CN103468748A - 一种调控红曲米发酵过程中色素转化的方法 - Google Patents

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CN103468748A CN2013104174737A CN201310417473A CN103468748A CN 103468748 A CN103468748 A CN 103468748A CN 2013104174737 A CN2013104174737 A CN 2013104174737A CN 201310417473 A CN201310417473 A CN 201310417473A CN 103468748 A CN103468748 A CN 103468748A
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刘家光
刘玉钗
王阿万
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Abstract

本发明属于微生物发酵领域，具体提供了一种调控红曲米发酵过程中色素转化的方法：1）斜面纯种的培养；2）液体菌种的培养；3）红曲米固态发酵；4）发酵过程中添加氨水或铵盐类水溶液。本发明技术方案能够定向调控红曲米发酵过程中色素代谢往红色调富集，无需化学反应使其转化，无副产物，纯天然、安全可靠，适于工业化推广。

Description

一种调控红曲米发酵过程中色素转化的方法
技术领域
本发明属于微生物发酵领域，具体涉及一种调控红曲米发酵过程中色素转化的方法。
背景技术
红曲产品是我省的传统发酵产品，常用于食品着色、酿酒以及药用。其中红曲色素是天然食用红色素，具有安全性高、热稳定性强、对蛋白质的染着力好、色调鲜红、质量稳定和价格低廉等优点，是合成色素和其它天然色素望尘莫及的。
当前合成食用色素的安全性正日益受到挑战，中国食品加工中允许被使用的红色食用色素如甜菜红、胭脂红和红曲红，在欧美许多国家也已被禁止使用或限制使用。红曲色素的优越性正日益凸现出来，进一步开发利用红曲色素有着十分重要的意义。
根据菌种不同、培养条件不同、制取工艺不同，可以分别得到脂溶性、醇溶性和水溶性三类红曲色素。其中水溶性色素用途最广，水溶性红色素可以从固体发酵法生产的红曲中提取，也可以从液体深层发酵法制取。相对于液体深层发酵法，固体发酵法更易于投入生产，目前解决的方向有研发高产、稳定、无毒的红曲霉菌株和开发高产发酵培养基配方，有利于色素分离和发酵控制，于是，研制一种调控红曲米发酵过程中色素转化的方法具有十分重要的意义。 
发明内容
本发明的目的是提供一种调控红曲米发酵过程中色素转化的方法，通过在发酵过程中添加氨水或铵盐类化合物能够使色素转化趋向于红色调富集。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种调控红曲米发酵过程中色素转化的方法：红曲菌种经斜面纯种的培养，液体菌种培养得种子液，红曲米固态发酵及其过程中添加氨水或铵盐类溶液发酵。
所述的调控红曲米发酵过程中色素转化的方法，具体步骤如下：
（1）菌种活化：在无菌室内将红曲菌种原种接种在固体斜面培养基上，于31~35℃培养10天；所述固体斜面培养基的配方如下：大米粉20g/L，葡萄糖20g/L，蛋白胨20g/L，玉米浆20g/L，NaNO3 4g/L，MgSO4 4g/L，KH2PO4 4g/L，琼脂20g/L；
（2）液体菌种培养得种子液：在无菌室内将活化好的斜面菌种接种于液体种子培养基中进行培养，接种量为10g/L,于31~35℃、220~250r/min振荡培养24~26h，得到种子液；所述液体种子培养基的配方如下：大米粉20g/L，葡萄糖20g/L，蛋白胨20g/L，玉米浆20g/L，NaNO3 4g/L，MgSO4 4g/L，KH2PO4 4g/L，用水定容至500ml；
