CN110205342A - 一种固定化红曲霉发酵过程中色素增产的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种固定化红曲霉发酵过程中色素增产的方法。该方法主要应用于固定化菌株发酵领域。将海藻酸钠与羧甲基纤维素钠进行复配后对红曲霉孢子进行包埋,接种量为2%(v/v),控制初始发酵液的pH为6~8,并在初始发酵液中添加0.1ωt.%的表面活性剂,30℃、200r/min发酵6天。此方法相比于单纯地用海藻酸钠微胶囊固定化红曲霉发酵,色素产量更高,色素由囊内向囊外的渗透效果越好。
Description
技术领域
本发明属于固定化发酵领域,具体涉及一种固定化红曲霉发酵过程中色素增产的方法。
背景技术
红曲色素是红曲霉产生的次级代谢产物,具有着色、防腐、抗氧化等功效。
因海藻酸钠的生物相容性好、不易被细胞降解而使得海藻酸钠微胶囊固定化细胞发酵技术得以推广。用海藻酸钠包埋红曲霉形成微胶囊进行发酵有较多瓶颈之处,红曲色素的渗透率低就是其中之一,过半红曲色素富集于囊外难以渗透至囊外,从而导致发酵液中色素产量偏低。目前解决渗透率低的方法主要集中于微胶囊制备材料的创新上,但制备新型的微胶囊需要多次盲目地尝试与摸索,成功率低、耗时长。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术不足,提供一种固定化红曲霉发酵过程中色素增产的方法。
为实现上述目的,本发明的技术方案是:
将羧甲基纤维素钠与海藻酸钠复配后,对红曲霉孢子液进行包埋,包埋后加入发酵液进行发酵,接种量为2%(v/v),控制初始发酵液的pH为6~8,并在初始发酵液中添加0.1ωt.%的表面活性剂,30℃、200r/min发酵6天。
包埋方法为:将4mL的3ωt.%海藻酸钠溶液、1mL的3ωt.%羧甲基纤维素钠溶液、0.5mL红曲霉孢子液、4.5mL去离子水混合后,用1mL移液枪将其逐滴滴入250mL的1.5ωt.%无水二氯化钙溶液中固定化1h,固定化结束后,过滤出微胶囊,用去离子水淋洗2次。上述海藻酸钠溶液、羧甲基纤维素钠溶液、去离子水、钙离子溶液均为灭菌后的溶液,整个操作均在无菌超净台中进行。
红曲霉孢子液的制备方法为:在PDA平板中添加5mL生理盐水,用勺子或接种铲将红曲霉孢子轻轻刮下,经过八层纱布过滤掉菌丝体,形成106CFU/mL的红曲霉孢子液。
发酵液的配置方法为:味精22.33g/L、硫酸铵9.72g/L、葡萄糖22.50g/L、磷酸二氢钾9.00g/L、一水合硫酸锰0.21 g/L、七水合硫酸镁2.1 g/L。配置时,为避免美拉德反应,葡萄糖需另外配置,再在超净台中加入,使最终的浓度为上述设定的浓度。灭菌前,葡萄糖糖溶液和其他物质的混合液均需用3mol/L的氢氧化钠调pH至7,混合均匀后在上述混合液中添加终浓度0.1ωt.%的表面活性剂。所选用的表面活性剂为:大豆卵磷脂、曲拉通X-100、吐温-80中的一种。
相较于现有技术,本发明具有以下有益效果:
(1)使用羧甲基纤维素钠与海藻酸钠进行复配后制备微胶囊,羧甲基纤维素钠可被红曲霉分泌的胞外淀粉酶和胞外纤维素酶降解,降解后海藻酸钠微胶囊的空间网络结构空隙增大,同时羧甲基纤维素钠的降解底物可被菌株利用;
(2)利用pH和表面活性剂的调控来改变发酵液的性质,一方面使红曲色素在发酵液中的溶解性增大,另一方面中性酸碱度环境及表面活性剂的种类和浓度不损伤细胞;
(3)红曲色素的醇溶性大于水溶性,当囊内红曲色素含量降低时,囊内溶液的水溶性增大,更利于红曲色素由囊外向囊外渗透。
附图说明
图1为不同pH条件下红曲色素由海藻酸钠微胶囊囊内往囊外渗透情况。
图2为红曲霉对不同pH的耐受性。
图3为不同表面活性剂对红曲色素由海藻酸钠微胶囊囊内往囊外渗透情况。
图4为红曲霉对表面活性剂的耐受性。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明做进一步说明,但本发明不仅仅限于这些实施例。
实施例1
