γ-聚谷氨酸(γ-Polyglutamic acid, γ-PGA)是由杆菌微生物产生的一种胞外谷氨酸聚合物,由D-谷氨酸和L-谷氨酸通过Y-谷氨酰胺键连接聚合而成。γ-PGA可作为生物絮凝剂、加湿剂、增稠剂、药物缓释剂、药物载体、高吸水性树脂、生物可降解纤维、重金属吸收剂以及作为食品添加剂等广泛应用于医药行业、化妆品工业、污水处理及食品工业中。与传统的化学合成高分子相比,生物高分子因其生物可降解性、生物相容性、非石油资源,可实现可持续发展等众多优势,近年来微生物合成生物高分子的开发与应用逐渐成为了研究的热点,生物高分子越来越受到人们的青睐。本文通过诱变选育一株γ-PGA高产菌株并对其发酵特性进行研究。首先,研究γ-PGA与十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)的氢氧化钠溶液反应形成混悬液的特性,通过反应体系的吸光度来反映其浊度,进而通过浊度与γ-PGA浓度的线性关系,建立一种测定发酵液中γ-PGA的检测方法。研究结果表明,CTAB比浊法最佳检测波长为250nm,CTAB溶液质量浓度为5g/L,反应温度为环境温度,络合时间为3min,回归线性方程y=0.0335x—0.1519,R2=0.9995,发酵液中加标平均回收率为106.6%,平均RSD值为2.56%。对纳豆芽孢杆菌的原生质体制备条件进行优化,并采用紫外-氯化锂对其原生质体进行复合诱变。试验结果表明,在溶菌酶浓度0.6mg/mL、酶解时间40min、酶解温度35℃、渗透压稳定剂0.7mol/L的KCl溶液条件下制备的原生质体的形成率为95.46%,再生率为15.83%。以40s的紫外辐照剂量和6%的氯化锂浓度对原生质体的进行复合诱变得到B.natto ZJ-307,其γ-PGA产量达到15.56g/L,较出发菌株提高了36.46%,连续传代培养10代,遗传稳定性较好。通过Plackett-Burman设计法和响应面分析法,对纳豆芽孢杆菌ZJ-307的发酵培养条件进行了优化。由Plackett-Burman设计结果表明,谷氨酸钠、酵母膏和K2HPO4为影响γ-PGA发酵水平的重要影响因子。在响应面实验设计及分析下,对3种因素的浓度进行优化,优化后获得的培养条件为：谷氨酸钠39.99g/L,酵母膏25.53g/L, K2HPO42.25g/L,葡萄糖50g/L, MgSO40.4g/L, CaCI20.3g/L,接种量3%,pH7.5,装液量为80mL,培养温度为35℃,摇床转速200r/min,γ-PGA的水平由初始培养条件下的15.56g/L提升至24.62g/L,与回归方程的预测值接近,模型较可靠。采用Logistic方程、Leudeking-Piret方程建立了B.natto ZJ-307产γ-PGA的发酵动力学模型,三个模型的线性相关R值都在0.99以上,可以较好的描述B.natto ZJ-307在分批发酵过程中的菌体生长、产物形成及底物消耗随发酵时间变化的过程,在一定程度上揭示了B.natto ZJ-307发酵代谢产γ-PGA的动力学特性。对B.natto ZJ-307发酵过程中pH和粘度的变化进行了测定,研究温度和pH对发酵液粘度的影响,在此基础上,对发酵产物进行分离提取。采用粘度法对发酵产物的分子量进行了测定,采用纸层析和红外光谱方法对提取纯化的γ-PGA样品进行了初步分析,结果表明发酵产物是分子量为30万单位的γ-PGA。