（3）红曲米固态发酵：在红曲米固态发酵培养基上接种步骤（2）制备得到的种子液，接种量按体积计算，为红曲米固态发酵培养基的6~10%；于31~35℃下放置发酵24~26h，品温达到44~46℃开始吐气，吐气后的稻米要做到捏散，先翻一次目的是上温均匀，然后堆积到33℃的培养室中，品温46-48℃时，翻米摊平，摊平的厚度一次比一次薄，每隔6小时翻堆一次，翻堆时并喷洒0.05~1%氨水或铵盐类水溶液。
所述红曲米固态发酵培养基制备工艺为优质米用水浸泡4~6小时，蒸米15~20分钟，打碎米团冷却至38~42℃，即得红曲米固态发酵培养基。 
所述的红曲米固态发酵摊开的稻米要看品温，温度达到35℃以上时要通风。
所述固体斜面培养基和液体种子培养基在121℃灭菌15 min，冷却备用。
所述的调控红曲米发酵过程中色素转化的方法，从以下四个方面进一步说明：
一、斜面纯种的培养
固体培养基：大米粉20g/L，葡萄糖20g/L，蛋白胨20g/L，玉米浆20g/L，NaNO3 4g/L，MgSO4  4g/L，KH2PO4 4g/L，琼脂20g/L。每18X180m/m的试管装8ml塞上棉塞包上油纸，放在灭菌锅内杀菌20min，后拿出摆好斜面待用。
在无菌室内将红曲菌种原种用划线法接在斜面培养基上。
培养：将接好种的斜面培养基放在31~35℃培养箱内培养10天后作为第一代种子放在冰箱内备用。生产时用一支备种接数十支用来生产，同样斜面培养基接好种后在31~35℃保温箱10天，不能超过10代。
二、液体菌种培养
摇瓶种子培养
液体培养基：大米粉 20 g/L，葡萄糖 20 g/L，蛋白胨 20 g/L，玉米浆 20 g/L，NaNO34 g/L，MgSO4 4 g/L，KH2PO4 4 g/L，500ml三角瓶装100ml培养液纱布封口再包上防水纸杀菌20min，在冷却后待用。
接种：在无菌室内，将一支斜面菌种刮到组织粉碎器，粉碎。接入10g/L液体三角瓶内。
培养：将接好种的三角瓶放在31~35℃恒温振荡器上，转数220-250r/min，培养24-26 h待用。
三、偏红色调红曲米的制造
选料：选用优质米，有四点要求：1）不霉，2）不变质，3）无杂质，4）无味。
泡米：泡米时间长短根据米质和季节变化，一般为4-6小时，用自来水即可。
蒸米：蒸米要求：1）米不要装得太满；2）米离锅边10cm；3）米蒸10-15分钟；4）蒸出的为透明熟而不烂。
接种：蒸好的米，将米团打碎冷却至38~42℃左右，接种量按体积计算，接入量为红曲米固态发酵培养基的6~10%菌液翻拌均匀。
装包保温：接种好的米装入消毒过的麻袋中扎好麻袋口，放在31~35℃左右的培养室中，上面盖好消毒过的麻袋，插好温度计。
吐包：稻米过24~26小时培养，品温升至44~46℃开始吐包。吐包后的稻米要做到搓开，先翻一次目的是上温均匀，然后堆积到33℃培养室，品温46-48℃时，翻米摊平（摊平的厚度一次比一次薄），每隔6小时翻堆一次，翻堆时并喷洒0.05-1%氨水或铵盐类水溶液。
通风培养：摊开的稻米要看品温，温度达到要求（超过35℃）时要通风。
四、红曲米色价的测定
固态发酵第四天后，开始每天取样（取大致5-10g红曲米），在60℃烘箱中干燥3-5小时，至红曲米水分含量小于10%，按照国标GB4926-2008方法检测色价，直至发酵至10-12天之间，发现色价增长很缓慢，可终止发酵，整批红曲米在60℃下干燥3-5小时。
本发明以大米粉和葡萄糖做为碳源，蛋白胨、玉米浆和NaNO3做氮源。其中NaNO3作为氮源所产生的红曲色素纯度高。另外Mg2 + 是细胞色素许多酶的激活剂，S元素是生理代谢活性物质的组成成分，因而在培养基中添加MgSO4对菌体的生长和次级代谢产物的积累有一定作用。红曲霉的次级代谢途径中带有磷酸根而终产物却没有，说明磷酸酯酶一定参与生物合成，因此应该考虑在培养基中添加KH2PO4。通过在发酵过程中添加氨水或铵盐类化合物使红曲红素和红斑素转化为红曲红胺和红斑胺，能够使色素转化趋向于红色调富集。
