p-胡萝卜素是维生素A的前体,是人体维生素A的主要来源,也是食品工业优良的着色剂和抗氧化剂。番茄红素具有良好的抗氧化、抗癌和预防心脑血管疾病的生物学功能。p-胡萝卜素和番茄红素是在功能食品、医药、化妆品领域应用最广泛的两种类胡萝卜素,市场需求量逐年增加,商业前景良好。化学合成的番茄红素和p-胡萝卜素,副产物多,潜在毒性风险高。因此,市场对来源于植物组织提取和微生物发酵制备的天然β-胡萝卜素和番茄红素的需求量越来越大。由于原材料的局限,从植物组织提取的方法不能满足工业化连续生产类胡萝卜素的需要。三孢布拉霉菌体(Blakeslea trispora)p-胡萝卜素含量高且类胡萝卜素成分简单,几乎仅合成番茄红素、γ-胡萝卜素和β-胡萝卜素3种类胡萝卜素,是目前唯一可以用于工业化发酵生产天然p-胡萝卜素和番茄红素的菌株。本研究以用三孢布拉霉菌体发酵生产高品质p-胡萝卜素和番茄红素为研究任务。一是建立了一种简单快速检测类胡萝卜素顺反异构体含量的HPLC分析方法；二是建立了高产p-胡萝卜素三孢布拉霉菌株的高效筛选技术;三是研究了氧化胁迫条件下三孢布拉霉菌体的响应机制及氧化胁迫促进p-胡萝卜素生物合成的分子机理；四是提供了一种高品质番茄红素的制备方法,分析了番茄红素环化酶抑制剂的食品及环境安全性,建立了番茄红素环化酶抑制剂的评价标准；五是建立了一种类胡萝卜素清洁高效的提取方法。(1)本研究提供了一种用5M氢氧化钾乙醇溶液快速从类胡萝卜素中完全去除油脂的皂化方法,避免了油脂对类胡萝卜素分析检测的干扰。皂化后的类胡萝卜素易溶于乙腈。同时也建立一种简单快速以极性溶剂为流动相,以反相酰胺柱为分离柱的检测类胡萝卜素顺反异构体的分析方法。分离柱为Ascentis RP-Amide(15cm×2.1mm,5μm),流动相和样品溶剂为乙腈,流速0.4mL min-1,检测波长470nm。(2)本研究利用浓度分别为0.07%和0.08%的脱氧胆酸钠PDA培养基筛选得到三孢布拉霉正菌和负菌的单菌落。再利用0.4%的红四氮唑溶液对B. trispora单菌落染色。菌落染色颜色越红,菌体活力越强,高产p-胡萝卜素的潜力越大。该方法操作简单、筛选快速,是一种高效筛选高产p-胡萝卜素三孢布拉霉菌株的有效方法。(3)本研究探索了过氧化氢诱导三孢布拉霉菌体细胞形成氧化胁迫的响应机制。培养3天的菌体添加40μM过氧化氢诱导细胞形成温和的氧化胁迫,β-胡萝卜素产量增加了38%。过氧化氢诱导氧化胁迫,3小时后β-胡萝卜素生物合成途径的关键酶基因(hmgr, ipi, carG, carRA和carB)的表达量都显著增加,24小时内葡萄糖的有氧代谢显著增强,且超氧化歧化酶和过氧化氢酶的比活力都显著提高。这些变化是三孢布拉霉菌体应对细胞氧化胁迫的响应,以减小氧化胁迫对细胞的伤害。同时这些应激响应也是氧化胁迫强化p-胡萝卜素合成的重要原因。(4)本研究提供了一种用三孢布拉霉菌体发酵生产高品质番茄红素的方法。添加300mg/L的2-异丙基咪唑能完全抑制番茄红素环化酶的活性,阻遏γ-胡萝卜素和p-胡萝卜素的合成。2-异丙基咪唑能增加番茄红素的合成途径关键酶的表达,从而强化了番茄红素合成途径代谢流。添加20mg/L的酮康唑抑制麦角固醇合成途径代谢流,番茄红素含量和产量分别提高了76.6%和64.3%。该方法能够生产高品质的番茄红素,总类胡萝卜素中番茄红素的含量为96%,且番茄红素中顺式番茄红素含量约为35%。三孢布拉霉菌体中番茄红素的含量和营养品质都优于西红柿,三孢布拉霉菌体是一种理想的高品质天然番茄红素的来源。(5)本研究提供了一种以低压蒸汽爆破预处理菌体细胞,以乳酸乙酯为提取剂从三孢布拉霉菌体中清洁高效提取类胡萝卜素的方法。用响应面方法优化了提取条件以获得最大的提取收率。最优的提取条件为菌体在0.2MPa蒸汽压力维持4.4分钟的条件下爆破,爆破后的菌丝体抽滤脱水得到菌体滤饼,然后用乳酸乙酯(料液比1：25)于39℃搅拌提取45分钟,总类胡萝卜素提取收率达到95.6%。新的提取方法相比于传统提取方法具有明显优势：提取收率增加了31.7%,且省去耗时长的烘干过程,提取时间显著缩短,乳酸乙酯相比于乙酸乙酯是清洁无毒的提取剂。本方法是一种清洁高效从三孢布拉霉菌体中提取类胡萝卜素的方法。