紅曲霉液態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)紅曲色素的工藝優(yōu)化

張銳

（包頭輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，包頭 014035）

紅曲霉液態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)紅曲色素的工藝優(yōu)化

張銳

（包頭輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，包頭 014035）

為提高紅曲色素的液態(tài)發(fā)酵水平，降低生產(chǎn)成本，采用Plackett-Burman試驗(yàn)與Box- Benhnken試驗(yàn)對紅曲霉MY-03液態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)紅曲色素的工藝條件進(jìn)行了優(yōu)化，獲得了最佳工藝條件：葡萄糖50 g/L、蛋白胨58.07 g/L、MgSO42 g/L、NaNO32 g/L、MnSO40.3 g/L、ZnSO40.1 g/L、裝瓶量50.8 mL、接種量10.0%（V/V），于150 r/min、30℃恒溫培養(yǎng)7 d，紅曲色素色價(jià)可達(dá)342.24±2.88 U/mL，比基礎(chǔ)培養(yǎng)基提高了86.9%。

紅曲霉；液態(tài)發(fā)酵；紅曲色素；響應(yīng)面法

紅曲色素是紅曲霉生長過程中產(chǎn)生的次級(jí)代謝產(chǎn)物，主要有3類6種，即：紅色素Monascorubramine與Rubropunctamine、橙色素Monascorubin與Rubropunctatin、黃色素Ankaflavin與Monascin［1］。紅曲色素具有較強(qiáng)的耐光性與耐熱性，對酸、堿、氧化劑與還原劑均較穩(wěn)定，有著色、防腐、保健和藥用等價(jià)值，是安全性最高的食用色素之一，廣泛地應(yīng)用于食品、飼料和醫(yī)藥等領(lǐng)域［2-4］。此外，紅曲霉在產(chǎn)生色素的同時(shí)，還能產(chǎn)生莫納可林K與γ-氨基丁酸等具有降血壓、降膽固醇和降血脂作用的多種次級(jí)代謝產(chǎn)物［5，6］，紅曲色素類產(chǎn)品也因含有這些功能性成分而具有一定的保健價(jià)值，深受消費(fèi)者歡迎，市場需求日益增加，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展。

紅曲色素的生產(chǎn)方式主要有固態(tài)發(fā)酵和液態(tài)發(fā)酵兩種。固態(tài)發(fā)酵是傳統(tǒng)生產(chǎn)方式，也是目前最主要的生產(chǎn)方式，但生產(chǎn)效率低、發(fā)酵條件不容易控制、易污染，不適合大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)［7-10］。相比較而言，液態(tài)發(fā)酵不易污染、培養(yǎng)條件易控制、生產(chǎn)效率高，更適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，但紅曲霉在液態(tài)發(fā)酵時(shí)產(chǎn)紅曲色素的能力較低，僅僅為固態(tài)發(fā)酵時(shí)的10%-20%，這嚴(yán)重制約著液態(tài)發(fā)酵的推廣與應(yīng)用［4，11-13］。因此，選育適于液態(tài)發(fā)酵產(chǎn)紅曲色素的高產(chǎn)菌株、優(yōu)化液態(tài)發(fā)酵工藝、提高發(fā)酵水平，已成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)［14，15］。

響應(yīng)面方法（Response surface methodology，RSM）是一系列統(tǒng)計(jì)技術(shù)的合稱，包括試驗(yàn)設(shè)計(jì)、建模、因子效應(yīng)評估以及尋求因子最佳操作條件，已成功地應(yīng)用于多種產(chǎn)品的發(fā)酵工藝優(yōu)化，其中包括紅曲色素的固態(tài)發(fā)酵工藝［4］，但用于紅曲色素液態(tài)發(fā)酵工藝優(yōu)化的報(bào)道較少［16］。本研究采用響應(yīng)面法對實(shí)驗(yàn)室選育的紅曲色素高產(chǎn)菌株紫色紅曲霉MY-03的液態(tài)發(fā)酵工藝進(jìn)行優(yōu)化，研究影響液態(tài)發(fā)酵時(shí)紅曲色素產(chǎn)量的主要因素并確定其最佳水平，旨在提高紅曲色素產(chǎn)量，為工業(yè)化生產(chǎn)做好技術(shù)儲(chǔ)備。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 菌種 紫色紅曲霉MY-03（Monascus purpureus MY-03），由包頭輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院生物工程與技術(shù)實(shí)驗(yàn)中心選育保存。

