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γ-聚谷氨酸(γ-polyglutamic,γ-PGA)是由微生物合成的一种由谷氨酸单体缩合而形成的高聚物,单体间通过酰胺键相互连接。它具有多种优良特性,如生物可降解、生物相容、无毒、强溶于水、螯合金属离子等,广泛用于食品、环保、农业、医学等领域。本文从γ-PGA生产菌的诱变选育、发酵过程优化放大、γ-PGA高吸水树脂制备等方面展开研究。主要研究内容如下:(1)采用常压室温等离子体(Atmospheric temperature plasma,ARTP)技术对出发菌株Bacillus subtilis ZF-5诱变处理,诱变条件为:处理距离2 mm、最佳处理时间300 s、样品加量10μL、通气量10 SLM。以不产生脂肽、γ-PGA高产以及分子量中性红定性检测作为筛选标准。从菌株突变库中成功筛选出一株具有优良性能的突变菌株XA-3。通过摇瓶与5 L发酵罐分批发酵,该菌株在发酵过程仅产生少量泡沫,发酵产物粘度较大,也不产生脂肽副产物。突变株XA-3在5 L发酵罐中发酵18 h后,γ-PGA产率可达到26.3g/L。在相同的培养条件下,对两株菌稳定期末期的发酵液粘度进行测定,XA-3菌株的粘度为185Pa·s,相对于出发菌株其粘度增加了20%。(2)以Bacillus subtilis XA-3在5 L发酵罐中的发酵特性研究为基础,进行30 L发酵过程放大实验。结果表明,与5 L罐发酵过程相比,菌体生长较为缓慢,发酵过程进入稳定期由12 h延迟到22 h左右,此间葡萄糖的消耗为50 g/L,OD600达到19.5,氨基氮的消耗为0.96 g/L,γ-PGA的产率由18.1 g/L提高到35.6 g/L,经过稳定期的积累最高产率达到48.2 g/L,较5 L罐提高了97%。在30 L罐中采用分批补料发酵技术研究了碳源葡萄糖对发酵过程的影响,结果表明:葡萄糖的最适初始浓度为100 g/L,补加量为100 g/L,最适补料时间为对数末期(约22 h),对γ-PGA合成有明显的促进作用,γ-PGA产率最高达到64.16 g/L,发酵周期58 h,较分批发酵产率提高了33.1%。(3)提取γ-PGA与乙二醇二缩水甘油醚及其聚合物进行交联反应,制备高吸水树脂。通过单因素实验分别研究了γ-聚谷氨酸浓度、交联剂含量、温度、pH、反应时间五个因素对γ-聚谷氨酸水凝胶吸水率的影响,综合吸水率和收率最终选取聚乙二醇二缩水甘油醚205作为高吸水树脂交联剂。进一步采用五因素三水平的正交实验得到最优方案:温度40℃,pH 5,γ-PGA 160 g/L,交联剂含量为γ-PGA的20%,反应时间46 h,吸水树脂的最高吸水倍率可达1431.91 g/g。(4)对纯化得到的吸水树脂进行电镜扫描观察,其形态呈网格状立体结构,同时采用红外光谱扫描对其进行了分析。