CN102703356A - 聚-γ-谷氨酸作为农用芽孢杆菌保护剂的应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于农用微生物菌剂的生产领域，具体涉及一种利用聚-γ-谷氨酸作为农用芽孢杆菌保护剂的用途及在制备农用芽孢杆菌菌剂中的应用方法。将农用芽孢杆菌的液体发酵培养液用轻质碳酸钙吸附和调节菌体密度后，加入经灭菌处理的聚-γ-谷氨酸作为保护剂，不仅可以减少农用芽孢杆菌菌体在喷雾干燥过程中的活性损失，提高活菌得率，而且还可以将聚-γ-谷氨酸作为肥料增效剂和土壤调理剂用于提高微生物肥料的使用效果。用本发明的方法生产的农用芽孢杆菌菌剂活菌得率平均在60%以上，活菌数在10¹⁰个/g以上，满足复合微生物肥料或微生物有机肥的生产需求，本发明将聚-γ-谷氨酸的用途扩充到农用芽孢杆菌菌剂的生产领域。

Description

聚-γ-谷氨酸作为农用芽孢杆菌保护剂的应用

技术领域

本发明涉及农用微生物生产领域，具体涉及一种利用聚-γ-谷氨酸作为农用芽孢杆菌喷雾干燥保护剂的用途及在制备农用芽孢杆菌菌剂中的应用方法。

背景技术

近半个世纪以来，化肥在农业生产中起着至关重要的作用，但过度依赖化肥已经成为农业可持续发展的瓶颈。随着资源和环境问题日益突出，人们对生态环境及食品安全问题亦日益关注，微生物肥料作为传统化肥的重要补充，已经在生态农业中取得广泛的应用。

农用芽孢杆菌（如巨大芽孢杆菌、胶质芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌等）是生产微生物肥料的重要菌种，其菌剂已经在农业生产得到广泛的应用。喷雾干燥是将微生物发酵液浓缩制成干燥菌剂的最为经济和方便的方法，但在喷雾干燥过程中微生物要承受高温和干燥的压力，活菌回收率一般偏低。因此，人们一般会使用淀粉、脱脂奶粉、环糊精、海藻糖等高分子材料充当微生物喷雾干燥的保护剂，实现减少喷雾干燥过程中微生物活性降低或丧失的目的。然而，对于以提高土壤肥力为最终目的的农用芽孢杆菌来说，一个理想的保护剂不仅应该能够保护芽孢杆菌在喷雾干燥过程中不被高温灭活，其本身还应该具有作为土壤调理成分的能力，能够体现出对土壤肥力的增效作用。

聚-γ-谷氨酸（poly-γ-glutamic acid,γ-PGA）是一种由微生物发酵合成的水溶性高分子量多肽，其分子结构由D-型或L-型谷氨酸单体以γ-羧基与α-氨基相缩合而成。聚-γ-谷氨酸的分子量范围大致为10000-1000000道尔顿，其主链上存在着大量的肽键和游离羧基。因此，具有良好的生物可降解性、保水性和阳离子螯合性。这些结构上的特性也使得聚-γ-谷氨酸在农业上可以作为优良的肥料增效剂和农用保水剂，在生态农业上有着广阔的应用前景。

从结构特点和原理上看，聚-γ-谷氨酸确实具有作为农用芽孢杆菌喷雾干燥的保护剂的潜力。聚-γ-谷氨酸作为农用芽孢杆菌的保护剂，不仅可以防止和减少农用芽孢杆菌在喷雾干燥过程中的失活，而且聚-γ-谷氨酸本身也可以作为肥料增效剂和土壤调理成分，在随农用芽孢杆菌菌剂施入土壤后发挥出肥料增效的作用。

在申请号为200610124934.1的中国专利（聚-γ-谷氨酸作为苏云金芽胞杆菌制剂保护剂的应用）已经公开了利用聚-γ-谷氨酸作为保护剂可以提高苏云金芽胞杆菌的存活率、抗紫外胁迫能力和抗雨水冲刷能力。然而，该发明的保护范围仅仅限于聚-γ-谷氨酸在微生物农药——苏云金芽孢杆菌上的应用。但关于利用聚-γ-谷氨酸具有的微生物肥料功能，将其作为农用芽孢杆菌保护剂的应用，则至今未见报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供聚-γ-谷氨酸既作为保护剂提高农用芽孢杆菌在喷雾干燥过程中的活菌回收率，又能发挥聚-γ-谷氨酸作为肥料增效剂和土壤调理剂提高微生物肥料的功效。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

聚-γ-谷氨酸作为农用芽孢杆菌保护剂的应用：将农用芽孢杆菌经适宜的液体发酵条件培养至芽孢形成期，往其培养液中加入轻质碳酸钙和经灭菌处理的聚-γ-谷氨酸，搅拌均匀后，进行喷雾干燥。

如上述的农用芽孢杆菌为巨大芽孢杆菌（Bacillus megaterium）或枯草芽孢杆菌（Bacillus subtills）或胶胨样芽孢杆菌（Bacillus mucilaginosus）中的一种或以上。

如上述的聚-γ-谷氨酸产品为农用级别（根据聚-γ-谷氨酸纯度价格进行折算），可从市场上购买或者利用聚谷氨酸发酵菌自行发酵生产。

如上述的聚-γ-谷氨酸的质量体积浓度为1%-50%,单位kg/L。

如上述的轻质碳酸钙的质量体积浓度为0.1%-40%,单位kg/L。

如上述的喷雾干燥过程要求进风口温度为130-180℃，出风口温度为50-90℃，喷头压力为110-150KPa。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