1.1.2 培養(yǎng)基 菌種保藏培養(yǎng)基：馬鈴薯葡萄糖瓊脂培養(yǎng)基（PDA）；種子培養(yǎng)基（g/L）：葡萄糖30、蛋白胨20、KH2PO41、MgSO41、pH值自然；基礎(chǔ)發(fā)酵培養(yǎng)基：葡萄糖60、蛋白胨20、MgSO41、NaNO32、MnSO40.1、ZnSO40.1、pH自然。

1.1.3 主要儀器和試劑 752型紫外分光光度計(jì)：上海菁華科技儀器有限公司；臺(tái)式低速離心機(jī)：上海安亭科學(xué)儀器廠；HH-4型數(shù)顯恒溫水浴鍋：龍口市先科儀器公司；DHZ-D大容量全溫振蕩器：太倉市實(shí)驗(yàn)設(shè)備廠；HJ-CF-2D型雙人凈化工作臺(tái)：上海蘇凈實(shí)業(yè)有限公司；葡萄糖，麥芽糖，甘油，蔗糖，蛋白胨，無水乙醇，無機(jī)鹽等試劑均為國產(chǎn)分析純。

1.2 方法

1.2.1 培養(yǎng)方法 試管菌種培養(yǎng)：挑取1環(huán)紫色紅曲霉MY-03菌種接種于PDA斜面培養(yǎng)基中，于30℃恒溫培養(yǎng)7 d，置于4℃冰箱中保存?zhèn)溆?。三角瓶種子培養(yǎng)：向已培養(yǎng)好的試管斜面菌種中注入5 mL無菌水，刮取孢子，制成孢子懸液，吸取1 mL接種于裝有100 mL種子培養(yǎng)基的250 mL三角瓶中，于150 r/min、30℃恒溫培養(yǎng)48 h。液態(tài)發(fā)酵：將種子液按照一定的接種量接入裝有100 mL發(fā)酵培養(yǎng)基的250 mL三角瓶中，于150 r/min、30℃恒溫培養(yǎng)7 d。

1.2.2 紅曲色素的提取與色價(jià)測定 取10 mL發(fā)酵液，于4 000 r/min離心15 min，取上清液1 mL，加入70%的乙醇9 mL，于60℃保溫1 h，用70%的乙醇進(jìn)行適當(dāng)稀釋后按照GB4926-2008《中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)—食品添加劑 紅曲米（粉）》規(guī)定的方法測定色價(jià)［17，18］。

1.2.3 紅曲霉液態(tài)發(fā)酵產(chǎn)紅曲色素的工藝優(yōu)化單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì) 以1.2.1中的液態(tài)基礎(chǔ)發(fā)酵培養(yǎng)基為基礎(chǔ)，考察不同碳源、氮源、無機(jī)鹽、微量元素、裝瓶量、接種量等因素對發(fā)酵產(chǎn)紅曲色素的影響。

1.2.4 Plackett-Burman試驗(yàn) 在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用8因素的Plackett-Burman試驗(yàn)設(shè)計(jì)考察碳源、氮源、無機(jī)鹽、裝瓶量和接種量等因素對紅曲色素產(chǎn)量的影響，以評價(jià)各因素的影響顯著性程度。各因素及其水平見表1，試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)分析均采用 Design Expert 7.1（Stat-Ease Corp.，Minneapolis，MN，USA）。