红曲霉可分泌胞外淀粉酶和胞外纤维素酶,这些酶类可对羧甲基纤维素钠进行降解。相关实验有诸多文献支持,此处不列举数据。
红曲色素的测定方法为:样品离心后取上清,红曲黄色素、红曲橙色素、红曲红色素分别于410nm、465nm、505nm下测定吸光值,色价为吸光值乘以稀释倍数,总色素含量为三种色素之和。
微胶囊囊膜对红曲色素的渗透效果的影响主要在于孔径的大小以及囊内外的极性,在实际效果验证中海藻酸钠作为囊膜的主要成分,且含量较少的羧甲基纤维素钠会被红曲霉产生的纤维素酶类水解,最终囊膜仅剩下海藻酸钠,因此前期的实验(pH和表面活性剂的影响)将羧甲基纤维素钠替换为海藻酸钠,相比于复合型微胶囊更适合于探究色素在囊内外的渗透情况。
(1)pH对固定化红曲霉发酵的影响探究如下:
用3ωt.%海藻酸钠溶液对1.74U/mL的红曲色素进行包埋,溶液体积比为1:1,总体积10mL,将其滴入250mL的1.5ωt.%二氯化钙溶液中,固定化1h,固定化后,将微胶囊捞出,用去离子水淋洗两遍后放置于25mL不同pH的水中,测定囊外色素量,色素渗透率=水中囊外色素量*5/1.74。测试结果如图1所示。由图1可知,随着pH的增加,红曲色素的渗透率逐渐增大。
当我们要选用合适pH时还得关注红曲霉对pH的耐受性,将红曲霉接种于含不同pH的发酵培养基中发酵4d,测定其菌量。测定结果如图2。实验结果说明了红曲霉对pH的耐受性为2~9之间,当pH在3~8之间时,红曲霉的菌量较高,pH对红曲霉菌量的影响较小。
上述发酵培养基成分为:味精22.33g/L、硫酸铵9.72g/L、葡萄糖22.50g/L、磷酸二氢钾9.00g/L、一水合硫酸锰0.21 g/L、七水合硫酸镁2.1 g/L。
红曲霉菌量的测定方法为氨基葡萄糖法,测定步骤为:发酵液加4mL、60%(v/v)浓硫酸浸泡过夜,稀释至1mol/L后90℃水解2h,冷却后用1mol/L的NaOH中和至中性或中偏碱。分别取上述溶液5mL与1mL乙酰丙酮溶液混合后沸水浴30分钟,(乙酰丙酮溶液由3.5mL乙酰丙酮与1mol/LNa2CO3加入50ml容量瓶,再加入去离子水定容而得),冷却。再加3mL无水乙醇和1mL对二甲氨基苯甲醛溶液(对二甲氨基苯甲醛溶液由0.8g对二氨基苯甲醛溶于15mL无水乙醇及15mL浓盐酸的混合液中配置而得),60℃水浴1小时,冷却后525nm下测吸光值。测定样品前绘制菌丝体和吸光值之间的标曲:y=0.4433x。
综合pH对红曲色素的渗透效果及红曲霉对pH的耐受性,确定发酵中pH的范围为4~8(偏中性)。
(2)表面活性剂对固定化红曲霉发酵的影响探究如下:
用3ωt.%海藻酸钠对1.74U/mL的红曲色素进行包埋,溶液体积比为1:1,总体积10mL,将其滴入250mL的1.5ωt.%二氯化钙溶液中,固定化1h,固定化后,将微胶囊捞出,用去离子水淋洗两遍后放置于25mL含0.1ωt.%表面活性剂的水中,测定囊外色素量,色素渗透率=水中囊外色素量*5/1.74。表面活性剂分别为:十六烷基三甲基溴化铵、曲拉通X-100、吐温80、十二烷基二甲基甜菜碱、大豆卵磷脂。空白组表示不加表面活性剂。测试结果如图3所示。实验结果表明,添加了大豆卵磷脂、曲拉通X-100、吐温-80的实验组其色素渗透率要高于空白组。说明这三种表面活性剂能够辅助红曲色素由囊内向囊外扩散。
另一方面,将红曲霉孢子液接种于含有表面活性剂的培养基中进行发酵,30℃、200r/min发酵4天。发酵培养基配方为:味精22.33g/L、硫酸铵9.72g/L、葡萄糖22.50g/L、磷酸二氢钾9.00g/L、一水合硫酸锰0.21 g/L、七水合硫酸镁2.1 g/L。红曲霉的生长情况如表1所示:
表1 红曲霉在不同表面活性剂中的生长情况
综合表面活性剂对红曲色素的渗透效果及红曲霉对表面活性剂的耐受性,确定表面活性剂的种类为大豆卵磷脂、曲拉通X-100、吐温-80。
(3)实际效果验证:
将羧甲基纤维素钠与海藻酸钠复配后,对红曲霉孢子液进行包埋后,加入发酵液进行发酵,控制初始发酵液的pH为7,并在初始发酵液中添加终浓度为0.1ωt.%的表面活性剂,30℃、200r/min发酵6天。
微胶囊的制备方法为:将4mL的3ωt.%海藻酸钠溶液、1mL的3ωt.%羧甲基纤维素钠溶液、0.5mL红曲霉孢子液、4.5mL去离子水混合后,用1mL移液枪将其逐滴滴入250mL的1.5ωt.%无水二氯化钙溶液中固定化1h,固定化结束后,过滤出微胶囊,用去离子水淋洗2次。上述海藻酸钠溶液、羧甲基纤维素钠溶液、去离子水、钙离子溶液均为灭菌后的溶液,整个操作均在无菌超净台中进行。
红曲霉孢子液的制备方法为:在PDA平板中添加5mL生理盐水,用勺子或接种铲将红曲霉孢子轻轻刮下,经过八层纱布过滤掉菌丝体,形成106CFU/mL的红曲霉孢子液。
发酵液的配置方法为:味精22.33g/L、硫酸铵9.72g/L、葡萄糖22.50g/L、磷酸二氢钾9.00g/L、一水合硫酸锰0.21 g/L、七水合硫酸镁2.1 g/L。配置时,为避免美拉德反应,葡萄糖需另外配置,再在超净台中加入,使最终的浓度为上述设定的浓度。灭菌前,葡萄糖糖溶液和其他物质的混合液均需用3mol/L的氢氧化钠调pH至7,并在上述混合液中添加0.1ωt.%的大豆卵磷脂。
以上是实验组的处理,空白对照的处理为:将4mL的3ωt.%海藻酸钠、0.5mL红曲霉孢子液、5.5mL去离子水混合后,用1mL移液枪将其逐滴滴入250mL的1.5ωt.%无水二氯化钙溶液中固定化1h,固定化结束后,过滤出微胶囊,用去离子水淋洗2次。淋洗后将微胶囊投入不调pH、不含表面活性剂的发酵培养基中,发酵培养基的配置方法与实验组一致。
由图4可知,实验组的囊外色素含量和总色素含量均比空白组高,且发酵后色素渗透率(囊外色素含量/总色素含量)实验组的也比空白组高(实验组色素渗透率为22.%,空白组为15.5%),说明本发明的方法可提高固定化红曲霉发酵过程中的色素产量。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰,皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (5)
1.一种固定化红曲霉发酵过程中色素增产的方法,其特征在于:将羧甲基纤维素钠与海藻酸钠复配后,对红曲霉孢子液进行包埋后发酵,接种量为2%(v/v),控制初始发酵液的pH为6~8,并在初始发酵液中添加终浓度为0.1ωt.%的表面活性剂,30℃、200r/min发酵6天。
2.根据权利要求1所述的一种固定化红曲霉发酵过程中色素增产的方法,其特征在于:包埋方式为:将4mL的3ωt.%海藻酸钠溶液、1mL的3ωt.%羧甲基纤维素钠溶液、0.5mL红曲霉孢子液、4.5mL去离子水混合后,用1mL移液枪将其逐滴滴入250mL的1.5ωt.%无水二氯化钙溶液中固定化1h,固定化结束后,过滤出微胶囊,用去离子水淋洗2次。
3.根据权利要求1所述的一种固定化红曲霉发酵过程中色素增产的方法,其特征在于:在PDA平板中添加5mL生理盐水,用勺子或接种铲将红曲霉孢子轻轻刮下,经过八层纱布过滤掉菌丝体,形成106CFU/mL红曲霉孢子液。
4.根据权利要求1所述的一种固定化红曲霉发酵过程中色素增产的方法,其特征在于:发酵液的基础发酵培养基为:味精22.33g/L、硫酸铵9.72g/L、葡萄糖22.50g/L、磷酸二氢钾9.00g/L、一水合硫酸锰0.21 g/L、七水合硫酸镁2.1 g/L;配置时,为避免美拉德反应,葡萄糖需另外配置,再在超净台中加入,使最终的浓度为上述设定的浓度;灭菌前,葡萄糖溶液和其他物质的混合液均需用3mol/L的氢氧化钠调pH至7,然后混合均匀,并在上述混合液中添加终浓度0.1ωt.%的表面活性剂。
5.根据权利要求1所述的一种固定化红曲霉发酵过程中色素增产的方法,其特征在于:所述的表面活性剂为:大豆卵磷脂、曲拉通X-100、吐温-80中的一种。
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