粗糙脉孢菌是南昌大学食品科学与技术国家重点实验室邓泽元教授研究团队在江西传统食品当中提取并纯化得到的菌种。该菌最重要的生物活性体现在有较强的生产类胡萝卜素的能力，同时能有效分解纤维素。粗壮脉纹孢菌属真菌门，真子囊菌亚纲，鹿角菌目，粪壳菌科，脉纹孢菌属，是粗壮串珠霉的有性世代。固态发酵时可产大量分生孢子，分生孢子自下而上成熟，孢子为球形或者卵形，直径6~8μm，孢子团成黄色或者淡橙色，富含类胡萝卜素。因该菌固态发酵易受污染，易退化，来源单一等，目前该菌仍未实现大规模产业化应用，只有少部分企业尝试并取得一定成果。
一、生物特性
粗壮脉纹孢菌（Neurospora crassa），是子囊菌门（Ascomycoya），子囊菌纲（Ascomycetes），粪壳目（Sordariales），粪壳菌科（Sordariaceae），脉纹孢菌属（Neurospora）的真菌。其气生菌丝有隔膜、多核、无性繁殖，可产生大量的分生孢子，分生孢子大多为球形或者卵圆形，直径6~8μm，孢子团成黄色或者淡橙色。其同种属的粗糙脉孢菌作为模式生物在国内外主要用于基础研究，微循环产孢机制，生物钟机制等，也有利用其进行发酵产纤维素酶，乙醇，黑色素，漆酶，谷氨酸脱羧酶等产物的研究。粗壮脉孢菌与众多的粗糙脉孢菌相比，其在亚种上面的分类不一样，会导致其性状方面的差异。
二、合成类胡萝卜素
粗壮脉纹孢菌在固态发酵的过程中产生分生孢子，随着发酵代谢进程的进行，可代谢合成类胡萝卜素。粗壮脉纹孢菌产生的类胡萝卜素种类很多，包括八氢番茄红素、六氢番茄红素、ζ-胡萝卜素，链孢红素、番茄红素、3,4-脱氢番茄红素、β-zeacarotene、γ-胡萝卜素、Torulene、链孢霉黄素等。孢子中色素含量明显高于菌体中的含量。粗壮脉纹孢菌中的类胡萝卜素主要以色素颗粒的形式存在，而且主要存在于菌丝体细胞壁以及孢子中孢子壁附近，另外孢子所含色素颗粒数量远大于菌丝体。李红艳等发现粗壮脉纹孢菌在有氧的条件下可以产生类胡萝卜素，并对其所产的类胡萝卜素进行定性定量检测发现在未优化的条件下粗壮脉纹孢菌的类胡萝卜素产量可达158.5μg/g孢子，而且发现所产大部分类胡萝卜素为β-胡萝卜素。此后，刘志刚等对此菌发酵稻谷加工副产物（砻糠和脱脂米糠）生产类胡萝卜素，其类胡萝卜素含量可高达366μg/g培养物。目前在粗壮脉纹孢菌发酵产类胡萝卜素的机理和工艺方面基本上是空白，仅有极少量企业在尝试产业化，目前取得一定的进展。
类胡萝卜素具有多个共轭双键，属于萜烯基团类不饱和化合物，包括胡萝卜素和叶黄素两大类。类胡萝卜素是自然界中广泛存在天然色素之一，现已发现600余种，存在于很多进行光合作用的植物细胞和微生物细胞中，可通过食物链传递，在动物细胞中累积。动物不能自行合成类胡萝卜素，只能通过食物摄取和转化获得。
粗壮脉纹孢菌所产类胡萝卜素的抗氧化实验结果显示：与常见的抗氧化剂相比，粗壮脉纹孢菌所产类胡萝卜素对DPPH自由基，超氧自由基，羟基自由基这三种不同的自由基具有较强的清除能力，同时比同浓度的番茄红素，β-胡萝卜素清除自由基能力强，此外粗壮脉纹孢菌所产类胡萝卜素还具有较高的总抗氧化能力和较强的金属螯合能力。
1、类胡萝卜素的生产途径
类胡萝卜素的生产方法主要有三种：化学合成、微生物发酵、提取法。化学合成和天然的类胡萝卜素在分子结构、物理化学性质上无差异，但是在药理性质和生理功能上差别较大，主要是因为人工合成的是单一纯物质，而天然产物中有多种顺反异构体存在，在生物体内具有特殊的功能性质。而且化学合成法所使用的化学反应物在类胡萝卜素产品中会有不同程度的残留，由于双键立体选择比较难控制产物的纯度，因而其产品质量及使用范围受到限制。另外生产工艺条件要求苛刻，成本比较昂贵，生产效率也不高，其生产污染物的排放对环境造成较大的污染。
