微生物絮凝剂γ-聚谷氨酸的生产及应用研究进展
_聚谷氨酸的研究进展
γ-聚谷氨酸的研究进展王浩1 杨丽萍2 乔君2 赵祥颖2 刘建军1,2（1.山东轻工业学院食品与生物工程学院济南 250353 ）（2.山东食品发酵工程重点实验室济南 250013）摘 要：γ-聚谷氨酸(Po l y-γ-gl u t a m i c a c i d；γ-P GA)是以L-、D-型谷氨酸为单体通过γ-酰胺键聚合而成的一种均聚氨基酸聚合物。
γ-聚谷氨酸具有水溶性、可生物降解性和可食用性且对人和环境无毒的诸多优点，这使得γ-聚谷氨酸及其衍生物在食品、化妆品、医药和农业等领域具有广阔的应用前景。
关键词：γ-聚谷氨酸 生产 应用γ-聚谷氨酸[Poly(γ-glutamic acid),γ-PGA]是由D-/L-谷氨酸通过γ-酰胺键聚合而成的一种高分子阴离子多肽型聚合物。
生物合成的γ-聚谷氨酸的立体构型分为γ-聚D-谷氨酸(γ-D-PGA)、γ-聚L-谷氨酸(γ-L-PGA)和γ-聚D/L-谷氨酸(γ-D/L-PGA)3种。
γ-聚谷氨酸主链上含有大量游离羧基，可发生交联、螯合、衍生化等反应，具有强水溶性、生物相容性、生物降解性等，随着人们环保意识日益增强，γ-聚谷氨酸作为可生物降解高分子材料已备受关注。
本文介绍了γ-聚谷氨酸的结构性质、生产方法、研究历史、现状及应用前景。
1 γ-聚谷氨酸的结构与性质1.1 γ-聚谷氨酸的结构γ-聚谷氨酸是一种通过微生物合成的均聚氨基酸化合物，由L-谷氨酸（L-Glu）、D-谷氨酸（D-Glu）单体通过酰胺键聚合而成的一种多肽分子[1]，通常是由500~5000个左右的谷氨酸单体组成，相对分子质量在100~1000kD之间，其结构式如图1所示。
图1 γ-聚谷氨酸的结构式γ-PGA是一种不寻常的阴离子异形肽，目前的初步研究认为它的基本骨架是由γ-酰胺键连接而成的直链纤维分子，没有典型的肽链结Study of Poly-γ-glutamic acidWang Hao1, ZhaoXiang-ying2, LIU Jian-jun1,2*（1.College of Food and Bioengineering,Shandong Institute of Light Industry,Jinan,250353）（2.Food& Fermentation Engineering Key Lab of Shandong Province,Jinan,250013）Abstract：Poly-γ-glutamic acid is a compound of equal poly amino acid that consist of L- and D-glutamic acids through γ-glutamyl bonds.γ-PGA is water-soluble, biodegradable, edible and non-toxic toward human and the environment. Therefore, potential applications of γ-PGA and its derivatives have been of interest in abroad range of industrial fi elds such as food, cosmetics, medicine and agriculture.Key words：γ-PGA; production; application构，也不是一种环状多肽，链之间存在大量氢键。
γ-聚谷氨酸及其生物合成机制的研究进展
第３ ５卷第 ２期
一
聚谷氨酸及其生物合成机制的 研究进 展
