玉米芯水解液发酵生产红曲色素的研究及条件优化汇总.docx
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玉米芯水解液发酵生产红曲色素的研究及条件优化汇总
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2010No．9
SerialNo．222
ChinaBrewing
ExperienceExchanges
玉米芯水解液发酵生产红曲色素的研究及条件优化
邢淑婕，周颖，刘开华
（信阳农业高等专科学校生物技术系，河南信阳464000）
摘要：
红曲霉是用于生产红曲色素的一类重要真菌，但红曲霉还会产生桔霉素，因此在控制桔霉素的前提下增强色素合成是目前
研究的热点。
玉米芯是一种分布广泛的农业废弃物，研究选用玉米芯水解液为碳源，考察其对红曲霉液态发酵时生物量、桔霉素和红曲色素水平的影响，并对发酵条件进行了优化。
结果显示，玉米芯水解液是红曲霉发酵的良好碳源，当水解液中葡萄糖为40g/L，木糖为30g/L，暗光培养并添加辛酸时，桔霉素产率仅为27μg/L，红曲色素色价（OD510nm）高达268。
关键词：
玉米芯水解液，红曲色素，桔霉素，发酵条件优化中图分类号：
TQ925
文献标识码：
B
文章编号：
0254-5071（2010）09-0130-03
OptimizationoffermentationconditionsofMonascuspigmentusingcorncobhydrolyte
XINGShujie,ZHOUYing,LIUKaihua
（DepartmentofBiotechnology,XinyangAgriculturalCollege,Xinyang464000,China）
Abstract：
Monascussp.areimportantfungusinproductionofMonascuspigment,however,Monascussp.canalsoproducecitrininatthesametime.ThereforeitisimportanttoincreaseMonascuspigmentanddecreasecitrinincontentintheproductionofMonascuspigment.Corncob,awidespreadagro-residue,wasemployedasacarbonsourcetoproduceMonascuspigmentinthisstudy.Theoptimalfermentationconditionswereobtainedasfol-lowed:
glucoseconcentrationincorncobhydrolyte40g/L,xyloseconcentration30g/L,darkcultivationandaddingcaprylicacid.Underthesecondi-tions,thelevelofcitrininwasdecreasedto27μg/LandMonascuspigmentwasenhancedto268OD510nm.Keywords:
corncobhydrolyte；Monascuspigment；citrinin；fermentationoptimization
红曲霉（Monascusanka）是在食品和医药工业具有广泛用途的丝状真菌，可产生红曲色素、Monacolin类降
收稿日期：
2010-05-14
血脂物质等多种代谢物质，目前，红曲主要用于酿造、中药、食品着色剂和化妆品等领域[1-3]。
作者简介：
邢淑婕（1972-），女，河南信阳人，副教授，主要从事食品与生物技术方面研究工作。
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是乙缩醛和乙醛，占了总醛的98%，主要是对白酒香气进行平衡和协调。
淡雅风格白酒乙醛含量明显减少，降低了引起白酒的辛辣、上头的物质。
乙缩醛清香芬芳，绵柔醇甜，是白酒老熟的重要标志。
3.3特殊调味酒的应用