本发明的显著优点在于：本发明技术方案能够定向调控红曲米发酵过程中色素代谢往红色调富集，无需化学反应使其转化，无副产物，纯天然、安全可靠，适于工业化推广。
附图说明
图1是以天数为横坐标，色价比E500/E388为纵坐标所绘制的色调判定曲线
图2是以天数为横坐标，色价比E500/E516为纵坐标所绘制的色调判定曲线
具体实施方式
下面的实例是为了进一步阐明本发明的工艺过程特征而非限制本发明。
本发明的原料大米采用市售大米；接种的菌株是福州隆利信生物制品有限公司筛选的优质红曲霉生产菌种（Monascussp.strain），116-L、116-R 或Z6红曲霉菌株中的一种，已经市售。
实施例1
一种调控红曲米发酵过程中色素转化的方法：红曲菌种经斜面纯种的培养，液体菌种培养得种子液，红曲米固态发酵及其过程中添加氨水或铵盐类溶液发酵。
所述的调控红曲米发酵过程中色素转化的方法，具体步骤如下：
（1）菌种活化：在无菌室内将红曲菌种116-L接种在固体斜面培养基上，于31℃培养10天；所述固体斜面培养基的配方如下：大米粉20g/L，葡萄糖20g/L，蛋白胨20g/L，玉米浆20g/L，NaNO3 4g/L，MgSO4 4g/L，KH2PO4 4g/L，琼脂20g/L；
（2）液体菌种培养得种子液：在无菌室内将活化好的斜面菌种接种于液体种子培养基中进行培养，接种量为10g/L,于31℃、220r/min振荡培养24h，得到种子液；所述液体种子培养基的配方如下：大米粉20g/L，葡萄糖20g/L，蛋白胨20g/L，玉米浆20g/L，NaNO3 4g/L，MgSO4 4g/L，KH2PO4 4g/L，用水定容至500ml；
（3）红曲米固态发酵：在红曲米固态发酵培养基上接种步骤（2）制备得到的种子液，接种量按体积计算，为红曲米固态发酵培养基的6%；于31℃下放置发酵24h，品温达到44℃开始吐气，吐气后的稻米要做到捏散，先翻一次目的是上温均匀，然后堆积到33℃的培养室中，品温46℃时，翻米摊平，摊平的厚度一次比一次薄，每隔6小时翻堆一次，翻堆时并喷洒0.05%氨水。
所述红曲米固态发酵培养基制备工艺为优质米用水浸泡4小时，蒸米15分钟，打碎米团冷却至38℃，即得红曲米固态发酵培养基。 
所述的红曲米固态发酵摊开的稻米要看品温，温度达到35℃以上时要通风。
所述固体斜面培养基和液体种子培养基在121℃灭菌15 min，冷却备用。 
本实施例配制6Kg种子培养基，培养24小时后接种至100Kg大米中，翻米摊平（摊平的厚度一次比一次薄），每隔6小时翻堆一次，翻堆时并喷洒0.05%氨水，发酵14天，按照国标GB4926-2008方法检测色价，红曲米色价可达到4000U。
色调的判定：采用国家标准（GB 4926-2008）测定。根据红曲色素中黄色组分和紫色组分各在388nm和516nm有吸收峰，复合色素的吸收主峰在500nm的特征，分别在388nm、500nm、516nm处测定各个色调的数值，参照国标中红曲米色价的计算方法得出388色价、500色价、516色价，分别以E388、E500和E516表示。以E500/E388（红黄比）和E500/E516（红紫比）的比值判定红曲米的色调。实验结果见表1，随着发酵过程天数增加，E500/E388比值不断升高，而E500/E516比值相对于E500/E388比值的增长呈现缓慢增长，证明发酵过程中色素组分会发生黄色组分先转化为红色组分，而红色组分部分会慢慢转化为紫红色组分。
Figure 2013104174737100002DEST_PATH_IMAGE001
实施例2
一种调控红曲米发酵过程中色素转化的方法：红曲菌种经斜面纯种的培养，液体菌种培养得种子液，红曲米固态发酵及其过程中添加氨水或铵盐类溶液发酵。
所述的调控红曲米发酵过程中色素转化的方法，具体步骤如下：
