二十二碳六烯酸(DHA)和类胡萝卜素是对人体有益的两类脂类物质。其中,DHA在人体中基本集中在大脑的灰质和杆外段的视网膜上,可参与人体大脑神经元信号传导并维持正常的视觉功能,是人体重要的不饱和脂肪酸之一。胡萝卜素会在体内转化为维生素A,在治疗皮肤病、夜盲症、肿瘤等方面有较大利用价值。本研究在摇瓶和5 L发酵罐水平,通过调控碳源种类以及碳源的补加方式,发酵裂殖壶菌Schizochytrium sp.S31(ATCC20888)同时高效积累脂肪酸和类胡萝卜素两类代谢产物。主要研究结果如下:1.当葡萄糖为单一碳源并保持其在发酵液中浓度不低于20 g/L时,发酵结束油脂产量和DHA产量分别达到47.56 g/L和15.61 g/L,显著高于同等条件以甘油为单一碳源的发酵水平。但甘油发酵条件下细胞内类胡萝卜素含量较高,达到83.50μg/g-DCW,远高于葡萄糖发酵下的水平(28.77μg/g-DCW)。采用葡萄糖和甘油按一定比例混合的碳源,也无法同时高效合成DHA和类胡萝卜素。继而,采用分段补加两种碳源的方式发酵,生长期补加甘油,分别在油脂合成初期(48 h)和油脂合成中期(72 h)切换为流加葡萄糖。结果表明,在48 h由甘油切换为葡萄糖后,DHA终产量达到14.72 g/L,基本与葡萄糖为单一碳源的发酵水平持平,胞内类胡萝卜素含量(110.52μg/g-DCW)高于甘油为单一碳源发酵的水平。酶活分析发现,负责脂肪酸和类胡萝卜素合成前体和辅因子供应的关键酶柠檬酸裂解酶(ACL)和苹果酸酶(ME),在48 h右甘油切换为葡萄糖后,活性明显提高,且在脂类物质积累期一直维持较高水平。2.考察葡萄糖及酵母提取物补加浓度对裂殖壶菌生长、油脂合成、及类胡萝卜素合成的影响。结果表明,每隔24 h葡萄糖补加量较低(2-5 g/L)时,裂殖壶菌细胞干重和油脂产量较低,但胞内类胡萝卜素积累量较高,最高量达到134.5μg/g-DCW。继而,在5 L发酵罐下、发酵72 h后,采用葡萄糖恒速流加和溶氧反馈控制葡萄糖流加两种策略,人为制造葡萄糖亚适量补加条件。其中采用溶氧反馈控制葡萄糖流策略下,98 h时胞内类胡萝卜素含量达到最高,为151μg/g-DCW,相比葡萄糖充足供应条件下的水平提高了5倍以上。3.继续考察甘油补加浓度和补加方式对裂殖壶菌生长、油脂合成、及类胡萝卜素合成的影响。结果表明,甘油补加浓度较低可以胁迫裂殖壶菌积累类胡萝卜素,与葡萄糖发酵下的现象相似。在5 L发酵罐下、发酵72 h后,采用溶氧反馈控制甘油流加策略下,DHA含量和胞内类胡萝卜素含量分别达到99.79 mg/g-DCW和131.5μg/g-DCW,均高于甘油为碳源充足供应时的水平。推测可能的原因是,甘油亚适量补加使得菌体耗氧速率下降,发酵由氧供应不足转变为供氧耗氧基本平衡,有利于促进胞内脂类物质的积累。