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威兰胶(welan Gum)是由鞘胺醇单胞杆菌Sphingomonas sp.CGMCC1737分泌的可溶性胞外杂多糖。是美国的Kelco公司在上世纪80年代继黄原胶和结冷胶之后开发的最具市场前景的微生物代谢多糖之一。因其较前者具有更为出色的流变特性和其独特的分子结构而在建筑、石油开采、食品等领域有着广泛的应用和开发价值。威兰胶优良的性能在其开发之后就不断得到认可，因此越来越多研究者投入到威兰胶的研究生产中。在前期的研究工作中，发现威兰胶独特的流变性带来的菌体发酵过程溶氧降低，传质不均等问题，很大程度上制约了威兰胶发酵工业化。目前尚无研究报道这一问题的解决方法。本论文首次采用发酵反应器优化及控制发酵过程多参数等方法有效解决威兰胶发酵体系传质不均的问题，并通过菌种发酵过程呼吸状态分析制定了有效的多步骤调控策略，使威兰胶产量达到27±1.5 g/L，对威兰胶的高效工业化生产具有重要理论指导意义。 本论文取得了如下主要进展:在实验室Sphingomonas sp.CGMCC1737还没有全基因组测序的情况下，通过比较组学和定量PCR技术，获得假定的泛醌氧化还原酶，琥珀酸脱氢酶，辅酶Q生物合成蛋白，铁流蛋白基因，细胞色素C蛋白基因，bd型末端氧化酶，bo型末端氧化酶，细胞色素cbb3型氧化酶。将得到的序列与NCBI基因数据库中信息进行比对分析，完成对所得基因的解析，在解析结果与预期一致的基础上将所得基因序列上传到NCBI中。基于此，采用比较基因组学方法构建了Sphingomonas sp.CGMCC1737电子传递链网络。 借助于计算流体力学(CFD)方法，以威兰胶发酵液为研究体系，研究了6种不同搅拌桨组合在反应器内流体速率分布、剪切速率、和气含率等参数。将模拟效果较好的3种组合用于威兰胶发酵。研究表明MB-4-6搅拌桨组合对改善发酵罐内部的溶氧及流场分布效果最明显，威兰胶产量水平提高了10％。同时在该组合下威兰胶的产品粘度得到有效提高。 在确立最佳搅拌桨组合的基础上，通过尾气分析测量不同通气下发酵过程摄氧率(OUR)对细胞生长和威兰胶合成的变化情况，发现发酵前期高摄氧率有利于细菌生长和胶体合成，但不利于后期发酵。结合威兰胶发酵参数，威兰胶合成关键酶及呼吸链相关末端氧化酶转录水平的变化提出了一个多步骤通气调控策略:发酵前期控制控制通气量1.5 vvm，在达到起泡期降低通气量为1.0 vvm，在起泡期过后通气量提升至2.0 vvm，稳定期时逐步降低通气至1.0 vvm。这个策略使威兰胶的最大产量达到了27±1.5 g/L，产量增加了13％，威兰胶的粘度增加到了5.6±0.10 Pa.S。