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聚?-谷氨酸(?-PGA)是由微生物发酵合成的一种由D-和L-谷氨酸通过?-谷氨酰键,在合成酶系的作用下形成的一种胞外氨基酸高聚物。聚?-谷氨酸具有增稠、乳化、凝胶、保湿和粘结等功能特性,是一种生物相容性和可完全降解的新型天然高分子材料。在食品、日化、石油、农业、制药及生物工程领域具有广泛的应用前景。本论文以地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis WBL-3)为聚??谷氨酸的生产菌株,通过诱变筛选出高产菌株,研究了摇瓶中的营养条件和环境条件对聚?-谷氨酸的影响,5L台式小型发酵罐上不同溶氧对聚?-谷氨酸的影响,以及碳源的代谢机制。主要研究结果如下:1.通过亚硝基胍和60Co诱变,筛选到一株遗传性能稳定的高产突变株Bacillus licheniformis C9,其聚?-谷氨酸的产量由诱变前的9.44g/L提高到19.76g/L,提高109%。2.考察了各种摇瓶条件对Bacillus licheniformis C9发酵合成聚?-谷氨酸的影响。在单因素实验的基础上,采用L9(34)正交表安排发酵培养基中碳源、氮源及其浓度的正交优化实验,得出培养基中碳源的浓度为:柠檬酸12g/L,甘油80g/L,L-谷氨酸23g/L,氯化铵7.0g/L。在此实验基础上,又对磷酸氢二钾、硫酸镁、三氯化铁、氯化钙、硫酸锰、钼酸氨进行了L25(56)正交实验。正交实验的结果为:三氯化铁0.06g/L,氯化钙0.40g/L,钼酸氨0.20g/L,硫酸镁0.60g/L,磷酸氢二钾0.60g/L,硫酸锰0.104g/L。进一步获得了聚?-谷氨酸摇瓶发酵较优的环境条件组合为:初始pH7.0,装液量50ml/250ml,接种量5%,温度37℃。3.在5L搅拌式发酵罐中分批培养生产聚?-谷氨酸,培养温度为37℃,通气量1.17vvm的情况下,不控制pH时,发酵液pH迅速下降到5.3,48h细胞干重达到6.22g/L,发酵64h,聚?-谷氨酸产量最高为26.82g/L。pH恒定控制在6.5时,40h细胞干重达7.48g/L,发酵48h,聚?-谷氨酸产量最高为29.16g/L。4.在5L搅拌式发酵罐中,pH恒定为6.5,培养温度37℃,通气量1.17vvm情况下,不同溶氧对聚?-谷氨酸分批发酵的影响有较大差异。考察了不同的搅拌转速及添加2%正十二烷对菌体生长、聚?-谷氨酸合成及消耗碳源的影响。研究发现,溶氧对菌体生长和聚?-谷氨酸合成形成明显的影响。添加2%正十二烷时,聚?-谷氨酸产量为38.06g/L,比转速为600r/min时提高了30.5%,说明添加2%正十二烷是一种有效的方式。5.通过改变发酵培养基的碳源,考察了不同碳源的作用。柠檬酸、谷氨酸是合成聚?-谷氨酸的碳源。柠檬酸经过TCA循环到达?-酮戊二酸,进而转化为谷氨酸,合成聚?-谷氨酸。对发酵液进行高压液相分析,发现有乙醇、乙酸、丙酮酸等代谢产物生成。由于培养基中甘油的添加量较大,甘油进入EMP途径,产生ATP,为微生物活动提供大量能量。