利用豆腐黃漿水發(fā)酵紅曲色素的研究

王薇，馬波，許云華，邵世光，吳華華

(江蘇師范大學(xué)連云港校區(qū)，江蘇 連云港 222006)

利用豆腐黃漿水發(fā)酵紅曲色素的研究

王薇，馬波*，許云華，邵世光，吳華華

(江蘇師范大學(xué)連云港校區(qū)，江蘇 連云港 222006)

以豆腐黃漿水為原料，紫紅曲霉為發(fā)酵菌種，研究碳源、氮源、無(wú)機(jī)鹽、發(fā)酵時(shí)間、初始pH、轉(zhuǎn)速對(duì)色素色價(jià)的影響。結(jié)果表明：紫紅曲霉的適宜條件為豆粕粉 2.0%，玉米粉1.0%，MgSO4·7H2O 0.5%，接種量10%，pH 5.5，轉(zhuǎn)速140 r/min，培養(yǎng)時(shí)間7天。此時(shí)發(fā)酵得到的紅曲色素的色價(jià)為183 U/mL。

豆腐廢水；紫紅曲霉；紅曲色素；色價(jià)；液體發(fā)酵

近年來(lái)，隨著人們對(duì)食品安全問(wèn)題的重視，色素的使用已經(jīng)引起了人們的廣泛關(guān)注。食用色素按其來(lái)源和性質(zhì)可以分為合成色素和天然色素兩類。許多合成色素不僅有一般毒性和致瀉性，還有致癌、致突變性[1]。紅曲色素作為微生物發(fā)酵產(chǎn)生的天然色素，與其他天然色素相比，紅曲色素?zé)o毒、無(wú)致突變，具有熱穩(wěn)定性好、蛋白質(zhì)著色力強(qiáng)、色調(diào)柔和、對(duì)酸堿穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)[2]。此外，紅曲色素還具有抑菌、降脂、降壓、降血糖等功效[3]，具有更廣闊的應(yīng)用前景。

紅曲色素的生產(chǎn)有兩種工藝：一種是固態(tài)發(fā)酵工藝，另一種是液體發(fā)酵工藝。

固態(tài)發(fā)酵種子純度低，生產(chǎn)環(huán)境衛(wèi)生條件差，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，次品率高，勞動(dòng)強(qiáng)度大。

液態(tài)發(fā)酵法生產(chǎn)紅曲色素具有周期短、雜質(zhì)少、產(chǎn)量高、污染小、自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)。

豆腐黃漿水是豆腐生產(chǎn)過(guò)程中的主要副產(chǎn)物，有機(jī)物豐富，適合微生物的生長(zhǎng)。黃漿水作為廢水排放，既嚴(yán)重污染環(huán)境，又浪費(fèi)大量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。本實(shí)驗(yàn)以紫紅曲霉為發(fā)酵菌種，黃漿水為基礎(chǔ)培養(yǎng)基，通過(guò)針對(duì)性的添加營(yíng)養(yǎng)成分對(duì)發(fā)酵條件進(jìn)行優(yōu)化，為黃漿水的綜合利用提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)方法

1.1 儀器與試劑

搖床 上海智城分析儀器制造有限公司；小型臺(tái)式離心機(jī) 德國(guó)Sigma；DH3600型電熱恒溫培養(yǎng)箱 天津市泰斯特儀器有限公司；島津UV2550分光光度計(jì) 日本島津；HHS-21-4恒溫水浴鍋 常州諾基儀器有限公司；超凈工作臺(tái) 蘇州凈化設(shè)備有限公司；pH計(jì) 上海精科雷磁儀器廠。

豆腐廢水、玉米粉、豆粕粉:從市場(chǎng)購(gòu)得；MgSO4·7H2O，KH2PO4，MnSO4，ZnSO4，無(wú)水乙醇：均為滬試，分析純。

1.2 菌種

紅色素真菌MonascuspurpureusStrain 935:由連云港師范高等專科學(xué)校生物系生物實(shí)驗(yàn)室保藏。

1.3 培養(yǎng)基

固體斜面培養(yǎng)基(PDA)：馬鈴薯去皮稱取200 g，切成小塊，加1000 mL水，煮沸30 min，雙層紗布過(guò)濾取清液，加瓊脂2%,pH 5.4,121 ℃滅菌20 min。

搖瓶種子培養(yǎng)基：玉米粉5%，豆粕粉2%，K2HPO40.1%，MgSO4·7H2O 1.5%，pH 5.4，121 ℃滅菌20 min。

搖瓶發(fā)酵培養(yǎng)基：在豆腐廢水中添加一定量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。

