紅曲深層發(fā)酵液噴霧干燥工藝研究

史紅征，吳彥彥，朱會(huì)霞

（衡水學(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院，河北衡水 053000）

紅曲是具有中國(guó)特色的傳統(tǒng)發(fā)酵產(chǎn)品，代謝產(chǎn)物中含有蛋白酶、淀粉酶、過氧化物酶、超氧化物歧化酶等多種酶類，還有Monascidin A、Monacolin K、γ-氨基丁酸等多種功能性成分[1]。紅曲霉能生成大量的紅曲色素，具有穩(wěn)定性高和無毒副作用的特性，廣泛應(yīng)用于食品生產(chǎn)[2]。紅曲霉及其代謝產(chǎn)物可用液體深層發(fā)酵法獲得[3]，結(jié)合現(xiàn)代提取工藝生產(chǎn)紅曲霉菌絲及其代謝產(chǎn)物[4]，也可以將紅曲發(fā)酵液過濾后噴霧干燥，獲得紅曲粉[5]。本文以紅曲深層發(fā)酵液為基料，研究紅曲發(fā)酵液進(jìn)行噴霧干燥獲得紅曲粉的工藝，在傳承傳統(tǒng)發(fā)酵食品的基礎(chǔ)上充分發(fā)揮液態(tài)發(fā)酵和噴霧干燥工藝優(yōu)勢(shì)，推動(dòng)紅曲霉代謝產(chǎn)物在食品和醫(yī)藥領(lǐng)域發(fā)揮更大 作用。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

（1）材料與試劑。菌種，紅曲霉菌種保存于衡水學(xué)院發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)室；豆粕培養(yǎng)基（豆粕50 g、玉米粉20 g、KH2PO45 g、MgSO4·7H20 2.5 g加水1 L），10 L發(fā)酵罐加入7 L豆粕培養(yǎng)基115 ℃滅菌40 min；1,1-二苯基-2-三硝基苯肼，分析純，上海恪敏生物科技有限公司；KH2PO4，分析純，天津致遠(yuǎn)化學(xué)試劑有限公司；MgSO4·7H20，分析純，天津致遠(yuǎn)化學(xué)試劑有限公司。

（2）設(shè)備。噴霧干燥機(jī)YC-015，上海雅程儀器設(shè)備有限公司；高壓均質(zhì)機(jī)SRH60-70，上海申鹿均質(zhì)機(jī)有限公司；10 L發(fā)酵罐CN68M，上海高機(jī)生物工程有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 紅曲發(fā)酵液粉的制備

①紅曲霉的液體培養(yǎng)。10 L通氣攪拌罐實(shí)罐滅菌后降至室溫接種紅曲霉種子液，30 ℃培養(yǎng)6 d，通氣量10 L/min，攪拌速率300 r/min。發(fā)酵結(jié)束后，過濾發(fā)酵液。②加入麥芽糊精。向紅曲發(fā)酵濾液中加入麥芽糊精，從而提高紅曲發(fā)酵液粉的出粉率。③加入異抗壞血酸鈉。由于紅曲發(fā)酵濾液中含有黃酮等成分，為防止氧化加入抗氧化劑。④加入海藻糖。向紅曲發(fā)酵濾液中添加海藻糖。⑤勻質(zhì)。各配料先后加入紅曲發(fā)酵濾液中，攪拌均勻。將料液置于高壓均質(zhì)機(jī)中于25 MPa、室溫條件下均質(zhì)處理15 min。⑥干燥霧化。設(shè)置進(jìn)風(fēng)溫度、出風(fēng)溫度進(jìn)料速度55 mL/min，進(jìn)行噴霧干燥，即得成品。

1.2.2 單因素試驗(yàn)

（1）麥芽糊精添加量的確定。設(shè)計(jì)麥芽糊精的添加量分別為0.2%、0.4%、0.6%、0.8%和1.0%，考察麥芽糊精添加量對(duì)出粉率的影響。

（2）異抗壞血酸鈉添加量的確定。設(shè)計(jì)異抗壞血酸鈉的添加量分別為0.10%、0.15%、0.20%、0.25%和0.30%，為確定最佳抗氧化劑量，采用DPPH分析法在517 nm波長(zhǎng)處檢測(cè)樣品清除自由基的效果[6]。

（3）海藻糖添加量的確定。試劑海藻糖的添加量分別為0.1%、0.2%、0.3%、0.4%和0.5%，考察海藻糖添加量對(duì)出粉率的影響。

（4）進(jìn)風(fēng)溫度的確定。設(shè)置進(jìn)風(fēng)溫度130 ℃、150 ℃、170 ℃，出風(fēng)溫度90 ℃，進(jìn)料速度55 mL/min，進(jìn)行噴霧干燥，考察海進(jìn)風(fēng)溫度對(duì)出粉率的影響。

