花生四烯酸(Arachidonic Acid,简称ARA)是一种重要的n-6系列多不饱和脂肪酸,是多种二十烷酸衍生物的直接前体,对改善或治疗多种疾病过程具有重要作用。ARA因其广泛的应用价值和优良开发前景,具有巨大的商业价值。但如今,培养基成本较高和ARA产量提高遇到瓶颈成为困扰工业化生产ARA油脂的难题,如何进一步提高ARA油脂产量,降低生产成本是提高企业竞争力的关键。本文以实验室现有的高山被孢霉M30为研究对象,针对高山被孢霉发酵过程中高成本的有机氮源及其发酵过程最关键的参数溶氧等开展深入研究,取得的主要研究结果如下:(1)确定了适合高山被孢霉发酵的廉价有机氮源组合,以及有机氮源中影响ARA油脂积累的关键因素。首先,运用响应面分析在原有培养基基础上优化确定了ARA油脂积累的培养基组合,即葡萄糖、酵母浸粉、硝酸钠、磷酸二氢钾、七水硫酸镁分别为60.0 g/L、10.1 g/L、3.4 g/L、3 g/L、0.5 g/L,使ARA油脂产量达到3.66g/L,碳源利用率较优化前提高了35.7%;其次,研究了不同有机氮源对ARA油脂积累的影响,建立了适合的有机氮源组合,以总氮含量计,黄豆饼粉:酵母粉=1:4,在不影响ARA产量的条件下,使生产成本降低了15.95%。最后,对不同有机氮源的氨基氮、总磷及氨基酸组分进行测定,通过聚类和方差分析并验证,确定有机氮源中的酪氨酸和甲硫氨酸可显著影响ARA油脂积累,上述研究为筛选新的廉价有机氮源提供了理论依据。(2)建立了高山被孢霉发酵的溶氧控制技术,确定了有利于高山被孢霉合成ARA油脂的菌体形态。对高山被孢霉发酵过程的关键参数溶氧进行研究,结果显示,最适的K_La值为62.57±1.28,即装液量为50mL/250mL,转速为180rpm时,ARA产量最高;进一步在10 L发酵罐确定了菌体生长的临界氧浓度为17.2%,同时,对比研究了不同孔径大小和个数的空气分布器,结果表明,产生气泡个数多且气泡小的空气分布器更有利于调控ARA油脂合成,从而确定了高山被孢霉在10 L发酵罐的溶氧控制技术,即,通气量为1.67vvm,搅拌转速为300rpm,采用能够产生更多更小气泡的空气分布器并使油脂合成期的溶氧水平维持在20%左右。此外,对与溶氧关系密切的菌体形态与ARA油脂合成相关性开展了研究,结果表明,添加0.5 g/L200-300目的中性氧化铝颗粒至发酵液,可使高山被孢霉菌体形态维持在核心疏松的羽状,最有利于ARA油脂的合成。综合上述研究,ARA产量可达4.14 g/L,较对照组结果提高14.68%。(3)在30 L多参数发酵罐中应用高山被孢霉发酵溶氧控制技术,通过分析相关过程参数,优化中试工艺,有效调控促进了ARA油脂合成。将在10 L发酵罐建立的溶氧控制技术放大到30 L多参数发酵罐,分析OUR、CER、K_La等相关过程参数的动态变化,结合葡萄糖消耗的动态变化曲线及脂肪酸等组成成分的代谢流分析,确定了30 L多参数发酵罐较好的发酵条件,即通气量1-1.5vvm,转速200-300rpm,在发酵前三天将残糖浓度维持在20 g/L,之后维持在10 g/L左右,最终使ARA产量提高到4.59 g/L,与对照结果3.66 g/L相比,提高了25.41%。以上研究有效调控促进了ARA油脂积累,为ARA油脂工业化生产成本的降低提供了理论和实验依据。