关阳 ， 王 国良 。 张国峰 ， 贾力耕 。 梁颖超 ， 吴延 东 （ 玉米深加工 国家工程研究 中心 ， 吉林 长春 １ ３ ０ ０ ３ ３ ）
摘
要： ＾ ｙ 一 聚谷氨酸（ ＾ ｙ — Ｐ Ｇ Ａ） 是一种 阴离子聚 酰胺 生物材料 ， 由多个谷 氨酸分子经 一 氨基键 合而成。 － ， ／ 一 Ｐ Ｇ Ａ产生菌
～
聚谷氨 酸（ 一 Ｐ Ｇ Ａ） 是一种 聚 阴离 子多肽 ， 它是
支持 。如今 ， 我们 国家正致力于构建和谐社会 ， 发展生 态 经济 ， 实现 可持续 发 展 ， 而“ 白色生 物技 术 ” 功不 可 没， 这为 ￣ ／ － Ｐ Ｇ Ａ的发展 提供 了强大的推动力 。
１ 理化性质
种类繁 多， 但 本质上都 是通过 非核糖 体依 赖型的方式合 成。 综述 了 一 Ｐ Ｇ Ａ的性质 、 应 用、 产生 菌类群 、 合 成机 制及合 成酶的特 点。
关键 词 ： 一 聚 谷氨 酸 ； 性质 ； 应用 ； 合成机制 ； 合 成 酶
Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ａｄ ｖ ａ ｎｃ ｅ ｓ ｉ ｎ —Ｐ０ ｌ ｙ —ｇ ｌ ｕ ｔ ａ ｍｉ ｃ Ａｃ ｉ ｄ ａ ｎ ｄ ｉ ｔ ｓ Ｂｉ ｏ ｓ ｙ ｎｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｓ Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｓ ｍ
Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： ￣ － Ｐ ｏ ｌ ｙ — ｇ ｌ ｕ ｔ ａ ｍ ｉ ｃ ａ ｃ ｉ ｄ（ ７ － Ｐ Ｇ Ａ） ｉ ｓ ａ ｎ ａ ｎ ｉ ｏ ｎ ｉ ｃ ｐ ｏ ｌ ｙ ａ ｍ ｉ ｄ ｅ ｂ ｉ ｏ ｍ ａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ， ｗ ｈ ｉ ｃ ｈ ｕ ｓ ｕ ａ ｌ ｌ ｙ ｏ ｖ ｅ ｒ ｔ ｈ ｏ ｕ ｓ ａ ｎ ｄ ｓ ｏ ｆ
江南大学科技成果——γ-聚谷氨酸的工业化生产技术
江南大学科技成果——γ-聚谷氨酸的工业化生产技术
项目简介
γ-聚谷氨酸（γ-PGA）是一种多聚氨基酸类的环保型多功能生物可降解高分子材料，主要由D-谷氨酸和L-谷氨酸通过酰胺键聚合而成。
作为一种高分子聚合物，γ-聚谷氨酸具有一些独特的物理、化学和生物学特性如良好的水溶性，超强的吸附性，能彻底被生物降解，无毒无害，可食用等。
在农业、食品、医药、化妆品、环保、合成纤维和涂膜等领域具有广泛的应用前景，因此极具开发价值。
微生物絮凝剂是继无机絮凝剂和有机絮凝剂之后出现的一种新型的、可自然降解的水处理剂，具有高效、无毒、无二次污染的特点。
微生物絮凝剂是一类由微生物产生并分泌到细胞外具有絮凝活性的代谢产物，一般由多糖、蛋白质、DNA、纤维素、糖蛋白、聚氨基酸等高分子物质构成，分子中含有多种官能团，能使水中胶体悬浮物相互凝聚、沉淀。
在传统的絮凝剂中，无机絮凝剂投加量大，效果不佳，还会把大量金属离子带入最终产物中，对环境造成危害；有机合成高分子絮凝剂生物难降解，残留单体有毒，会对环境造成二次污染。
而微生物絮凝剂最突出的特点是具有生物降解性，而且高效、无毒、易降解、无二次污染且用途广泛，是环境友好型絮凝剂，因而引起世界各国学者的广泛关注和研究。
创新要点本项目技术所用菌株为非谷氨酸依赖型，具有生产工艺先进、操作方便、无污染、投资少，建设周期短、能源消耗低及成
本低等优点。
效益分析年产50吨γ-聚谷氨酸，总投资为500万元。
授权专利一种甲基营养芽孢杆菌及其发酵生产伽玛聚谷氨酸的方法，201110189421.X。
γ-聚谷氨酸应用研究进展
