聚麩胺酸之特性及其在農業上之應用

陳俊位

《臺中區農業改良場特刊》 122號 (2014/03) Pp. 237-244

摘要

天然聚麩胺酸〔γ-(D, L)-P GA, γ-Polyglutamic Acid，簡稱γ-PGA］係利用微生物（Bacillus sp.）或酵素（glutamyl transpeptidase）將聚麩胺酸經由生化過程聚台而成的一種生物可分解性的高分子材料。聚麩胺酸（γ-PGA）最早被發現於Bacillus anthracis的莢膜中，在日本傳統食品納豆的黏性物質中亦發現含有大量的γ-PGA。聚麩胺酸為生物性高分子聚合物，具有保濕性、高黏性、無毒性、金屬螯合性、生物可分解性及生體相容性等特性。由於其構成成份相當奇特因而具有許多一般意想不到的結構特性和多功能特性，極適合於跨領域的工業應用，具高度經濟價值。γ-PGA只含有麩胺酸，為單一胺基酸所組成，其化學結構為γ-COOH羧基與α-NH_2胺基縮水結合而成的γ-peptide bond鍵結之生物高分子。由於γ-PGA含有很多-COOH基和呈現多種結構功能形態（Conformational states）而具備許多化學與生物學上的多功能特性，例如在中性溶液中可與多種重金屬離子螯合（Chelating）並產生沉澱，能與多種具生理功能蛋白質強烈結合（binding）的能力，與鈣離子和鎂離子結合成離子配位錯鹽離子結構（Coordinated ionic complex）的功能等。因聚麩胺酸具有多機能性，在食品方面之應用可作為增黏劑、保水劑、酸味抑制劑等品質改良劑，亦可作為促進葉酸及多種礦物質吸收的營養強化劑。在化妝品應用方面，聚麩胺酸具高吸水性是絕佳的保濕素材。在醫療用素材方面可開發生醫用人工皮膚及緩釋藥劑等，亦可開發成衛生器材用尿布和衛生棉之超吸水膠體，以及生物可分解性材料用包裝器材，另外也可改良人造纖維之保濕性質；其他如奈米級生醫材料、生物晶片及生物分子感測器等特殊應用尚有待積極開發。在農業應用上，可供開發土壤改良劑、沙漠綠化、種子被覆劑、農作物生長助劑、動物飼料營養助劑等特殊產品。由於用途廣泛，對於目前化學台成高分子具有較優異的取代性，且在安全及環保上有其絕對的必要性，展望未來，γ-PGA將成為全球最重要的高分子素材之一。