y-聚谷氨酸(γ-polyglutamic acid,简称y-PGA),是一类水溶性较高的的酰胺类有机化合物,它可以经由变种的芽孢杆菌来产生。y-PGA这种阴离子类的有机化合物是L-Glu或D-Glu单体通过肽键连接而成的同聚酰胺,其中肽键是由α氨基与γ羧基形成的。y-PGA拥有非常好的构成薄膜性,组成纤维束性,防止氧化性,可重塑性,粘合性,保湿性和能够被微生物分解等独特的物理化学特性和生物学性能,它是一类对人身体与生存环境没有毒害作用的新颖的生物高分子有机化合物,所以可以普遍被用以食物生产、护肤品、生物药品、农产品、化工业、油料脱水、环境污染治理、装修用料、日常应用品以及水污染处理中。实验通过单因素实验、PB设计、最陡爬坡实验及响应面中心组合设计对枯草芽孢杆菌CGMCC2283发酵生产y-PGA的培养基进行了优化。优化结果显示枯草芽孢杆菌CGMCC2283发酵生产γ-PGA的最优培养基的成分及其含量为:氮源C7.00 g/L、玉米糖化液 100.00 g/L、NaCl 6.00 g/L、KH2P04 5.00 g/L、MnS04 0.80 g/L、谷氨酸钠 40.00 g/L、CaC120.42 g/L及MgS041.25 g/L。在此条件下枯草芽孢杆菌CGMCC2283发酵生产y-PGA的量能达到73.40g/L。在以上优化的基础上进行主要养料玉米糖化液、氮源C、谷氨酸钠的流加补料方式,更进一步提高了 y-PGA的产量,使得最终产量能高达79.80g/L。为将微生物菌体从γ-PGA培养液中分离出去,同时考虑到γ-PGA培养液的物理化学的特殊性质,实验使用过滤剂A来去除培养液中的微生物菌体,首先依次确定各个影响因素的最优条件,然后在各个影响因素最优的条件下模拟小型板框过滤机进行小试,最后通过小型板框过滤机进行验证,以处理后培养液中剩余的菌体量、蛋白质量、γ-PGA的量为参考指标,确定过滤剂A的最佳用量。实验显示:培养液加热至50℃处理30min后,再用蒸馏水处理4次,然后进行过滤,以1.6cm厚(约25g)的过滤剂A层作为滤饼层,培养液连续4次过滤后,能够去除原130mL培养液中几乎所有的微生物菌体(即1.0g过滤剂A可以去除1.3mL原培养液中的菌体),且发酵液中蛋白质的含量为0.32mg/mL,y-PGA将近损失了 34.8%。采用小型板框循环过滤,1.0g过滤剂A可以去除3.4mL原培养液中的菌体,这比模拟实验处理的培养液要多。为了进一步提高γ-PGA的纯度,使其应用得到更广泛的提高,实验对除去菌体的γ-PGA发酵液作了进一步脱色、除离子、浓缩及冷冻干燥的处理。结果显示:脱色剂B去除发酵液颜色的最优工艺条件为:脱色剂B的添加量为0.7%,搅拌速度为80r/min,搅拌时间为15min;发酵液经过阴阳离子交换树脂的顺序为:先过阳离子后过阴离子交换树脂;ZK-过滤膜进行3次浓缩-处理-浓缩的过程后,小分子物质才能被完全除尽;干燥后得到白色片状物质,纯化完成后最终γ-PGA的得率为1.56%。最后,实验对冷冻干燥处理后的γ-PGA样品进行了结构及纯度的研究,通过紫外扫描结果显示:该样品的最大吸收波长位于216 nm处,并且只出现一个峰,与γ-PGA的特征紫外吸收波长216 nm吻合,不属于蛋白及核酸类;通过红外扫描结果显示:该样品具有一系列特征吸收,通过特征吸收可知该聚合物为聚酰胺,通过与标准y-PGA红外扫描图谱的对照,进一步确定了该样品为y-PGA;经由薄层层析可以看出该样品的酸解液在薄层板上显现出仅有的显色点,和标准谷氨酸样点的Rf相同,并且没有其余氨基酸的显色点,也就是说样品中几乎不存在其它氨基酸;通过HPLC分析可得:该样品只有一个较明显的吸收峰,说明该样品达到了一定的纯度;通过GPC法确定了该样品的分子量为1095kDa,聚合度也很高。