紅曲霉高產菌株篩選及固態(tài)發(fā)酵研究

孫婷 黃彩桃 呂曉航 魏雯靜 歐陽霞輝

[摘要]紅曲色素是一種天然色素，具有營養(yǎng)、無毒等特點，可作為食品添加劑應用于食品行業(yè)。紅曲色素由紅曲霉發(fā)酵產生，但不同種的紅曲霉菌株產色素能力有所差異，對高產紅曲色素菌株的篩選十分必要。固態(tài)發(fā)酵是紅曲色素傳統生產方法，與液態(tài)發(fā)酵相比具有獨特的優(yōu)點。本文對高產紅曲霉的菌株菌種與固態(tài)發(fā)酵條件進行分析，以期為高產菌株的篩選提供參考。

[關鍵詞]紅曲色素;紅曲霉;高產菌株;固態(tài)發(fā)酵

中圖分類號：Q933? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.20190532

在中國傳統的飲食文化中，人們傾向于注意色、香、味的合理搭配，鮮艷亮麗的顏色能使人心情愉悅，增強食欲[1]。色素能夠賦予食品鮮艷的色彩，滿足人們消費需求，由于合成色素安全性低，而由微生物發(fā)酵生產的天然色素著色能力好、安全性高，越來越受到人們青睞[2]。紅曲色素是一種由紅曲霉屬的絲狀真菌經發(fā)酵而成的優(yōu)質天然食用色素，是以大米、大豆為主要原料，經紅曲霉菌液體發(fā)酵培養(yǎng)、提取、濃縮、精制而成及以紅曲米為原料，經萃取、濃縮、精制而成的天然紅色色素，是天然的食品添加劑，廣泛用于肉制品的著色[3-5]。

1? 紅曲色素高產菌株的研究現狀

紅曲色素產于紅曲霉，紅曲霉又稱紅曲、紅糟、紅大米，是我國重要的微生物資源。紅曲霉屬真菌門、子囊菌綱、真子囊菌亞綱、紅曲霉屬，廣分布于泡菜、大曲、釀酒醪液等多種基質中[6-8]。

實現固態(tài)發(fā)酵產紅曲色素的工業(yè)化，要選擇一株色素產量高、遺傳性狀穩(wěn)定、副產物及不良產物少的優(yōu)良紅曲霉菌株[9]。1884年，法國科學家Van Tidghen最先分離得到紅曲霉菌株[10]。Marey Rehab等[11]通過色價測定，得到高產紅曲色素的菌株M-92，屬于紫色紅曲霉。蔣冬花等[10]從紅曲米中分離得到一株高產色素的紅曲霉菌株Mp-41，經過ITS序列鑒定，同樣為紫色紅曲霉。蘇龍等[12]從土壤中分離得到了一株高產菌株。常聰等[13]通過紫外-氯化鋰復合誘變方法篩選得到高產菌株QH。陳章娥等[14]通過ISSR分子標記技術低紅曲霉進行種間分析，發(fā)現不同種的紅曲霉產色素能力有所區(qū)別，同種內的紅曲霉差異也顯著，可見紅曲霉菌種對色素生產能力影響較大，選擇合適的菌種在一定程度上能影響色素產量。由于ISSR容易檢測出DNA多態(tài)性，且ISSR標記技術利用基因組豐富的SSR序列信息，與SSR相比，ISSR不需要預先獲知序列信息，程序簡化、成本降低，ISSR分析廣泛應用于各類作物的品種（系）間的鑒別和分類。可通過ISSR標記對紅曲霉進行聚類分析，對紅曲霉在分子層面上進行高產菌株的篩選。