表1 Plackett-Burman試驗(yàn)設(shè)計(jì)的因素和水平

1.2.5 Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì) 對Plackett-Burman試驗(yàn)中影響顯著的3個(gè)因素（蛋白胨、裝瓶量與接種量）設(shè)計(jì)Box-Behnken中心組合試驗(yàn)，其因素與水平見表2。為使擬合方程具有旋轉(zhuǎn)型和通用性，中心點(diǎn)重復(fù)5次。試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Design Expert 7.1（Stat-Ease Corp.，Minneapolis，MN，USA）進(jìn)行多元回歸分析并構(gòu)建二次多項(xiàng)式數(shù)學(xué)模型：

式中，Y為紅曲色素色價(jià)（U/mL），xi、xj為自變量編碼值，βo為常系數(shù)，βi為線性系數(shù)，βii為二次項(xiàng)系數(shù)，βij為交互項(xiàng)系數(shù)。

表2 Box-Behnken中心組合試驗(yàn)的因素和水平

2 結(jié)果

2.1 碳源種類及其添加量對紅曲色素產(chǎn)量的影響

碳源是微生物生長代謝最重要的營養(yǎng)物質(zhì)之一。碳源物質(zhì)用來供給菌體生命活動(dòng)所必需的能量和構(gòu)成菌體細(xì)胞及各種代謝產(chǎn)物。常用的碳源包括各種能迅速利用的單糖（如葡萄糖、果糖等）、雙糖（如蔗糖、麥芽糖等）和緩慢利用的淀粉等多糖。

分別以60 g/L的葡萄糖、蔗糖、麥芽糖、甘油、可溶性淀粉、大米粉、玉米粉為碳源，其它成分同液態(tài)基礎(chǔ)發(fā)酵培養(yǎng)基（1.2.1）。進(jìn)行液態(tài)發(fā)酵后，根據(jù)發(fā)酵液的色價(jià)確定最適碳源。試驗(yàn)結(jié)果見表3和圖1。

表3 不同碳源發(fā)酵液的形態(tài)和菌絲體干重量

圖1 碳源對紅曲色素產(chǎn)量的影響

根據(jù)上述試驗(yàn)確立的最適碳源基礎(chǔ)上進(jìn)行碳源含量優(yōu)化試驗(yàn)。分別取碳源含量20、40、60、80、100和120 g/L 6個(gè)水平。進(jìn)行液態(tài)發(fā)酵后，根據(jù)發(fā)酵液的色價(jià)確定最佳碳源的含量。試驗(yàn)結(jié)果見圖1。

不同碳源對紅曲色素產(chǎn)量的影響（圖2）顯示，葡萄糖作為碳源時(shí)，紅曲色素的產(chǎn)量最高，與淀粉、甘油、大米粉、蔗糖、麥芽糖等其它原料作碳源時(shí)的發(fā)酵水平有極顯著差異（P＜0.01）。因此，葡萄糖是紫色紅曲霉MY-03液態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)紅曲色素的最適碳源。

圖2 葡萄糖含量對紅曲色素產(chǎn)量的影響

由圖2所示，葡萄糖含量過高或過低都不利于代謝產(chǎn)物紅曲色素的產(chǎn)生，葡萄糖過少，不能給菌株提供充足的能源，不利于產(chǎn)生更多的紅曲色素；葡萄糖過多，使菌種一直處于優(yōu)越的環(huán)境，菌絲體繁殖旺盛，但不利于紅曲色素的產(chǎn)生。當(dāng)葡萄糖含量為60 g/L時(shí)，紅曲色素的產(chǎn)量最高，為200.56 U/mL。

