L-苯丙氨酸（L-phenylalanine,L-Phe）是人体必需的八种氨基酸之一,广泛应用于食品、医药、化工等领域,微生物发酵法生产L-苯丙氨酸所用的葡萄糖可以利用廉价玉米或者陈粮来制备。因此,对微生物发酵法生产L-苯丙氨酸的菌株及工艺进行开发研究,实现产业化生产,不仅满足国内外对L-苯丙氨酸的市场需求、提高粮食的附加值、促进粮食深加工行业发展,还具有重要的经济和社会意义。本课题以L-苯丙氨酸生产菌Escherichia coli SQH021为出发菌株,在系统分析大肠杆菌L-苯丙氨酸代谢合成途径的基础上,通过定向进化和代谢工程技术手段,分别对供应前体物质的aro F和phe A基因、莽草酸代谢支路pps A、tkt A、tal A和aro A基因、色氨酸竞争代谢支路trp E基因、中心代谢调控因子csr A基因、乙酸代谢支路pta基因进行改造,选育出高产菌株FS01/p APTA,在5 L发酵罐水平L-苯丙氨酸的产量达36.85g/L,比摇瓶发酵的产量提高了269%。在此基础上对移种量、p H值、溶氧、葡萄糖基础浓度、葡萄糖补料策略、温度控制策略等发酵工艺进行优化,重组菌FS01/p APTA在5 L发酵罐上L-苯丙氨酸的产量达53.56g/L,提高了45.3%,对葡萄糖的转化率为27%。为了进一步研究该菌株的工业化应用价值,我们对重组菌FS01/p APTA种子罐培养基和三级发酵工艺进行验证,再按照溶氧一致性原则,进行1 T发酵罐中试放大发酵,L-苯丙氨酸产量为42.76g/L,达到5 L发酵罐最高产量的79.8%,对葡萄糖底物的转化率为24%,L-苯丙氨酸的产率为0.76g/L/h。基于中试放大发酵过程中,供氧不足现象,我们通过引入透明颤菌血红蛋白基因,表达血红蛋白改善在高密度发酵过程中供氧不足的问题。重组菌FS01/p APTA-vgb在5 L发酵罐上L-苯丙氨酸的产量提高到58.68g/L,在1 T发酵罐中L-苯丙氨酸的最高产量达到50.56g/L,对葡萄糖底物的转化率为26.5%,L-苯丙氨酸的生产强度为0.9g/L/h,为重组菌FS01/p APTA-vgb的工业化应用奠定了基础。