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γ-聚谷氨酸(γ-PGA)是一种新型的绿色生物材料，对环境无危害，具有可食用性、无毒性、保湿型、可塑性，同时具备极佳的生物可降解性等许多独特的理化和生物学特性，一直是现在高分子材料研究的热点。现在，γ-PGA及其衍生物具有十分广阔的应用前景，具有很大的市场空间，但是其工业化生产还存在很多制约因素，比如生产成本较高，生产工艺需要进一步优化、改良等，与此同时γ-PGA产品的推广往往偏重于基础产品的应用，而在医药卫生等高端领域的应用偏少，因此寻找一种低成本、工艺精良的生产方式，并能推动γ-PGA产品深入应用，是以后γ-PGA工业化的必由之路。 本论文以实验室筛选的枯草芽孢杆菌Bacillus subtilis NX-2为研究对象，分别以葡萄糖和低值原料甘蔗糖蜜为碳源，结合搅拌式与气升式生物反应器联用发酵γ-PGA，以及利用好氧植物纤维床生物反应器固定化发酵生产γ-PGA，建立了一种连续、高效的生产工艺，同时通过膜分离系统，浓缩纯化γ-PGA产品，为γ-PGA向高端领域的应用打下了一个很好的基础。该研究对γ-PGA的工业化生产及应用具有重大的意义，主要研究工作具体如下: 1.搅拌式与气升式生物反应器联用发酵生产γ-PGA的工艺。实验结果表明，以葡萄糖为碳源时，MSAB反应器补料分批发酵生产γ-PGA发酵周期为78 h，菌体干重(DCW)为7.88 g/L，γ-PGA产率61.5 g/L，生产强度0.660 g/L/h。发酵过程中采用恒流补料策略，维持葡萄糖浓度在10 g/L左右。与以葡萄糖为碳源时相比，以糖蜜为碳源可以缩短发酵周期2h，提高γ-PGA产率3.2 g/L，不仅可以明显提高γ-PGA的生产强度，还可以明显缩短发酵时间。 2.好氧植物纤维床生物反应器固定化发酵生产γ-PGA的工艺。游离细胞发酵存在菌体浓度低、发酵时间长等缺点，利用固定化发酵可以解决其难题。实验结果表明，MSAB能够有效的实现γ-PGA的发酵生产，与单独使用搅拌式生物反应器相比，γ-PGA生产效率得到了有效的提高，以60 g/L的葡萄糖为碳源，MSAB的发酵时间由72 h缩短至56h，γ-PGA产量由32.8 g/L提高至35.5 g/L，生产效率提高了1.39倍。以60 g/L的糖蜜为碳源，MSAB的发酵时间由72 h缩短至55 h，γ-PGA产量由33.9 g/L提高至37.8 g/L，生产效率提高了1.46倍。这是一种高效、经济、高强度的γ-PGA生产工艺。 3.利用膜分离技术建立了一种简便、高效提取发酵液中γ-PGA的工艺，为γ-PGA产品在医药领域的应用奠定了一定的基础。实验结果，通过菌体截留率、蛋白截留率、膜通量、γ-PGA透过率等几个因素的进行考察，选定1.4μm的陶瓷膜作为实验微滤处理的膜。通过条件优化，选择微滤条件为:初始压差为1.5bar，发酵水解液稀释倍数在0.7左右，料液温度为30℃，pH为4.0。收集微滤透过液，通过尺寸为30 kDa和5kDa超滤膜处理，液相检测γ-PGA的分子量为12.3 kDa，为我们所需的产品，通过纳滤膜进一步纯化浓缩，冷冻干燥可得高纯度的γ-PGA产品，为γ-PGA的深层次利用提供了一种方法。