γ-聚谷氨酸应用研究进展

γ-聚谷氨酸应用研究进展

魏彬萌 1,2,3,4, 王健 1,2,3,4

1.陕西地建土地工程技术研究院有限责任公司，陕西西安， 710075； 2.陕西省土地工程建设集团有限责任公司，陕西西安， 710075； 3.国土资源部退化及未利用土地整治重点实验室，陕西西安， 710075

摘要：γ-聚谷氨酸是一种绿色环保型高分子聚合材料，具有良好的吸附性、保水性和生物可降解性。作为增稠剂、保湿剂、药物载体、肥料增效剂等应用于食品、日化、医药、农业生产和环保等众多领域，引起了国内外学者的广泛关注。本文重点论述了γ-聚谷氨酸的应用方向，并对γ-聚谷氨酸未来发展方向进行展望，以期为进一步开发应用提供依据。

关键词：γ-聚谷氨酸；应用；展望

γ-聚谷氨酸（γ-PGA）是由D-谷氨酸或L-谷氨酸聚合而成的一种天然多聚氨基酸，具有较好的保水性、可食用性和生物可降解性，无毒且能够生物降解，对人体和环境无害，应用范围非常广泛，极具研发和应用潜能。γ-PGA是一种高聚物，随着对γ-PGA研究的不断深入，发现不同相对分子质量的γ-PGA的特性与功能有所差异，也有着不同的应用范围，下文总结了不同相对分子质量的γ-PGA的相关应用^[1]。

1 在食品中的应用

γ-PGA可以降解，因此能够作为食品添加剂，例如增稠剂，改善食品品质和保鲜防腐等。γ-PGA还是一种优良的防冻剂，其性质优于常用的防冻剂。相比于葡萄糖、无机盐等常用的小分子防冻剂，γ-PGA的味道更淡，对食品品质影响更小。研究表明，γ-PGA能够促进细胞内钙离子的吸收，可以作为营养助剂，提升食品的商业价值。

2 在日化用品中的应用

γ-PGA是一种高聚物，具有超强的吸水性和缓释能力，可以用于化妆品保湿剂。γ-PGA的保湿效果优于透明质酸，在日本护肤品品牌中较常见。此外，γ-PGA还被广泛用于制作湿巾、卫生巾等卫生用品，既可以保湿又对人体无害^[2]。

3 在医学中的应用

γ-PGA具有良好的亲水性，可其作为药物载体，提高药物的缓释性和靶向性。γ-PGA本身可降解，对人身体无害，还可以降低药物的毒副作用，增强药物稳定性。化疗药物会对病人健康细胞和癌细胞无差别破坏，将γ-PGA用于药物载体，可以提高载药量和稳定性，降低对人体的损伤^[3]。γ-PGA可以作为载体，用于疫苗研发γ-PGA还可以作为黏合剂，防止手术过程中的机体渗血。

4 在农业中的应用

4.1 保水剂

长期以来，土壤干旱和沙化严重影响我国农业的发展，土壤保水剂是近几年来发展十分迅速的一种抗旱保水材料。高吸水树脂的应用日益受到研究学者的广泛关注，吸水树脂与土壤结合，不仅可以改善土壤团粒结构，还能提高土壤的保湿和保肥能力，在改造荒山、沙漠等工程中发挥积极作用。将γ-PGA吸水树脂包埋种子，在缺水的沙地上进行绿化试验，实验发现种子可以正常发芽生长^[4]。

4.2 增肥剂

γ-PGA作为肥料增效剂，可解决普通化肥养分利用率低、养分利用不高效的问题，在农业生产中大量推广应用将会得到较好的经济和社会效益。γ-PGA肥料增效剂经过近年来的农业生产实践，证实了它具有保护土壤养分，安全环保且无二次污染的特点。在小麦、番茄、小青菜等农作物的种植应用中，提高了肥料利用率，降低了生产成本，提高了农作物的产量和品质^[5]。

4.3 酸碱平衡

γ-PGA对于调节土壤酸碱值具有一定的缓冲作用，能够有效的平衡土壤酸碱值，避免长期使用化肥造成的土壤酸化和板结现象，缓解土壤压力。将γ-PGA施用于土壤酸化的苹果园中，发现γ-PGA能够显著提高土壤的pH值，改善因酸化造成的果树病害，同时改善果实品质^[6]。