γ-聚谷氨酸应用研究进展摘要：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。
浅谈 γ- 聚谷氨酸在农业生产中的应用
浅谈 γ- 聚谷氨酸在农业生产中的应用发表时间：2018-04-02T14:58:37.103Z 来源：《红地产》2017年7月作者：马雪丽李花苗樊志磊郭景丽[导读] γ- 聚谷氨酸（γ-PGA）是微生物（主要为芽孢杆菌类）发酵的产物，是一种具有良好的水溶性、可生物降解、不含毒性的胞外多肽，可在化妆品、环境保护、食品、医药、农业等领域进行应用。
1 引言γ- 聚谷氨酸 (γ-poly-glutamic acid, 简称 γ-PGA) 是微生物 ( 主要为芽孢杆菌类 ) 发酵的产物，又称纳豆胶、多聚谷氨酸。
它是一种水溶性，生物降解，不含毒性，使用微生物发酵法制得的生物高分子。
γ-PGA 聚谷氨酸是一种特殊的阴离子自然聚合物，是以 α- 胺基(α-amino) 和 γ- 羧基 (γ-caboxyl) 之间经酰胺键 (amide linkage) 所构成的同型聚酰胺 (homo-polyamide)，其聚合度约为 200 ～ 700，分子量从 10 万 -200 万道尔顿不等。
进入 21 世纪之后，微生物发酵法生产 γ-PGA 的研究受到了越来越多研究者的关注。
γ-PGA 作为一种新型可生物降解的水溶性髙分子材料，其优良的性能已经在医药、日化、轻工业和食品等许多领域得以应用，被广大研宄者公认为一种极具发展潜力的绿色环保化学产品。
不仅如此，随着研宄的深入，γ-PGA 及其衍生物在农业中的应用也得到越来越多的认可，尤其是近年来，其在土壤和肥料等方面的应用已经成为了农业领域一个新的生长点。
为此，笔者对 γ-PGA 在农业生产中的应用成果进行综述，以期为 γ-PGA 在农业中的应用提供理论依据。
2 γ- 聚谷氨酸在农业上的应用γ-PGA 在农业生产的应用研宄开始于 20 世纪 90 年代，主要是对作物种子活力的影响进行了研究，随后随着人们对其独特的生理生化性质的认识，其在农业各个方面的应用受到了广泛的关注。
2.1 保水保肥，提高肥料利用率γ-PGA 分子含有 1 万个以上的超强亲水性基团 -- 羧基，能充分保持土壤中水分，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。
γ-聚谷氨酸水凝胶研究与应用进展
1.2
化学交联法
Fan K.等[7]利用二卤烷烃化合物作为交联剂，
制备得到了 γ-PGA 水凝胶， 并通过实验证明 γ-PGA 水凝胶是一种潜在的生物活性材料， 可作为肽和蛋 白质等大分子的药物缓释系统。 南京工业大学的张
图 1 γ-PGA (A)、 乙二醇二缩水甘油醚(B)和 γ-PGA 水 凝胶的结构式(C)[1]
Figure 1 Chemical formula of γ-PGA (A), Glycol diglycidyl ether (B), and γ-PGA hydrogel (C)[1]
新民等[8]在 pH 5 左右，以 γ-PGA 为原料，乙二醇 二缩水甘油醚为交联剂，制备 γ-PGA 高吸水树脂， 其最高吸水倍率可达 1 600 g/g， 吸水性能优于物理 交联得到的 γ-PGA 高吸水树脂。 2011 年， 中国 Yang X. L.[2]同样利用乙二醇缩水甘油醚为交联剂， 通过 改进实验方法， 利用装有搅拌器和回流冷凝器的烧 瓶放置在恒定温度水浴中维持反应进行， 得到了具 有高光透射率的 γ-PGA 水凝胶产物。除此之外， γ-PGA 还可以在二甘醇缩水甘油醚[9]、 甲基丙烯酸 羟乙酯 [10] 等交联剂的作用下交联得到水凝胶产 品。 这些交联剂制备水凝胶的方法基本相同， 制得 的 γ-PGA 水凝胶树脂的吸水倍率均可达到 1 000 倍以上， 同时具有较好的吸水性能、 保水性能以及 生物安全性。 所以，利用化学交联的方法制备的 γ-PGA 水 凝胶相较于 γ-辐射制备的水凝胶在吸水性能、 凝胶 强度方面有明显的提高， 交联更完全， 水凝胶的应 用范围更广泛。目前工业和实验室获得 γ-PGA 水 凝胶或其高吸水树脂主要依赖于化学交联法。