在淡雅风格酒勾兑组合降度后，一般情况下都会存酒体粗糙、欠爽净、后味淡薄、细在某些缺陷，如醇甜欠佳、腻程度不足等，就要由勾兑师选择适应性强的调味酒进行弥补。
3.3.1酒尾调味酒
降低白酒刺通过添加贮存2年以上的尾酒调味酒，
激强度，适度增加柔和新产品的后味，使酒体柔而不淡、柔而不单。
3.3.2酱香调味酒
酱香型调味酒含有大量芳香族化合物，适量使用可以提高淡雅风格白酒的幽雅层次和宜人香气，酒体更加柔顺圆润，增加饮用后的舒适度。
3.3.3陈化调味酒
选择风格典型的精华酒，贮存3~5年以上，是淡雅风格白酒主要的调味酒。
陈香赋予酒诱人的感觉，使香气高雅、怡人，由于其阈值极低，在品评时最先能感受。
作为淡雅型白酒，其香气的飘逸感更离不开陈香，在骨架成含量
较低的情况下，幽雅的陈香与窖香、曲香、糟香等相复合时，才可能产生淡雅型白酒所独有的飘逸感和细腻度[5]。
4南北过渡的自然环境是酿造淡雅风格白酒的重要条件
安徽属暖温带向亚热带的过渡型气候，淮河以北属属秋高气爽，夏雨暖温带半湿润气候区，四季分明，春温多变、集中。
多年平均气温14℃~15℃，年平均降雨量869.6mm左右，区地下水质属低矿化度的淡水，水质良好，由于人类活动和近代黄泛的覆盖和侵蚀，广大河间地区多为青黑粘土[6]，有机质、矿物质丰富，保肥保水，为众多酿酒微生物的生长繁殖提供了良好的自然条件，是建窖的理想土壤，适宜于淡雅风格白酒的酿造。
参考文献：
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经验交流
中国1995年，国内外学者发现红曲霉能产生对人体有害作用的真菌毒素———
桔霉素[4]，红曲的安全性开始受到质疑[5-6]。
自然界选育的红曲霉生产菌株往往都能产生桔霉素，可能归因于桔霉素、红曲色素和MonacolinK具有部分共同的聚酮合成途径[7-8]，
因此，在提高色素产量的同时如何降低红曲产品中桔霉素的含量就显得尤为重要。
红曲的生产方法有传统固态发酵和液态发酵之分，目前已有关于控制培养条件以抑制桔霉素合成量的研究报道，主要集中于液态发酵的培养基成分、
培养条件和反应器设计等方面[9-11]。
在培养基成分中，碳源是重要的一个因素，除影响红曲霉的生长之外，还决定了工业生产中的发酵成本。
红曲霉可以利用的碳源很多，有大米、木薯淀粉、麦麸、高梁粉、玉米粉等[12-14]。
为降低成本，应对世界粮食危机，必须开拓其他碳源。
玉米芯是一种全世界范围内大量存在的主要农业废弃物，其经过预处理和脱毒后，可广泛用于生物基产品如酒精的生产。
本研究针对M.purpureus液态发酵法，首先考察了玉米芯这一新碳源对菌丝生长速率的影响，评价了该碳源用于紫红曲霉菌株生长的适用性，并对桔霉素和红曲色素合成进行了分析，研究了该碳源对紫红曲霉安全性和功能性物质的影响。
1材料与方法1.1菌株、试剂及设备
实验菌株：
M.purpureusSH003，参照CHEN等的方法[9]从市售红曲样品中分离筛选获得玉米芯：
信阳郊区农场；木聚糖标品：
Sigma产品；其他试剂为分析纯。
发酵罐：
上海国强生化装备有限公司（15L，tophawk控制系统）。
1.2分析方法
发酵液中葡萄糖和木糖的含量的测定分别见文献[15，16]，红曲色素的抽提测定见文献[17]，胞外色素加上细胞结合色素的含量为总色素产率。
色价的测定见文献[18]，桔霉素的分析见文献[19]，菌丝干重参见文献[20]，计算单位菌丝干重的红曲色素和桔霉素产率即得其比产率。
1.3玉米芯的酸水解
玉米芯必须经预处理才能用于发酵培养，其水解方法见王晨霞等的两步酸水解法[21]。
1.4红曲霉发酵
首先将M.purpureusSH003在PDA平板上于30℃培养6d~8d，然后用PDB培养液将孢子洗涤下来[22]，并定容至500mL，孢子培养液用500mL三角瓶分装，50mL/瓶，200r/min，培养4d，至OD600nm为10左右，最后将种子液接入发酵罐。
发酵培养基在KIM等[23]报道基础上改进而来，以玉米芯水解液替代其葡萄糖成分。
玉米芯水解液中葡萄糖浓度为40g/L，
木糖浓度为30g/L，此外还含有其他少酿造
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·量的其他糖类及水解物。