将聚-γ-谷氨酸作为农用芽孢杆菌的保护剂，一方面可以有效减少农用芽孢杆菌菌体在喷雾干燥过程中的活性损失，提高活菌得率；另一方面可以发挥其作为肥料增效剂、土壤保水、抗土壤酸化剂等功效。

具体实施方式

下面结合具体的实施方案对本发明作进一步详细具体说明，请注意，根据本发明的思路所做的任何等效变换均属于本发明的保护范围。

市场上可购买的聚-γ-谷氨酸产品规格如下：

8%PGA(聚谷氨酸)、6%L-Glutamic Acid（胺基酸一麸胺酸）、3%Total Sugar（总残糖量）、0.2%铵态氮(游离铵)、pH6.5。

聚谷氨酸发酵菌自行发酵工艺如下：

将大豆洗净，用蒸馏水浸泡6-12小时后装入发酵瓶中，在110-120℃，蒸汽灭菌30分钟；加入筛选好的高产菌，接入液体活化培养基内，以常温（37℃），220rpm摇床培养过夜作活化菌种，然后再接此活化菌种放入至少一种以上的不同组分的发酵培养基内，30-40℃，平放培养24-48h；然后分离，脱色制得聚-γ-谷氨酸粗品，最后经过纯化工艺，真空干燥制得聚-γ-谷氨酸纯品。

农用芽孢杆菌的最佳培养基配方如下：

葡萄糖9g／L、玉米粉9g／L、豆粕粉25g／L、硫酸锰30mg／L、硫酸镁6g／L、磷酸二氢钠0.5g／L、磷酸氢二钠2.5g／L。

农用芽孢杆菌的最佳发酵工艺条件如下：

培养温度30℃～35℃，初始pH7．0，通气比l：0.5，搅拌转速前期为150r／min，后期为180r／min，18h～24h后，待溶氧升至50mg／L以上时，发酵结束（此时为最佳接种菌龄）。

实施例1

将巨大芽孢杆菌（Bacillus megaterium）经液体发酵并使其处于芽孢形成期，往培养液中加入5%(kg/L)的轻质碳酸钙和5%(kg/L)的经灭菌后的聚-γ-谷氨酸，对照只加入5%(kgL)的轻质碳酸钙，搅拌均匀后喷雾干燥。喷雾干燥条件为：进风口温度为140℃，出风口温度为60℃，喷头压力为150KPa。

实施例2

将枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）经液体发酵并使其处于芽孢形成期，往培养液中加入5%(kg/L)的轻质碳酸钙和5%(kg/L)的经灭菌后的聚-γ-谷氨酸，对照只加入5%(kg/L)的轻质碳酸钙，搅拌均匀后喷雾干燥。喷雾干燥条件为：进风口温度为140℃，出风口温度为60℃，喷头压力为150KPa。

实施例3

将胶胨样芽孢杆菌（Bacillus mucilaginosus）经液体发酵并使其处于芽孢形成期，往培养液中加入5%(kg/L)的轻质碳酸钙和5%(kg/L)的经灭菌后的聚-γ-谷氨酸，对照只加入5%(kg/L)的轻质碳酸钙，搅拌均匀后喷雾干燥。喷雾干燥条件为：进风口温度为140℃，出风口温度为60℃，喷头压力为150KPa。

下表为添加聚-γ-谷氨酸（γ-PGA）对三种农用芽孢杆菌喷雾干燥活菌得率的实验结果：

用本发明的方法生产的农用芽孢杆菌菌剂活菌得率平均在60%以上，活菌数在10¹⁰个/g以上，适用于生产复合微生物肥料或微生物有机肥。

Claims (6)

1.聚-γ-谷氨酸作为农用芽孢杆菌保护剂的应用，其特征在于：所述的农用芽孢杆菌需要经过液体发酵培养至芽孢形成期，往其培养液中加入轻质碳酸钙和经灭菌处理的聚-γ-谷氨酸，搅拌均匀后，进行喷雾干燥。

2.根据权利要求1所述的聚-γ-谷氨酸作为农用芽孢杆菌保护剂的应用，其特征在于：所述的农用芽孢杆菌为巨大芽孢杆菌或枯草芽孢杆菌或胶胨样芽孢杆菌中的一种或以上。

3.根据权利要求1所述的聚-γ-谷氨酸作为农用芽孢杆菌保护剂的应用，其特征在于：所述的聚-γ-谷氨酸产品为农用级别，由市场购买或者利用聚谷氨酸发酵菌自行发酵生产。

4.根据权利要求3所述的聚-γ-谷氨酸作为农用芽孢杆菌保护剂的应用，其特征在于：所述聚-γ-谷氨酸的质量体积浓度为1%-50%,单位kg/L。

5.根据权利要求4所述的聚-γ-谷氨酸作为农用芽孢杆菌保护剂的应用，其特征在于：所述轻质碳酸钙的质量体积浓度为0.1%-40%,单位kg/L。

6.根据权利要求1所述的聚-γ-谷氨酸作为农用芽孢杆菌保护剂的应用，其特征在于：所述喷雾干燥过程要求进风口温度为130-180℃，出风口温度为50-90℃，喷头压力为110-150KPa。