2? 紅曲霉固態(tài)發(fā)酵工藝

2.1? 研究現狀

紅曲霉的生產有固態(tài)發(fā)酵和液態(tài)發(fā)酵兩種工藝。液態(tài)發(fā)酵易受雜菌污染，首期投入大，可操作性不強;固態(tài)發(fā)酵作為傳統的生產工藝，雖然固體培養(yǎng)勞動大，但具有能耗低、大規(guī)模發(fā)酵過程不需要嚴格的消毒等優(yōu)點。國內大多學者采用固態(tài)發(fā)酵生產紅曲色素。固態(tài)發(fā)酵主要是將紅曲霉接種到粳米、釉米、糯米等培養(yǎng)基上，通過不同的提取方式（一般采用醇提法）提取紅曲色素，或直接將紅曲米應用到食品中。季宏飛等[15-16]采用響應面優(yōu)化紅曲霉的固態(tài)發(fā)酵過程，發(fā)現在水分含量37.33%、培養(yǎng)溫度27.62℃、培養(yǎng)時間13.89d時，產生的紅曲米色價最高。童愛均等[17]通過研究發(fā)現，在固態(tài)發(fā)酵培養(yǎng)基中加入碳源可提高紅曲色素產量。董文賓等[18]通過正交試驗，確定固態(tài)發(fā)酵過程中的接種量為6%、發(fā)酵溫度為38 ℃、發(fā)酵天數10 d。陳運中[19]發(fā)現發(fā)酵培養(yǎng)紅曲的最佳接種量為6%。

2.2? 工藝條件的選擇

2.2.1? 米飯初始含水量

紅曲霉發(fā)酵過程中，米飯的初始含水量將影響發(fā)酵過程的進行。水分過高會導致基質多孔性降低，使前期產生大量乙醇;水分過低，紅曲霉生長受到抑制。水分的選擇十分重要。季宏飛等[15]采用響應面法優(yōu)化紅曲霉固態(tài)發(fā)酵，發(fā)現米飯最佳的初始含水量為37.33%。程愛芳等[20]通過正交試驗發(fā)現米飯的最佳含水量為43%。蔣冬花等[10]研究發(fā)現米飯的最佳含水量44.81%?？梢?，米飯的含水量為35%～50%。

2.2.2? pH值

霉菌適合于pH值5.0～6.0的酸性環(huán)境。郭紅珍等[5]通過研究得到最佳pH為3.8。蔣冬花等[10]認為最適pH為6.0。楊建等[21]發(fā)現在初始pH為6.5時，色價較高，桔霉素含量最低，Monacolin K也達到最大值。雖然霉菌適合生長于微酸性的環(huán)境，但是紅曲霉高產紅曲色素的pH值有所差異，發(fā)酵紅曲色素的最佳pH值為5.5～6.5。

2.2.3? 接種量

接種量大小會不同程度地影響發(fā)酵結果，當接種量過低時，紅曲霉菌生長緩慢，發(fā)酵時間延長，效果較差;接種量過多時，培養(yǎng)基內的營養(yǎng)物質不足，影響菌絲生長。陳運中[19]發(fā)現發(fā)酵培養(yǎng)紅曲的最佳接種量為6%。董文賓等[18]通過正交試驗，也確定固態(tài)發(fā)酵過程中的接種量為6%。張紅梅等[22]通過研究得到接種量為12%，由此發(fā)現接種量的大小差異較大，可能是受到外界環(huán)境影響，導致結果有差異。

3? 結? 論

在歐盟和美國，紅曲色素被認為是一種有潛力的食品添加劑，在著色、調味和肉類保鮮中能夠替代部分或全部的亞硝酸鹽和硝酸鹽。紅曲色素是紅曲霉的次級代謝產物，色素的產量和紅曲霉的種類密切相關，篩選高產、穩(wěn)定的紅曲霉菌種，是應用于固態(tài)發(fā)酵生產紅曲色素的前提，固態(tài)發(fā)酵作為紅曲霉一種傳統發(fā)酵的方式，具有獨特的優(yōu)點，對其發(fā)酵條件進行探索具有重要的意義。

參考文獻

[1]陳毅怡，劉曉靜，曾曉房，等.食用天然紅色素的研究進展[J].廣州化工，2017（23）：6-8.

