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L-色氨酸是人类和动物生命活动中必须的八种氨基酸之一,在医药、食品及饲料等方面具有广泛应用。随着发酵技术的进步与发展,色氨酸市场的需求量不断增大,色氨酸逐步显现出供不应求的趋势,因此对发酵法生产L-色氨酸的研究具有重要的现实意义。本文以代谢工程理论为指导,以L-色氨酸生产菌E.coli TRTH为出发菌株,针对目前色氨酸发酵过程中培养基、发酵调控、分离提取等存在问题进行深入研究。利用高效液相法对L-色氨酸发酵的常用有机氮源酵母粉成分进行检测,分析其发酵有效成分氨基酸、核苷酸、维生素等物质,构建了 L-色氨酸清液发酵新型培养基;利用二水平正交实验及响应面分析实验优化了 L-色氨酸清液发酵培养基。结果表明:赖氨酸、鸟苷和肌苷对L-色氨酸清液发酵培养基影响较大,响应面分析这三个因素得到L-色氨酸清液发酵培养基中其最适添加量分别为:赖氨酸1.02 g/L、鸟苷 0.16g/L 和肌苷 0.19g/L。在摇瓶水平上对L-色氨酸清液发酵培养基发酵条件进行初步探索,以确定最适培养条件,结果表明摇瓶发酵最佳培养条件为:500 mL三角瓶装液25 mL,发酵过程中维持pH 6.8-7.2;培养温度维持36-37℃;摇床转速为220 r/min。利用30L发酵罐进行补料分批发酵,研究L-色氨酸清液发酵培养基对L-色氨酸发酵的影响,结果表明:较普通发酵培养基而言,清液发酵生物量和L-色氨酸产量分别为45.8 g/L和40.8 g/L,同比提高8.6%和24.39%,具有良好的生产效果;清液发酵最终乙酸的积累量为5.05 g/L,较普通发酵培养基(7.12 g/L)下降29.1%。应用代谢流分析的方法建立L-色氨酸生物合成的代谢流平衡模型,利用发酵过程的检测数据,对代谢网络进行了定量分析,利用清液发酵培养基发酵生产L-色氨酸的代谢流量分析结果表明:在清液发酵培养基中EMP途径的代谢流(r2)由81.3减少至76.8,HMP途径的代谢流r11流量由18.7增加至23.2,乙酸支路代谢流减少44.63%,色氨酸合成路径的代谢流增加了 18.71%。在研究L-色氨酸清液发酵培养基发酵液的基础上构建L-色氨酸新型提取方案,并对L-色氨酸提取所用的多种脱色树脂的脱色和吸附性能进行实验探究,最终结果表明:(1)清液发酵培养基发酵液中菌体蛋白含量为24.6%,较普通发酵发酵液菌体含量(27.9%)下降11.83%;清液发酵发酵液透光率明显高于普通发酵发酵液,超滤过后发酵液澄清,树脂脱色后透光率达到94.2%,可直接进行产品提纯,而普通发酵发酵液超滤后颜色浑浊,树脂脱色后透光率仅为78.6%。(2)根据清液发酵的优势重新建立的L-色氨酸提取工艺仅需经过离心、超滤、树脂脱色等几个步骤,在此基础上对脱色树脂进行优化,其中SQD817对脱色率和L-色氨酸的吸附率分别为7.9%和92.5%,在脱色率和吸附率上均表现出较大的优势,具有良好的脱色效果;其最适工作条件为:温度25℃(室温);pH6.0;进样流速1.5mL/min。(3)利用优化L-色氨酸提取工艺进行提取实验,所得产品收率达到72.8%,纯度为98.9%,较传统工艺分别提高11.66%,1.33%。