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ε-聚赖氨酸(ε-polylysine,ε-PL)是由微生物合成的L-赖氨酸同聚物,由ε-氨基与α-羧基通过酰胺键连接而成,其聚合度一般为25~35。ε-PL具有优良的抑菌作用,对革兰氏阳性菌和阴性菌、酵母和一些病毒都有抑制作用,而且兼有水溶性好、热稳定性高等特点。目前,ε-PL已广泛用于可降解生物材料、食品加工和贮藏的防腐保鲜、药物靶向药物载体以及医学研究中。到目前为止,只有日本实现了ε-聚赖氨酸的工业化生产,我国和其他国家仍在实验室研究阶段。
本文从大规模工业化生产ε-PL角度出发,利用成本低廉的发酵-离子交换分离的方法生产ε-PL。通过凝胶过滤Sephadex G-25柱层析对ε-PL粗品进行纯化,并对得到的纯品进行了结构鉴定,为进一步生产和利用ε-PL提供重要依据。
目前ε-PL的生产普遍存在发酵液中成分复杂,产品浓度较低等问题,给分离纯化得到高纯度的产品带来了诸多困难。本文尝试只通过一种阳离子交换树脂对ε-PL进行分离,通过静态筛选确定ZH-5树脂,该树脂对ε-PL有较高的吸附容量和选择性。其对ε-PL的吸附容量为125.9 mg/g儋湿树脂,且吸附速率快,价格便宜,具有较高的工业应用价值。对ZH-5树脂吸附ε-PL进行了动力学和热力学的研究发现,ZH-5树脂对ε-PL的吸附主要受颗粒扩散控制。计算出ZH-5树脂吸附ε-PL的扩散活化能Ea=16.13kJ/mol,表观热焓△H=2.22 kJ·mol-1,表观活化熵△S=67.4 J·mol-1·K-1。并对树脂的离子交换柱动态吸附、洗杂及洗脱ε-PL的过程进行了系统的研究,得出适合于ZH-5分离纯化ε-PL的各种工艺条件,ε-PL的纯度和收率分别为88.3%和87%。对活性碳脱色ε-PL洗脱液的过程进行了研究,得出最优的工艺条件。
最后利用Sephadex G-25对离子交换得到的粗品进行了纯化,收率为81.2%,并通过紫外吸收光谱、IR和1H NMR对ε-PL纯品进行了结构表征。SDS-PAGE电泳和GPC测得ε-PL的相对分子质量分别为5.01 kD和5.05 kD,由39~40个赖氨酸单体组成。