[2]董焰生，陳曉明，曾華庭，等.玫瑰茄紅色素的研制與應用在糖果上的著色試驗[J].食品與發(fā)酵工業(yè)，1985（1）：26-29.

[3]李濱.紅曲菌氨肽酶的研究[D].長沙：中南林業(yè)科技大學，2012.

[4]賈萬利.靈芝與紅曲霉的高密度發(fā)酵及開發(fā)應用研究[D].太原：山西大學，2004.

[5]郭紅珍，王秋芬，馬立芝.不同培養(yǎng)條件對紅曲霉產紅曲色素的研究[J].食品科學，2008（1）：215-218.

[6]吳巧玉.高產淀粉酶紅曲霉菌株的篩選鑒定、條件優(yōu)化及酶學性質的研究[D].金華：浙江師范大學，2016.

[7]郭寶禹，郝林.紅曲霉產物的功能及研究進展[J].釀酒科技，2010（6）：89-91.

[8]許璐.分子標記技術在紅曲菌菌種鑒別中的應用[D].武漢：華中農業(yè)大學，2007.

[9]程哲灝，朱明軍，吳振強.紅曲霉固態(tài)發(fā)酵產紅曲色素研究進展[J].安徽農業(yè)科學，2011（1）：241-243.

[10]蔣冬花，孫蕾，陳璨，等.高產色素紅曲霉菌株的篩選、鑒定和固體發(fā)酵條件優(yōu)化[J].浙江農業(yè)學報，2015（9）：1639-1645.

[11]Marey Rehab，谷佳歡，許楚旋，等.高產色素低產桔霉素紅曲霉菌株的篩選、鑒定和抑菌性分析[J].湖南農業(yè)科學，2018（1）：1-6.

[12]蘇龍，劉洪海，吳弦華，等.一株高產紅色素菌的篩選及其色素的提取和理化性質研究[J].食品科技，2007（12）：36-38.

[13]常聰，張安，程述敏，等.高產紅曲色素和Monacolin K紅曲霉菌的誘變選育[J].中國調味品，2018（1）：12-16.

[14]陳章娥，楊成龍，吳小平，等.紅曲霉種間產色能力比對與高產色素菌株的篩選[J].食品與發(fā)酵工業(yè)，2014（5）：55-59.

[15]季宏飛，許楊，李燕萍.采用響應面法優(yōu)化紅曲霉固態(tài)發(fā)酵產紅曲色素培養(yǎng)條件的研究[J].食品科技，2008（8）：9-13.

[16]馬超.發(fā)酵工藝及大米改性處理對紅曲霉產紅曲色素的影響[D].西安：陜西師范大學，2011.

[17]童愛均，呂旭聰，劉曉艷，等.固體發(fā)酵基質和外加碳氮源對紅曲霉色素產量的影響[J].中國調味品，2015（5）：5-10.

[18]董文賓，鄭丹，于琴，等.紅曲霉固態(tài)發(fā)酵產生紅曲色素工藝研究[J].食品研究與開發(fā)，2005（2）：57-59.

[19]陳運中.功能性紅曲色素發(fā)酵工藝研究[J].食品科學，2003（7）：83-87.

[20]程愛芳，鄧政東，陳文，等.以糯米為基質的固態(tài)發(fā)酵產紅曲色素的工藝研究[J].中國調味品，2015（4）：12-15.

[21]楊建，胡川，王偉平.pH對紅曲霉固態(tài)發(fā)酵代謝產物的影響[J].中國調味品，2015（3）：55-59.

[22]張紅梅，靳賽，伍家發(fā)，等.紅曲霉固態(tài)發(fā)酵控制條件對色素及桔霉素生產的影響[J].安徽農業(yè)科學，2008（17）：7066-7067.

收稿日期：2019-05-11

基金項目：西北民族大學國家級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目（20 1810742117）。

作者簡介：孫婷，女，本科在讀，研究方向為食品科學與工程。

通信作者：歐陽霞輝，女，博士，副教授，研究方向為動物生殖與發(fā)育、生物信息學。