利用豆腐黄浆水发酵红曲色素的研究

王薇，马波，许云华，邵世光，吴华华

(江苏师范大学连云港校区，江苏 连云港 222006)

利用豆腐黄浆水发酵红曲色素的研究

王薇，马波*，许云华，邵世光，吴华华

(江苏师范大学连云港校区，江苏 连云港 222006)

以豆腐黄浆水为原料，紫红曲霉为发酵菌种，研究碳源、氮源、无机盐、发酵时间、初始pH、转速对色素色价的影响。结果表明：紫红曲霉的适宜条件为豆粕粉 2.0%，玉米粉1.0%，MgSO4·7H2O 0.5%，接种量10%，pH 5.5，转速140 r/min，培养时间7天。此时发酵得到的红曲色素的色价为183 U/mL。

豆腐废水；紫红曲霉；红曲色素；色价；液体发酵

近年来，随着人们对食品安全问题的重视，色素的使用已经引起了人们的广泛关注。食用色素按其来源和性质可以分为合成色素和天然色素两类。许多合成色素不仅有一般毒性和致泻性，还有致癌、致突变性[1]。红曲色素作为微生物发酵产生的天然色素，与其他天然色素相比，红曲色素无毒、无致突变，具有热稳定性好、蛋白质着色力强、色调柔和、对酸碱稳定等优点[2]。此外，红曲色素还具有抑菌、降脂、降压、降血糖等功效[3]，具有更广阔的应用前景。

红曲色素的生产有两种工艺：一种是固态发酵工艺，另一种是液体发酵工艺。

固态发酵种子纯度低，生产环境卫生条件差，生产周期长，次品率高，劳动强度大。

液态发酵法生产红曲色素具有周期短、杂质少、产量高、污染小、自动化程度高等特点。

豆腐黄浆水是豆腐生产过程中的主要副产物，有机物丰富，适合微生物的生长。黄浆水作为废水排放，既严重污染环境，又浪费大量的营养物质。本实验以紫红曲霉为发酵菌种，黄浆水为基础培养基，通过针对性的添加营养成分对发酵条件进行优化，为黄浆水的综合利用提供参考。

1 实验方法

1.1 仪器与试剂

摇床 上海智城分析仪器制造有限公司；小型台式离心机 德国Sigma；DH3600型电热恒温培养箱 天津市泰斯特仪器有限公司；岛津UV2550分光光度计 日本岛津；HHS-21-4恒温水浴锅 常州诺基仪器有限公司；超净工作台 苏州净化设备有限公司；pH计 上海精科雷磁仪器厂。

豆腐废水、玉米粉、豆粕粉:从市场购得；MgSO4·7H2O，KH2PO4，MnSO4，ZnSO4，无水乙醇：均为沪试，分析纯。

1.2 菌种

红色素真菌MonascuspurpureusStrain 935:由连云港师范高等专科学校生物系生物实验室保藏。

1.3 培养基

固体斜面培养基(PDA)：马铃薯去皮称取200 g，切成小块，加1000 mL水，煮沸30 min，双层纱布过滤取清液，加琼脂2%,pH 5.4,121 ℃灭菌20 min。

摇瓶种子培养基：玉米粉5%，豆粕粉2%，K2HPO40.1%，MgSO4·7H2O 1.5%，pH 5.4，121 ℃灭菌20 min。

摇瓶发酵培养基：在豆腐废水中添加一定量的营养物质。

1.4 方法

1.4.1 培养方法

将紫红曲霉斜面菌种接入固体斜面培养基(PDA)中，30 ℃培养7天，取1～2环紫红曲霉斜面活化菌种接入液体种子培养基中，30 ℃，100 r/min振荡培养48 h。向装有50 mL普通发酵培养基的250 mL三角瓶中接入10%(5 mL)的紫红曲霉种子液，自然pH值，30 ℃，100 r/min振荡培养6天，测定发酵液的红色价。

1.4.2 红曲红色素色价的测定

采用周波等的方法测定[4]。

1.4.3 pH的测定

使用pH计进行测定。

2 结果与讨论

2.1 添加不同碳源对紫红曲霉产红曲色素的影响

碳源的选择对紫红曲霉的生长繁殖及代谢产物的合成有着重要的影响[5]。分别添加2%的葡萄糖、麦芽糖、乳糖、玉米粉到豆腐废水中，考察不同碳源对红曲色素的影响。

图1 不同碳源对红曲色素的影响

由图1可知，紫红曲霉可有效利用葡萄糖、麦芽糖、玉米粉并产生红曲色素，而乳糖被紫红曲霉利用不高，这与张健明等[6]的研究结果相一致。葡萄糖和玉米粉的效果差不多。但考虑到玉米粉价格[7]及含有氮源和其他生长因子因素，初步考虑在豆腐黄浆水中添加玉米粉。