2.2 氮源種類及其添加量對紅曲色素產(chǎn)量的影響

氮是構(gòu)成微生物細(xì)胞蛋白質(zhì)和核酸的主要元素，因此是菌體生長以及代謝產(chǎn)物形成所必需的。為探索出紫色紅曲霉液態(tài)發(fā)酵產(chǎn)紅曲色素的最佳氮源，本試驗(yàn)在加有最適含量碳源的基礎(chǔ)培養(yǎng)基中分別加入25 g/L的蛋白胨、酵母浸膏、豆粕、尿素、硝酸銨、硫酸銨、氯化銨，其它成分同基礎(chǔ)發(fā)酵培養(yǎng)基（加有60 g/L的葡萄糖）。進(jìn)行液態(tài)發(fā)酵后，根據(jù)發(fā)酵液的色價(jià)確定最適氮源。試驗(yàn)結(jié)果見表4和圖3。

表4 不同氮源發(fā)酵液的形態(tài)和菌絲體干重量

根據(jù)上述試驗(yàn)確立的最適氮源基礎(chǔ)上進(jìn)行碳源含量優(yōu)化試驗(yàn)。分別取氮源含量10、15、20、25、30、40、45和50 g/L 8個(gè)水平。進(jìn)行液態(tài)發(fā)酵后，根據(jù)發(fā)酵液的色價(jià)確定最佳氮源的含量。試驗(yàn)結(jié)果（圖4）顯示，不同的氮源對其紅曲色素的影響很大，尤其是對其色調(diào)的影響。通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)硝酸銨、氯化銨為氮源時(shí)，發(fā)酵液為橘黃色，其原因可能是二者中的NH4+能抑制紅曲紅色素的合成與分泌，從而使其黃色素占有較大比重。不同氮源對紅曲色素產(chǎn)量的影響（圖3）顯示，蛋白胨作為氮源時(shí)，紅曲色素的產(chǎn)量遠(yuǎn)高于酵母膏、豆粕、尿素和無機(jī)氮等作為氮源的產(chǎn)量，達(dá)到了極顯著水平（P＜0.01）。因此，在所考察的這6種氮源中，宜選擇蛋白胨為紫色紅曲霉MY-03液態(tài)發(fā)酵產(chǎn)紅曲色素的最適氮源。

圖3 氮源對紅曲色素產(chǎn)量的影響

由圖4所示，蛋白胨含量過多或過少都不利于代謝產(chǎn)物紅曲色素的產(chǎn)生，蛋白胨過少，不能給菌株供充足的氮源，C/N比過高，導(dǎo)致菌體過速生長，不能產(chǎn)生更多的紅曲色素；蛋白胨過多，使菌絲體生長不好，不利于紅曲色素的產(chǎn)生。當(dāng)?shù)鞍纂撕繛?0 g/L與45 g/L時(shí)，紅曲色素的色價(jià)分別為294.88 U/mL與299.06 U/mL，色價(jià)相差不大，而為減少成本，固選用蛋白胨的含量為40 g/L，此時(shí)C/N比為1.5。

圖4 蛋白胨含量對紅曲色素產(chǎn)量的影響

2.3 裝瓶量對紅曲色素產(chǎn)量的影響

裝瓶量是影響液態(tài)發(fā)酵的一個(gè)重要因素，因?yàn)楸驹囼?yàn)液態(tài)發(fā)酵是好氧發(fā)酵，溶氧的多少直接影響到發(fā)酵狀態(tài)，然而裝瓶量又與溶氧呈正相關(guān)，所以裝瓶量對紅曲霉液態(tài)發(fā)酵產(chǎn)紅曲色素有很大的影響。本試驗(yàn)分別加入25、50、75、100、125、150和175 mL帶有最適碳源和氮源的液態(tài)基礎(chǔ)發(fā)酵培養(yǎng)基于250 mL的三角瓶中。進(jìn)行液態(tài)發(fā)酵后，根據(jù)發(fā)酵液的色價(jià)確定最適裝瓶量。結(jié)果（圖5）顯示，裝瓶量較少（≤25 mL）或較多（≥75 mL）時(shí)，紅曲色素的產(chǎn)量均較低，當(dāng)裝瓶量為50 mL時(shí)，紅曲色素的產(chǎn)量最高，為320.67 U/mL。固裝瓶量為50 mL最為適宜，說明此時(shí)的溶氧效果較好。

