γ-聚谷氨酸(γ-PGA)是一种多用途、可生物降解的生物高分子化合物,其在医药、环保、农业、食品和化妆品行业拥有广阔的空间。但由于γ-PGA生产成本较高,国内外只有少数几家公司进行小规模生产。本文以γ-PGA高产菌Bacillus licheniformis CGMCC3336为研究对象,对其发酵培养基和发酵条件进行了优化,并对其不同发酵阶段的代谢流进行了分析。本论文主要实验结果如下:通过摇瓶筛选实验,发现组氨酸、谷氨酰胺、精氨酸、甲硫氨酸和胆碱对γ-PGA的合成具有促进作用。利用Plackett-Burman实验和响应面法,以γ-PGA产量为响应值,对γ-PGA产生菌B.licheniformis CGMCC3336的发酵培养基进行了优化。结果表明,培养基对发酵结果影响显著,经优化后,72 h γ-PGA的摇瓶产量产量达27.18g/L,提高了 41.1%最终优化后的培养基为:葡萄糖80,味精80,酵母膏20,NH4NO34.1,MgSO4·7H2O 0.95,无水 CaC12 0.5,FeSO4·7H2O,0.01,NaCl10,甲硫氨酸 0.38,谷氨酰胺 0.57。5 L罐实验发现,搅拌转速、通风量和pH对菌体生长和γ-PGA均有较大影响。综合各个有利因素,分段调控通风和pH,在提高产量的同时有效的缩短了发酵时间,提高了生产效率。最终的5L罐发酵工艺为:0h-16h,500r/min、1.0 vvm和恒定pH 6.5,16h后调节pH与通风(2小时内缓慢调节)500r/min、1.5vvm和恒定pH7.0在最优工艺条件下γ-PGA产量达到了 37.2 g/L。在最佳工艺条件下,发酵64h的γ-PGA产量达到了 37.0 g/L对于原有的工艺在72 hγ-PGA产量为29.5 g/L,提高了 26.1%。本文还对5 L罐上对发酵条件优化前后的γ-PGA生产菌株的代谢通量和相关酶活性进行了分析,分析结果表明优化发酵条件后γ-PGA合成能力强的主要原因是减少了HMP途径,增加外源谷氨酸的利用。同时优化后的发酵条件能够避免碳代谢流量偏离糖酵解途径,减少磷酸戊糖途径,最终提高生产强度。通过研究发酵优化前后谷氨酸和α-酮戊二酸这两个节点的代谢通量的变化以及相关酶活性的变化,可以调控这两个节点的通量分配为今后进一步的菌种改良和过程优化提供依据。