微生物法生产类胡萝卜素是指利用微生物培养方法，通过微生物自身代谢产生类胡萝卜素然后通过一定的分离法分离提取所需的类胡萝卜素。与合成法相比，其所产的类胡萝卜素为天然色素，活性与天然存在的状态相差不多，更易于人体吸收，功能性更显著，而且生产成本低，产物质量低，而且相对环境的污染较小。另外，微生物发酵有固态和液态两种方式，固态发酵相对液态发酵产类胡萝卜素的微生物主要有细菌、真菌和某些藻类。光合细菌是研究最多的产类胡萝卜素微生物群，如红球菌属（Rhodopila）、红螺菌属（Rhodobacter）、红假单细胞菌属（Rhodospirillum）等。这一类细菌合成的类胡萝卜素种类有80多种，非光合细菌主要产C45和C50类胡萝卜素，这一类微生物有橙色爸叠球菌（Sacina aureus）、黄杆菌（Flavobacterium sp）等。真菌是重要的工业发酵产类胡萝卜素的菌种，主要有深红酵母（Neurospora crassa）、三孢布拉氏霉（Blakeslea trispora）、布拉克须霉（Phycomyces blakesleeanus）、红酵母属（Rhodotorula）等。深红酵母（Neurospora crassa）主要合成β-胡萝卜素、酵母素以及红酵母烯，三孢布拉氏霉合成β-胡萝卜素能力强，粗壮脉纹孢菌产类胡萝卜素种类比较丰富，有番茄红素、红酵母烯、链孢霉黄素、β-胡萝卜素等。
2、类胡萝卜素的生理功能
类胡萝卜素是国际公认的具有生理活性的功能性色素，整理国内外的研究成果，主要体现在以下几个方面：
——维生素A的前体
人体不能自行合成维生素A，只能从外界摄取，自然界约有50余种类胡萝卜素可转化成维生素A，其中以β-胡萝卜素活性最强，是人体获取维生素A的重要来源。维生素A缺乏症主要包括眼角膜上皮增厚，脱落和角质化造成的角膜溃疡甚至失明；泪腺分泌障碍造成的夜盲症、干眼病等；皮肤干燥，表皮组织改变导致的病菌感染，肠胃粘膜表皮受损造成的腹泻等。
——抗氧化功能
类胡萝卜素特别是β-胡萝卜素和番茄红素是较强的抗氧化剂，它们能高效猝灭单线态氧，清除人体内的自由基。在有机体正常的代谢过程中或受到紫外线强烈照射后会产生高能活性氧，高能活性氧非常不稳定，可迅速将能量传递给其他分子而产生自由基。自由基中异常活跃的孤对电子可造成蛋白质、核酸、细胞膜等分子或组分损伤，导致细胞突变或死亡。三线光敏分子（Sen）在光敏反应中可经两种途径衰变成基态，一种是与生物分子的反应，产生能引发自由基反应和对细胞造成损害的自由基物质，从而衰变回基态；另一种是直接与氧分子反应，是出于三线基态的分子样跃迁为非常活跃的单线态氧（O2）,从而使自己回到基态。一般情况下，三线态光敏分子（Sen）在与生物分子或氧分子反应之前可悲类胡萝卜素猝灭。但在某些情况下，类胡萝卜素无法使所有的三线态光敏分子都失活，从而会产生一定的自由基物质和单线态氧。在这种情况下，类胡萝卜素超强的清除自由基和猝灭O2的能力可钝化自由基和单线态氧，使他们重新回到基态。
——增强免疫，延缓衰老，预防癌症
类胡萝卜素能增强人体特异性及非特异性免疫功能，也能增强人体免疫系统对肿瘤的免疫力，预防肿瘤的发展和扩散。类胡萝卜素能增强免疫系统中B细胞的活力，减少外援病菌的入侵；类胡萝卜素也能增强淋巴辅助T细胞活力，协助免疫B细胞产生抗体，并增强其他免疫组分的活性；而且还能增加自然杀伤细胞数目，提高机体消除被感染细胞或癌细胞的能力。另外，与衰老相关联的色斑退化的发生率与维生素A前体类胡萝卜素的摄取也存在显著负相关，并且β-胡萝卜素最为显著。
大量的流行病学研究表明，癌症的低发病率与血清中高水平的类胡萝卜素之间存在密切关系，经常摄入类胡萝卜素可有效降低多种癌症的发病率，如口腔癌、胃癌、肺癌和食道癌等。在1975年到1992年的46项研究膳食或血清中类胡萝卜素含量水平与肺癌之间的发病率之间的关系报道中，有41项研究发现日常摄入高水平的类胡萝卜素或血清中类胡萝卜素高的受试者，其肺癌的发病率明显较低。另外，类胡萝卜素预防癌症还与其可加强细胞间的缝间联接交流有关。细胞缝间交流对于多细胞生物体的进化和组织的构建、细胞功能的协调，细胞生长和分裂的控制是必须的。β-胡萝卜素能诱导细胞间通讯，可增强已转化癌起始细胞与健康细胞间的交流，从而抑制细胞的恶性转化。