2.4 接種量對紅曲色素產(chǎn)量的影響

配制含有最適碳源和氮源的液態(tài)基礎(chǔ)發(fā)酵培養(yǎng)基數(shù)瓶，分別以2%、4%、6%、8%、10%、12%、14%和16%（V/V）的接種量接種。進(jìn)行液態(tài)發(fā)酵后，根據(jù)發(fā)酵液的色價(jià)確定最適接種量。結(jié)果（圖6）顯示，接種量的大小明顯影響紅曲色素的產(chǎn)量。接種量過少，菌體生長緩慢，發(fā)酵時(shí)間長，色素產(chǎn)量低；接種量過多，菌絲體大量繁殖，使單位體積內(nèi)的養(yǎng)料和溶氧不足，影響紅曲色素的產(chǎn)量。當(dāng)接種量為8%時(shí)，紅曲色素的色價(jià)最高，為300.73 U/mL。因此，接種量為8%時(shí)最為適宜。

圖5 裝瓶量對紅曲色素產(chǎn)量的影響

圖6 接種量對紅曲色素產(chǎn)量的影響

2.5 無機(jī)鹽對紅曲色素產(chǎn)量的影響

分別加入0、1、2、3、4、5和6 g/L的NaNO3及0、0.5、1、2、3、4和5 g/L的MgSO4，其它成分同液態(tài)基礎(chǔ)發(fā)酵培養(yǎng)基（見1.2.1，另加入最適碳源和氮源）。進(jìn)行液態(tài)發(fā)酵后，以考察無機(jī)鹽（NaNO3和MgSO4）對紅曲色素產(chǎn)量的影響。結(jié)果（圖7）顯示，無機(jī)鹽（NaNO3和MgSO4）對紅曲色素的產(chǎn)量有一定的影響，總體來說，影響不大。NaNO3對紅曲色素產(chǎn)量的影響（圖7-A）表明，當(dāng)NaNO3的含量為4 g/L時(shí)，紅曲色素的色價(jià)最高，為285.60 U/mL；MgSO4對紅曲色素產(chǎn)量的影響（圖7-B）顯示，當(dāng)MgSO4的含量為3 g/L時(shí)，紅曲色素的色價(jià)最高，為291.63 U/mL。因此，NaNO3和MgSO4的最適宜量分別為4 g/L與3 g/L。

圖7 無機(jī)鹽NaNO3（A）及MgSO4（B）對紅曲色素產(chǎn)量的影響

2.6 微量元素對紅曲色素產(chǎn)量的影響

分別加入0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6 g/L的 ZnSO4和0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6 g/L的MnSO4，其它成分同液態(tài)基礎(chǔ)發(fā)酵培養(yǎng)基（見1.2.1，另加入最適碳源和氮源）。進(jìn)行液態(tài)發(fā)酵后，以考察無機(jī)鹽（Zn和Mn）對紅曲色素產(chǎn)量的影響。結(jié)果（圖8）表明，微量元素對紅曲霉液態(tài)發(fā)酵產(chǎn)紅曲色素有一定的影響。ZnSO4，即微量元素Zn對紅曲色素產(chǎn)量的影響（圖8-A）顯示，當(dāng)ZnSO4的含量為0.1 g/L時(shí)，紅曲色素的色價(jià)最高，為301.95 U/mL；MnSO4，即微量元素Mn對紅曲色素產(chǎn)量的影響（圖8-B）顯示，當(dāng)MnSO4的含量為0.4 g/L時(shí)，紅曲色素的色價(jià)最高，為312.75 U/mL。因此，ZnSO4和MnSO4的最適宜量分別為0.1 g/L與0.4 g/L。

圖8 微量元素Zn（A）和Mn（B）對紅曲色素產(chǎn)量的影響

2.3 Plackett-Burman試驗(yàn)結(jié)果

Plackett-Burman試驗(yàn)結(jié)果如表5所示，采用Design Expert 7.1軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行一次多項(xiàng)回歸擬合，獲得紅曲色素色價(jià)Y對X1-X8等8個(gè)因素的一次回歸方程：

