β-胡萝卜素(β-Carotene)是一种外观呈深红色至暗红色的类胡萝卜素，存在于许多水果、蔬菜中。作为有效的抗氧化活性物质，β-胡萝卜素具有特殊的生理功能，被广泛应用于饲料、食品添加剂、化妆品、保健品、医药等行业，具有广泛的应用前景和较高的商业价值。目前β-胡萝卜素的生产方法主要有天然提取法、化学合成法、微生物发酵法。其中微生物发酵法具有经济、安全、产物纯度高、抗氧化活性好、易于人体吸收等优点。本论文以美国FDA认证安全的大肠杆菌K-12(Eschrichia coli K-12)作为宿主菌，利用基因工程和代谢工程构建MVA途径合成β-胡萝卜素的相关菌株;对菌株进行筛选，并对发酵培养基、菌体初始生长条件、生长期、诱导期及后提取的各项参数进行系统优化，实现重组大肠杆菌的高密度培养，并获得高产、高纯度的β-胡萝卜素。优化后菌体的生物量达到177OD，比优化前最初的生物量提高了58％;优化后β-胡萝卜素的产量达到了2030mg/L，比优化前最初的β-胡萝卜素产量提高了134％;利用优化后的工艺进行高密度发酵重组大肠杆菌合成β-胡萝卜素，不仅可以降低成本，提高生产强度，而且产业化适用性较强，为β-胡萝卜素产业化产生提供了基础。　　主要研究内容和结果如下:　　1、出发菌株的筛选　　对比菌株在生长状态、β-胡萝卜素累积、稳定性等方面的情况，对已构建好的8株重组工程菌进行筛选，并通过核磁共振对目标产物进行确认，得到最佳出发菌株CP14，β-胡萝卜素最初产量为866mg/L;　　2、菌体生长条件的优化　　通过对重组工程菌株CP14前期生长的基本条件进行优化，包括接种菌龄、接种量、培养基筛选、初糖最适浓度、温度、pH等条件的摸索，使菌体最高生物量为114OD，β-胡萝卜素产量为1023mg/L，相比之前的产量866mg/L提高了18％;　　3、菌体生长期和诱导期条件的优化　　简化了培养基的成分，去除了酵母提取物，减少了培养基中磷酸盐的用量，通过控制比生长速率来进行补料和控制乙酸生成量，并对重组工程菌CP14的诱导条件进行了优化，包括诱导时间点、诱导温度、诱导期的补料速率，最终菌体最高生物量达到177OD，β-胡萝卜素产量为2030mg/L，相比之前的产量1023mg/L提高了98.4％;　　4、提取条件的优化　　通过对β-胡萝卜素的提取条件进行优化，确定了破壁次数为3次、最佳提取溶剂为环己烷∶乙醇（V/V=6∶1）、最佳料液比为1∶15、最佳提取次数位2次、最佳提取时间40min、最佳提取温度45℃;并对β-胡萝卜素的稳定性进行了研究，β-胡萝卜素应该避光、密封、低温保存;添加抗氧化剂BHT（Butylated Hydroxytoluene）有助于提高β-胡萝卜素的稳定性;提取过程中应避免接触到Fe2+、Fe3+、Cu2+等金属离子。