头孢菌素C（Cephalosporin C，CPC）是头孢类药物的中间体，由顶头孢霉菌通过发酵法生产制得。采用化学法或酶法对CPC分子进行修饰，可以得到一些高效、低毒、广谱的β-内酰胺类抗生素药物，在临床抗感染药物中占有重要地位。CPC发酵在我国起步较早，但目前CPC发酵生产工艺仍存在一些问题。比如，生产性能严重依赖专家和熟练工人的知识与经验，主要杂质去乙酰氧头孢菌素（Deacetoxycephalosporin C, DAOC）积累量高，发酵过程耗氧剧烈、溶解氧浓度（DO）不易控制，原料和操作成本居高不下，等等。本论文对利用顶头孢霉菌（Cephalosporins acremonium HC-3）发酵生产CPC过程的最优底物流加工艺、发酵罐最优桨型组合以及混合碳源发酵生产CPC工艺进行了研究，探讨和比较了不同碳源、氮源自动流加方式和不同桨型组合对CPC发酵性能的影响，并对不同的豆油和混合碳源自动流加方式下的CPC发酵进行了代谢分析，分析得到了最优碳源自动流加条件下CPC发酵得以高效进行的原因。论文主要结果如下：(1)建立了一种新型、硫铵-豆油耦联型的硫铵自动补加策略。结果表明，通过这种新型硫铵流加策略，可将发酵液中的氨态氮(NH4+-N)浓度控制在3-5g/L的范围，既满足了细胞生长与CPC合成对氮源和硫源的需求，又促进了顶头孢霉菌的菌丝分化，为主酵期CPC的高效生产奠定了前期基础。(2)在新型硫铵-豆油耦联型的硫铵流加策略的基础上，比较了CPC主酵期内使用间歇、匀速和DO-Stat法进行豆油自动流加条件下的CPC发酵性能。采用硫铵-豆油耦联型硫铵流加策略+后期通富氧空气的DO-Stat法进行硫铵和豆油补料，可使CPC发酵以高浓度和低副产物积累的方式进行，最终CPC浓度和得率分别达到35.77g/L和13.3%。主代谢副产物DAOC的积累量和DAOC/CPC比分别仅有0.178g/L和0.5%。(3)利用CFD计算技术对适合于CPC生产的发酵罐的桨叶个数和桨型组合进行了模拟计算和优化。顶头孢霉菌发酵生产CPC是高耗氧的过程，搅拌发酵罐的桨叶个数和桨型组合直接影响发酵液中的O2传质和混合效果。与此同时，顶头孢霉菌对剪切力反应敏感，剪切力过大可造成细胞不可逆转的损伤、导致菌丝体提前断裂，对细胞生长和CPC合成产生负面影响。通过模拟计算寻找得到了适合于CPC合成的最优桨型组合、桨叶个数和安装尺寸：桨叶个数2，下层6直叶圆盘涡轮桨/上层4折叶桨，底层桨叶距罐底距离57mm，桨叶间距97mm。对不同桨叶个数/组合下的发酵性能进行了实验验证，结果表明，采用上述最优桨型组合进行CPC发酵，其整体发酵性能得到提高。与使用标准桨型组合相比，CPC浓度提高了52%、代谢副产物DAOC积累量降低了71%。(4)利用DO-Stat法同时自动流加葡萄糖和豆油进行CPC生产时，葡萄糖浓度可以控制在很低的水平，因葡萄糖过量所引起的CPC合成抑制不会发生。使用葡萄糖作为辅助碳源，葡萄糖可以被细胞快速利用、维持或提高细胞的代谢活性；可以间接地改善发酵液主体内的O2传质速度、消除了单独流加豆油时DO控制的“平台”效应、提高了豆油的流加速度，使得CPC合成速度得到进一步改善。在采用该新型混合碳源流加策略、标准搅拌桨型、全程通空气供氧的条件下，CPC浓度最大可以达到36.99g/L，与单独流加豆油相比、CPC对相对昂贵的底物-豆油的得率从11.39%提高到25.14%，代谢副产物去乙酰氧头孢菌素C (DAOC)的积累量少、DAOC/CPC比只有0.28%，达到工业生产要求。使用新型混合碳源流加策略，可以调节碳源物质的流向、提高走向CPC合成途径的碳通量，在维持较高CPC生产强度的前提下，大幅提高CPC得率，抑制代谢副产物的积累、改善CPC发酵产品的质量。(5)对CPC主酵期不同豆油流加方式下的CPC发酵进行了代谢分析。结果发现，采用DO-Stat法补加豆油，可以使更多的碳源物质流向CPC的合成前体，菌体可高效利用初始培养基中的蛋氨酸，TCA循环的代谢通量适度弱化。在此条件下，CO2的释放量减少，CPC得率得到提高。(6)在50L发酵罐上验证了一种新型匀速+DO-Stat结合补油法，该方法同时汲取了匀速补油和DO-Stat法补油的优点，既提高了豆油流加速度和CPC合成速度，又可以将DO稳定地控制在20%-40%之间。与石药集团中诺药业有限公司原有补料工艺相比，豆油转化率得到提高，主要代谢副产物积累量明显下降、DAOC/CPC比仅为0.46%，达到工业生产要求。