发酵条件对海带中岩藻黄素提取率的影响

曲荣荣，张春枝

（大连工业大学 生物工程学院，辽宁 大连 116034）

0 引言

岩藻黄素是可食用褐藻中一种主要的淡黄褐色的脂溶性类胡萝卜素，它具有很长的共轭双键，并含有丙二烯，乙酰基和环氧烷的特殊分子结构［1］。这些特殊的结构决定了岩藻黄素具有许多重要的生物活性，如抗癌［2-4］、抗炎［5］、减肥［6］以及提高免疫力［7］等。

在工业生产中利用微生物分泌的多种酶类破坏组织中的细胞结构，使细胞破碎，从而提高类胡萝卜素产量的技术已有报道［8］。本实验以新鲜海带为原料，通过对海带发酵条件的研究，求得一个比较优化的发酵工艺，以期在岩藻黄素的生产过程中提高产率。

1 材料与方法

1.1 实验材料与仪器设备

新鲜海带，黑曲霉，米曲霉，纳豆菌，乙醇。

722G 可见分光光度计，恒温水浴锅，台式高速离心机，HZQ-F160全温振荡培养箱，766-5型远红外快速干燥箱，HH·BII·600-Ⅱ电热恒温培养箱。

1.2 种子液培养

1.2.1 黑曲霉和米曲霉种子液的培养

挑取2～3环活化的黑曲霉和米曲霉霉菌菌种，分别装入50mL的查氏液体培养基于250mL的三角瓶（带玻璃珠）中，28 ℃、160r/min摇瓶培养48h。

1.2.2 纳豆菌种子液的培养

挑取2～3环活化的纳豆菌菌种，装入50mL的牛肉膏蛋白胨液体培养基于250mL 的三角瓶中，37 ℃、150r/min摇瓶培养24h。

1.3 固体发酵

1.3.1 发酵菌种的选择

采用实验室活化的3种不同的菌种：黑曲霉、米曲霉和纳豆菌，分别在各自的最适生长温度下对新鲜海带进行发酵，其流程如下：

新鲜海带粉碎→称取一定量海带→接种培养→取样→干燥（40 ℃）→研磨→提取→测吸光值。

1.3.2 发酵时间的优化

新鲜的海带渣接入8%的纳豆菌，在37 ℃的条件下发酵1、2、3、4、5d，提取后测吸光值。

1.3.3 发酵温度的优化

新鲜的海带渣接入8%的纳豆菌，分别在25、30、35、37、40、45 ℃的条件下发酵3d，提取后测吸光值。

1.3.4 接种量的优化

新鲜的海带渣分别接入2%、4%、6%、8%、10%的纳豆菌，并在37℃的条件下发酵3d，提取后测吸光值。

1.4 岩藻黄素提取率测定［8］

称取适量的发酵海带干粉，用60%的乙醇溶液，在50 ℃的条件下，以料液比1∶10 浸提1.5h，离心，取上清液，在445nm 下测吸光值。

式中，A445为样品在445nm处的吸光值；A11cm为在1cm 光程长的比色皿中1g/L 岩藻黄素的理论吸收值，即1 600；n为稀释倍数；V为提取液总体积，mL；m为样品质量，g。

1.5 不同处理方法对岩藻黄素提取率的影响

将海带原料分别进行3种不同的处理，即不采取任何处理；采用40 min、50 Hz超声波法处理；采用最佳发酵条件发酵处理。然后用分光光度法分别测其岩藻黄素的提取率。

2 结果与讨论

2.1 发酵菌种的选择

由于岩藻黄素是一种极不耐热的物质，所以原料不采取灭菌处理。本实验将新鲜海带分别接入相同量的黑曲霉、米曲霉和纳豆菌在各自最适温度下培养，其岩藻黄素提取率见表1。

表1 不同菌种发酵后岩藻黄素提取率的比较Tab.1 The comparison of fucoxanthin extract rate by different microbial strain after fermentation

由表1可见，不接菌的海带原料中岩藻黄素提取率随着天数的延长而增加，这可能是由于海带中原有的微生物经生长繁殖后参与了发酵过程，从而导致岩藻黄素提取率的升高。

从发酵菌种来看，纳豆菌发酵的海带中岩藻黄素提取率较黑曲霉和米曲霉处理的均有所升高，因此纳豆菌为最佳发酵菌种。

2.2 发酵时间对岩藻黄素提取率的影响

发酵时间对固态发酵的活菌数有较大影响。发酵时间过短，细菌菌体没有充分形成，活菌数比较少；发酵时间过长，不仅菌体活力会下降，而且菌体还会自溶死亡，使活菌数降低，对发酵不利。由图1可见，纳豆菌发酵3d后，岩藻黄素提取率达到最大值，发酵3d后有小幅下降。因此选择3d为海带固态发酵的最佳时间。

图1 发酵时间对岩藻黄素提取率的影响Fig.1 Effect of fermentation time on fucoxanthin extraction rate

2.3 发酵温度对岩藻黄素提取率的影响

对于同一微生物来说，不同的生理生化过程有着不同的最适温度，而温度又是微生物生长代谢的重要条件，因此在发酵系统中必须保证合适的温度环境。由图2可见，温度从25℃不断上升时，岩藻黄素的提取率不断增加，当上升至37 ℃时达到最大值，然后随着温度的上升，岩藻黄素提取率开始急剧下降。可见，发酵温度为37 ℃较好。

图2 发酵温度对岩藻黄素提取率的影响Fig.2 Effect of fermentation temperature on fucoxanthin extraction rate

2.4 接种量对岩藻黄素提取率的影响

由图3可见，在相同发酵条件下和接种量为2%～8%范围内，岩藻黄素提取率随接种量的增大而增大，且在接种量为8%时，岩藻黄素提取率达到最大，此后开始下降，说明接种量大于8%时不利于纳豆菌的固态生长和发酵。因此本实验的最佳接种量为8%。

图3 接种量对岩藻黄素提取率的影响Fig.3 Effect of inoculum volume on fucoxanthin extraction rate

2.5 不同处理方法对岩藻黄素提取率的影响

由图4可见，超声波处理过的海带较不经处理的海带岩藻黄素提取率有所升高，说明通过破壁方法能够使岩藻黄素得到更有效的提取，发酵后的海带较未经处理的海带岩藻黄素提取率明显提高，其提取率增加了1.05倍，因而发酵法是一种提高岩藻黄素提取率的有效方法。

图4 3种不同处理方法对岩藻黄素提取率的比较Fig.4 Comparison of three different treatment methods on fucoxanthin extraction rate

3 结论

（1）海带中的岩藻黄素经纳豆菌发酵的提取率较黑曲霉和米曲霉均有所升高，因此采用纳豆菌为最佳发酵菌种。

（2）通过本实验得出纳豆菌固态发酵海带的最适条件为：接种量8%，37 ℃固态发酵3d。

（3）经纳豆菌发酵后海带中的岩藻黄素提取率为1.03mg/g，与直接提取法相比岩藻黄素提取率明显增加，且增加了1.05倍。