γ-聚谷氨酸(γ-PGA)是一种多用途、可生物降解的生物高分子,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,国内外只有少数儿家公司进行小规模生产。本文利用实验室现有产γ-PGA菌株Bacillus licheniformis为研究对象,通过替换无机氮源,然后在摇床水平对发酵培养基、30 L发酵罐上对发酵条件进行了优化,并且在200 L发酵罐进行了中试实验,通过GC-MS和蛋白质谱建立代谢物组学平台,分析添加亮氨酸后的代谢差异,最后运用于工业化生产。本论文主要实验结果如下:(1)单因素实验法挑选能替代硝酸铵的无机氮源,最终确定氯化铵作为替代对象,同时优化在替代后的其他培养基组分含量,以酵母膏为唯一氮源,在浓度为40 g/L时产量最高,为27.5 g/L,在1:1复配的情况下酵母膏和氯化铵的复配所得产量是26.6 g/L。在氯化铵浓度为6 g/L时,,产量最高为29.2 g/L。(2)通过摇床发酵进行Plackett-Burman实验,利用响应面法在氯化铵浓度为6 g/L时,产量最高为29.2 g/L。以γ-PGA产量为响应值,进行4因素.3水平实验对发酵培养基进行了优化。优化后γ-PGA的摇瓶产量有了较大的提高,72 h γ-PGA产量达28.15 g/L。(3)在30 L发酵罐上考察了搅拌转速和通风量对菌体生长和γ-PGA的影响。分别研究了 300 r/min、400 r/min、500 r/min、600 r/min 和 700 r/min 五个转速、1.0 vvm,1.5 vvm和2.0vvm 三个通风量在30 L发酵罐上对发酵过程的影响,最后选择500 rpm的搅拌转速,并通风量分段调控通风至1.5 vvm,利用200 L发酵罐进行了中试生产最终γ-PGA产量达到了 28.6 g/L。(4)本文通过GC-MS和蛋白质谱相互印证探究地衣芽孢杆菌在添加亮氨酸后的代谢过程变化,通过GC-MS分析平台,确定中间代谢物草酰乙酸,琥珀酸,延胡索酸的积累量相较于对照组有很大提高,比对蛋白质谱分析出关键酶确定鸟氨酸循环,亮氨酸、缬氨酸和异亮氨酸的生物合成和降解都出现了不同程度的变化,促进TCA循环,为合成聚谷氨酸提供了更多前提物质。这些结论可以为今后进一步的菌种改良和过程优化提供依据。(5)工业化生产发现添加亮氨酸后发酵周期有所缩短,节约成本。