专论与综述
γ-聚谷氨酸应用
γ-聚谷氨酸的特性、生产及应用γ-聚谷氨酸[y-poly(g1utamic acid)，γ-PGA]，是由L-谷氨酸[L-Glu]、D-谷氨酸[D-Glu]通过γ-酰胺键结合形成的一种高分子氨基酸聚合物，其结构式如图1(略)。
γ-聚谷氨酸的合成方法较多，有传统的肽合成法、二聚体缩合法、纳豆提取法和微生物发酵法等。
由于化学合成法难度很大，没有工业应用价值，因此对于γ-聚谷氨酸合成方法的研究主要集中在微生物发酵领域。
而对于微生物生产γ-聚谷氨酸的研究，日本一直走在各国的前列，最初是利用纳豆菌对谷氨酸进行聚合而成的。
近年，我国、美国等国家也开展了微生物发酵法合成广聚谷氨酸的研究。
能发酵生产γ-聚谷氨酸的菌种较多，有地衣杆菌、枯草芽孢杆菌等菌种，而以枯草芽孢杆菌发酵生产γ-PGA的研究居多。
在我国，浙江大学、南京工业大学等高校已经开始对微生物发酵法生产广聚谷氨酸进行研究。
γ-聚谷氨酸作为一种高分子聚合物，具有一些独特的物理、化学和生物学特性，如生物可降解性、良好生物相容性、强保水性、对人体无毒害等特性。
这些特性决定了γ-聚谷氨酸在农业、食品、医药、环保、化妆品工业、烟草、皮革制造工业和植物种子保护等领域的广泛用途。
1 γ-聚谷氨酸的性质1.1吸水特性由于γ-PGA极易溶于水，因此其具有很好的吸水特性，王传海等对γ-PGA 的吸水性能进行了研究，结果表明，γ-PGA的最大自然吸水倍数可达到1108.4倍，比目前市售的聚丙烯酸盐类吸水树脂高1倍以上，对土壤水分的吸收倍数为30-80倍。
γ-PGA的水浸液在土壤中具有一定的保水力和较理想的释放效果，有明显的抗旱促苗效应。
在0.206mol/L浓度的PEG(6000)模拟渗透胁迫条件下，γ-PGA仍有较强的吸水和保水能力，可明显提高小麦和黑麦草的发芽率，用其直接拌种也能显著提高种子的发芽率。
γ-PGA的吸水性和保水性可使γ-PGA 被广泛应用于干旱地区保水以及沙漠绿化。
γ-聚谷氨酸在农业应用中的研究进展
摘要 ： ｆ ｙ 一 聚 谷 氨 酸 作 为 一种 微 生 物 发 酵 产 物 ， 具 有 良好 的 水 溶 性 、 生物 降解性和 水解性 ， 且 可 以 食 用 。 目前 已 经在 食 品 、 化妆 品、 医 药和 农 业 等 多 个领 域 进 行 开 发 利 用 。着 重综 述 了 聚谷氨 酸在农业应 用（ 保 水剂 、 肥 料
自１ ９ ４ ２年 Ｂ ｏ ｖ ａ ｒ ｎ ｉ ｃ ｋ等 发 现 一 聚谷 氨 酸 作 为一 种发 酵产 物 能 自由地 分 泌 到培 养 基 中后 ， 人 们发 现 多 种 芽 孢 杆 菌 能 在 胞 外 积 累 ７ 一 聚 谷 氨 酸［ １ ］ 。２ Ｏ世 纪 ９ Ｏ年 代 以来 ， 国 内外 对 一 聚 谷 氨 酸 的微生 物 法 制 备 研究 越 发 活跃 。近 年来 ， 人 们 根据 一 聚谷 氨 酸独 特 的理 化 和 生 物学 特性 ， 不 断
