红曲深层发酵液喷雾干燥工艺研究

史红征，吴彦彦，朱会霞

（衡水学院 生命科学学院，河北衡水 053000）

红曲是具有中国特色的传统发酵产品，代谢产物中含有蛋白酶、淀粉酶、过氧化物酶、超氧化物歧化酶等多种酶类，还有Monascidin A、Monacolin K、γ-氨基丁酸等多种功能性成分[1]。红曲霉能生成大量的红曲色素，具有稳定性高和无毒副作用的特性，广泛应用于食品生产[2]。红曲霉及其代谢产物可用液体深层发酵法获得[3]，结合现代提取工艺生产红曲霉菌丝及其代谢产物[4]，也可以将红曲发酵液过滤后喷雾干燥，获得红曲粉[5]。本文以红曲深层发酵液为基料，研究红曲发酵液进行喷雾干燥获得红曲粉的工艺，在传承传统发酵食品的基础上充分发挥液态发酵和喷雾干燥工艺优势，推动红曲霉代谢产物在食品和医药领域发挥更大 作用。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

（1）材料与试剂。菌种，红曲霉菌种保存于衡水学院发酵工程实验室；豆粕培养基（豆粕50 g、玉米粉20 g、KH2PO45 g、MgSO4·7H20 2.5 g加水1 L），10 L发酵罐加入7 L豆粕培养基115 ℃灭菌40 min；1,1-二苯基-2-三硝基苯肼，分析纯，上海恪敏生物科技有限公司；KH2PO4，分析纯，天津致远化学试剂有限公司；MgSO4·7H20，分析纯，天津致远化学试剂有限公司。

（2）设备。喷雾干燥机YC-015，上海雅程仪器设备有限公司；高压均质机SRH60-70，上海申鹿均质机有限公司；10 L发酵罐CN68M，上海高机生物工程有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 红曲发酵液粉的制备

①红曲霉的液体培养。10 L通气搅拌罐实罐灭菌后降至室温接种红曲霉种子液，30 ℃培养6 d，通气量10 L/min，搅拌速率300 r/min。发酵结束后，过滤发酵液。②加入麦芽糊精。向红曲发酵滤液中加入麦芽糊精，从而提高红曲发酵液粉的出粉率。③加入异抗坏血酸钠。由于红曲发酵滤液中含有黄酮等成分，为防止氧化加入抗氧化剂。④加入海藻糖。向红曲发酵滤液中添加海藻糖。⑤匀质。各配料先后加入红曲发酵滤液中，搅拌均匀。将料液置于高压均质机中于25 MPa、室温条件下均质处理15 min。⑥干燥雾化。设置进风温度、出风温度进料速度55 mL/min，进行喷雾干燥，即得成品。

1.2.2 单因素试验

（1）麦芽糊精添加量的确定。设计麦芽糊精的添加量分别为0.2%、0.4%、0.6%、0.8%和1.0%，考察麦芽糊精添加量对出粉率的影响。

（2）异抗坏血酸钠添加量的确定。设计异抗坏血酸钠的添加量分别为0.10%、0.15%、0.20%、0.25%和0.30%，为确定最佳抗氧化剂量，采用DPPH分析法在517 nm波长处检测样品清除自由基的效果[6]。

（3）海藻糖添加量的确定。试剂海藻糖的添加量分别为0.1%、0.2%、0.3%、0.4%和0.5%，考察海藻糖添加量对出粉率的影响。

（4）进风温度的确定。设置进风温度130 ℃、150 ℃、170 ℃，出风温度90 ℃，进料速度55 mL/min，进行喷雾干燥，考察海进风温度对出粉率的影响。

1.3 正交试验

根据各个单因素的实验结果，每个因素取3水平进行正交实验，以成品的感官评价为指标[7]，优化红曲深层发酵液喷雾干燥工艺。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果分析

2.1.1 麦芽糖糊精添加量

随麦芽糖糊精加入量的增加，出粉率也逐步增加，添加量为0.2%、0.4%、0.6%、0.8%和1.0%出粉率分别是 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。可确定当添加1.0%麦芽糖糊精时出粉率最高，但此时曲线趋于平缓，部分麦芽糊精黏壁，综合考虑0.8%为最佳添加量。

2.1.2 异抗坏血酸钠添加量

异抗坏血酸钠的添加量为分别0.10%、0.15%、0.20%、0.25%和0.30%，DPPH自由基清除率分别为68%、75%、83%、87%和89%，随异抗坏血酸钠添加量增加，对DPPH自由基清除率大幅增加，添加0.30%的异抗坏血酸钠时对DPPH清除率上升趋势趋于平缓，达到最高清除率89%。

2.1.3 海藻糖添加量

随海藻糖添加量增加出粉率大幅增加，添加海藻糖为0.1%、0.2%、0.3%、0.4%和0.5%时出粉率分别是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%的海藻糖上升趋势趋于平稳，部分粉末黏壁，综合考虑0.4%为最佳添加量。

2.1.4 进风温度

高进风温度所携带热能是进行喷雾干燥过程时唯一的热能来源，红曲发酵液雾滴在干燥塔中迅速完成干燥。红曲发酵液粉出粉率随进风温度升高而提高，当进风温度上升到一定温度时，出粉率开始下降，一般温度为130～150 ℃时，出粉率高，在90%～98%。温度升高出粉率下降是由于温度太高，粉粒表面蒸发速度超过了内部水分蒸发的速度，导致黏壁现象严重，出粉率反而下降，降至90%以下。因此，进风温度设置在130 ℃、150 ℃和170℃。

2.2 正交试验结果分析

由表1知，根据R值对比各因素影响大小可以得出各因素对结果的影响顺序为：麦芽糊精＞海藻糖＞进风温度＞异抗坏血酸钠（B＞C＞D＞A），分析K值得可以得出最佳组合为A2B2C2D2，即异抗坏血酸钠0.3%、麦芽糊精1.0%、海藻糖0.5%、进风温度150 ℃。

表1 正交试验设计结果表

因正交实验中没有A2B2C2D2组合，故进行验证实验，评分为93分。证实此组合出粉效果好，出粉率达到2.8%，基本不黏壁，清除自由基效果可达90%。所得红曲发酵液粉颜色鲜艳，粉末均匀无大颗粒感，均一无杂质，红曲特有香味浓郁，无异味。

3 结论

红曲发酵液粉喷雾干燥工艺制备的红曲粉大大提高了产品运输和携带效率，可直接添加于食品中，提高了红曲产业的经济效益。红曲本身具有很高的营养价值和药用价值，利用现代技术进行发酵工艺的改良，在传承传统发酵食品的基础上充分发挥液态发酵和喷雾干燥工艺优势，从而推动红曲霉及其代谢产物在食品和医药领域发挥更大作用。