（1）菌种活化：在无菌室内将红曲菌种116-R原种接种在固体斜面培养基上，于35℃培养10天；所述固体斜面培养基的配方如下：大米粉20g/L，葡萄糖20g/L，蛋白胨20g/L，玉米浆20g/L，NaNO3 4g/L，MgSO4 4g/L，KH2PO4 4g/L，琼脂20g/L；
（2）液体菌种培养得种子液：在无菌室内将活化好的斜面菌种接种于液体种子培养基中进行培养，接种量为10g/L,于35℃、250r/min振荡培养26h，得到种子液；所述液体种子培养基的配方如下：大米粉20g/L，葡萄糖20g/L，蛋白胨20g/L，玉米浆20g/L，NaNO3 4g/L，MgSO4 4g/L，KH2PO4 4g/L，用水定容至500ml；
（3）红曲米固态发酵：在红曲米固态发酵培养基上接种步骤（2）制备得到的种子液，接种量按体积计算，为红曲米固态发酵培养基的8%；于35℃下放置发酵26h，品温达到46℃开始吐气，吐气后的稻米要做到捏散，先翻一次目的是上温均匀，然后堆积到33℃的培养室中，品温48℃时，翻米摊平，摊平的厚度一次比一次薄，每隔6小时翻堆一次，翻堆时并喷洒0.06%氨水。
所述红曲米固态发酵培养基制备工艺为优质米用水浸泡6小时，蒸米20分钟，打碎米团冷却至42℃，即得红曲米固态发酵培养基。 
所述的红曲米固态发酵摊开的稻米要看品温，温度达到35℃以上时要通风。
所述固体斜面培养基和液体种子培养基在121℃灭菌15 min，冷却备用。
本实施例配制12Kg种子培养基，培养26小时后接种至150Kg大米中，翻米摊平（摊平的厚度一次比一次薄），每隔6小时翻堆一次，翻堆时并喷洒0.06%氨水，发酵14天，按照国标GB4926-2008方法检测色价，红曲米色价可达到4935U。
色调的判定：采用国家标准（GB 4926-2008）测定。根据红曲色素中黄色组分和紫色组分各在388nm和516nm有吸收峰，复合色素的吸收主峰在500nm的特征，分别在388nm、500nm、516nm处测定各个色调的数值，参照国标中红曲米色价的计算方法得出388色价、500色价、516色价，分别以E388、E500和E516表示。以E500/E388（红黄比）和E500/E516（红紫比）的比值判定红曲米的色调。实验结果见表2，随着发酵过程天数增加，E500/E388比值不断升高，而E500/E516比值相对于E500/E388比值的增长呈现缓慢增长，证明发酵过程中色素组分会发生黄色组分先转化为红色组分，而红色组分部分会慢慢转化为紫红色组分。
表2 色调判定实验结果2
Figure 635586DEST_PATH_IMAGE002
实施例3
一种调控红曲米发酵过程中色素转化的方法：红曲菌种经斜面纯种的培养，液体菌种培养得种子液，红曲米固态发酵及其过程中添加氨水或铵盐类溶液发酵。
所述的调控红曲米发酵过程中色素转化的方法，具体步骤如下：
（1）菌种活化：在无菌室内将红曲菌种Z6接种在固体斜面培养基上，于33℃培养10天；所述固体斜面培养基的配方如下：大米粉20g/L，葡萄糖20g/L，蛋白胨20g/L，玉米浆20g/L，NaNO3 4g/L，MgSO4 4g/L，KH2PO4 4g/L，琼脂20g/L；
（2）液体菌种培养得种子液：在无菌室内将活化好的斜面菌种接种于液体种子培养基中进行培养，接种量为10g/L,于33℃、235r/min振荡培养25h，得到种子液；所述液体种子培养基的配方如下：大米粉20g/L，葡萄糖20g/L，蛋白胨20g/L，玉米浆20g/L，NaNO3 4g/L，MgSO4 4g/L，KH2PO4 4g/L，用水定容至500ml；
（3）红曲米固态发酵：在红曲米固态发酵培养基上接种步骤（2）制备得到的种子液，接种量按体积计算，为红曲米固态发酵培养基的10%；于33℃下放置发酵25h，品温达到45℃开始吐气，吐气后的稻米要做到捏散，先翻一次目的是上温均匀，然后堆积到33℃的培养室中，品温47℃时，翻米摊平，摊平的厚度一次比一次薄，每隔6小时翻堆一次，翻堆时并喷洒0.1%硫酸铵、硝酸铵或氯化铵水溶液。
