小球藻（Chlorella）是一种单细胞绿藻，含有丰富的蛋白质、类胡萝卜素、碳水化合物、维生素和脂类等多种营养及生物活性成份，具有补充膳食营养、强化免疫、促进细胞生长和延缓衰老、维持正常血压和胆固醇水平、解毒等显著功效。叶黄素（Lutein）是一种具有强抗氧化活性的类胡萝卜素，在医药和食品等多个领域具有广阔的应用前景。原壳小球藻（Chlorella protothocoides）在无光条件下可以利用葡萄糖为碳源和能源快速生长，在适当诱导条件下能大量积累叶黄素，是工业发酵法生产天然叶黄素的良好生物种质。然而，提高异养小球藻的细胞培养密度、叶黄素含量和降低生产成本，在发酵技术上还有很大的发展空间。本论文针对如何实现小球藻的高细胞密度培养同时高效积累叶黄素，对发酵调控技术进行系统研究，主要研究结果如下：　　 1、基于对叶黄素生物合成代谢途径的分析，系统比较了五种添加剂（番茄汁、缬氨酸、亮氨酸、大豆油和乙醇）对C．protothecoides CS-41的生物量和合成叶黄素的影响。结果表明，这五种添加剂都可以提高生物量浓度、叶黄素含量和产量，其中番茄汁提取液促进作用最为显著，作为最佳诱导因子的最适添加量为3mL/L，可达到的最高生物量浓度为10．04 g/L，叶黄素含量和产量分别达到2．18mg/g和21．89mg/L，比对照显著提高（P<0．05）；　　 2、利用响应面回归分析法优化了上述添加剂的使用剂量，确定了促进叶黄素积累的诱导因子的协同作用最佳剂量为：番茄汁提取液3．6mL/L、亮氨酸10．14mg/L、大豆油4．43 mL/L和乙醇0．77mL/L，对应获得的叶黄素含量为2．53mg/g。这表明当添加剂协同作用时，叶黄素含量比对照组能得到更大的提高（P<0．05）。　　 3、在7L发酵罐中进行了C．protothecoides CS-41的补料分批培养研究，对比了维持葡萄糖浓度分别在40g/L和10g/L两个水平下的发酵结果，综合分析了上述条件对细胞生长和叶黄素合成的影响。结果表明，在维持10g/L葡萄糖浓度下，补料分批培养的最高生物量浓度为38．03g/L，显著高于维持40g/L葡萄糖浓度下的最高生物量浓度（19．97g/L，P<0．05）。同时叶黄素含量和产量分别达到1．83 mg/g和69．59 mg/L，比维持在40g/L葡萄糖浓度下的发酵培养分别提高了12％和113％，达到显著水平（P<0．05）。　　 4、将上述叶黄素诱导条件和优化发酵工艺参数进行集成，在7L发酵罐中进行了分段式恒速流加培养基的同时间断流加番茄汁提取液的发酵研究，小球藻最高生物量浓度可达到45．5g/L，最高叶黄素产量可达到128．31mg/L，实现了高细胞密度培养小球藻的同时高效积累叶黄素。　　 5、将在7L发酵罐上获得的流加工艺参数，在10L发酵罐上按比例进行了放大验证。结果表明，异养小球藻的最高生物量浓度可达到50．2g/L，最高叶黄素产量和含量分别可达到140．54mg/L和2．95mg/g，再次证实了上述流加工艺可以实现异养小球藻高细胞密度发酵的同时高效积累叶黄素。本项技术成果已申报中国发明专利。