【摘 要】
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γ-聚谷氨酸（γ-polyglutamic acid,γ-PGA）是一种广泛应用于食品、农业、医药等领域的生物聚合物,其具有可生物降解、可食用、水溶性强等特性。目前,γ-PGA主要通过微生物发酵法获得。本文以地衣芽孢杆菌（Bacillus licheniformis）CGMCC NO.3336为出发菌株,在5L发酵罐上进行了分批补料发酵优化、发酵条件优化;在200L、50T发酵罐上进行了逐级放大实
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γ-聚谷氨酸（γ-polyglutamic acid,γ-PGA）是一种广泛应用于食品、农业、医药等领域的生物聚合物,其具有可生物降解、可食用、水溶性强等特性。目前,γ-PGA主要通过微生物发酵法获得。本文以地衣芽孢杆菌（Bacillus licheniformis）CGMCC NO.3336为出发菌株,在5L发酵罐上进行了分批补料发酵优化、发酵条件优化;在200L、50T发酵罐上进行了逐级放大实验验证;通过代谢组学和转录组学分析了分批补料发酵对合成γ-PGA的影响;最后探究了培养基中酵母膏的组成成分对合成γ-PGA的影响。本论文主要实验结果如下:（1）在5L发酵罐上通过分批补料发酵优化,确定了在培养基中葡萄糖浓度和铵离子浓度分别低于5 g/L和0.5 g/L时,流加补料葡萄糖溶液和硫酸铵溶液,使培养基中葡萄糖浓度和铵离子浓度分别维持在5-15 g/L和0.5-1.0 g/L,并持续维持12 h;确定了初始添加30 g/L谷氨酸钠,在培养基中谷氨酸浓度低于3 g/L时,流加味精溶液使谷氨酸浓度维持在3-10 g/L,直至发酵结束。这一优化使得在发酵72h结束时γ-PGA产量为45.54 g/L,较分批发酵提高了33.90%;谷氨酸转化率为79.89%,较分批发酵提高了64.45%。（2）在5L发酵罐上分别研究了250、300、350、400、450 r/min五种搅拌转速对合成γ-PGA的影响;分别研究了1.00、1.25、1.50vvm三种通风比对合成γ-PGA的影响;最终选择400r/min的搅拌转速和1.25vvm的通风量为发酵条件,最后在200L发酵罐进行了验证,最终γ-PGA的产量达到了47.09 g/L。（3）通过代谢组学和转录组学探究分批补料发酵对地衣芽孢杆菌合成γ-PGA的影响。基于GC-MS发现分批补料发酵主要促进了糖酵解、TCA循环、氨基酸代谢。基于转录组学发现分批补料发酵促进了L-谷氨酸的合成,增强了菌体的能量代谢。（4）在50吨发酵罐上进行了工业化生产放大实验,发酵过程中各项参数与200L发酵罐实验基本吻合。（5）针对发酵过程中产量不稳当的问题,对酵母膏的种类和浓度进行了优化,并对酵母膏的有效成分进行了分析。结果表明,酵母膏中总氮和氨氮含量分别为12%和3.5时最有利于γ-PGA的合成。此外,发现不同酵母膏中维生素和氨基酸含量不同也是影响γ-PGA产量稳点的重要因素。
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