所述红曲米固态发酵培养基制备工艺为优质米用水浸泡5小时，蒸米17分钟，打碎米团冷却至40℃，即得红曲米固态发酵培养基。 
所述的红曲米固态发酵摊开的稻米要看品温，温度达到35℃以上时要通风。
所述固体斜面培养基和液体种子培养基在121℃灭菌15 min，冷却备用。
配制12Kg种子培养基，培养25小时后接种至120Kg大米中，翻米摊平（摊平的厚度一次比一次薄），每隔6小时翻堆一次，翻堆时并喷洒0.1%硫酸铵、硝酸铵或氯化铵水溶液，发酵13天，按照国标GB4926-2008方法检测色价，红曲米色价可达到5268U。
色调的判定：采用国家标准（GB 4926-2008）测定。根据红曲色素中黄色组分和紫色组分各在388nm和516nm有吸收峰，复合色素的吸收主峰在500nm的特征，分别在388nm、500nm、516nm处测定各个色调的数值，参照国标中红曲米色价的计算方法得出388色价、500色价、516色价，分别以E388、E500和E516表示。以E500/E388（红黄比）和E500/E516（红紫比）的比值判定红曲米的色调。实验结果见表3，随着发酵过程天数增加，E500/E388比值不断升高，而E500/E516比值相对于E500/E388比值的增长呈现缓慢增长，证明发酵过程中色素组分会发生黄色组分先转化为红色组分，而红色组分部分会慢慢转化为紫红色组分。
表3 色调判定实验结果3
Figure 466270DEST_PATH_IMAGE003
实施例4
一种调控红曲米发酵过程中色素转化的方法：红曲菌种经斜面纯种的培养，液体菌种培养得种子液，红曲米固态发酵及其过程中添加氨水或铵盐类溶液发酵。
所述的调控红曲米发酵过程中色素转化的方法，具体步骤如下：
（1）菌种活化：在无菌室内将红曲菌种116-L接种在固体斜面培养基上，于33℃培养10天；所述固体斜面培养基的配方如下：大米粉20g/L，葡萄糖20g/L，蛋白胨20g/L，玉米浆20g/L，NaNO3 4g/L，MgSO4 4g/L，KH2PO4 4g/L，琼脂20g/L；
（2）液体菌种培养得种子液：在无菌室内将活化好的斜面菌种接种于液体种子培养基中进行培养，接种量为10g/L,于33℃、235r/min振荡培养25h，得到种子液；所述液体种子培养基的配方如下：大米粉20g/L，葡萄糖20g/L，蛋白胨20g/L，玉米浆20g/L，NaNO3 4g/L，MgSO4 4g/L，KH2PO4 4g/L，用水定容至500ml；
（3）红曲米固态发酵：在红曲米固态发酵培养基上接种步骤（2）制备得到的种子液，接种量按体积计算，为红曲米固态发酵培养基的7%；于33℃下放置发酵24h，品温达到45℃开始吐气，吐气后的稻米要做到捏散，先翻一次目的是上温均匀，然后堆积到33℃的培养室中，品温47℃时，翻米摊平，摊平的厚度一次比一次薄，每隔6小时翻堆一次，翻堆时并喷洒0.08%硫酸铵、硝酸铵或氯化铵水溶液。
所述红曲米固态发酵培养基制备工艺为优质米用水浸泡5小时，蒸米18分钟，打碎米团冷却至41℃，即得红曲米固态发酵培养基。 
所述的红曲米固态发酵摊开的稻米要看品温，温度达到35℃以上时要通风。
所述固体斜面培养基和液体种子培养基在121℃灭菌15 min，冷却备用。
配制14Kg种子培养基，培养24小时后接种至200Kg大米中，翻米摊平（摊平的厚度一次比一次薄），每隔6小时翻堆一次，翻堆时并喷洒0.08%硫酸铵、硝酸铵或氯化铵水溶液，发酵14天，按照国标GB4926-2008方法检测色价，红曲米色价可达到5375U。
