本文从工业化生产前景出发,开展D-乳酸发酵工艺研究,以满足D-乳酸生产过程中菌种和发酵工艺稳定性、高生产效率、高转化率、高光学纯度、低发酵成本及低残糖浓度等方面的要求。同时,采用系统生物学方法,揭示了不同发酵工艺条件下D-乳酸生产的胞内代谢机理,阐明了最优发酵工艺条件引起D-乳酸高效生产的代谢调控机制。为进一步的菌种进化、廉价原料筛选和发酵工艺优化提供了依据。（1）首先考察了菌株在不同发酵工艺条件下生产D-乳酸的表观动力学特征。条件包括:初始葡萄糖浓度、发酵温度、溶氧、p H、中和剂、廉价氮源和补料方式等,以及组合优化的D-乳酸发酵工艺。在最优发酵工艺条件下,菌株在48 h的发酵时间内,D-乳酸产量可达133.1 g/L,较初始条件提高了70.2%,光学纯度接近100%,质量转化率接近100%,残糖低于1 g/L。（2）为了解析不同发酵工艺条件下菌体生长和D-乳酸生产相关的胞内代谢机理,选取了几种具有代表性的发酵工艺条件进行了代谢组学研究,包括通氮气排除溶氧、采用不同中和剂进行p H控制、更换廉价氮源及组合优化的最佳发酵工艺条件。采用加权关联网络分析（WGCNA）数学分析模型对菌体胞内代谢响应特征进行动态解析,共找出9个与不同发酵工艺条件高度相关的显著差异代谢模块,并鉴定了8种与最优发酵工艺条件高度关联的Hubs代谢物。对每个显著差异代谢模块中包含的代谢物进行生物学意义解析后发现,不同发酵工艺条件对胞内代谢的作用机制差异显著,而且相同条件下不同取样时间点之间也有所差别。而识别的Hubs代谢物可视为D-乳酸发酵过程的生物标志性代谢物,在今后进一步D-乳酸生产强化过程中值得重点关注。（3）由于胞内代谢改向取决于胞内酶或蛋白的变化,为了进一步阐明菌株在最优发酵工艺条件下高效发酵D-乳酸过程的代谢调控机制,采用同位素标记的绝对和相对定量（iTRAQ）蛋白组技术分析了胞内蛋白组轮廓。iTRAQ蛋白组分析共识别和定量了934种蛋白,其中139种蛋白在最优发酵工艺条件下较初始条件的表达水平有明显差异（97种显著上调,42种显著下调）。对这139种差异蛋白进行路径功能分类和进一步分析后发现,糖酵解和磷酸戊糖途径代谢的增强,葡萄糖、氨基酸和多肽等营养物质吸收能力的提升,氨基酸代谢和多肽水解的强化,核酸和蛋白质合成能力的加强,细胞分裂的加快,泵出质子消耗ATP的减少,丙酮酸支路途径的弱化,以及细胞损伤和压力响应引起胞内代谢负担的降低,是最优发酵工艺条件下菌株高效发酵D-乳酸潜在的代谢调控机制。总之,本文首次采用代谢组学和蛋白组学研究策略,揭示了高效发酵D-乳酸过程的代谢调控机制,是今后进一步开展D-乳酸生产强化的理论基石。