发酵温度为30℃，搅拌转速为500r/min，在第1d、2d、3d、4d和5d通气量分别控制为0.2vvm、0.5vvm、1vvm、2vvm、3vvm。
为降低桔霉素并增加红曲色素的产率，首先分别考察了暗光环境（通过关闭发酵罐罐内可视灯及用黑纸包裹可视镜）和添加脂肪酸（初始发酵液中添加5g/L辛酸）对桔霉素和色素产率的影响，并在此基础上研究了上述2种策略结合使用的效果。
2结果与讨论
2.1玉米芯对M.purpureus细胞生长速率和产桔霉素的影响
较高的红曲霉菌丝量是获得大量次生代谢产物的保障。
M.purpureusSH003经孢子制备和种子液培养，接种发酵培养基，M.purpureus生长变化见图1。
由图1可见，玉米芯水解液用作碳源时，M.purpureus具有与其他碳源培养时类似的生长曲线，即经历了延滞期、对数生长期、静置期和衰亡期。
在2d~3d进入对数生长期，与之对应的是，这段时期的碳源消耗速率迅速增加，尤其是葡萄糖的利用最为明显，因为作为一种更易利用的碳源，葡萄糖首先被利用；M.purpureus在70h时菌体增加变慢，此时发酵液葡萄糖残余量已经很低，而此时木糖残余量尚高，由于此时菌体也产生了一定量的木糖酶，因此其利用速率较之前加快，从而促进了红曲霉菌丝的进一步增长。
但比较而言，第5d菌体生长明显变慢，而此时也是次级代谢产物大量积累的时期。
2.2玉米芯对M.purpureus色素的影响
针对不同培养时期的发酵液取样，分析其桔霉素和红曲色素产率，结果见图2。
由图2可知，桔霉素在第1d~2d积累缓慢，进入第3d后，随着残糖量的减少和菌丝体的增大，桔霉素积累量增加明显，并在第5d达到最大值52μg/L，但和其他紫红曲霉菌株相比仍处于较低水平，因此，玉米芯水解液不会增加桔霉素含量。
红曲色素的分泌具有类似的时间曲线，所不同的
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ChinaBrewing
Experience
Exchanges
是，红曲色素在第2d即进入快速上升阶段，与生物量的增加保持同步，获得了高达200单位的红曲色价，
在108h时为OD510nm值为229。
从图2桔霉素和红曲色素的单位细胞积累
速率也可以看出，二者在发酵初期均处于一个较低水平，而在发酵后期即菌体接近稳定期时具有最大比产率。
2.3降低桔霉素增高色素的策略
为进一步降低玉米芯用于M.purpureus液体发酵中桔霉素的积累，并在此基础上增加红曲色素的合成水平，采取了几种优化策略，分别是暗光培养、添加辛酸以及2种方法的综合。
结果见图3。
由图3可知，暗光培养、添加辛酸以及2种方法的综合均能降低桔霉素的产生率，并提高色素色价，其中添加辛酸对桔霉素的降低作用较为显著，桔霉素的最大积累为32μg/L，究其原因，可能是由于脂肪酸链诱导过氧化物酶体增殖，进而引起的过氧化氢降解桔霉素作用所致
[24]
；而
暗光培养对色素的提高作用较为明显，与对照组相比提高14.7%，OD510nm值为260；上述2种方法结合起来，使桔霉素的降低幅度和红曲色素的提高幅度达到最大化，该策略下，桔霉素的积累水平下降48.1%，为27μg/L，而红曲色素含量提高17%，OD510nm值为268。
相对其他控制策略而言，添加辛酸和暗光环境具有操作简便、重复性好、作用
显著的特点，因此特别适合培养周期短、传质效果好的液态发酵法。
综上所述，玉米芯适合紫红曲霉液体发酵，其对红曲桔霉素的生成没有促进作用，虽然其生长速率略低于葡萄糖为碳源时生长速率，但该碳源具有显著的成本优势。
此外，玉米芯为碳源的紫红曲霉液体发酵法周期短，稳定性好，便于实施暗光培养和辛酸添加策略，可以在保障红曲产品安全性前提下促进色素分泌积累。
参考文献：
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经验交流
中国酿造
2010年第9期总第222期··133
超声波强化提取黑米皮色素的工艺研究
孙晓侠，吴珊珊，王改玲
（蚌埠学院生物与食品工程系，安徽蚌埠233030）
摘要：
研究了黑米皮色素的超声波强化提取工艺。
以黑米皮色素的提取率为指标，采用单因素法和正交设计法对超声波强化提取
工艺条件进行了优选。