色调的判定：采用国家标准（GB 4926-2008）测定。根据红曲色素中黄色组分和紫色组分各在388nm和516nm有吸收峰，复合色素的吸收主峰在500nm的特征，分别在388nm、500nm、516nm处测定各个色调的数值，参照国标中红曲米色价的计算方法得出388色价、500色价、516色价，分别以E388、E500和E516表示。以E500/E388（红黄比）和E500/E516（红紫比）的比值判定红曲米的色调。实验结果见表4，随着发酵过程天数增加，E500/E388比值不断升高，而E500/E516比值相对于E500/E388比值的增长呈现缓慢增长，证明发酵过程中色素组分会发生黄色组分先转化为红色组分，而红色组分部分会慢慢转化为紫红色组分。
表4 色调判定实验结果4
Figure 161169DEST_PATH_IMAGE004
实施例5
本实施例中采用本发明实施例1与空白对照组进行色价数据对比，空白对照组为实施例1中红曲米固态发酵及其过程中无添加氨水或铵盐类溶液进行发酵。空白对照组色调判定实验结果见表5。
表5实施例1无添加氨水或铵盐类溶液色调判定实验结果
Figure 100306DEST_PATH_IMAGE005
以表1和表5为数据源，天数为横坐标，色价比E500/E388和色价比E500/E516为纵坐标，分别绘制色调判定曲线图1和图2。
如图1和图2所示，随着发酵过程天数增加，有添加氨水或铵盐化合物的实施例1的E500/E388比值不断升高，相对于空白对照组的E500/E388比值显著增高，而有添加氨水或铵盐化合物的实施例1的E500/E516比值相对于空白对照组的E500/E516比值有所降低，证明发酵过程中色素组分会发生黄色组分先转化为红色组分，而红色组分部分会慢慢转化为紫红色组分。
综上所述，本发明方法将调控红曲米发酵过程中的色素转化趋向于红色调富集，且产出的红曲米色价高。

Claims (5)

1.一种调控红曲米发酵过程中色素转化的方法，其特征在于：红曲菌种经斜面纯种的培养，液体菌种培养得种子液，红曲米固态发酵及其过程中添加氨水或铵盐类溶液发酵。
2.根据权利要求1所述的调控红曲米发酵过程中色素转化的方法，其特征在于，具体步骤如下：
（1）菌种活化：在无菌室内将红曲菌种原种接种在固体斜面培养基上，于31~35℃培养10天；所述固体斜面培养基的配方如下：大米粉20g/L，葡萄糖20g/L，蛋白胨20g/L，玉米浆20g/L，NaNO3 4g/L，MgSO4 4g/L，KH2PO4 4g/L，琼脂20g/L；
（2）液体菌种培养得种子液：在无菌室内将活化好的斜面菌种接种于液体种子培养基中进行培养，接种量为10g/L,于31~35℃、220~250r/min振荡培养24~26h，得到种子液；所述液体种子培养基的配方如下：大米粉20g/L，葡萄糖20g/L，蛋白胨20g/L，玉米浆20g/L，NaNO3 4g/L，MgSO4 4g/L，KH2PO4 4g/L，用水定容至500ml；
（3）红曲米固态发酵：在红曲米固态发酵培养基上接种步骤（2）制备得到的种子液，接种量按体积计算，为红曲米固态发酵培养基的6~10%；于31~35℃下放置发酵24~26h，品温达到44~46℃开始吐气，吐气后的稻米要做到捏散，先翻一次目的是上温均匀，然后堆积到33℃的培养室中，品温46-48℃时，翻米摊平，摊平的厚度一次比一次薄，每隔6小时翻堆一次，翻堆时并喷洒0.05~1%氨水或铵盐类水溶液。
3.根据权利要求1或2所述的调控红曲米发酵过程中色素转化的方法，其特征在于：所述红曲米固态发酵培养基制备工艺为优质米用水浸泡4~6小时，蒸米15~20分钟，打碎米团冷却至38~42℃，即得红曲米固态发酵培养基。
4.根据权利要求2所述的调控红曲米发酵过程中色素转化的方法，其特征在于：所述的红曲米固态发酵摊开的稻米品温温度达到35℃以上要通风。
5.根据权利要求1或2所述的调控红曲米发酵过程中色素转化的方法，其特征在于：所述固体斜面培养基和液体种子培养基在121℃灭菌15 min，冷却备用。
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