CN111387409A - 一种功能性红曲米粉的发酵装置及加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种功能性红曲米粉的加工方法，包括以下步骤：1）将粳米加入2~4倍水中磨成桨，煮沸，成流汁状；2）将粳米汁加入发酵罐中，开搅拌，升温至50℃，加入有机酸，调节pH至弱酸性；3）在发酵罐中接种红曲霉菌，红曲霉菌占粳米汁体积的3~5%；4）接种后保持50℃，通入空气，搅拌发酵12~48h；5）当发酵罐中发酵液变成红色时，将发酵罐中温度降至15℃，继续搅拌20~40min；6）将完成发酵的发酵液，分离出固体进行干燥，得红曲米粉。本发明的优点在于：采用液体通氧发酵，发酵过程始终保持均匀的富氧状态，避免桔霉素的生成，提高了红曲米粉的安全性，所得红曲米粉与传统方法制得红曲米相比，辅酶Q10、诺伐他丁的含量高出进一倍左右。

Description

一种功能性红曲米粉的发酵装置及加工方法
技术领域
本发明属于微生物发酵技术领域，具体涉及一种功能性红曲米粉的发酵装置及加工方法。
背景技术
红曲最早发现于中国，已有一千多年的生产、应用历史，是中国及周边国家特有的大米发酵传统产品。红曲古代称丹曲，既是中药，又是食品，是用红曲霉属真菌接种于大米上经发酵制备而成的。红曲霉是红曲的主要生产菌种，它属于真菌界子囊菌门真子囊菌纲散子囊菌目红曲科红曲菌属。红曲霉可代谢合成多种生物活性物质，譬如红曲色素、诺伐他汀、麦角固醇和 γ- 氨基丁酸、辅酶 Q10等。
辅酶Q10是一种抗氧化剂，能激活人体细胞和细胞能量的营养，具有提高人体免疫力、增强抗氧化、延缓衰老和增强人体活力等功能，医学上广泛用于心血管系统疾病，国内外广泛将其用于营养保健品及食品添加剂。二十世纪八十年代初期日本实现了从烟叶中提取茄呢醇为原料合成生产辅酶Q10，但是使用半化学合成法生产的产品虽然在价格上有优势 ，但在使用上比用生物提取法生产的产品有较大的差距。近几年微生物发酵提取法辅酶Q10得到了长足的发展。目前的文献报道中多采用红曲霉发酵粳米或籼米制得红曲米，辅酶Q10在红曲米中的含量能够达到400~550mg/kg。
诺伐他丁是八十年代上市的新型调整血脂药，经胃肠吸收后，很快水解成开环羟酸，是催化胆固醇合成的早期限速酶 (HMG-coA 还原酶 ) 的竞争性抑制剂。 可降低血浆总胆固醇、低密度脂蛋白和极低密度脂蛋白的胆固醇含量。 亦可中度增加高密度脂蛋白胆固醇和降低血浆甘油三酯。 可有效降低糖尿病人的高胆固醇血症且无并发症且能良好控制，对胰岛素依赖性及非胰岛素依赖性糖尿病。然而化学合成的诺伐他丁药物因其对肝肾有一定的影响，不宜长期服用，因此由微生物发酵而来的天然诺伐他丁在全球范围内引起了广泛关注。
桔霉素是一种真菌毒素，动物实验证明桔霉素能够引起小鼠等肾脏肿大、肾小管扩张及上皮细胞坏死同时还有致畸作用，损害肝的代谢，有致癌性和诱发突变作用，并可能对中枢神经系统产生抑制。桔霉素是红曲霉菌在发酵过程中缺氧状态下的次级代谢产物，传统固态发酵红曲的制备过程中，由于气固相反应不均，造成局部缺氧，会产生桔霉素，通常桔霉素的含量达到0.2mg/kg以上，而国标要求小于0.08mg/kg。正是桔霉素在红曲产品中不能得到有效控制，导致红曲产品存在潜在的安全性问题。
发明内容
为克服上述技术问题，本发明提供了一种减少桔霉素产生使用液态发酵的一种功能性红曲米粉的发酵装置及加工方法。
为达到上述目的，本发明是通过以下的技术方案来实现的。
一种功能性红曲米粉的加工方法，包括以下步骤：
1）将粳米加入2~4倍水中磨成桨，煮沸20~40min，成流汁状；
2）将粳米汁加入发酵罐中，开搅拌，升温至50±1℃，加入有机酸，调节pH至6.0~6.5；
3）在发酵罐中接种红曲霉菌；
4）接种后保持50±1℃，通入空气，搅拌发酵12~48h；
5）完成发酵后，将发酵罐中温度降至15±1℃，继续通气搅拌20~40min；
6）将完成发酵的发酵液干燥后粉碎，得红曲米粉。
进一步地所述步骤1）中先将粳米浸泡30~60min，然后蒸熟，再加水磨成桨。
进一步地所述步骤2）中有机酸为柠檬酸、苹果酸中的一种。
