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本文主要对Escherichia coli TRTH(trpEDCBA+TetR)发酵生产L-色氨酸的发酵控制过程和提取工艺进行研究。具体包括以下几个方面:研究活细胞在线监控补料发酵技术对L-色氨酸发酵的影响;从代谢工程角度出发流加琥珀酸以及维持不同的发酵温度,研究其对色氨酸发酵的影响;采用膜偶联发酵工艺以降低发酵过程中代谢抑制物质的积累量,延长产酸周期;研究L-色氨酸带菌结晶提取工艺流程,确定了最佳的离心因素水平,并比较了不同的脱色工艺效果。主要的实验结果如下所示。(1)采用活细胞在线监控补糖技术,发酵过程严格依据活细胞的量进行补加葡萄糖,避免了糖补加过多导致的乙酸积累问题,且L-色氨酸发酵生产的稳定性较高。发酵过程中乙酸积累量(5 g/L)达到对菌体产生严重抑制作用的时间延迟了 6 h,菌体生物量与L-色氨酸产量较未采用活细胞在线监控发酵而言分别提高了 6.5%、9.8%。整个发酵过程的糖酸转化率提高了 5.7%。细胞内部流向色氨酸的代谢流增加了 3.76%。(2)发酵时长10h随糖流加1 g/L的琥珀酸进行发酵,菌体生物量由48.4g/L提高到51 g/L,L-色氨酸产量由36.1 g/L提高到39.7 g/L。比生长速率与比产酸速率都要高于未流加琥珀酸发酵时的比生长速率与比产酸速率。整个发酵过程的乙酸积累量下降了 10.5%,糖酸转化率提高了 4.21%。(3)分别在34 ℃、36 ℃与38 ℃条件下发酵生产色氨酸,36 ℃发酵条件下的乙酸积累量与糖酸转化率分别为5.27 g/L、17.5%,而34 ℃与38 ℃发酵条件下的乙酸积累量与糖酸转化率分别为4.43 g/L、6.27 g/L与16.4%、15.7%。虽然较低的发酵温度有利于降低乙酸积累量,但由于较低的温度条件下菌体生长受到限制,仍然不利于色氨酸的积累。最终确定发酵温度为36 ℃时更有利于目的产物L-色氨酸的生产。(4)采用膜偶联发酵工艺发酵生产L-色氨酸,与传统发酵过程相比,发酵过程中由于抑制作用的解除,菌体生物量提高了 3.4%。发酵过程中乙酸含量一直控制在5 g/L以下。产酸周期从32h延长至44h,产酸周期延长了 12h,糖酸转化率达到18.5%,膜过滤前后细胞内部流向色氨酸的代谢流并没有显著变化。(5)在罐体带菌结晶提取L-色氨酸的工艺流程中,通过比较不同的相对离心力实验结果,确定采用1800×g(2000r/min)的相对离心力进行离心效果较好。通过分析不同的L-色氨酸脱色工艺,结果表明采用0.5%的活性炭脱色10 min,脱色效果较好。而采用nka-2树脂进行脱色效果优于采用SQD-817树脂进行脱色。nka-2树脂脱色过程中洗脱液选择45%的乙醇进行洗脱效果较好。