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β-胡萝卜素和番茄红素都是具有较高营养价值和药用价值的类胡萝卜素，国内用三孢布拉氏霉(Blakeslea trispora)发酵生产这两种类胡萝卜素已形成产业化，但发酵水平低，生产成本高。本文研究了低能N+注入B.trispora(-)的诱变效应、高产菌株的筛选及稳定性、优化了高产菌株发酵生产β-胡萝卜素和番茄红素的工艺，探讨了5L、100L及1000L发酵罐放大规律并实现了产业化生产。
从生理和生化的角度研究低能N+注入B.trispora(-)的诱变效应表明：(1)由考夫曼源和双潘宁源发生的N+注入B.trispora(-)的存活率-注量曲线都呈“马鞍型”，但“马鞍点”位置不同，分别在注量为90×1014N+·cm-2和120×1014N+·cm-2处，其中用双潘宁源处理B.trispora(-)更有助于促进菌体合成类胡萝卜素；(2)注入10keV和15keV的N+对菌体细胞的损伤效应明显大于5keV，且用10keV的N+处理B.trispora(-)有助于促进菌体合成类胡萝卜素；(3)在注入能量相同的情况下，不同注量的N+注入B.trispora(-)的正突变率随着注量的增加先增大后减小，在注量为120×1014N+·cm-2时正突变率最高；(4)在注量低于60×1014 N+·cm-2的条件下，POD、CAT和SOD酶的活力均随着注量的增加而降低，此时B.trispora(-)清除自由基的能力和总抗氧化能力也随之减弱；当注量高于60×1014N+·cm-2后，CAT和CuZn-SOD活力开始逐步下降，而此时B.trispora(-)清除O2-和OH的能力却出现了增强。据此推测离子注入诱导的B.trispora(-)菌体内所增加的类胡萝卜素也具有类似CAT和CuZn-SOD的抗氧化功能，它使菌体清除自由基的能力有所增强；离子注入生物体所诱导的总抗氧化能力的变化则很可能是导致生物体存活率-注量曲线呈现“马鞍型”特征变化的原因之一。
构建N+注入B.trispora(-)存活率-注量效应模型、突变率-注量效应模型以及诱变产生正突变株的效果收益模型，用以指导B.trispora(-)诱变选育工作的进行，也为其他霉菌的诱变选育提供参考。
用离子束对 B.trispora(-)进行诱变选育，结合测定菌体抗氧化酶活性的变化，筛选出BH3-701等三株类胡萝卜素高产菌株。连续五代遗传稳定性实验结果表明，高产菌株遗传稳定性较好，其中BH3-701生产β-胡萝卜素的平均产量比出发菌株提高78.7％，表现出很强的发酵积累β-胡萝卜素的能力。
正交实验优化得BH3-701菌株种子培养基的组成为玉米粉40g.L-1，黄豆粉20g.L-1，麦芽浸粉20g.L-1，磷酸二氢钾2g.L-1，维生素B12mg.L-1，硫酸镁0.5g.L-1；发酵的组成为玉米粉30g，L-1，黄豆粉30g.L-1，玉米油30g.L-1，葡萄糖30 g.L-1，磷酸二氢钾2g.L-1，维生素B12mg.L-1，硫酸镁0.5g.L-1，Tween801.0g.L-1。
优化的β-胡萝卜素发酵工艺条件为：初始pH值7.0，摇床转速240r.min-1，温度28℃、500mL摇瓶的装液量为50mL，接种量(体积分率)10％、正负菌的接种比例(体积比)1:10，在此条件下摇瓶发酵β-胡萝卜素的产量可达到3.5g.L-1。
实验室优化的添加环化酶抑制剂发酵番茄红素的工艺为：摇瓶发酵--发酵到48h时，加入浓度为1.0g.L-1的2-氨基-5甲基吡啶，在此条件下番茄红素的产量可达到1.5g.L-1。发酵罐中发酵--当发酵液中β-胡萝卜素的含量达到0.1g.L-1左右时加入1.0g.L-1的2-氨基-5甲基吡啶，可以有效抑制番茄红素环化酶的活性，促进番茄红素的合成。其他条件不变，在发酵进行到24h时，以50mg.L-1的添加量加入三孢酸，可以使摇瓶中番茄红素的产量达到1.65g.L-1。在发酵番茄红素的过程中添加三孢酸尚处于摇瓶研究阶段，本文采用添加环化酶抑制剂(2-氨基-5甲基吡啶)的工艺发酵番茄红素。
考察了5L发酵罐中分批发酵过程规律以及操作条件(如温度、搅拌转速和通气量)对发酵过程的影响，比较5L、100L和1000L发酵罐发酵生产β-胡萝卜素和番茄红素的过程。实验结果表明，高的溶解氧对于B.trispora生长及类胡萝卜素合成有着至关重要的意义，以发酵过程中体系相对溶氧值作为放大类胡萝卜素发酵过程的依据简便、易行、可靠，对类胡萝卜素的产业化生产具有实用价值。
适合1000L罐发酵β-胡萝卜素的操作条件为：工作体积700L，培养基初始pH值7.0，温度28±0.5℃，在罐压为0.08MPa左右，搅拌转速50r.min-1～150r.min-1，通气量1.2vvm～1.5vvm范围内按5L发酵过程体系相对溶氧曲线调节发酵过程的相对溶氧值，在此条件下发酵72h左右，β-胡萝卜素的产量为3.2g.L-1；将发酵温度控制改为25±0.5℃，其他条件不变，当发酵至β-胡萝卜素的含量为0.1g.L-1时加入1.0g.L.1的2-氨基-5甲基吡啶继续至96h左右终止发酵，番茄红素的产量为1.3 g.L-1。在实验所用1000L发酵罐条件下发酵体系相对溶氧较低，不能满足菌体合成类胡萝卜素的需要，导致菌体次级代谢过程提前终止，所以1000L罐中发酵类胡萝卜素产量比摇瓶降低10％。
该项目已经成功转让给江苏江山制药有限公司(目前主要生产番茄红素)，诱变筛选所得的高产突变菌株已经通过了中试放大实验，在1000L的发酵罐中番茄红素的产量连续三批稳定在1.3g.L-1以上，目前处于国内最好水平。