副产 物 多 ， 且得率低ｌ ２ ］ ； ７ ～ Ｐ ＧＡ 多 由微 生 物 发 酵 法得 到 。 目前 发 现 的 ７ 一 Ｐ ＧＡ 生 产 菌 株 主要 是 芽 孢 杆菌 属 ， 包 括枯 草 芽孢 杆 菌 （ Ｂ ａ ｃ ｉ ｌ ｌ ｕ ｓ ． ｓ ｕ ｂ ｔ ｉ — ｌ ｉ ｓ ） 、 炭 疽芽孢 杆 菌 （ Ｂ ． ａ ｎ ｔ ｈ ｒ ａ ｃ ｉ ｓ ） 、 地 衣 芽 孢 杆 菌（ Ｂ ． １ ｉ ｃ ｈ ｅ ｎ ｉ ｆ ｏ ｒ ｍｉ ｓ ） 、 短小 芽 孢 杆菌 （ Ｂ． ｂ ｒ ｅ ｖ ｉ ｓ ） 、 耐热 芽孢 杆 菌 （ Ｂ． ｔ ｈ ｅ ｒ ｍｏ ｔ ｏ ｌ ｅ ｒ ａ ｎ ｔ ） 和 解 淀 粉 芽孢
Ｈｅ ｉ ｌ ｏ ｎ ｇ ｊ ｉ ａ ｎ ｇ Ａｇ ｒ ｉ ｃ ｕ ｌ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ
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微生物絮凝剂γ-聚谷氨酸的生产及应用研究进展邵颖;赵彩凤;邵赛;张乐平【摘要】γ-聚谷氨酸(γ-polyglutamic acid,γ-PGA)是由L-谷氨酸或D-谷氨酸通过肽键结合形成的一种多肽高分子,具有良好的水溶性、生物相容性、水解性、生物可降解性、无毒等优良特性.文章综述了微生物合成γ-PGA生产工艺,如生产菌株、培养基优化、发酵工艺和固定化技术等,介绍了γ-PGA在废水处理方面的应用,并指出了其发展方向.%γ-polyglutamic acid is a polypeptide composed of L-glutamic acid or D-glutamic acid by peptide bond formation. γ-PGA is a promising environmental friendly material with outstanding water solubility, biocompatibility, hydrolysis, biodegradability and non-toxic. This paper reviews the microbial synthesis of γ-PGA production processes, such as the production of strains, medium optimization, fermentation technology and immobilization technology. Meanwhile, it focuses on the application of γ-PGA in wastewater treatment, and points out the development direction in the future.【期刊名称】《湖南农业科学》【年(卷),期】2017(000)008【总页数】4页(P123-126)【关键词】γ-聚谷氨酸;生物合成;废水;应用;综述【作者】邵颖;赵彩凤;邵赛;张乐平【作者单位】湖南省农业科学院核农学与航天育种研究所,湖南省农业生物辐照工程技术研究中心,生物辐照技术湖南省工程研究中心,湖南长沙 410125;湖南省农业科学院核农学与航天育种研究所,湖南省农业生物辐照工程技术研究中心,生物辐照技术湖南省工程研究中心,湖南长沙 410125;湖南省农业科学院核农学与航天育种研究所,湖南省农业生物辐照工程技术研究中心,生物辐照技术湖南省工程研究中心,湖南长沙 410125;湖南省农业科学院核农学与航天育种研究所,湖南省农业生物辐照工程技术研究中心,生物辐照技术湖南省工程研究中心,湖南长沙 410125【正文语种】中文【中图分类】X703.5微生物絮凝剂（Microbial flocculants，简称MBF）是利用生物技术，从微生物菌体或其分泌物中提取、纯化而获得的一种安全、高效，且能生物降解的新型水处理絮凝剂[1]。
