3-羟基丙酸作为许多重要化合物的合成前体物,被美国能源部评选为“优先开发的二十种平台化合物之一”。由于其具有重要的应用价值,而逐渐成为研究热点。目前,3-羟基丙酸的生产工艺还不成熟,研究也只是处于实验室阶段,由于各种条件的限制,包括3-羟基丙酸产率过低和生产成本过高等,而无法实现工业化生产,因此其价格也十分昂贵。基于这个现状,寻求早日实现工业化生产的方法成为研究趋势。本论文则主要从3-羟基丙酸的生产产量以及生产成本展开研究,最终在原有基础上提高了目的产物的产量,并且生产成本也得到了大幅度的降低。第一,基于培养基的固有成分进行探究,选择了纯甘油与葡萄糖进行配比发酵,目的是为了促进菌体生长,探究在此条件下能否提高目的产物的产量;另外,从降低成本出发,选择了廉价的碳源粗甘油进行发酵实验,通过比较发酵过程中的菌体生长情况和最终3-羟基丙酸的产量,来评价粗甘油的发酵效果。最终通过实验数据得知,在葡萄糖与纯甘油的配比发酵中,菌体的生长得到了促进,但产量并没有提升;而粗甘油的发酵过程中,生物量较最初配方相比得到了抑制,说明粗甘油并不适于菌体的生长。此部分实验得出的结论为,碳源的选择还是优先选择纯甘油进行3-羟基丙酸的发酵生产。第二,优化了酵母粉的添加浓度,得出在酵母粉浓度为53 g/L时,3-羟基丙酸的摇瓶产量可达到10.38 g/L。另一方面,还探究了三种廉价有机氮源的发酵效果,包括豆粕、玉米浆粉和棉籽饼粉。探究结果表明,豆粕的最高摇瓶产量为5.3 g/L,玉米浆粉的最高摇瓶产量为4.89 g/L,这两种有机氮源均适宜于3-羟基丙酸的发酵生产。而棉籽饼粉作为发酵氮源时,菌体的生长得到了明显的抑制,且最终3-羟基丙酸的摇瓶产量仅为2.5 g/L,由此可知,棉籽饼粉不适宜作为3-羟基丙酸发酵生产的有机氮源。第三,在之前氮源的摇瓶优化实验基础上,选用最适宜的浓度进行发酵罐放大实验,以验证在放大实验条件下氮源的发酵效果。结果表明,53 g/L酵母粉发酵罐的3-羟基丙酸产量为113 g/L,是目前3-羟基丙酸生产的最大产量;9 g/L豆粕发酵的3-羟基丙酸发酵罐产量为91 g/L,9 g/L玉米浆粉发酵产量为90 g/L,对比相同浓度的酵母粉发酵3-羟基丙酸产量93 g/L,差异不大,但成本大幅降低。通过对克雷伯菌甘油代谢途径中的关键酶基因进行逆转录分析可知,大量添加氮源后可以促使基因的过表达,尤其是与3-羟基丙酸生产密切相关的醛脱氢酶puuC。第四,由于在廉价有机氮源的发酵实验中,豆粕的效果最好,且成本最低,因此,在以豆粕为氮源发酵的基础上,通过优化发酵条件,以提高3-羟基丙酸的产量,同时降低反映能耗。通过优化实验,得出最佳发酵条件:pH为7.5,温度为30℃,转速为100 rpm,溶氧为1.2 vvm,在此条件下,3-羟基丙酸的发酵罐产量为93 g/L,虽然产量提高并不明显,但能在很大程度上降低反应能耗。