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红曲发酵产天然黄色素的关键技术研究

2021-01-17张群

食品与生物技术学报 2021年9期
关键词:红色素红曲黄色素

红曲菌(Monascussp.)是一种小型的丝状真菌,能产生多种重要的代谢产物,如红曲色素、M onacolin类物质、γ-氨基丁酸以及多糖等。红曲色素包括红、黄、橙3种色素,由于菌种和技术水平的限制,目前国内外大规模生产的仅有红曲红色素,红曲黄色素发酵水平偏低,尚未工业化生产。

近年来,红曲黄色素的研究越来越受到国内外学者的关注。如Clement等(2019)研究红曲霉浸没发酵生产红、黄色素的营养调节,优化有机酸和发酵条件,如pH能有效促进色素增强和细胞生长。Wang等(2017)以红曲霉CGMCC 10910为原料,研究高糖胁迫发酵生产水溶性黄色色素。Huang等(2017)利用H2O2和二硫苏糖醇(DTT)改变红曲霉色素的氧化还原潜能,研究氧化还原物质对红曲霉产红曲霉黄色素的影响,结果表明:H2O2和DTT可控制胞外ORP。L yv等(2017)使用紫色红曲菌进行液态发酵,在培养的第72小时添加5 g/L的司盘-80,醇溶性黄色素色价达到669.2 U/mL。牛国强等(2016)为了提高红曲菌产橙、黄色素的性能,采用新型的常压室温等离子体(ARTP)诱变技术处理红曲菌WM951孢子悬液,结果表明,最佳照射时间为90 s,此时红曲菌突变效果最好,其孢子致死率为78%,形态突变率为14.2%。实验最终从15株突变菌株筛选得到1株高产橙、黄色素的突变菌株WM951M1。管宏伟等(2020)以前期筛选的1株产黄色素菌株sjs-6为实验菌株,对培养基的碳源、氮源、Mg2+添加量、初始pH、培养温度进行了优化。结果表明,当麦芽糖80 g/L、(NH4)2SO210 g/L、MgSO41.0 g/L、培养基初始pH为6.0,30℃下恒温培养时黄色素的色价最高,可达508.61 U/mL,是未优化前的1.52倍。经分析鉴定,该红曲黄色素中的主要成分为红曲素Monascin,纯度为97%。周珂等(2020)进行了高产橙黄色素低产桔霉素红曲菌的液态发酵条件优化,结果表明,红曲菌高产橙黄色素、低产桔霉素的最佳发酵条件为:可溶性淀粉60 g/L,氮源为(NH4)2SO410 g/L,K2HPO42 g/L,MgSO42.0 g/L,ZnSO40.02 g/L;装液体积分数20%;初始pH 3,转速200 r/min,在28℃下培养5 d,橙、黄色素分别比之前提高了6倍和4倍,桔霉素含量降低了30%。祁田甜等(2015)采用常压室温等离子体(ARTP)射流诱变技术处理紫色红曲霉菌株M-1,选育高产Monacolin K突变株,为Monacolin K的发酵生产提供优良菌株。赵建博等(2014)以红曲霉菌株MonascusSE01为出发菌株,利用紫外线诱变、过氧化氢筛选和氯化锂复合诱变的方法,选育得到高产黄色素的红曲霉突变株。中国专利CN201510449543.6公开一种高产胞外黄色素的红曲霉菌株及其选育方法与应用。该红曲霉菌株的名称为红色红曲霉(Monascus ruber)WQ15,保藏编号为CGMCC No.10910。该高产胞外黄色素的红曲霉菌株通过出发菌株进行紫外诱变选育得到。CN201610475354.0涉及一种提高紫红曲霉中红色素和黄色素产量的发酵方法,其利用紫红曲霉Y16-CtnR在无氨基氮源发酵培养基中发酵生产红色素和黄色素。无氨基氮源发酵培养基组分为:葡萄糖20 g/L,无氨基氮源5 g/L,MgSO4·7H2O 0.5 g/L,K2HPO4·3H2O 5 g/L,CaCl20.1 g/L,MnSO4·H2O 0.03 g/L,FeSO4·7H2O 0.01 g/L,ZnSO4·7H2O 0.01 g/L;最佳发酵条件为33℃、200 r/min,培养至第6天,色素产量达到峰值。通过在无氨基氮源发酵培养基中额外添加适量的组氨酸或酪氨酸,显著提高红色素或黄色素的合成量。CN201010279425.2提供了红曲霉突变菌株Monascus purpureus yangTY622及采用该菌株深层发酵制备红曲霉黄色素的方法,包括菌种选育、种子培养、大罐发酵、红曲霉黄色素提取,其中种子培养、发酵均采用特配制的培养基,在大容量发酵罐中进行多级培养后发酵。发酵工艺条件:温度32~36℃,搅拌转速为200~400 r/min;通风量前期为400~450 L/min,中后期调整为500~600 L/min。

随着红曲黄色素的研究深入,天然红曲黄色素产品凸显出了巨大的市场潜力。选育适合液态发酵生产红曲黄色素的高产菌株,优化培养条件,改进生产工艺,提高发酵水平,实现红曲黄色素的工业化生产和应用将成为研究热点。

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