13）呈α-helix的结构，如图四和五所示。
317helix是由-NH-基与COOH基之Carboxyl间之氢键构成，319helix则由-COOH基中之-CO与-OH-基间的氢键构成，每三个glutamicacid单位绕成一圈，其圈距为4.8A，具有4个氢键。
此等氢键（inter-carboxylhydrogenbonding）极强使得α-（D）-PGA之α-helix结构变得很紧密缩小坚固而变成不溶于水。
在均匀水相中聚麸胺酸（γ-PGA）之螺旋态结构（α-helix）随pH值而改变。
固定态γ-PGA转形成α-helix之pH值比游离态γ-PGA为高。
（adaptedfromPefferkornEetal.）
Figure3.Helixformationofpoly-L-glutamicacidasafunctionofpHforthehomogeneoussolutionphaseandforcelluloseacetateadsorbedphase.（adaptedfromPefferkornE.etal.）
聚麸胺酸（γ-Poly-（D）-glutamicacid）之319左手式螺旋状结构
（adaptedfromPefferkornEetal.）
Figure3.Helixformationofpoly-L-glutamicacidasafunctionofpHforthehomogeneoussolutionphaseandforcelluloseacetateadsorbedphase.（adaptedfromPefferkornE.etal.）
聚麸胺酸〔γ-Poly-（D,L）-glutamicacid〕在水中之解离度
Figure5.Dissociationofγ-（D,L）-PolyglutamicacidinwateratdifferentpHvalue
生物高分子的分子结构、特性和功能性能提供必要的技术讯息给各领域的使用者参考，以便判断可能性和有效性等指标。
最重要的技术信息包括明确的分子结构、功能基群和内涵的特性等。
具代表性的有1H-NMR图，13C-NMR图，FT-IR图，DSC热分析图，TGA热分析图，酸硷特性图，水溶解度图，水溶液粘度图以及结构型态与功能特性数据等对于各领域的使用者都是极为重要的最基本技术信息。
γ-（D,L）-PGA及其重要的盐类之上述大部份数值各列于表二。
图六为γ-（D,L）-PGA之酸硷滴定图。
图七为γ-（D,L）-PGA钠盐之粘度、温度、浓度关系图。
大量的γ-（D,L）-PGA最早被发现存在于日本纳豆食品（经醱酵过之小黄豆）所含具有高粘稠性的拉丝中，近55﹪以上的粘丝固形组成物为γ-（D,L）-PGA，其余40%为Levan。
γ-（D,L）-PGA之正确命名化学成份和结构等则是最近几年才被确认。
γ-（D,L）-PGA可利用微生物枯草杆菌纳豆变异种（Bacillussubtilisvar.natto）等，将L-GA经由生物化学转化机制-SalvageBioconversionPathway（见图3所示）聚合而成之单一种胺基酸高分子（mono-aminoacidpolymer）（见图一所示）。
天然的γ-PGA含有左旋光性的L-GA和右旋光性的D-GA，其D/L比例约为1:
1到4:
1。
一般γ-PGA之聚合度约为1000到15000，分子量在100K到3000K之间。
产率约为3~6﹪γ-PGA，视所使用的菌株和培养基之营养成份而略有不同。
国内大厂所生产之γ-（D,L）-PGA，其D/L比=52%：
48%。
其他已知的γ-（D,L）-PGA生产株特性列如表一所示。
γ-（D,L）-PGA之经济价值就存在于其全天然生物可分解特性，可以工业化大量生产，有完全的生体兼容性、无毒性，和生物学上之多功能性。
纳豆在日本做为食品已有上千年之历史，在纳豆之粘丝中存在着约55﹪以上之成份为γ-（D,L）-PGA之物质（为钠盐和铵盐之混合物）。
天然的γ-（D,L）-PGA之分子量约为130万到300万daltons，聚合度（degreeofpolymerization）约为1000到15,000个麸胺酸。
γ-（D,L）-PGA盐类可以再修饰（modify）成更有吸水及保水之Hydrogel（水胶）可以大大改进γ-（D,L）-PGA之多功能特性，赋予更有效的储存和缓释（controlledrelease）之功能，在医药、农业和化妆品工业之应用，效果非常显著。
而γ-（D,L）-PGA之成膜特性和柔软（softandtender）之特色在化妆品工业、土木工程以及人纤的加工应用更是指日可期。
其对于钙镁盐类之特殊溶解和错合功能更有助于钙吸收和减缓骨质疏松增进健康等功效。
总之γ-（D,L）-PGA所具有的结构上功能性和生体兼容性以及生物可分解性，使其极具经济价值，明显地可以发现其在跨工业领域的应用。
表3列述γ-（D,L）-PGA在各种工业上的潜在应用
表二、聚麸胺酸（γ-（D,L）-Poly-glutamicacid）及其盐类之结构特性分析数据
Table2.Summarizeddataofchemicalshiftsof1Hand13C,FT-IRabsorptionpeaks,andthermalanalysisforγ-（D,L）-PGAandthe
mineralsalts:
ofγ-polyglutamates.
a、γ-（D,L）-PGA钠盐之pH与粘度关系图
Figure7a.pHdependenceoftheviscosityof4﹪sodiumγ-PGAat25℃
b、γ-（D,L）-PGA钠盐之温度与粘度关系图
Figure7b.Temperaturedependenceoftheviscosityof4﹪sodiumγ-PGA.
c、γ-（D,L）-PGA钠盐之浓度与粘度关系图
Figure7c.Concentrationdependenceoftheviscosityof4﹪sodiumγ-PGA.
