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红曲菌橙、黄色素的发酵及提取技术研究

牛国强  
【摘要】:红曲色素是一种天然安全的食用色素且具有悠久的应用历史。传统的红曲色素产品是红、橙、黄三种色素的混合物,且以红色素为主。橙、黄色素在感官上是最为鲜艳夺目的色素,是值得研究开发的红曲色素品种。本研究课题通过诱变选育高产橙、黄色素红曲菌,结合单因素优化及正交实验提高该菌固态发酵高产橙、黄色素能力,并研究了红曲发酵液和红曲米这二种发酵产品中提取橙、黄色素的工艺技术,为后续大规模生产红曲橙、黄色素研究提供理论及应用基础,主要结论为:通过发酵对比实验,从众多红曲菌株中筛选出一株红曲菌WM951作为出发菌株,并采用常压室温等离子体(atmospheric and room temperature plasma,ARTP)诱变技术诱变处理该菌的孢子悬液。最佳照射时间为90 s,此时孢子致死率为78%,形态突变率为14.2%,筛选1株高产橙、黄色素突变菌WM951M1。其所产色素的全波长扫描图谱显示,其最大吸收峰出现在465 nm处,并在410 nm处也有吸收峰,说明该菌发酵所产色素主要是橙色素,其次为黄色素。在30℃培养10 d,突变菌固态发酵红曲米中橙、黄色素色价最大值分别为3620 U?g-1、3300 U?g-1,比出发菌株分别提高136%、43%。为了进一步提高红曲菌突变株WM951M1固态发酵产橙、黄色素能力,通过单因素优化及正交试验,确定最佳的发酵条件:培养温度29℃,接种量7%,装料量55 g/500 m L三角瓶,初始含水量37%。在此发酵条件下,培养10 d,其黄色素色价高达4423 U?g-1,色调值为1.43;橙色素色价也高达4813 U?g-1,色调值为1.59,相对于出发菌株WM951黄色素提高了94.4%,橙色素提高了229.7%,达到国内外领先水平。进一步对红曲米中的橙、黄色素的提取实验并确定提取关键技术:提取溶剂为萃取剂水混合物,萃取剂与水体积比为6:4(v/v),料液比为1:5(w/v)。在此提取条件下,红曲米中橙、黄色素的单次提取率为50.7%、66.8%。经分析确定被提取的色素主要是红曲黄色素、橙色素,红色素仍保留于原红曲米中。本部分通过实验确定了菌体、萃取相及水相的最佳处理条件:在调整好操作参数的情况下,采用碟式离心分离机可顺利地将菌体、富含色素的萃取相及不含色素的水相分离。采用多级逆流提取技术将色素转移至无水乙醇中,在多级逆流提取工艺中,液/液比4:1(v/v)、提取级数3级、提取温度60℃、每级时间30 min。此时橙、黄色素提取率依次为91.21%、95.92%。将含有橙、黄色素的乙醇溶液浓缩、加糊精及烘干等处理,得到橙、黄色素固态粉末产品,经全波长扫描及薄层层析可得,该固态粉末产品中色素主要是橙色素、黄色素,但不含有红色素。


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