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摘 要

红曲色素是红曲霉通过液态发酵或固态发酵而成的可食用性天然色素，在食品行业的应用具有不可忽视的前景。本文主要就以下两个方面对红曲霉产红曲色素工艺进行了探讨。

对红曲霉产色素的最适碳源的选择以发酵液色价作为指标，在五种常见碳源物质葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、玉米粉、淀粉中确定了添加量为50 g/L玉米粉为最适碳源。

为解决红曲液体发酵过程中高浓度产物造成的反馈抑制作用，简化下游分离纯化工作，对萃取发酵技术进行探索，并确定了以Span 80为最优萃取剂，100 g/L为最适添加量，于发酵培养第二天进行萃取剂添加的萃取发酵体系。

关键词：红曲色素 萃取发酵 碳源 培养基优化 非离子表面活性剂

ABSTRACT

Monascus pigments are edible pigments produced by Monascus through liquid fermentation or solid fermentation, and has a non-negligible prospect in the application in the food industry. This paper mainly discusses the production process of Monascus pigments by Monascus through the following two aspects.

Take the color valence of fermentation broth as the index to investigate the optimum carbon source of the solid fermentation of Monascus pigments by Monascus, and the addition amount of 50 g/L corn flour was determined as the optimum carbon source in five comon carbon source materials: glucose, sucrose, maltose, corn flour and starch.

In order to solve the feedback inhibition effect caused by high concentration products in the fermentation process, simplify the downstream separationand purification work, the extraction fermentation system with the extraction agent added on the second day of fermentation was determined by using Span 80 as the optimal extractant and 100 g/L as the optimum addition amount.

Key Words：Monascus pigment; Extractive fermentation; carbon source; medium optimization; nonionic surfactant

目录

摘要 2

目录 4

第一章 文献综述 6

1.1 红曲霉概述 6

1.1.1 红曲霉 6

1.1.2 代谢产物 6

1.1.3 红曲色素 7

1.2 红曲霉发酵生产现状 8

1.2.1 固态发酵与液态发酵 8

1.2.2 萃取发酵 9

1.3 非离子表面活性剂 10

1.4 红曲霉发酵工艺 12

第二章 材料及方法 13

2.1 菌种及培养基 13

2.1.1 实验菌种 13

2.1.2 培养基 13

2.2 实验试剂及仪器 13

2.3 实验方法 16

2.3.1 碳源调控实验 16

2.3.2 色价测定 16

2.3.3 生物量测定 17

2.3.4 浊点测定 17

第三章 结果与讨论 18

3.1 非离子表面活性剂的筛选实验 18

3.2 非离子表面活性剂的浓度梯度筛选实验 20

3.3 非离子表面活性剂添加时间的影响实验 23

3.4 Span 80与Span 40混合浊点的浊点测定 25

3.5 Span 80与Span 40为混合浊点系统的萃取发酵 26

3.6 碳源调控研究 27

第四章 分析与小结 29

参考文献 30

致谢 33

第一章 文献综述

1.1 红曲霉概述

1.1.1 红曲霉

我国在过去的几千年历史上作为农业大国，红曲霉作为传统食品微生物，对其的生产及应用相关技术的研究由来已久。古时所称“红曲”为酵母、霉菌及细菌等多种微生物混合物，是以大米为原料经红曲霉发酵形成的红色米曲，故又称“赤曲”，为酿造红曲酒、醋所必须的重要原料。据《本草纲目》、《黄帝内经》等我国古代重要医药参考书籍等所载，红曲具有消食健脾等功效，因而在过去也是重要的药品原料。

对红曲霉的系统性研究自法国生物学者Van Tidghen 1884年从马铃薯培养基（PDA培养基）上分离纯化得的两株红曲霉菌株始；1979年由日本科学家远藤章教授从红曲霉培养液中首次分理处具抑制胆固醇合成的活性物质Monacolin K（莫纳克林K）。1995年由法国科学家P.J.Blanc发现以红曲霉中的两个重要种Monascus purpureus/Monascus rubber为代表的部分红曲霉菌株会产生对重要人体器官——肾脏有毒的桔霉素（citrinin）。红曲霉的相关研究在世界范围内被投以更大的关注^[1-2]。

红曲霉为腐生丝状真菌，根据现代生物学真菌Ainsworth分类系统，将红曲霉属归为真菌界（The Fungi），真菌门（Eumycota），子囊菌亚门（Ascomycotina），不整囊菌纲（Plectomyhcetes），散囊菌目（Eurotiales），红曲科（Monascaceae），红曲霉属（Monascus )^[3]。

1.1.2 代谢产物

红曲霉代谢初级产物为多种酶类、脂肪酸及有机酸，其次级代谢产物主要为天然色素红曲色素、抑菌性物质如桔霉素、降血脂物质如洛伐他汀（Lovasta- -tin）、降血压物质如GABA和Glucosamine以及其他产物如麦角固醇等。

红曲霉发酵过程中产生的众多次级产物中，桔霉素被指为对重要人体器官——肾脏有害的真菌毒素。其浓度范围在1.8~4.7 mg/L时即可导致人胎儿肾脏50%的细胞死亡。桔霉素也因此成为制约红曲色素相关工业发展的一大桎梏。针对红曲霉发酵进程的研究显示，桔霉素合成相关酶与红曲色素合成相关酶能单独调控，且红曲色素与桔霉素的合成同时受控于红曲霉菌株、pH值、碳源、氮源、碳氮比及其他营养条件和环境因素。故而可在生产过程中通过对上述一系列条件的调控来获得高红曲色素含量且低桔霉素含量的产品。工业应用中常以红曲发酵产洛伐他汀及红曲色素为主。

洛伐他汀，又名莫纳克林K（Monacolin K）最初是由日本科学家远藤章教授于1979年自红曲霉培养液中分离出的胆固醇合成抑制剂。其作用原理为竞争性抑制由乙酰CoA缩合开始的羟甲基戊二酰-CoA（HMG-CoA）分支途径上的HMG-CoA还原酶活性来阻断胆固醇的合成，从针对高胆固醇血症的角度来帮助治疗以冠心病、动脉粥样硬化等为主要代表的心血管疾病。

1.1.3 红曲色素

红曲霉色素是一种具有多种活性（如抗菌和抗氧化剂）的天然色素，它被认为是合成颜料的理想替代品。它是红曲霉代谢的多种具聚酮结构次级产物混合物，主要有三类六种，即红色的Rubropunctamine、Monasocrubramine；橙色的Rubropunctatin、Monascorbrin；黄色的Monascin、Ankafiavin，均属Arphilones类真菌代谢物。根据其溶解性的不同可分为醇溶性和水溶性两类。醇溶性色素由曲霉直接合成，主要集中在胞内；水溶性色素是曲霉合成的色素与发酵液中氨基酸等物质所形成的复合色素，主要存在于胞外。这二种色素的占比会由于红曲菌种、培养基和发酵方法的不同而发生变化，但照常理而论，醇溶性色素的产量大于水溶性色素产量。因其色素对pH、温度、金属离子氧化剂等较其他天然色素稳定，且通过各国学者对其进行的一系列毒性实验表明其本身安全无毒且色素发酵液中不含黄曲霉毒素，故在食品尤其是肉制品行业作为天然功能型色素添加剂被广泛地利用。

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