试验结果表明，最佳提取工艺条件为：
乙醇浓度80%vol，乙醇溶液pH值1.5，液固比（40mL∶g），超声波功率128W，提取温度50℃，提取60min；该工艺条件下进行3次浸提，色素提取率达到98.8%，与相同条件下水浴加热提取相比，提取率提高了18.3%。
关键
词：
黑米皮色素；超生波强化；提取工艺
文献标识码：
B
文章编号：
0254-5071（2010）09-0133-03
中图分类号：
O658
Extractiontechniqueofpigmentfromblackricehullsbyultrasonic
SUNXiaoxia,WUShanshan,WANGGailing
（DepartmentofBiologyandFoodEngineering,BengbuInstitute,Bengbu233030,China）
Abstract:
Anewtechnologyofextractingpigmentfromblackricehullsbyultrasonicwasstudied.Basedontheextractionrateofpigment,thesinglefactormethodandorthogonaldesignmethodwereusedfortheoptimizationofultrasonicextraction.Theresultsshowedthattheoptimalextractionconditionswere:
80%volethanolwithpHvalue1.5,theratioofmaterialtoliquid40ml/g,ultrasonicpower128W,extractiontemperature50℃andextractiontime60min.Theextractionwasconducted3timesunderaboveconditions.Then,theextractionrateofpigmentreached98.8%,which18.3%higherthanthatofthewater-bathextractionunderthesameconditions.Keywords:
blackricehulls;ultrasonic;extractiontechnology
黑米为我国著名的珍稀稻米，皮呈黑色，富含红色素，其主要成分是矢车菊素-3-葡萄糖苷和芍药素-3-葡萄药品和化妆品等进行糖苷[1]。
黑米色素可以用于对食品、
着色，使其呈现鲜艳的紫红色、红色，另外，黑米色素还具预防动脉粥样硬化、降血脂和抗癌等活性[2-3]，有抗氧化、
因此作为天然色素具有较大的应用潜力。
目前，国内对黑近年米皮色素的提取主要采用醇和酸化水溶液提取[3-5]，来，随着其在天然活性物质提取方面的广泛采用，超声技术辅助提出取得了一定程度的拓展。
本研究正是基于此，利用超声技术的高频振动及空化效应，破坏细胞组织从而强化浸提效果[6]，旨在探索一种便捷、高效、低能源的提取手段。
1材料与方法1.1材料与设备
黑米皮，柠檬酸、Na2HPO4、乙醇均为分析纯。
收稿日期：
2010-04-06
KQ5200DA型数控超声波清洗器：
昆山市超声仪器有限公司；722S型可见分光光度计：
上海精密科学仪器有限公司分析仪器总厂。
1.2试验方法
1.2.1黑米皮色素的超声波强化提取
黑米皮50℃干燥至恒重，粉碎，过60目筛。
准确称取黑分别加入一定量的提取溶剂，按照米皮粉若干份，每份1g，试验设计方案的条件进行超声波强化提取。
1.2.2黑米皮提取液中的色素测定
由于天然色素中存在大量非色素成分，其质量多数不能用一般测定色素含量的方法来表示。
国外大都用色价法，中国食品添加剂标准则规定用吸光度值表示[7]。
在pH值为1~3时，黑米皮色素溶液（用柠檬酸-Na2HPO4缓冲溶液配制）的最大吸收波长为515nm。
取适量的黑豆皮色素提取液用pH值为1.0的柠檬酸-Na2HPO4缓冲溶液定容，
作者简介：
孙晓侠（1979-），女，安徽淮北人，助教，研究方向为农畜产品深加工。
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