环糊精葡萄糖基转移酶（cyclodextrin glycosyltransferase,简称CGT酶,EC 2.4.1.19）能够通过环化反应利用淀粉、麦芽寡聚糖等葡萄糖聚合物生成环糊精,其中,β-CGT酶应用最广泛。工业上生产环糊精所使用的CGT酶主要来自天然芽孢杆菌,少量为基因工程菌,但大部分来源的CGT酶的热稳定性相对较低,60℃下的半衰期不到10 min,而来源于Bacillus xiaoxiensis STB08的β-CGT酶的热稳定性较高（60℃下的半衰期为12.5min）,使得其在工业中能够有很好的应用。但目前由于其天然菌株发酵产酶的水平普遍较低,酶活仅有10 U/m L左右,因此有必要通过异源表达以及优化发酵策略来提高该来源的β-CGT酶的表达量。基于此,本研究构建了来源于B.xiaoxiensis STB08的β-CGT酶在大肠杆菌（Escherichia coli）中的胞外表达系统,并对摇瓶发酵生产该酶的条件进行了优化,同时对相关机理进行了分析,最后在发酵罐中放大生产,以期能够更好地指导该酶的工业生产。主要研究内容及结果如下:（1）将来源于B.xiaoxiensis STB08的cgt基因插入质粒p ET-20b（+）中,构建了该基因的大肠杆菌表达系统,成功实现了β-CGT酶的胞外表达,重组菌在TB培养基中发酵培养后酶活达到11.46 U/m L。接着在TB培养基的基础上,经过对温度、发酵时间、发酵初始p H值、碳源及其浓度与复配、氮源及其浓度与复配等进行优化后,最终以玉米浆膏24 g/L、大豆蛋白胨6 g/L、葡萄糖2 g/L、麦芽糖4 g/L,KH2PO4 2.32 g/L、K2HPO4·3H2O16.43 g/L作为最优发酵培养基,重组大肠杆菌在30℃、p H 7.0条件下发酵96 h后胞外酶活力达到34.66 U/m L,相比于优化前（TB培养基）提高了138.1%。（2）在对金属离子、溶氧等条件进行优化时发现改变溶氧以及添加一定终浓度的钙离子对重组大肠杆菌的生长繁殖以及产酶情况影响较为显著,在最优溶氧（即装液量为100 m L/250 m L）条件下的酶活达到66.86 U/m L,在50 m L发酵液中添加终浓度为25 m M的钙离子能够将酶活提高至83.15 U/m L。同时发现溶氧以及钙离子对于重组大肠杆菌的生长及产酶具有协同作用,在溶氧较高时（即装液量为30 m L/250 m L）添加终浓度为25m M的钙离子后,酶活最终达到105.69 U/m L,相比于未改变溶氧以及未添加钙离子的对照组提高了204.9%。（3）为了探究溶氧以及钙离子对重组大肠杆菌生长繁殖及产酶的影响机理,对发酵结束后的重组大肠杆菌细胞分别进行了亚细胞定位分析、流式细胞分析以及冷场发射扫描电镜的拍摄,并分别测定了发酵过程中重组大肠杆菌细胞内膜和细胞外膜透性的变化。结果表明,较低的溶氧能够减少重组大肠杆菌包涵体的形成,且溶氧较低时细胞活性较高,在能够保证菌体适宜生长浓度的情况下,尽可能避免其快速生长是提高产酶量的关键;钙离子的添加也能够减少重组大肠杆菌包涵体的形成,且钙离子对细胞有一定的保护作用,添加钙离子后活细胞数目显著增多,同时,钙离子使得重组大肠杆菌细胞形态变长,细胞表面积增大,细胞外膜透性显著增大。在溶氧以及钙离子的协同作用下,能够保证菌体高生长浓度的同时,钙离子增加细胞外膜透性并保护细胞,使得胞外酶活达到最高。（4）最后在发酵罐水平模拟了重组β-CGT酶的工业化生产,对在摇瓶阶段的发酵条件进行了验证。结果表明,溶氧以及钙离子对重组β-CGT酶发酵的影响规律与摇瓶阶段一致。即在能够保证重组大肠杆菌正常生长浓度的情况下,尽可能避免其快速生长能够提高其胞外产酶的水平,当溶氧DO值为30%时酶活最高,为39.50 U/m L;同样,在发酵罐水平,溶氧及钙离子对于重组大肠杆菌生长及胞外产酶也具有协同作用,在较高的溶氧DO下（DO值为50%时）,添加终浓度为25 m M的钙离子,胞外酶活达到最高,为80.24 U/m L,较DO为30%、不添加钙离子的对照组提高了95.4%。