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琥珀酸(C4H6O4)作为三羧酸循环中间代谢物，是一种重要的四碳平台化合物。琥珀酸及其衍生物是生产表面活性剂、绿色溶剂、生物可降解塑料、食品添加剂、药物中间体、饲料添加剂等产品不可或缺的原料，并因此被美国能源部列为最具潜力的大宗化学品之首。众所周知，在过去一个多世纪当中琥珀酸都是通过石化资源来生产，成本昂贵、原料殆尽且造成环境污染，近年来微生物发酵法生产琥珀酸解决了这些弊端，因此化学合成法必将被微生物发酵法所取代。本研究在建立产琥珀酸放线杆菌兼性厌氧发酵过程的基础上，通过培养基优化、pH调控等手段，将琥珀酸产量由31.5g/L提高至59.2g/L。
通过Plckett-Burman(PB)设计、Steepest ascent(SA)设计和Box-Behnken(BB)设计，结合response surface modeling(RSM)分析法对产琥珀酸放线杆菌ATCC55618发酵培养基进行分析和优化，PB设计筛选到葡萄糖、酵母浸膏和MgCO3三种影响琥珀酸合成的关键成分，借助SA设计的优化，最终通过BB设计确定三者浓度分别为84.6 g/L,14.5g/L和64.7g/L时为最优组合，在此优化条件下的琥珀酸产量达到52.7±0.78g/L。验证实验结果与预测结果吻合，从而实现了琥珀酸对于葡萄糖的产量和得率分别提高67.3％和113.8%的理想效果。
为了实现pH值在线调控，将实验规模初步上升至7.5升反应器中，并发现对于Actinobacillus succinogenes ATCC55618而言维持恒定的pH7.5最有利于琥珀酸的积累。进一步考查维持恒定pH值所用的碱，能够筛选到NaOH和KOH两种氢氧根形式的碱，但与此同时存在的细胞絮凝现象启发我们，为避免单一金属离子浓度过高可以采用碱的协同作用方式对pH值加以调控，并最终确定了以NaOH协同40g/L MgCO3维持恒定的pH7.5为最优控制条件，此时琥珀酸产量进一步提高至59.2g/L。
结合统计学实验设计(如Plackett-Burman设计，Steepest ascent设计、Box-Behnken设计)，本文高效快速的确定了产琥珀酸放线杆菌发酵的最优培养基，并在此基础上于7.5升反应器中实现初步放大，琥珀酸产量达59.2g/L。本文首次对产琥珀酸放线杆菌ATCC55618的发酵培养基进行系统有效地优化，统计学实验设计的运用有效减少了实验次数、提高了优化效率，对研究琥珀酸发酵过程优化提供方法学上的借鉴。