二十二碳六烯酸(docosahexaenoic acid，DHA)是一种重要的ω-3系列多不饱和脂肪酸，对婴幼儿和成人均有许多有益的生理功能，因而逐渐引起人们的关注。DHA的传统来源主要是鱼油，但是鱼油资源的日益减少、鱼油特有的腥味、氧化稳定性差、易受海洋化学污染和高处理成本等缺点都严重影响其作为功能性食品添加剂的应用。微藻和海洋真菌是海洋食物链中DHA的原始生产者，并且具有稳定可靠的脂肪酸组成，可以替代鱼油作为DHA的来源。裂殖壶菌（Schizochytrium sp.）作为一种海洋真菌，由于其具有合成富含DHA的微生物油脂的能力，因而受到了广泛的研究。　　本论文在全面分析DHA生物发酵过程研究进展的基础上，以建立高效的DHA工业化发酵过程为目标，从发酵过程优化、发酵工艺放大和发酵过程生理特性及代谢轮廓分析这三个方面针对裂殖壶菌工业化发酵过程存在的过程优化缺乏针对性、工艺放大缺乏系统性及高产菌选育方向单一等问题展开研究，实现了裂殖壶菌发酵过程细胞生长、油脂积累和DHA高效生产的相对统一，为最终实现裂殖壶菌工业化发酵过程的优化奠定了基础，并且从菌种选育角度为进一步提高裂殖壶菌工业化生产DHA的发酵水平提供了新的思路。主要研究内容和结果如下:　　(1)考察了以氧传递系数kLa表示的不同供氧条件对DHA发酵生产的影响，在88.5 h-1的kLa条件下，发酵最终获得了相对高的油脂和DHA含量，但是该kLa条件下的DHA生产强度却低于150.1 h-1的kLa条件。进一步分析了不同kLa条件下发酵过程的三个动力学参数，细胞比生长速率、葡萄糖比消耗速率和产物比生成速率。动力学参数的分析表明在发酵前40小时，150.1 h-1的kLa条件更有利于细胞增长和葡萄糖的消耗，而在40小时以后，88.5 h-1的kLa条件更利于产物的合成。据此设计了一种基于氧传递系数kLa的双阶段供氧条件的补料分批发酵工艺，采用该工艺的发酵过程获得了最高的油脂和DHA含量，分别为46.6和17.7 g/L，同时DHA的生产强度达到了111 mg/(L·h)，与恒定供氧条件发酵过程的最佳结果相比分别获得了43.83％、63.89％和32.14％的提高。进一步对双阶段供氧条件发酵过程的调控机制进行了分析，表明通过采用双阶段供氧条件的调控策略，满足了发酵过程不同阶段对氧气的需求，解决了发酵过程细胞生长和油脂及DHA积累的矛盾，实现了裂殖壶菌发酵过程细胞生长和油脂及DHA积累的相对统一。　　(2)考察了基于不同培养模式的发酵过程工艺，包括分批发酵、补料分批发酵和半连续发酵工艺对裂殖壶菌发酵产DHA油脂过程的影响。结果表明，采用持续供应碳源的补料分批工艺比发酵初始提供较高浓度碳源的分批发酵工艺效果更好。进一步考察了补料分批发酵工艺的碳源补料方式，结果显示，基于底物葡萄糖浓度反馈控制的碳源补料方式获得了最佳的发酵结果，最终的细胞干重、油脂含量和DHA含量分别为72.37、48.86和18.38 g/L，该补料发酵工艺最适合发酵过程的油脂和DHA的积累。为了进一步提高发酵过程的生产强度，优化了一种半连续发酵工艺，该工艺两批次实际生产强度为97.6 mg/(L·h)，比采用葡萄糖浓度反馈控制碳源补料方式的补料分批发酵工艺的实际生产强度(90.8mg/(L·h))进一步提高，并且该工艺过程可以降低生产成本，具有良好的工业化生产潜力。通过采用半连续发酵工艺，可以实现发酵过程DHA高产量和高生产强度这两个目标的相对统一。　　(3)确定了氧传递系数kLa为88.9 h-1的条件是补料分批发酵过程的最佳供氧条件，并以此作为发酵过程逐级放大的kLa值。通过建立的预测小试发酵罐kLa值的模型方程，成功实现了补料分批发酵过程从摇瓶到小试规模发酵罐(10L、50L)的放大。确定了预测中试发酵罐氧传递系数kLa值的经验方程，采用与小试发酵罐相同的kLa值，根据经验公式，在1500 L和7000 L发酵罐中成功实现了补料分批发酵过程从小试规模到中试规模发酵罐的放大。通过建立的kLa模型方程及经验公式，建立了一种基于氧传递系数kLa的裂殖壶菌补料分批发酵过程工艺逐级放大方法，该方法可以实现从摇瓶到小试规模发酵罐和中试规模发酵罐的多达150倍体积规模放大倍数的发酵过程逐级放大，这一放大方法可以最终实现对裂殖壶菌发酵产DHA油脂工业化生产过程的优化。　　(4)分析了具有不同生产能力的菌种，原始菌和工业驯化菌在生物质、油脂组分等生理特性方面的差异，得出可以将淀粉、碳水化合物、蛋白质等生物质组分，以及中性脂中的DHA含量、油脂流动性、不皂化物含量等作为DHA高产菌株选育的指标，从而为DHA的工业化菌种选育从微生物生理特性角度提供了新的指标。用GC-MS分析了高产菌和低产菌在发酵过程的代谢轮廓差异，获得了对代谢差异起主要贡献的潜在生物标记物，包括肌醇、组氨酸、天冬酰胺、丙氨酸、半胱氨酸和草酸。进一步分析了几种生物标记物在高产菌和低产菌发酵过程的含量变化情况，并从代谢网络层面分析了高产菌和低产菌在代谢方面的差异与其目标产物DHA合成之间的关系，得到了高产菌选育优化的关键代谢调控节点，为发酵生产DHA的工业化高产菌选育从代谢网络层面提供了新的调控思路。