式中，Y為紅曲色素色價(jià)（U/mL），X1-X8為自變量的編碼值。該回歸模型極顯著（P＜0.01），失擬項(xiàng)不顯著（P＞0.05），相關(guān)系數(shù)R2=0.960 4，這表明回歸方程的擬合度和可信度均較高，試驗(yàn)中96.04%的變異可由該模型進(jìn)行解釋。

表5 Plackett-Burman試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果

方程系數(shù)的方差分析結(jié)果（表6）顯示，蛋白胨（X2）與接種量（X5）對紅曲色素產(chǎn)量的影響達(dá)到了極顯著水平（P＜0.01），為正效應(yīng)，裝瓶量（X3）為顯著水平（P＜0.05），為負(fù)效應(yīng)；但其它各因素的影響均不顯著（P＞0.05）。顯著性因素（X2、X3與X5等）將采用響應(yīng)面法進(jìn)一步優(yōu)化。X1、X4、X6、X7和X8等非顯著性因素由于均為負(fù)效應(yīng)，后續(xù)試驗(yàn)直接采用Plackett-Burman設(shè)計(jì)中的低水平為最佳水平，即葡萄糖50 g/L、MgSO42 g/L、NaNO32 g/L、ZnSO40.1 g/L、MnSO40.3 g/L。

2.4 Box-Behnken中心組合試驗(yàn)

Box-Behnken結(jié)果如表7所示，采用Design Ex-pert 7.1軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行二次多項(xiàng)回歸擬合，獲得紅曲色素色價(jià)Y對蛋白胨（X2）、裝瓶量（X3）和接種量（X5）3個(gè)因素的回歸方程：

式中，Y為紅曲色素色價(jià)（U/mL），X2、X3與X5為自變量的編碼值。

表6 Plackett-Burman試驗(yàn)回歸分析結(jié)果

表7 Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)和結(jié)果

由方差分析結(jié)果（表8）可知，回歸模型極顯著（P＜0.01）、失擬項(xiàng)不顯著（P＞0.05）、模型相關(guān)系數(shù)R2=0.972 1，這表明回歸方程的擬合度和可信度均很高，能夠很好地對紅曲色素的發(fā)酵工藝進(jìn)行描述與預(yù)測。由模型系數(shù)的顯著性檢驗(yàn)結(jié)果可知，模型的一次項(xiàng)、交互項(xiàng)X3X5與二次項(xiàng)對紅曲色素產(chǎn)量的影響顯著（P＜0.05），而交互項(xiàng)（X2X3和X2X5）與二次項(xiàng)X52影響不顯著（P＞0.05）。為了更直觀地描述X2、X3和X5等3個(gè)因素對響應(yīng)值的影響，利用Design Expert 7.1軟件繪制的響應(yīng)面圖如圖9所示，在試驗(yàn)量程內(nèi)，蛋白胨（X2）和裝瓶量（X3）存在一個(gè)拐點(diǎn)，此點(diǎn)紅曲色素產(chǎn)量最高，但接種量（X5）不存在拐點(diǎn)，紅曲色素產(chǎn)量隨接種量的增加一直呈上升趨勢。模型最佳預(yù)測點(diǎn)的各因素編碼值可通過對上述二次回歸方程求解而獲得，即X2=0.91、X3=-0.98、X5=1，解碼后可得其真實(shí)值，即：蛋白胨58.07 g/L、裝瓶量50.8 mL、接種量10.0%（V/V），在此佳條件下，模型預(yù)測的紅曲色素色價(jià)的最大值為351.09 U/mL。為驗(yàn)證模型預(yù)測結(jié)果的準(zhǔn)確性，采用上述最佳條件進(jìn)行了3次驗(yàn)證試驗(yàn)，實(shí)測值為342.24±2.88 U/mL，與預(yù)測值十分接近，這說明該模型是準(zhǔn)確有效的。