1.4 方法

1.4.1 培養(yǎng)方法

將紫紅曲霉斜面菌種接入固體斜面培養(yǎng)基(PDA)中，30 ℃培養(yǎng)7天，取1～2環(huán)紫紅曲霉斜面活化菌種接入液體種子培養(yǎng)基中，30 ℃，100 r/min振蕩培養(yǎng)48 h。向裝有50 mL普通發(fā)酵培養(yǎng)基的250 mL三角瓶中接入10%(5 mL)的紫紅曲霉種子液，自然pH值，30 ℃，100 r/min振蕩培養(yǎng)6天，測(cè)定發(fā)酵液的紅色價(jià)。

1.4.2 紅曲紅色素色價(jià)的測(cè)定

采用周波等的方法測(cè)定[4]。

1.4.3 pH的測(cè)定

使用pH計(jì)進(jìn)行測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2.1 添加不同碳源對(duì)紫紅曲霉產(chǎn)紅曲色素的影響

碳源的選擇對(duì)紫紅曲霉的生長(zhǎng)繁殖及代謝產(chǎn)物的合成有著重要的影響[5]。分別添加2%的葡萄糖、麥芽糖、乳糖、玉米粉到豆腐廢水中，考察不同碳源對(duì)紅曲色素的影響。

圖1 不同碳源對(duì)紅曲色素的影響

由圖1可知，紫紅曲霉可有效利用葡萄糖、麥芽糖、玉米粉并產(chǎn)生紅曲色素，而乳糖被紫紅曲霉利用不高，這與張健明等[6]的研究結(jié)果相一致。葡萄糖和玉米粉的效果差不多。但考慮到玉米粉價(jià)格[7]及含有氮源和其他生長(zhǎng)因子因素，初步考慮在豆腐黃漿水中添加玉米粉。

2.2 添加不同氮源對(duì)紫紅曲霉產(chǎn)紅曲色素的影響

分別添加1%的豆粕粉、蛋白胨、硝酸鈉、硫酸銨到豆腐廢水中，考察不同氮源對(duì)紅曲色素的影響。

圖2 不同氮源對(duì)紅曲色素的影響

由圖2可知，有機(jī)氮源發(fā)酵產(chǎn)紅曲色素的效果比無(wú)機(jī)氮源要好，這是因?yàn)橛袡C(jī)氮源中含有一些生長(zhǎng)因子及無(wú)機(jī)鹽，蛋白胨和豆粕粉的產(chǎn)色較好，但從經(jīng)濟(jì)的角度考慮，以豆粕粉作為氮源較好。

2.3 添加不同無(wú)機(jī)鹽對(duì)紫紅曲霉產(chǎn)紅曲色素的影響

圖3 不同無(wú)機(jī)鹽對(duì)紅曲色素的影響

在豆腐廢水培養(yǎng)基中分別添加0.25%的MgSO4·7H2O，KH2PO4，MnSO4和ZnSO4進(jìn)行培養(yǎng)，由圖3可知，無(wú)機(jī)鹽均可以提高產(chǎn)色效果，其中Mg2+的增效作用最強(qiáng)，KH2PO4最弱。呈增效作用的無(wú)機(jī)鹽離子可能是通過(guò)抑制菌體生成來(lái)增加色素代謝量的。

2.4 初始pH值對(duì)紫紅曲霉產(chǎn)紅曲色素的影響

圖4 不同pH對(duì)紅曲色素的影響

液體培養(yǎng)基的酸堿度直接影響菌絲體的新陳代謝，紫紅曲霉適宜在酸性環(huán)境中生長(zhǎng)，本試驗(yàn)設(shè)計(jì)4個(gè)pH梯度進(jìn)行液體培養(yǎng)。由圖4可知，在pH 5.5的發(fā)酵液中色素色價(jià)最高。

2.5 適宜培養(yǎng)條件的確定

選用L9(34)正交表來(lái)考察玉米粉、豆粕粉、MgSO4·7H2O以及pH對(duì)紅曲色素的影響，各因素水平設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 正交試驗(yàn)的因素與水平

通過(guò)對(duì)正交試驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行直觀分析得出，紅曲色素合成的優(yōu)化工藝組合為：豆粕粉 2.0%，玉米粉 1.0%，MgSO4·7H2O 0.5%，pH 5.5。