1.3 正交試驗(yàn)

根據(jù)各個(gè)單因素的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，每個(gè)因素取3水平進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，以成品的感官評(píng)價(jià)為指標(biāo)[7]，優(yōu)化紅曲深層發(fā)酵液噴霧干燥工藝。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1.1 麥芽糖糊精添加量

隨麥芽糖糊精加入量的增加，出粉率也逐步增加，添加量為0.2%、0.4%、0.6%、0.8%和1.0%出粉率分別是 0.5 g/100 mL、0.9 g/100 mL、1.3 g/100 mL、1.8 g/100 mL和 2.0 g/100 mL。可確定當(dāng)添加1.0%麥芽糖糊精時(shí)出粉率最高，但此時(shí)曲線趨于平緩，部分麥芽糊精黏壁，綜合考慮0.8%為最佳添加量。

2.1.2 異抗壞血酸鈉添加量

異抗壞血酸鈉的添加量為分別0.10%、0.15%、0.20%、0.25%和0.30%，DPPH自由基清除率分別為68%、75%、83%、87%和89%，隨異抗壞血酸鈉添加量增加，對(duì)DPPH自由基清除率大幅增加，添加0.30%的異抗壞血酸鈉時(shí)對(duì)DPPH清除率上升趨勢(shì)趨于平緩，達(dá)到最高清除率89%。

2.1.3 海藻糖添加量

隨海藻糖添加量增加出粉率大幅增加，添加海藻糖為0.1%、0.2%、0.3%、0.4%和0.5%時(shí)出粉率分別是0.25 g/ 100 mL、0.43 g/100 mL、0.64 g/100 mL、0.78 g/100 mL和 0.82 g/100 mL。添加0.5%的海藻糖上升趨勢(shì)趨于平穩(wěn)，部分粉末黏壁，綜合考慮0.4%為最佳添加量。

2.1.4 進(jìn)風(fēng)溫度

高進(jìn)風(fēng)溫度所攜帶熱能是進(jìn)行噴霧干燥過程時(shí)唯一的熱能來源，紅曲發(fā)酵液霧滴在干燥塔中迅速完成干燥。紅曲發(fā)酵液粉出粉率隨進(jìn)風(fēng)溫度升高而提高，當(dāng)進(jìn)風(fēng)溫度上升到一定溫度時(shí)，出粉率開始下降，一般溫度為130～150 ℃時(shí)，出粉率高，在90%～98%。溫度升高出粉率下降是由于溫度太高，粉粒表面蒸發(fā)速度超過了內(nèi)部水分蒸發(fā)的速度，導(dǎo)致黏壁現(xiàn)象嚴(yán)重，出粉率反而下降，降至90%以下。因此，進(jìn)風(fēng)溫度設(shè)置在130 ℃、150 ℃和170℃。

2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果分析

由表1知，根據(jù)R值對(duì)比各因素影響大小可以得出各因素對(duì)結(jié)果的影響順序?yàn)椋蝴溠亢竞Ｔ逄牵具M(jìn)風(fēng)溫度＞異抗壞血酸鈉（B＞C＞D＞A），分析K值得可以得出最佳組合為A2B2C2D2，即異抗壞血酸鈉0.3%、麥芽糊精1.0%、海藻糖0.5%、進(jìn)風(fēng)溫度150 ℃。

表1 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果表

因正交實(shí)驗(yàn)中沒有A2B2C2D2組合，故進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，評(píng)分為93分。證實(shí)此組合出粉效果好，出粉率達(dá)到2.8%，基本不黏壁，清除自由基效果可達(dá)90%。所得紅曲發(fā)酵液粉顏色鮮艷，粉末均勻無大顆粒感，均一無雜質(zhì)，紅曲特有香味濃郁，無異味。

3 結(jié)論

紅曲發(fā)酵液粉噴霧干燥工藝制備的紅曲粉大大提高了產(chǎn)品運(yùn)輸和攜帶效率，可直接添加于食品中，提高了紅曲產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。紅曲本身具有很高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和藥用價(jià)值，利用現(xiàn)代技術(shù)進(jìn)行發(fā)酵工藝的改良，在傳承傳統(tǒng)發(fā)酵食品的基礎(chǔ)上充分發(fā)揮液態(tài)發(fā)酵和噴霧干燥工藝優(yōu)勢(shì)，從而推動(dòng)紅曲霉及其代謝產(chǎn)物在食品和醫(yī)藥領(lǐng)域發(fā)揮更大作用。