MBF可以克服无机高分子和合成有机高分子絮凝剂本身固有的安全和环境污染方面的缺陷，易于生物降解、无毒、无二次污染。
生物絮凝剂已应用于纸浆废水、染料废水处理、污泥脱水及发酵菌体去除[1-2]等领域。
MBF活性成分有糖蛋白、多糖、蛋白质、纤维素、DNA以及具有絮凝活性的菌体等[3]。
目前，MBF存在价格昂贵、絮凝活性不高、投加量大等缺点，其工业化应用不多。
γ-聚谷氨酸（γ-Polyglutamic acid，γ-PGA）是一种由芽孢杆菌（主要为枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌）合成的细胞外水溶性氨基酸聚合物。
γ-PGA由L-谷氨酸和D-谷氨酸单体通过α-氨基和γ-羧基形成肽键之后生成的线型同聚酰胺，分子量一般在100～1 000 kDa[4]。
γ-PGA分子中每个重复单元的α碳原子上连有一个羧基，可在分子内和分子间形成氢键。
γ-PGA是一种阴离子聚合氨基酸，其二级结构在不同pH和离子强度下呈现不同构象[5]。
γ-PGA分子中富含-COOH、-CO-、-NH-等多种活性基团，电荷密度高，分子量较大且呈线性，具有良好的絮凝活性。
目前，高生产成本（高原料成本与复杂的分离纯化工艺），低产量是制约γ-PGA工业化应用的重要因素。
γ-PGA具有优良的成膜性、成纤维性、阻氧性、粘结性、可塑性、吸水性和生物可降解性等特性，使其具有成膜、增稠、乳化、凝胶、保温、助溶、粘结和缓释等功能[4,6]，在水处理、医药、食品、农业、化妆品等领域具有广阔的应用前景。
本文主要对微生物絮凝剂γ-聚谷氨酸的发酵生产工艺及在废水处理方面的应用、国内外发展动态及研究现状进行综述。
γ-PGA生产菌株主要为芽孢杆菌。
根据合成γ-PGA过程中是否需要谷氨酸将其分为谷氨酸依赖型和谷氨酸非依赖型γ-PGA生产菌。
非依赖型γ-PGA生产菌由于培养基不需要提供谷氨酸，原料成本较低，但是γ-PGA产量一般较低（10 g/L左右）。
谷氨酸依赖型γ-PGA生产菌产量较高（大于20 g/L），但原料成本较高[7-9]。
碳源、金属离子、前体物质、微量元素、生物素等对不同菌株的产量存在很大差异。
培养基组成和含量，温度、pH、供氧等发酵条件对γ-PGA产量和分子量大小和分布影响较大。
多篇报道采用响应面法（RSM）或正交设计（PB设计）法对γ-PGA发酵培养基进行优化。
Chen等[10]采用RSM对Bacillus subtilis CCTCC202048固态发酵生产γ-PGA培养基进行了优化，在最优发酵条件下，γ-PGA产量为4.7%（w/w）。
Soliman等[11]采用PB设计对谷氨酸非依赖菌Bacillus sp. SBA-26培养基成分的15个变量进行优化，结果发现K2HPO4、KH2PO4、(NH4)2SO4和酪蛋白水解物是影响γ-PGA产量的主要组分，在优化培养基条件下，γ-PGA最大产量为33.5 g/L。
Yong等[9]采用RSM优化B. amyloliquefaciens C1固态发酵培养基，γ-PGA最大产量达4.37%。
Bajaj等[8]采用因子分析法、PB设计和RSM等多种方法对B. licheniformis NCIM 2324生产γ-PGA培养基进行了优化，产量从5.27 g/L提高到26.12 g/L。
Shi等[9]采用RSM优化B. subtilis ZJU-7培养基组分，γ-PGA产量提高了1倍，达58.2 g/L。
可见，通过统计法可以使γ-PGA产量不同程度提高，同时减少工作量。
在高黏性产物好氧发酵生产过程中，提高溶氧和氧传质效率对于提高目标产物产量和生产速率非常关键。
目前，提高溶氧的技术有微孔曝气技术、膜生物反应器等[12]。
