鼠李糖胶是一种由鞘氨醇单胞菌合成的鞘氨醇胶，具有良好的热稳定性、耐酸碱性、流变学特性等性质。目前鞘氨醇胶其它成员如结冷胶、威兰胶的研究已逐渐成熟，应用范围遍布工业、农业、食品、医药等领域，而国际上对鼠李糖胶的研究尚处于起步阶段，国内针对鼠李糖胶的研究也几乎空白。因此，有必要开展鼠李糖胶的相关研究工作。　　本论文以自主筛选的鼠李糖胶生产菌株为研究对象，针对发酵过程中的氧传质差、溶氧率低等问题，开发了两步pH、两步搅拌转速联合控制等策略生产鼠李糖胶研究，构建了包括搅拌式与气升式联用(MSA)生物反应器、好氧植物纤维床（APFB）反应器在内的新型固定化生产装置，实现了生物发酵法制备鼠李糖胶的高效生产。论文主要研究内容如下:　　1.从南京老山森林公园的土壤中经过筛选得到一株粘性胞外多糖高产菌株RH-1，对该菌株进行鉴定，确定该菌株属于鞘氨醇单胞菌属（Sphingomonas sp.），与鼠李糖胶生产菌株Sphingomonas sp.ATCC31961相似性最高，达到99％。将该菌株命名为鞘氨醇单胞菌Sphingomonas sp.RH-1并保藏于中国普通微生物菌种保藏管理中心（保藏号CGMCC No.6833）。Sphingomonas sp.RH-1发酵产物为粘性胞外多糖，由于Sphingomonas sp.RH-1与ATCC31961相似程度最高，且产物结构鉴定结果均与鼠李糖胶相同，判定该菌株所产胞外粘多糖为鼠李糖胶。　　2.利用Sphingomonas sp.RH-1菌株进行摇瓶发酵研究，鼠李糖胶摇瓶产量11.57±0.63 g/L。为了提高野生菌株产胶量，对Sphingomonas sp.RH-1进行等离子体诱变育种。筛选出Sphingomonas sp.RH-1-9为下一步研究用菌。对摇瓶发酵生产鼠李糖胶的培养条件和培养基进行优化，优化后发酵条件为:装液量100mL/500 mL三角瓶、培养温度30℃、摇床转速220 r/min、接种量5％(v/v)。优化后培养基配方为:葡萄糖40 g/L，豆粕粉5.38 g/L，K2HPO45.72 g/L，MnSO40.32g/L，pH7.5，优化后培养基产鼠李糖胶产量19.58±1.23 g/L，较优化前(13.78±1.38g/L)提高了42.09％，粘度3.05±0.23 Pa·s，生物量5.78±0.42g/L，残糖量22.25±1.0g/L，发酵终了pH6.2±0.23。　　3.考察了7.5 L发酵罐内Sphingomonas sp.RH-1-9生产鼠李糖胶时pH、通气量、搅拌转速对发酵过程的影响。在自然pH条件下，发酵液pH自7.45±0.10开始持续下降，发酵72 h后pH为6.13±0.27。对菌株在不同pH条件下(6.5、7.0、7.5、8.0)的发酵进行研究。通过比较pH7.0、pH7.5这两个产量相对较高的条件下的动力学参数，提出两步pH控制生产策略，在发酵前10h，控制pH7.5有利于菌体合成，之后控制pH7.0更有利于鼠李糖胶生产，采用此策略鼠李糖胶产量达18.56±1.68 g/L，生物量7.23±0.65 g/L，均优于单一pH发酵结果。在pH两步调控基础上考察通气量0.75 vvm、1.00 vvm、1.25 vvm对Sphingomonas sp.RH-1-9生产鼠李糖胶的影响，选择1.00 vvm作为发酵罐内通气量。在两步pH调控、通气量1.00 vvm的基础上，考察了400 r/min、600 r/min、800 r/min和1000r/min条件下搅拌转速对菌体生长、鼠李糖胶合成、鼠李糖胶粘度等的影响，分析600 r/min与800 r/min这两个条件下的动力学参数，提出了两步搅拌转速控制生产策略，在发酵的前13 h，控制搅拌转速在800 r/min，有利于菌体合成和产物生产，之后控制搅拌转速在600 r/min，得到鼠李糖胶产量21.63±1.76 g/L,生产效率0.338±0.028 g/L/h，均高于搅拌转速恒定条件下数值。　　4.设计了搅拌式与气升式联用(MSA)生物反应器，考察MSA反应器中气升式反应器的体积对发酵的影响，当搅拌式反应器与气升式反应器体积比2∶1、气升式反应器高径比13.3∶1时，鼠李糖胶发酵效果最好，产量达到18.96±1.74 g/L。对MSA反应器与传统搅拌式反应器的发酵结果进行分析，结果表明当初糖浓度40 g/L时MSA反应器发酵时间较传统搅拌式反应器有所缩短（由72h降至68h），单批次发酵结束时生物量7.39±0.69 g/L，鼠李糖胶产量18.96±1.68 g/L，产量较传统搅拌式反应器（18.56±1.74 g/L）有所提高，但增幅比例不高(2.1％)。考察了两种间歇补料方式、两种恒流补料方式对MSA反应器发酵生产鼠李糖胶的影响。考察MSA反应器多批次发酵生产鼠李糖胶，发酵六批次之后，鼠李糖胶总产量达到727.0±56.9 g，单批次鼠李糖胶浓度17.95±1.41 g/L，说明MSA反应器能克服好氧高粘发酵体系溶氧不足的缺陷，两路通气系统能使反应器内氧气水平维持在适当的水平，从而满足菌体生长需求，提高产品产量。　　5.在MSA反应器基础上构建好氧纤维床(APFB)反应器，从纱布、高粱秸秆、大孔硅胶、海绵、丝瓜瓤等材料中筛选和验证固定化载体，研究表明高粱秸秆作为固定化材料时，菌体总量较空白增加89.1％，鼠李糖胶产量提高26.4％，因此选择高粱秸秆作为构建APFB反应器的固定化载体。考察了APFB反应器对鼠李糖胶单批次发酵的影响，结果表明当初糖浓度40 g/L时APFB反应器发酵时间缩短至56 h，生物量达到7.69±0.65 g/L，鼠李糖胶产量达到21.93±1.69 g/L。考察了不同补糖方式对鼠李糖胶生产的影响，相对间歇补料，恒流补料能更能促进鼠李糖胶的生产，特别是葡萄糖浓度维持在5 g/L的恒流补糖方式，鼠李糖胶生产效率达到0.241±0.014 g/L/h，鼠李糖胶产量23.17±1.36 g/L。发酵六批次之后，鼠李糖胶总产量达到769.1±54.1 g，单批次鼠李糖胶浓度18.99±1.34 g/L。将传统搅拌式反应器、MSA反应器、APFB反应器单批次发酵和MSA反应器、APFB反应器多批次发酵的参数进行比较，结果表明APFB反应器能有效提高生产效率，缩短生产时间（单批次发酵较传统搅拌式反应器缩短16h，较MSA反应器缩短8h，发酵六批次较MSA反应器缩短72 h），鼠李糖胶总产量也大幅提高（单批次发酵较MSA反应器提高13.5％，发酵六批次较MSA反应器提高5.8％）。SEM照片显示APFB固定化反应器由于载体大量吸附高活力细胞，能很好的促进菌体生长和产物合成。研究表明APFB反应器是有效的鼠李糖胶生产装置，对其他高粘体系发酵具有借鉴作用。