2.2 添加不同氮源对紫红曲霉产红曲色素的影响

分别添加1%的豆粕粉、蛋白胨、硝酸钠、硫酸铵到豆腐废水中，考察不同氮源对红曲色素的影响。

图2 不同氮源对红曲色素的影响

由图2可知，有机氮源发酵产红曲色素的效果比无机氮源要好，这是因为有机氮源中含有一些生长因子及无机盐，蛋白胨和豆粕粉的产色较好，但从经济的角度考虑，以豆粕粉作为氮源较好。

2.3 添加不同无机盐对紫红曲霉产红曲色素的影响

图3 不同无机盐对红曲色素的影响

在豆腐废水培养基中分别添加0.25%的MgSO4·7H2O，KH2PO4，MnSO4和ZnSO4进行培养，由图3可知，无机盐均可以提高产色效果，其中Mg2+的增效作用最强，KH2PO4最弱。呈增效作用的无机盐离子可能是通过抑制菌体生成来增加色素代谢量的。

2.4 初始pH值对紫红曲霉产红曲色素的影响

图4 不同pH对红曲色素的影响

液体培养基的酸碱度直接影响菌丝体的新陈代谢，紫红曲霉适宜在酸性环境中生长，本试验设计4个pH梯度进行液体培养。由图4可知，在pH 5.5的发酵液中色素色价最高。

2.5 适宜培养条件的确定

选用L9(34)正交表来考察玉米粉、豆粕粉、MgSO4·7H2O以及pH对红曲色素的影响，各因素水平设计见表1。

表1 正交试验的因素与水平

通过对正交试验的结果进行直观分析得出，红曲色素合成的优化工艺组合为：豆粕粉 2.0%，玉米粉 1.0%，MgSO4·7H2O 0.5%，pH 5.5。

2.6 不同转速对紫红曲霉产红曲色素的影响

摇瓶转速对红曲色素的合成有很重要的作用。本试验以优化组合的工艺为基础，设计4个梯度进行液体培养。

图5 转速对红曲色素的影响

由图5可知，在转速为140 r /min 时，红曲色素最高。转速慢，培养基内的溶解氧少，影响菌体的生长。转速过快，摇瓶内的剪切力强，也影响菌体的生长。

2.7 发酵时间对紫红曲霉产红曲色素的影响

图6 发酵时间对红曲色素的影响

由图6可知，紫红曲霉菌液体发酵7天，菌体长势最好，红曲色素最高。菌体在发酵初期生长比较缓慢，随着发酵时间的延长，菌体生长旺盛，到第7天红曲色素产量达到最高峰。随着发酵时间的进一步延长，菌体出现自溶现象，影响红曲色素色价。

综上，紫红曲霉的适宜发酵培条件为：豆粕粉2.0%，玉米粉1.0%，MgSO4·7H2O 0.5%，接种量10%，pH 5.5，转速140 r/min，培养时间7天，此时发酵得到的红曲色素的色价为183 U/mL。

3 结论

利用豆腐黄浆水进行紫红曲霉液态发酵红曲色素，污染小，周期短，不受季节和环境的限制。不仅黄浆水能够变废为宝，同时采用玉米粉、豆粕粉等原料也降低红曲色素开发的成本，为红曲色素的扩大培养提供参考。

[1]袁超,鲁晶鸽.天然食用色素的功能及应用研究进展[J].粮食与油脂,2015,28(2) :5-8.

[2]侯敏,王艳新,唐帅,等.不同碳源、氮源对红曲发酵产色素的影响[J].山西农业科学，2015,43(9):1119-1122.

[3]张庆庆,张帝,汤文晶，等.红曲霉液态发酵豆渣产红曲色素培养基的优化[J].中国饲料,2013(23):27-31.

[4]周波,吴吉林，朱明军,等.基于代谢途径提高红曲黄色素生成及控制橘霉素产生的研究[J].食品科技,2011(2):242-248.

[5]杨建，胡川，陈瑶，等.采用响应面优化红曲霉液态发酵产高色价低桔霉素培养基的研究[J].中国调味品,2015，40(8):39-42.

[6]张健明,何钢,刘嵬, 等.水溶性红曲色素液态发酵培养基成分优化[J].食品科技, 2015, 40(9):252-257.

[7]石鹤，李清顺.不同培养基对红曲霉产色的影响[J].中国调味品, 2005(7): 35-37.

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 *通讯作者

江苏省高等学校大学生创新创业训练计划2015立项项目(201511585009Y)

王薇(1993-)，女，江苏淮安人，研究方向：生物技术；

马波(1975-)，男，讲师，硕士，主要从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