2.6 不同轉(zhuǎn)速對(duì)紫紅曲霉產(chǎn)紅曲色素的影響

搖瓶轉(zhuǎn)速對(duì)紅曲色素的合成有很重要的作用。本試驗(yàn)以優(yōu)化組合的工藝為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)4個(gè)梯度進(jìn)行液體培養(yǎng)。

圖5 轉(zhuǎn)速對(duì)紅曲色素的影響

由圖5可知，在轉(zhuǎn)速為140 r /min 時(shí)，紅曲色素最高。轉(zhuǎn)速慢，培養(yǎng)基內(nèi)的溶解氧少，影響菌體的生長(zhǎng)。轉(zhuǎn)速過(guò)快，搖瓶?jī)?nèi)的剪切力強(qiáng)，也影響菌體的生長(zhǎng)。

2.7 發(fā)酵時(shí)間對(duì)紫紅曲霉產(chǎn)紅曲色素的影響

圖6 發(fā)酵時(shí)間對(duì)紅曲色素的影響

由圖6可知，紫紅曲霉菌液體發(fā)酵7天，菌體長(zhǎng)勢(shì)最好，紅曲色素最高。菌體在發(fā)酵初期生長(zhǎng)比較緩慢，隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)，菌體生長(zhǎng)旺盛，到第7天紅曲色素產(chǎn)量達(dá)到最高峰。隨著發(fā)酵時(shí)間的進(jìn)一步延長(zhǎng)，菌體出現(xiàn)自溶現(xiàn)象，影響紅曲色素色價(jià)。

綜上，紫紅曲霉的適宜發(fā)酵培條件為：豆粕粉2.0%，玉米粉1.0%，MgSO4·7H2O 0.5%，接種量10%，pH 5.5，轉(zhuǎn)速140 r/min，培養(yǎng)時(shí)間7天，此時(shí)發(fā)酵得到的紅曲色素的色價(jià)為183 U/mL。

3 結(jié)論

利用豆腐黃漿水進(jìn)行紫紅曲霉液態(tài)發(fā)酵紅曲色素，污染小，周期短，不受季節(jié)和環(huán)境的限制。不僅黃漿水能夠變廢為寶，同時(shí)采用玉米粉、豆粕粉等原料也降低紅曲色素開發(fā)的成本，為紅曲色素的擴(kuò)大培養(yǎng)提供參考。

[1]袁超,魯晶鴿.天然食用色素的功能及應(yīng)用研究進(jìn)展[J].糧食與油脂,2015,28(2) :5-8.

[2]侯敏,王艷新,唐帥,等.不同碳源、氮源對(duì)紅曲發(fā)酵產(chǎn)色素的影響[J].山西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015,43(9):1119-1122.

[3]張慶慶,張帝,湯文晶，等.紅曲霉液態(tài)發(fā)酵豆渣產(chǎn)紅曲色素培養(yǎng)基的優(yōu)化[J].中國(guó)飼料,2013(23):27-31.

[4]周波,吳吉林，朱明軍,等.基于代謝途徑提高紅曲黃色素生成及控制橘霉素產(chǎn)生的研究[J].食品科技,2011(2):242-248.

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[6]張健明,何鋼,劉嵬, 等.水溶性紅曲色素液態(tài)發(fā)酵培養(yǎng)基成分優(yōu)化[J].食品科技, 2015, 40(9):252-257.

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Study on the Fermentation of Monascus Pigment with Tofu Slurry

WANG Wei, MA Bo*, XU Yun-hua, SHAO Shi-guang, WU Hua-hua

(Lianyungang Campus, Jiangsu Normal University, Lianyungang 222006, China)

Tofu slurry is as the raw material,Monascuspurpureusis as the fermentation strain,the influence of carbon source, nitrogen source, inorganic salt, fermentation time, initial pH and rotation speed on the yield of mononscus pigment is researched.The results show that the optimum conditions are as follows: soybean meal flour is 2.0%, corn flour is 1.0%, MgSO4·7H2O is 0.5%,inoculum size is 10%,pH is 5.5,rotation speed is 140 r/min,and fermentation time is 7 days.Under such conditions, the color value of fermentation broth reaches 183 U/mL.

tofu lurry;Monascuspurpureus; monascus pigment; color value; liquid fermentation

2016-07-15 *通訊作者

江蘇省高等學(xué)校大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃2015立項(xiàng)項(xiàng)目(201511585009Y)

王薇(1993-)，女，江蘇淮安人，研究方向：生物技術(shù)；

馬波(1975-)，男，講師，碩士，主要從事微生物生理生化方面的研究。

TS202.3

A

10.3969/j.issn.1000-9973.2017.01.010

1000-9973(2017)01-0044-03