在γ-PGA生物发酵生产过程中，由于其高粘度特性，导致中后期发酵液粘度较大，严重影响混合、传氧和传质过程，进而影响γ-PGA产量、分子量大小和分子量分布等[13]。
Bajaj等[14]研究表明，高转速和高通气量可促进B. licheniformis NCIM 2324生长，当搅拌转速低于750 r/min时，γ-PGA产量随转速增加而增大，当转速为750 r/min，通气量1 vvm时，γ-PGA最大产量为46.34 g/L。
Cromwick等[8]研究了曝气和pH等因素对B. licheniformis ATCC 9945A分批发酵生产γ-PGA产量影响，结果表明，在最适pH 6.5条件下，搅拌速率从250 r/min提高到800 r/ min，曝气量从0.5 L/min增大到2.0 L/min，γ-PGA产量从6.3 g/L增加到23 g/L，尽管如此，局部溶氧限制仍不可避免。
符爽等[15]采用离心式纤维床生物反应器（Centrifugal Fibrous-Bed Bioreactor，CFBB）生产γ-PGA，以强化传质及传氧过程，结果发现CFBB中发酵液的最高黏度为4 000 mPa·s，低于搅拌釜式发酵罐，低粘度有利于氧传质，可连续生产γ-PGA。
细胞固定化技术可以实现细胞的重复利用，有利于产品的分离纯化，简化后处理工艺，缩短生产周期，可实现连续或半连续生产，从而降低发酵成本。
采用固定化细胞发酵，可以得到含菌量很少甚至不含菌体的发酵液。
易于实现产物分离与发酵耦合，减少菌体分离成本，促进工业化应用[15]。
在高粘性黄原胶、鲁兰多糖等胞外多糖发酵生产中，固定化细胞研究较多，这对高粘性的γ-PGA生产同样适用[16-17]。
Hsu等[16]利用棉纤维固定化Xanthomonas campestris细胞生产黄原胶，产量为游离细胞的2倍。
West等[17]利用壳聚糖微球固定化Aureobasidium pullulans ATCC 201253生产普鲁兰多糖，应用1%壳聚糖小球固定化菌株重复生产2批次，第2批次产量（5.0 g/L）为第1批次（3.1 g/L）的1.6倍。
Zhang 等[13]利用聚氨酯泡沫固定化X. campestris CGMCC 1.1781固态发酵生产黄原胶，黄原胶产量为42.62 g/L，约为深层通气发酵产量的2倍。
在γ-PGA微生物合成研究中，关于细胞固定化报道较少。
Berekaa等[18]研究了包埋法和吸附法固定化B. lichenniformis strain-R生产γ-PGA，结果表明吸附法优于包埋法，最适固定化载体为海绵。
以海绵固定化细胞strain-R，在柱式滴流床反应器进行批次半连续生产γ-PGA，第3批次γ-PGA产量最大，为55.5 g/L，第4批次γ-PGA产量略微下降。
γ-PGA为线型聚阴离子高分子，具有水溶性聚羧酸的性质，有强吸水性和金属螯合性，可用作絮凝剂[19]。
作为一种新型微生物絮凝剂，γ-PGA具有生物可降解性、水溶性、无毒和环境友好等优点，在水处理方面应用前景广阔[20]。
在γ-PGA絮凝活性研究方面，Yokio等[21]考察了Ca2+、Mg2+、Fe2+、Fe3+、Al3+等金属离子作为γ-PGA助凝剂对高岭土悬浮液的絮凝活性影响，结果表明，Ca2+对γ-PGA助凝效果最佳，最适pH为4。
Shih等[41]也考察了金属离子和pH对絮凝活性的影响，发现Ca2+为最佳助凝离子，最佳絮凝pH为中性。
Bajaj 等[23]采用响应面法对B. subtilis R 23生产的γ-PGA最佳絮凝条件进行了优化，在最佳条件下，絮凝活性达到最大30.32±1.4 1/OD。
Wu等[3]对B. subtilis DYU1发酵产物（主要成分为γ-PGA）的絮凝性能进行了研究，对γ-PGA絮凝高岭土的机理进行了初步推测，但实验数据不充分。