3 討論

目前，紅曲霉主要通過固態(tài)發(fā)酵或液態(tài)發(fā)酵的方式進(jìn)行生產(chǎn)。歐美等西方國家推崇液態(tài)發(fā)酵，主要是其自動(dòng)化程度高、勞動(dòng)強(qiáng)度低、生產(chǎn)效率高；但紅曲霉在液態(tài)發(fā)酵時(shí)產(chǎn)紅曲色素的水平較低，這嚴(yán)重制約著液態(tài)發(fā)酵的推廣與應(yīng)用［4，13］。本研究通過單因素試驗(yàn)、P-B試驗(yàn)和響應(yīng)面試驗(yàn)對發(fā)酵條件進(jìn)行了系統(tǒng)的優(yōu)化，分別選擇葡萄糖和蛋白胨是紫色紅曲霉MY-03液態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)紅曲色素的最適碳源和最適氮源，此結(jié)果與黃林等［13］的研究結(jié)果一致，但在王廣峰［11］和熊曉輝等［19］的研究中玉米粉是最佳碳源，在陳蘊(yùn)等［20］的研究中，大豆水解液是最佳氮源，這是因?yàn)樗捎玫募t曲霉菌株不同，其生理特性也有差異，同時(shí)優(yōu)化了其他發(fā)酵條件。在最佳液態(tài)發(fā)酵條件下，紫色紅曲霉MY-03紅曲色素的色價(jià)為342.24±2.88U/mL，此發(fā)酵水平高于目前文獻(xiàn)報(bào)道的紅曲色素液態(tài)發(fā)酵的生產(chǎn)水平［11-13］，對紅曲色素的生產(chǎn)具有一定的指導(dǎo)意。。

表8 二次回歸模型的回歸分析結(jié)果

圖9 蛋白胨、裝瓶量與接種量影響紅曲色素色價(jià)的響應(yīng)面圖

4 結(jié)論

本研究通過單因素試驗(yàn)、Plackett-Burman試驗(yàn)與Box-Behnken試驗(yàn)對紅曲霉MY-03液態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)紅曲色素的工藝條件進(jìn)行了系統(tǒng)優(yōu)化，確定了其最佳生產(chǎn)工藝：葡萄糖50 g/L、蛋白胨58.07 g/L、MgSO42 g/L、NaNO32 g/L、MnSO40.3 g/L、ZnSO40.1 g/L、裝瓶量50.8 mL、接種量10.0%（V/V），于150 r/min、30℃恒溫培養(yǎng)7 d，紅曲色素色價(jià)可達(dá)342.24±2.88 U/mL，比基礎(chǔ)培養(yǎng)基提高了86.9%。

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（責(zé)任編輯 馬鑫）

Optimization of Production Condition of Monascus Pigment by Monascus purpureus in Liquid State Fermentation

Zhang Rui
（Bao Tou Light Industry Vocational Technical College，Baotou 014035）

In order to improve the yield of Monascus pigment and reduce the production costs， Monascus purpureus MY-03 was adopted to produce Monascus pigment in the liquid state fermentation， and the fermentation conditions were optimized by Plackett-Burman design and Box-Benhnken experimental design. The results showed that the optimum medium was composed of glucose 50 g/L， peptone 58.07 g/L， MgSO42 g/L， NaNO32 g/L， MnSO40.3 g/L， ZnSO40.1 g/L；and the optimum bottle load was 50.8 mL in a 250 mL flask， and the optimum inoculum volume was 10.0%（V/V）. The color value of Monascus pigment reached to 342.24±2.88 U/mL， increased by 86.9% than that in the basal medium，when the test fungi were incubated in 150 r/min and 30℃ for 7 d.

Monascus purpureus；submerged fermentation；Monascus pigment；Response Surface Methodology

10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2015.02.028

2014-07-18

張銳，男，講師，研究方向：生物制藥；E-mail：252917839@qq.com