4.4 抗逆

γ-PGA可以促进植物根系的生长，通过刺激根毛和新生根系的生长，从而提升植物地下部分吸收养分的能力，在干旱、水涝和低温等逆境条件下，可有效保证养分和水分的正常吸收，缓冲旱、涝、寒等逆境对植物根系造成的损害。无机盐混合试剂与γ-PGA复合引发处理早稻种子，可以增强水稻低温传导转录途径的表达，从而提高水稻的耐寒性。盆栽实验发现，施入γ-PGA不仅可以降低钙、镁离子的生物有效性，而且能够促进植物的生长发育，提高植物的耐盐性^[7]。

4.5 促进种子萌发

在种子萌发过程中，脂质过氧化会降低种子的活力，影响其萌发状态，消除活性氧引起的过氧化损害，能够提高过氧化物酶的活性，保证种子的正常萌发。在不同分子量大小的γ-PGA中加入绿豆种子，通过记录种子的发芽势和发芽率，研究结果表明，高分子量γ-PGA会抑制种子的萌发，而低分子量γ-PGA可以促进种子的萌发，但两者的萌发结果均比空白对照组数值高^[8]。

5 其他应用

γ-PGA具有生物降解、无毒等特性，随着塑料在包装行业的使用越来越多，塑料垃圾对环境造成了很大的影响。将酯化的γ-PGA作为绿色塑料的新型材料，应用于食品包装、一次性餐具及其他各种工业用途中，对于缓解生态环境恶化和资源短缺问题，具有长远的战略性意义

^[9]。由于γ-PGA对重金属及稀土元素都有较好的吸附效果，且自身无毒无污染，能够进行生物降解，所以是一种环境友好型的污水处理絮凝剂。

6 展望

γ-PGA所具有的优良特性决定了它的应用范围较广，除食品、医药、农业等方面外，在地震预测和地质环境监测领域也体现出应用价值。目前，制约γ-PGA发展的问题主要是生产效率和生产成本，随着分子生物学的发展，基因工程有望解决这些问题。γ-PGA的性质与相对分子质量密切相关，而影响机制尚不清楚，需要从分子水平来进行解释，因此关于相对分子质量的研究是γ-PGA未来的重要研究方向之一。

参考文献:

1. 耿鹏, 吴坤, 蔡亚慧. γ-聚谷氨酸的合成及应用[J]. 许昌学院学报, 2019, 38(5): 92-95.

2. 吕莹, 陈辉, 李虹. 纳豆中分离的聚谷氨酸部分性质研究[J]. 全国氨基酸生产技术交流会论文集.2008, 28(2): 181-215.

3. 石峰. 微生物制备γ-聚谷氨酸的研究[J]. 中国生物工程杂志. 2007, 6(7): 7-32.

4. 孙顶国, 邹德龙, 王美华, 等. γ-聚谷氨酸在冬小麦生产中的应用及肥效研究[J]. 化肥工业, 2014, 41(6): 74-76.

5. 陈东义, 华振亮, 卿树政, 等. 炭吸附聚谷氨酸有机水溶肥对玉米田减肥增产的作用[J]. 农学学报, 2017, 7(4): 25-28.

6. 褚群,董春娟, 尚庆茂. γ-聚谷氨酸对番茄穴盘育苗基质矿质养分供应及幼苗生长发育的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 2016, 22(3): 855-862.

7. 朱安婷, 蒋友武, 谢国生, 等. 外源γ-聚谷氨酸对水稻幼苗耐旱性和渗透调节的影响[J]. 核农学报, 2010, 24(6): 1269-1273.

8. 邓观杰. 含γ-聚谷氨酸新产品开发及在化妆品和种子萌发中的应用研究[D]. 济南: 山东大学, 2017.

9. 肖玮, 孙智慧, 王风青, 等. 新型食品包装材料γ-聚谷氨酸的酯化改性及降解性能研究进展[J]. 食品工业科技, 2016, 37(23): 383-386.

基金项目：陕西省土地工程建设集团内部科研项目(DJNY2021-25)