酮基还原酶（ketoreduetase，KR)是一种具有高度化学、区域和立体选择性的生物催化剂，在辅酶还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(nicotinamide adenine dinucleotide phosphate, NADPH)的参与下，可以立体选择性地还原4-氯乙酰乙酸乙酯(ethyl4-chloro-3-oxobutanoate, COBE)生成具有光学活性的高附加值的他汀类药物中间体S-4-氯-3-羟基丁酸乙酯(S-4-chloro-3-hydroxybu-tanoate esters, S-CHBE)。目前的研究主要集中于酮基还原酶的基因改造、辅酶再生以及生物催化过程优化，而对于酮基还原酶发酵调控方面的报道较少。　　本论文以一株高积累KR的重组大肠杆菌（Escherichia coliKR-C）为出发菌株，以KR的高产量、高生产强度为目标，通过对过程质谱仪获得的数据进行进一步数据挖掘，并结合微生物生理代谢相关原理以及多尺度相关分析原理进行分析，采用了针对发酵过程的外因定性优化（基于微生物反应原理的培养环境优化技术）、内因定性优化（基于代谢特性的分阶段培养技术）等一系列技术对KR发酵过程进行优化，初步得到了较优的KR发酵工艺。研究的主要结果如下：　　（1）对50L罐E.coli KR-C的发酵特性进行了研究，发现初始发酵曲线符合大肠杆菌的基本生长代谢规律，质粒稳定性维持在较高水平。采用流加氨苄的发酵工艺使得质粒更加稳定，但是两种发酵条件下的KR活力都在12 h后开始下降，表明质粒稳定性并不是影响KR酶活在发酵后期下降的主要因素。　　（2）分批培养结果表明温度对E.coli KR-C生长和产酶的影响显著。在27 oC~37 oC范围内，较高温度不仅对细胞生物量有促进作用，而且还对KR的酶活有提升作用。因此，采用37oC的温度控制策略对于提高KR产量具有实际效果，但是所有温度条件下的KR酶活仍在发酵后期开始下降，表明温度升高虽然有利于KR的酶活提升，但并不是影响发酵后期KR酶活表达的关键因素。　　（3）溶氧对E.coli KR-C分批发酵的影响结果表明：在通气量恒定的情况下，不同搅拌转速对菌体OD600和KR产量有较大影响。最高的转速提供了充足的溶氧，更有利于菌体的生长和发酵产酶。相对于溶氧转速联动控制策略，恒定的转速条件下KR酶活在发酵后期不再下降，表明转速的恒定对于发酵后期的菌体产酶具有重要意义。采用37oC、480r/min的发酵条件，KR酶活在发酵结束的20h达到了217.1 U/mL，相对于初始发酵条件下的KR酶活（92.9 U/mL）提高了一倍以上，并且KR酶活的提升与菌体OD600的积累首次出现正相关关系。　　（4）初始甘油的浓度过高会导致乙酸的利用障碍，乙酸浓度的高居不下使得菌体生长和产酶受到很大的抑制，适当的甘油浓度是细胞快速生长和控制乙酸积累的关键。实验发现2％的初始甘油浓度恰好在乙酸浓度超过5g/L的阀值（明显抑制菌体生长和产酶的最低浓度）后下降，表明2%的初始甘油浓度刚好是E.coli KR-C发酵的最佳初始碳源浓度。　　（5）不同种类的有机氮源对E.coli KR-C的生长有非常明显的区别，酵母抽提物作为速效氮源对菌体初始生长有促进作用，酵母蛋白胨可以使菌体生长大致符合通常的发酵规律，但没有明显的二次生长现象。总之，两种有机氮源对菌体的生长影响各有不同，酵母抽提物与酵母蛋白胨以7:3的比例混合作为初始氮源成分，才能得到比较理想的发酵效果。　　（6）实验研究了发酵对数生长期中乙酸大量积累（2 g/L以上）时期E.coli KR-C生长保护策略及KR的诱导策略。结果表明，将pH强制控制在7.0左右以上对菌体生长没有明显促进作用，反而会造成菌体代谢失衡而导致乙酸大量积累。添加甲硫氨酸来缓解乙酸抑制的效果也不明显，可能原因是5g/L以下的乙酸浓度对E.coli KR-C的生长抑制作用本来就不高。诱导剂L-阿拉伯糖的添加时机并不是越晚越好，越晚诱导，KR在菌体内的积累时间越短，发酵前期加入诱导剂虽然会在一定程度上对菌体生长产生代谢负荷，但早期诱导会更有利于降低菌体过高的比生长速率，避免乙酸的过度积累。因此，诱导剂L-阿拉伯糖选择在2h添加，考虑到工艺的成本，批发酵中的基础培养基和pH控制策略将不作改变。　　（7）实验考察了E.coli KR-C补料分批发酵中碳氮源的补加策略。结果表明，发酵液中的氨基氮含量要维持在一定范围内，过低的氨基氮浓度会抑制菌体生长和产酶，过高氨基氮浓度则会加速菌体生长抑制产酶。采用pH-stat补料发酵法生产KR时，将氨基氮含量设置为不低于1.6 g/L，不高于1.8 g/L后，菌体生长不再出现抑制， KR表达也不再出现抑制，在32 h时KR酶活最终提高到了623.2 U/mL。不同碳源补料发酵方式实验结果表明，恒速补料与pH-stat补料发酵都会出现溶氧缺乏，pH-stat补料发酵法似乎更适合大肠杆菌KR-C发酵生产酮基还原酶，提高溶氧是KR酶活继续提升的关键。