三、产降解纤维素酶及低聚糖
粗壮脉纹孢菌可分泌较高活性的纤维素酶。该菌所产纤维素酶系健全，包括外切葡聚糖酶、内切葡聚糖酶和葡聚糖苷酶等，并且该菌在高纤维含量的培养基上能够旺盛生长，可完成培养基中的纤维素的降解过程。研究集中在利用粗壮脉纹孢菌液态发酵，对其所产生的纤维素酶进行了分离纯化并测定了相关酶的分子量。也有通过对粗壮脉纹孢菌进行诱变育种，筛选高产菌株并鉴定了其生理生化性质，利用粗壮脉纹孢菌讲解纤维素的能力在优化培养基和发酵条件后达到降解农副产品提升其循环利用价值。叶俊等利用粗壮脉纹孢菌发酵富含粗纤维的农副产品，如豆渣、米糠、玉米芯、甘蔗渣等，成功将粗纤维降解为低聚糖，主要以2-10的聚合度为主。
粗壮脉纹孢菌所分泌的纤维素酶酶的最适催化反应pH为4.8～5.3，最适催化反应温度为45～50℃，在50℃及pH为4．8时该酶稳定。CMC、C1和β-葡萄糖苷酶活力变化范围有一定差别。锰离子对该酶活力有一定的增强作用，而铜离子和铝离子对其活力有明显的抑制作用。在产酶培养基中加入洗衣粉可以促进产纤维素酶活力，而洗洁精则会抑制产酶活力。
低聚糖一般可分为普通低聚糖和功能性低聚糖。普通低聚糖可以直接被人体消化吸收而产能，而功能性低聚糖因不能被人体消化吸收而直接进入肠道内被有益菌所利用。低聚糖的主要生理功能主要有促进肠道益生菌增殖，改善肠道菌群环境；增强机体免疫能力，改善健康；润肠通便，防止便秘和肠癌；防止口腔龋齿。
四、改善鸡蛋蛋黄色泽方面研究成果
鸡蛋蛋黄的色泽是衡量鸡蛋品质的重要指标之一。蛋黄中的主要呈色物质就是类胡萝卜素，主要是玉米黄质、叶黄素等，他们是强大的抗氧化剂，可以高度保护眼睛，减少你的眼睛黄斑变性和白内障等疾病的风险。蛋黄的颜色主要受鸡的日粮影响，摄食含类胡萝卜素多的食物，蛋黄的颜色就会偏深。
普通的鸡蛋一般含有非常微量的类胡萝卜素，大约含0.2mg/100g。通过将粗壮脉纹孢菌发酵所产的富含类胡萝卜素的饲料通过其他辅助的饲料和添加剂可以有效强化鸡蛋中的类胡萝卜素。鸡蛋中的类胡萝卜素在转化效率方面，相比蔬菜水果的类胡萝卜素，鸡蛋中的类胡萝卜素在人体转化效率要高。类胡萝卜素是脂溶性化合物，多存在于生物体内的脂类或蛋白质的疏水区。鸡蛋中的类胡萝卜素多以与大分子化合物结合的状态存在，存在于高脂肪、高蛋白，富含高不饱和脂肪酸的脂溶性环境，这些物质进入人消化道后更利于促进分泌胰酶和胆盐，使得类胡萝卜素更容易形成乳糜颗粒被人体直接吸收。而蔬果的环境大部分是水溶性的，会造成摄取后类胡萝卜素吸收率不高；同时蔬果含有大量的粗纤维等影响类胡萝卜素吸收的拮抗因子也阻碍了类胡萝卜素的利用率。
五、废物高效利用到产品高附加值的“双杠杆”
粗壮脉纹孢菌的经济价值不仅仅反映在它的发酵产物具有很高的营养价值，更重要的是它能高效利用农产品加工的副产物，比如豆渣、甘蔗渣、啤酒糟、玉米芯、稻草秸秆等。这些多是农业生产或食品加工的副产物，因粗纤维高，利用率低，基本上用于燃料和肥料，部分作为饲料在体内吸收差，转化效率很低，不仅浪费大量的生物质资源，而且引起严重的环境污染。随着环境污染加重以及人们的环保意识的加强，亟需寻找高效利用这些副产物的技术方法，提高这些廉价原料的附加值，提高经济收益，变废为宝，降低环境污染，这是建设资源节约和环境友好型社会，实现经济增长的需要。粗壮脉纹孢菌相比其他种类的真菌，在产纤维素酶的活力上面有明显的优势。粗壮脉纹孢菌强降解纤维素的功能使得其可以利用低廉的原料作为发酵底物，大大节约了规模化生产的成本。粗壮脉纹孢菌的发酵产物主要包括类胡萝卜素、低聚糖、蛋白和多肽等，这些成分都是可以直接被动物或者人类吸收利用的。因此在投入和产出方面呈现“双杠杆”，具有较大的经济价值。