L-色氨酸对人类和动物而言属于八大必需氨基酸中的第二必需氨基酸。本研究以重组大肠杆菌为实验菌株,围绕发酵过程的优化与放大开展了如下研究:首先对基础发酵培养基开展了初步研究:在单因素优化筛选的基础上,采用一系列统计学实验设计方法得到了该菌株优化后的初始发酵培养基组合,以及对移种时间进行选择,最终色氨酸在摇瓶发酵中的产量达到1451.30 mg/L,与优化前的培养基发酵色氨酸产量相比提高了 94.5%。优化后培养基在5 L罐上发酵结果显示,菌体生长的延滞期较长,但优化培养基试验组发酵结束时色氨酸的产量与对照组相比提升了 17.3%,糖酸转化率比对照组提高了 19.7%。其次,对发酵过程的氮源调控开展了相关研究:大肠杆菌发酵产色氨酸过程铵离子的不足和供氧水平限制可能是色氨酸比合成速率降低的主要原因之一。考察了不同氮源流加模式对重组大肠杆菌色氨酸发酵的影响,结果显示一定量的硫酸铵补加能够促进菌体生长,但过高的硫酸根离子引起的电导率的升高会严重影响菌体活性和色氨酸的进一步合成;补加酵母粉能维持菌的活力,但对色氨酸的合成速率的提升不利;乙酸铵和玉米浆流加控制的工艺结果显示,这种方法能够缩短菌体生长的延滞期,与对照相比色氨酸产量提高了 35%,糖酸转化率比对照组提高了 27%。菌体摄氧率(OUR)是一种可实时检测的宏观代谢特征参数,可为过程的优化与放大提供有效信息。通过多参数相关分析,考察了六种不同的OUR控制模式对发酵的影响。结果表明:在5 L罐发酵中,24 h前缓慢提升OUR至100 mmol/L/h,并在24 h后维持在这一水平的控制方式更利于色氨酸的合成,这一研究结果有望在工业放大过程中实施。