γ-聚谷氨酸（γ-PGA）是一种水溶性的、可生物降解、可食用且对人和环境无毒的生物高分子物质,可由微生物聚合得到。这些特性使得γ-聚谷氨酸及其衍生物在食品、化妆品、医药、农业和水处理等领域有广阔的应用前景。为提高微生物发酵生产γ-聚谷氨酸的产量,本研究采用Bacillus subtilis NOBEL-007发酵制备γ-聚谷氨酸,并通过单因子试验及正交试验分析,得到枯草芽孢杆菌发酵生产γ-聚谷氨酸的最佳营养条件和培养条件。结果表明最佳营养条件为:葡萄糖40g/L,酵母膏5g/L,谷氨酸钠30g/L,NH₄Cl 3g/L,K₂HPO₄ 2g/L,MgSO₄ 0.25g/L;最佳培养条件为:培养温度37℃,摇床转速200r/min,装液量40mL（250mL三角瓶）,接种量为2%,培养48h,pH值7.0,此时γ-聚谷氨酸的产量最高,达到20.15g/L。为了确定Bacillus subtilis NOBEL-007发酵产品的结构组成,采用纸层析、FT-IR和NMR等多种测试手段对Bacillus subtilis NOBEL-007代谢产物γ-PGA结构进行了初步表征分析。纯化样品经水解后,纸层析谱图出现一个峰,与谷氨酸相同,说明其仅由谷氨酸聚合而成,红外光谱图的特征吸收峰与标准品一致,表明两者具有相同的化学结构,初步确定试验精制产品为γ-PGA。γ-PGA的核磁共振谱图进一步说明γ-PGA由谷氨酸组成。为深入了解分批发酵过程中Bacillus subtilis NOBEL-007的生长特性和提高γ-PGA的生产水平,在5L发酵罐上研究了pH、温度、搅拌转速、通气量等对菌体生长和γ-PGA产量的影响,研究表明最适条件为:pH7.0,温度37℃,搅拌转速和通气量分别是200r/min和l.0vvm。在优化后的培养条件下,γ-PGA的产量达到22.16g/L。根据分批发酵的实验数据,对Bacillus subtilis NOBEL-007合成γ-聚谷氨酸的发酵动力学特性进行了研究,通过Logistic方程,提出了发酵过程中菌体生长、γ-聚谷氨酸合成、基质消耗的动力学模型。应用MATLAB数值应用软件对实验数据进行处理,得到了Bacillus subtilis NOBEL-007分批发酵合成γ-聚谷氨酸的动力学模型参数。模型可表述为:菌体生长动力学模型:γ-PGA生成动力学模型:葡萄糖消耗动力学模型:对实验数据与模型进行比较,结果表明模型与实验数据能较好地拟合,相对误差较小,能很好地反映Bacillus subtilis NOBEL-007生产γ-PGA的分批发酵过程的动力学特征,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。研究了Bacillus subtilis NOBEL-007制备的生物絮凝剂γ-聚谷氨酸（γ-PGA）的絮凝活性。γ-PGA对高岭土、活性炭等悬浮液均有较高的絮凝活性,絮凝活性稳定,热稳定性好,当温度高于70℃时絮凝活性开始下降。采用10mg/L的γ-PGA溶液对活性炭的絮凝活性可达到90%以上,Mg²⁺、Ca²⁺、Na⁺、Fe³⁺等金属离子能不同程度增强γ-PGA的絮凝活性,其中Ca²⁺的助凝效果最佳,而Al³⁺、Fe²⁺则起削减作用。使用Ca²⁺作助凝离子可降低γ-PGA的用量,但Ca²⁺浓度过高会明显降低γ-PGA的絮凝活性。Ca²⁺浓度为10mM及介质溶液维持pH中性都有利于提高γ-PGA的絮凝活性。另外,还研究了γ-PGA的絮凝活性分布,实验证明絮凝活性主要分布于发酵原液及上清液中,而菌体细胞的絮凝活性一直很低。通过发酵过程中γ-PGA含量与培养液絮凝活性的关系中可得出,γ-PGA是产生絮凝现象的关键所在。