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β-胡萝卜素和番茄红素等天然类胡萝卜素因其卓越的抗氧化作用,被广泛应用于医疗保健、食品加工等领域,具有广阔的市场前景。B.trispora(+)和B.trispora(-)共培养发酵是获得天然β-胡萝卜素和番茄红素的主要途径之一,而由于B.trispora(+)和B.trispora(-)具有无性生活史和有性生活史,且共培养体系中正负菌之间存在相互作用,目前尚不能有效控制发酵过程,导致β-胡萝卜素产量低且不稳定。为此,本文系统研究了正负菌共培养体系中B.trispora(+)和B.trispora(-)发育过程的形态变化特点,以及有性生殖、三孢酸与β-胡萝卜素之间的关系等。在此基础上,通过BP神经网络对影响B.trispora(+)和B.trispora(-)共培养发酵的关键因素进行优化与控制,取得主要研究结果如下:(1)确定B.trispora(+)和B.trispora(-)互作的方式。通过B.trispora(+)和B.trispora(-)分别单独培养及正负菌共培养等不同培养方式的研究,发现正负菌分别单独培养进行无性繁殖时只能产生少量的β-胡萝卜素,而在共培养时,尤其是优化了共培养接种量比例后,促进β-胡萝卜素大量合成;通过连通瓶实验,进一步发现三孢布拉霉正负菌共培养体系中存在的某种关键物质是促进β-胡萝卜素大量合成的关键因素。同时表明,β-胡萝卜素大量合成不完全依赖于B.trispora(+)和B.trispora(-)有性生殖和直接接触,可通过发酵液连通达到同样效果。(2)确定B.trispora(+)和B.trispora(-)共培养体系中促进β-胡萝卜素大量合成的关键物质。通过对B.trispora(+)和B.trispora(-)在不同接种方式下发酵液组成成分的检测和比较分析,发现B.trispora(+)和B.trispora(-)在共培养体系和分别单独培养时物质组成有明显差异,且主要差异体现在只有共培养体系中能检测到相对含量较高的三孢酸。通过培养初期添加三孢酸结构类似物的实验,发现负菌单独培养、正负菌共培养的β-胡萝卜素产量分别提高了74.6%、20.4%,而正菌β-胡萝卜素产量变化不大,进一步证实三孢酸在B.trispora(+)和B.trispora(-)共培养体系中促进β-胡萝卜素大量合成的关键作用。此外,通过在B.trispora(+)和B.trispora(-)共培养体系中添加外源β-胡萝卜素的实验,发现β-胡萝卜素产量较不添加外源β-胡萝卜素的提高了69.8%,表明三孢酸与β-胡萝卜素代谢呈正相关,三孢酸与β-胡萝卜素之间可能存在正反馈循环调节作用。(3)基于BP神经网络建立了调控β-胡萝卜素大量合成的数学模型,并优化了各种发酵参数。通过采用高效和精确的粒子群算法,对数学模型进行求解,得到β-胡萝卜素大量合成的最优条件:在发酵初始添加β-紫罗兰酮浓度140μmol/L;发酵第3、5和7天分别给予4℃处理,且处理1.75小时;在发酵培养第3天添加茉莉酸甲酯浓度50μmol/L;添加过氧化氢浓度45μmol/L。此时,B.trispora的β-胡萝卜素产量提高了74%,达到212.2±6.3 mg/L。。