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γ-聚谷氨酸(Gamma-Polyglutamic acid,γ-PGA)是微生物利用胞内γ-PGA合成酶系催化D-和L-谷氨酸连接而成的大分子型多肽,是具有水溶性、可生物降解的高分子材料。可广泛用于医药,食品,烟草化妆品,水处理等工业领域。 本文开展利用一株枯草芽胞杆菌ZJU-7(Bacillus subtilis)生产γ-聚谷氨酸的研究。经摇瓶中培养基优化研究后,然后在5L发酵罐上研究温度、溶氧、pH等对发酵生产水平的影响。研究表明,当采用含80g/L谷氨酸,60g/L蔗糖,60g/L胰蛋白胨,15g/L NaCl,pH7的培养基,温度37℃在搅拌转速200r/min和通气量1.0vvm时,γ-聚谷氨酸产量达到最大产量,为50.2g/L。 基于分批发酵实验结果,建立了枯草芽胞杆菌发酵生产γ-聚谷氨酸(γ-PGA)的发酵动力学模型。所用模型为:Logistic、Luedeking-Piret方程,应用MATLAB软件对模型参数估计和非线性曲线拟合,采用的算法为全局性收敛的Levenberg-Marquardt修正的高斯牛顿法,以误差平方和最小为目标,获得待估参数。根据发酵实验数据和经验获得模型参数的初估值,直到获得全局性收敛的最优化参数估计值。 非线性规划得到的3个发酵动力学的数学模型为: 菌体生长动力学模型:dX/dt=0.3718(1-X/14.9044)X; 产物生成动力学模型:dP/dt=2.3039dX/dt+0.0201X; 底物消耗动力学模型:-dS/dt=2.2402dX/dt+0.0112dP/dt; 3个模型的线性的线性相关性R值均在0.9790以上。结果表明模型的相对误差较小,能很好地反映枯草芽胞杆菌生产γ-PGA的分批发酵过程,为实验数据的模拟放大,以及从分批发酵过度到补料发酵乃至连续发酵提供了理论基础。