论文总字数：17774字

摘 要

本文研究了红曲霉菌发酵的最适发酵条件，探讨如何对发酵培养基的营养组分进行优化，最终目的为优化红曲色素发酵工艺，结果是使红曲色素的产量有较为明显的提升。具体研究过程分为以下几个步骤：首先通过实验分别研究红曲菌接种量、摇床转速、培养温度和初始 pH 这四个条件及其改变对红曲色素色价造成的影响，最终根据实验测得色价高低确定了该实验的最佳培养条件：接种量 9％、初始 pH3.5、摇床转速 150rpm、温度 30℃；第二步为通过进一步实验确定最适合该发酵培养基的组分及其比例。由于配制培养基需要碳源、氮源、微量元素等成分，经过一系列对比实验确定该培养基的最佳成分分别是玉米粉、氯化铵、氯化钙，并通过实验确定了其最佳添加量，同时通过改变添加磷酸二氢钾的量，观察结果并确定应添加量。 最终确定为达到优化红曲色素发酵工艺的目的，应选用各营养物质的最佳配方为：玉米粉 50g/L，氯化铵 10g/L，磷酸二氢钾4g/L，氯化钙 0.1 g/L。

关键词： 选育 红曲色素 优化

Breeding of Monascus aspergillus and Optimization of Fermentation Process for Producing Monascus Pigments

Abstract

This paper studied the optimum fermentation conditions for the fermentation of Monascus spp., discussed how to optimize the nutrient components of the fermentation medium. The ultimate goal was to optimize the fermentation process of Monascus pigments. The result was that the yield of Monascus pigments was significantly improved. The specific research process is divided into the following steps: First, the effects of the four conditions of Monascus inoculum, shaker rotation speed, culture temperature, and initial pH on the color price of Monascus pigments are studied through experiments. The measured color value determines the optimum culture conditions for this experiment: inoculation amount 9%, initial pH 3.5, shaking speed 150 rpm, temperature 30°C. The second step is to determine the components and ratios that are most suitable for the fermentation medium by further experiments. As the preparation medium needs carbon source, nitrogen source, trace elements and other components, after a series of comparative experiments to determine the best composition of the medium is corn flour, ammonium chloride, calcium chloride, and determined through experiments to determine the best The amount of addition, while changing the amount of potassium dihydrogen phosphate added, observes the result and determines the amount to be added. Finally, in order to optimize the process of red yeast rice pigment fermentation, the best formula for each nutrient should be: corn flour 50 g/L, ammonium chloride 10 g/L, potassium dihydrogen phosphate 4 g/L, calcium chloride 0.1 g /L.

Key Words: breeding Monascus pigment optimization

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 文献综述 1

1.1红曲菌的生物学特性及主要代谢产物 1

1.2红曲色素的种类、结构及生物合成途径 2

1.3红曲色素的生产方式 3

第二章 材料与方法 5

2.1 实验材料 5

2.2培养基及溶液配制 7

2.3 实验步骤 7

第三章 结果与讨论 10

3.1红曲霉在种子培养基中的生长曲线 10

3.2.红曲色素合成的影响条件 12

3.3.最佳组分的确定 18

第四章 结果与展望 23

4.1 实验结果 23

4.2 展望 23

参考文献 24

致谢 26

文献综述

1.1红曲菌的生物学特性及主要代谢产物

1.1.1红曲菌的生物学特性

红曲菌属于真菌界红曲菌属，其主要种类大致可分为以下三类：安卡红曲菌(Monascus. anka)、红色红曲菌(Monascus. rubber)、烟色红曲菌(Monascus. fuliginosus)等^[1]。红曲菌的主要组成部分有产囊器、菌丝体和分生孢子三部分。红曲菌菌落前期呈现白色的原因是没有色素的产生，后期生长过程中菌落颜色逐渐加深，先转变为橙色，最后变成红色、灰黑色或紫红色。

红曲菌在pH范围为3-5的区间内能够有较好的生长趋势。同时大多数红曲菌都能在高渗透压的环境下而生长，可以耐受乙醇或甘油培养基等。红曲菌的温度适应能力也比较高，在温度范围15-42℃区间都能得到良好的生长^[2]。

1.1.2红曲菌的代谢产物

红曲霉也可被称为红曲、红糟或者红大米，其英文为Monascus purpureus Went。红曲霉可以被用于生产食用色素，红曲霉被大量运用于食品的染色方面起源于我国古代，这一点可以从古代诗词或书籍中了解到，目前在食品行业仍有较为广泛的应用^[3]， 近年来也慢慢被运用于医药生产领域，红曲霉菌在生长过程能够生产许多不同种类的代谢产物，但目前被发现并能够进行进一步实验研究的产物主要有以下几种，洛伐他丁即Monacolin K ^[4] ，天然红曲中的Monacolin K的结构与人体内一种能抑制合成胆固醇酶活的HMG-CoA接近，因此它能影响人体内胆固醇合成过程，达到降低胆固醇含量的目的，这就是为什么红曲经常被用作合成抑制胆固醇合成和降血脂的药物的原因^[5-6]。在红曲菌的代谢产物中，红曲色素使目前被研究最多的一种，它的主要作用为加工成食品添加剂，原因有以下几点：一是因为红曲色素没有毒副作用安全性较高，二使它的耐光耐热等性能良好，最重要的一点是红曲菌的产色素能力比较强，有研究证明肉制品中用于显色的亚硝酸盐可以用红曲色素进行替代，与亚硝酸盐相比其呈色效果好、稳定且安全性高^[7]。还有会对人体造成伤害的桔霉素，桔霉素是一种真菌毒素，是红曲菌次级代谢产物中的一种^[8]，它的毒性与黄曲霉菌类似，主要表现为肾毒性，会对人的中枢神经系统造成损害，桔霉素还有可能引起呕吐、腹泻、致癌甚至会诱发基因突变。由于以上种种原因，红曲菌的代谢产物受到国内外学者的广泛关注，其研究主要集中在食品、医学领域。

1.2红曲色素的种类、结构及生物合成途径

1.2.1红曲色素的种类

红曲色素是红曲霉菌次级代谢产生的一种复合色素，它是一种优质天然食用色素，由红曲菌属(Monascus)的丝状真菌发酵产生。部分能够溶解于乙醚、醋酸、乙醇等有机溶剂的红曲色素被称为醇溶性色素，主要存在于胞内；而水溶性色素主要是由红曲自身合成的色素与发酵液中氨基酸等物质所形成的复合色素，主要分布在胞外。

目前能够确定结构且被公认的红曲色素有6种，分别为红斑红曲素(Rubropunctatin)、 红斑红曲胺(Monascorubramine)、红曲玉红胺 (Rubropunctamine ) 、红曲玉红素（Monascorubrin )、红曲素 (Monascin)和红曲黄素(Ankaflavin) ^[9]。这6种红曲色素按照色调来分则可以分为三大类，其中红斑红曲素、红曲玉红素是橙色素，红曲玉红胺、红斑红曲胺为红色素，红曲素和红曲黄素是黄色素，这六种色素都能够溶于有机溶剂。近年来，又不断有新的红曲色素被人研究发现。经过各类毒性试验可以证明红曲色素无毒副作用。

1.2.2红曲色素的结构及生物合成途径

红曲色素是由多种聚酮类色素而成的复合色素，其生色基团的基本构成单位是乙酰CoA，不同红曲的发酵产品由于各种色素含量不同，从而形成了不同的颜色，色调是红曲黄色素的色价与红曲红色素的色价的比值。色调越小则红曲色素颜色越红，反之则说明红曲颜色更黄^[10]。

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