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γ-聚谷氨酸(简称γ-PGA)是一种生物高分子材料。由于其水溶性好、可生物降解、可食用以及对人类和环境无毒,在环境、医药、食品和化妆品等领域具有广泛的应用前景。因此关于γ-PGA的制备备受关注。本文考察了搅拌转速对Bacillus subtilis NX-2分批发酵γ-PGA的影响,并建立了γ-PGA分批发酵动力学模型,最后对γ-PGA提取工艺进行了研究。1.实验结果表明,搅拌转速对γ-PGA合成有重要影响,高搅拌转速有利于氧的传递和底物的传质,所以菌体生长快,但过大剪切力破坏γ-PGA长链的延伸,不利于合成大分子γ-PGA。过高转速下细胞增殖很快,葡萄糖很快耗尽,导致细胞迅速衰亡,最终γ-PGA产率不高。搅拌转速为400 r/min时,γ-PGA产率最高,达21.78 g/L。2.进一步对初始葡萄糖浓度为40 g/L、400 r/min条件下的B. subtilis NX-2分批发酵生产γ-PGA过程进行了动力学研究,建立了细胞生长和产物合成的动力学模型。细胞生长动力学模型: [ 0.284203exp( 0.138948 ) 0.009842]0.032143 x SX P X S r dC CC C= dt = + C? ?γ-PGA生成动力学模型: rP = ddCtP= 3.993446 rX + 0.01397C X CG lm ? 0.013789CP实验验证结果表明,在葡萄糖初始浓度为30～60 g/L范围内,所建模型对B. subtilis NX-2批式生物合成γ-聚谷氨酸动力学方程在以上葡萄糖初始浓度范围内具有较好的适用性。3.建立了从高粘度发酵液中分离细胞和提取纯化γ-PGA的有效方法。具体步骤:将发酵液酸化至pH3以降低体系黏度,选用0.8μm孔径的微滤膜效果较好,除菌率达到70.9%,而产物的损失率仅为5%。选用截留分子量为100,000Da的中空纤维膜对除菌后的发酵液进行超滤后,γ-PGA浓度由24g/L浓缩到60g/L,用于提取的乙醇用量降为原来的1/4。超滤过程中引入加水稀释和重复浓缩的步骤,尽可能的去掉杂质。最终浓缩液直接乙醇沉淀真空干燥得到的γ-PGA产品纯度达95%以上。