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虾青素（Astaxanthin）是一种重要的类胡萝卜素,具有类胡萝卜素中最强的抗氧化作用,其在食品、化妆品、保健品领域有着重要的经济价值和广泛的应用前景。目前发酵生产虾青素大多利用雨生红球藻（Haematococcus pluvialis）和红法夫酵母（Phaffia rhodozyma）,发酵工艺成熟,但其发酵周期长,提取困难等缺点难以从根本上克服。大肠杆菌作为一种研究成熟的细胞工厂,通过引入异源基因的方式,在大肠杆菌工程菌中构建虾青素合成途径,再通过高密度发酵方法生产虾青素,是一种虾青素工业化生产的优良选择,具有周期短,成本低,提取容易等优点。与目前国际上Robert.M.B.等人报道的大肠杆菌工程菌补料分批发酵,虾青素最高产量432mg/L（7.12 mg/g DCW）相比,本实验室构建、筛选的高产虾青素的大肠杆菌工程菌E.coli-LY01,其在摇瓶中产量就可达10 mg/g DCW,用于虾青素发酵生产的潜力巨大,有待进行发酵罐水平放大培养和相关发酵工艺的优化。本研究基于高产虾青素的大肠杆菌工程菌E.coli-LY01,成功实现其从摇瓶水平到发酵罐水平的扩大培养,通过对发酵过程中pH、温度、诱导剂添加量和补糖方法的优化,建立了一套大肠杆菌高密度发酵工艺:诱导前37℃,pH 7.0培养,在OD600达到60时加入0.5 g/L的L-阿拉伯糖（L-Arabinose）诱导剂诱导,并调整培养条件为32℃,pH 7.4。葡萄糖补料采用变速补料方式。虾青素体积产量（mg/L）和干重产量（mg/g DCW）最高分别达到958 mg/L和17.2 mg/g DCW,菌体量(OD600)达到165。虾青素干重产量（mg/g DCW）较摇瓶培养时提高了63.1%。虾青素干重产量（mg/g DCW）和体积产量（mg/L）较原工艺分别提高了28.6%和26.8%。在虾青素纯度方面,虾青素占总色素比例从58.9%大幅提高到了87.0%。发酵工艺基本实现了高产高纯度虾青素实验目的,可以为虾青素工业化生产提供参考。本研究也进行了实验室构建的一批虾青素合成相关基因强化工程菌的发酵试验。异戊烯基焦磷酸异构酶（IDI）基因强化菌株E.coli-IDI-3,实现了虾青素干重产量（mg/g DCW）为18.7mg/g DCW和虾青素体积产量（mg/L）为964 mg/L,虾青素占总色素比例86.4%。crt Z基因强化菌株E.coli-PanZ、E.coli-AauZ,主要目的为减少副产物比例。其中E.coli-AauZ产量和纯度最优,虾青素体积产量（mg/L）和干重产量（mg/g DCW）达18.6 mg/g DCW和944 mg/L,纯度可达94.1%。crtZ和crtW缺陷改造菌株E.coli-Can和E.coli-Zea以角黄素（Canthaxanthin）和玉米黄素（Zeaxanthin）为目标产物,角黄素干重产量和体积产量达到28.5 mg/g DCW和2423 mg/L,玉米黄素干重产量和体积产量达到27.8 mg/g DCW和1445 mg/L,角黄素和玉米黄素的产量均较高,完成了角黄素和玉米黄素的高密度发酵生产初试。