PGA发酵液系以麸胺酸（L-glutamicacid）为原料加入纳豆菌（Bacillussubtilisvar.natto）进行液态醱酵而成，内含丰富的γ-聚麸胺酸（γ-Polyglutamicacid,γ-PGA），以及麸胺酸、葡萄糖、蛋白质、矿物质、维生素及多种生化活性物质，是取之天然、有机、用之环保的植物营养促进剂。
味丹企业运用了独家的国际专利γ-PGA制程技术（荣获台湾、英6国、德国、法国、瑞士、瑞典、意大利、西班牙等8国专利，美国、日本、中国已公开pending中），开发出台湾第一支拥有国际专利的液态肥料---纳多力1号，乃台湾近年来不可多见的高科技农业生技肥料。
超强亲水性与保水能力
纳多力1号中的γ-PGA分子含有1,000个以上的超强亲水性基团（-COOH），能充份保持土壤中水份，改进黏重土壤的膨松度及空隙度、改善砂质土壤的保肥与保水能力。
用于漫淹土壤时，会在植株根毛表面形成一层薄膜保护根毛，是土壤中养份、水份与根毛亲密接触的最佳输送平台，有效提高肥料的溶解、储存、输送与吸收。
促进土壤中磷肥与微量元素的吸收
γ-PGA具多阴电性，能有效阻止化肥中硫酸根、磷酸根、草酸根、碳酸根与钙、镁等微量元素的结合，避免产生低溶解性盐类与沉淀作用，使作物更能有效吸收土壤中微量元素，促进作物根系的发育、加强抗病性。
平衡土壤酸硷值
对酸、硷具有绝佳缓冲能力，可有效平衡土壤酸硷值，避免因长期使用化学肥料所造成的酸性土质及土壤板块化。
螯合土壤中有毒重金属，缓解土壤毒害
对于
等重金属有极佳的螯合效果，可避免作物吸收过多土壤中有毒重金属。
纳多力1号，能减少化肥使用量、避免土壤酸化、强化农田地力、维护生态环境，进而增加作物根系发育与收成。
该产品以环境永续经营的开发概念代表味丹企业对这块土地的疼惜，期待一起重视这块土地、爱护我们的生态环境，让后代子孙的生活环境更加美好
分析项目
结果
分析项目
结果
全氮（CNS8449）
1.5%
砷（CNS12954）
未检出
全磷酐（CNS8450）
0.1%
镉（CNS12955）
未检出
全氧化钾（CNS8451）
0.1%
镍（CNS13029）
未检出
硫氰酸（CNS3080）
未检出
钛（CNS13031）
未检出
胺基磺酸（CNS13278）
未检出
铬（CNS13030）
未检出
二缩
态氮（CNS12965）
未检出
亚硝酸（CNS12966）
未检出
分析项目
结果
分析项目
结果
热量
46.64kcal/100g
镁（Mg）
39.2mg/100g
粗蛋白
7.69g/100g
锰（Mn）
0.35mg/100g
粗脂肪
未检出
锌（Zn）
0.89mg/100g
碳水化合物
3.97g/100g
总氯（Cl%）
2,599.45ppm
灰份
2.96g/100g
维生素B1
0.1ppm
钠（Na）
1,347mg/100g
维生素B2
14.8ppm
磷（P）
61.8mg/100g
维生素B6
3ppm
钾（K）
195mg/100g
生物素
39.25ng/g
钙（Ca）
27.4mg/100g
菸硷酸
8.4ppm
铜（Cu）
0.19mg/100g
叶酸
241.6ng/g
铁（Fe）
5.2mg/100g
泛酸
4.7μg/g
实例1台中县雾峰—黄耆
栽种前2组均施用有机基肥，试验组追肥以纳多力1号稀释300倍施用，每株施用500ml，4个月后观察，叶子与根系皆比对照组生长的好。
植株高度（cm）
根系长度（cm）
百喜草
高狐草
百喜草
高狐草
试验组（施用纳多力1号）
14-18
10-14
80
53
对照组
6-8
4-7
40
20
实例2中兴大学、中华民国环境绿化协会—百喜草与高狐草
实验组与对照组的平均植株高度（生长30天）与根系长度（生长50天）结果
实例3台中市南屯—台中191号梗米
第2期作稻田，8/12插秧、9/12拍摄，试验组施用纳多力1号，1.5kg/分地，比同期未施用的对照组叶长且根多。
实例4南投县埔里—蔬菜种苗场
纳多力1号稀释500倍后喷洒种苗，培育、生长情况良好，高丽菜苗根系茂密、健康。
实例5彰化县二林—青葱
纳多力1号稀释125倍，每星期浇头一次，共三次。
两区葱田差异显著：
1.植株颜色2.叶的厚度与强韧度3.叶的枯萎率
实例6南投县信义—土壤盐积
棚网室中严重的盐积现象，但使用纳多力1号后可改善土壤盐积的问题，小黄瓜与高丽菜依然健康的生长。
肥料品目
家庭园艺用复合肥料
肥料登记证字号
肥制（复）字第0066009号
登记成分
全氮1.5%、水溶性磷酐0.1%、水溶性氧化钾0.1%
包装方式
1公升/5公升/20公升
使用方法
稀释300倍直接灌施根部周围（灌头）或漫灌田沟，每15至20天施用一次（可再配合稀释1000倍施加叶面喷洒）
使用量
1.水稻、蔬菜、瓜果、草皮、花卉、茶园1.5公升/每分地
2.果树5公升/每分地
施用时期
植物、作物各生长期均可适量施用
注意事项
1.与基肥或追肥同时使用，效果最佳（基肥、追肥、化肥可减量施用）
2.本品含多种生化物质，如稍有产气、膨罐均属正常现象
3.请保存于阴凉处，避免高温或阳光直射
升级会员 