进一步地所述步骤3）中红曲霉菌采用新月弯孢红曲霉Monascus lunisporas保藏号：CGMCC 3.15356，阿根廷红曲霉Monascus argentinensis保藏号：CGMCC 3.7882，巴克红曲霉Monascus barkeri保藏号：CGMCC 3.4452的复合菌种；接种前分别通过活化扩培分别制成菌种液，总菌落数达108cfu/ml以上，将新月弯孢红曲霉菌种液、阿根廷红曲霉菌种液、巴克红曲霉菌种液按体积比1~10:1~8:1~5混合制成复合菌种液；复合菌种液占粳米汁体积的3~5%。
进一步地所述步骤4）中通入空气保持发酵液溶氧量在1~10mg/L。
一种功能性红曲米粉的发酵装置，包括发酵罐体、恒温水槽，发酵罐体为立式带搅拌反应罐，反应罐外侧设有夹套，夹套的进口与出口通过管道与恒温水槽连接形成闭合回路；反应罐顶部设有进料口、进气口和出气口，反应罐底部设有放料口；进气口下连有进气管，进气管延伸至反应罐底部；出气口外侧装有单项阀。将传统的固态发酵转换成液态发酵，在发酵过程中向发酵液中通入空气通过搅拌使发酵过程始终保持均匀的富氧状态，避免桔霉素的生成。
进一步地所述搅拌包括搅拌轴、圆盘、桨叶，搅拌轴的最低端距反应罐底部罐体高度的1/6，在搅拌轴上装有水平放置的两个圆盘，一个位于搅拌轴最低端，另一个位于罐体2/5高处，每个圆盘边缘均匀安装6~8片矩形桨叶，桨叶与水平面呈30~60°角，上层桨叶与下层桨叶的倾角相反。传统的锚式搅拌，转动半径大，转速低，用于粘度较大的发酵液不能很好与气相混合均均，采用上述结构可以提高搅拌转速，并通过上下两个搅拌叶片同时对发酵液强力扰动，造成乱流，使液相与气相充分混合。
进一步地所述反应罐内壁设有2~4块垂直安装的挡流板。增加反应罐内的乱流程度。
进一步地所述进气管的开口处安装有文丘里混合器。传统的气液相反应通常将气管插入液相底部通气反应，气管开口小气体与液气体混合程度高但气管易堵塞，气管开口大虽不易堵塞，但气液混合程度低，而且发酵液本身粘度较大，就不易与气体混合，如何最大限度提高气液混合程度，这里在进气管的开口处安装有文丘里混合器，空气（氧气）高速通过，在喷嘴出口形成真空区域，将发酵液吸引过来，在扩压管内进行混合，在高速喷出，从而达到将空气（氧气）与发酵液充分混合的目的。
有益效果：与现有技术相比，本发明的优点在于：采用液体通氧发酵，发酵过程始终保持均匀的富氧状态，避免桔霉素的生成，提高了红曲米粉的安全性，所得红曲米粉与传统方法制得红曲米相比，辅酶Q10、诺伐他丁的含量高出进一倍左右。
附图说明
图1 红曲米粉的发酵装置结构示意图；
图2 搅拌俯视图；
其中，1.反应罐；2.进气口；3.进气管；4.搅拌轴；5.圆盘；6.桨叶；7.挡流板；8. 文丘里混合器。
具体实施方式
下面结合实例对本发明作进一步的详细说明。本发明所用的原料均为市售产品。菌种均购自中国普通微生物菌种保藏管理中心。
实施例1
一种功能性红曲米粉的加工方法，包括以下步骤：
1）选择优质的粳米浸泡30min，然后蒸熟，再加入3倍重量的水磨成桨，煮沸 30min，成流汁状；
2）将粳米汁加入发酵罐中，开搅拌，升温至50±1℃，加入柠檬酸，调节pH至6.0；
3）在发酵罐中接种红曲霉菌，红曲霉菌采用新月弯孢红曲霉Monascus lunisporas保藏号：CGMCC 3.15356，阿根廷红曲霉Monascus argentinensis保藏号：CGMCC 3.7882，巴克红曲霉Monascus barkeri保藏号：CGMCC 3.4452复合菌种；接种前分别通过活化扩培分别制成菌种液，总菌落数达108cfu/ml以上，将新月弯孢红曲霉菌种液、阿根廷红曲霉菌种液、巴克红曲霉菌种液按体积比1:1:1混合制成复合菌种液；复合菌种液占粳米汁体积的3%；
4）接种后保持50±1℃，通入压缩空气，搅拌发酵24h，搅拌转速不少于200转每分钟，并保持发酵液溶氧量在1mg/L；
5）完成发酵后，此时发酵液变成暗红色，将发酵罐中温度降至15±1℃，继续通气搅拌20min；
6）将完成发酵的发酵液通过喷雾干燥，得红曲米粉。
一种功能性红曲米粉的发酵装置，包括发酵罐体、恒温水槽，发酵罐体为立式带搅拌反应罐，反应罐外侧设有夹套，夹套的进口与出口通过管道与恒温水槽连接形成闭合回路；反应罐顶部设有进料口、进气口和出气口，反应罐底部设有放料口；进气口下连有进气管，进气管延伸至反应罐底部；出气口外侧装有单项阀；所述搅拌包括搅拌轴、圆盘、桨叶，搅拌轴的最低端距反应罐底部罐体高度的1/6，在搅拌轴上装有水平放置的两个圆盘，一个位于搅拌轴最低端，另一个位于罐体2/5高处，每个圆盘边缘均匀安装8片矩形桨叶，桨叶与水平面呈45°角，上层桨叶与下层桨叶的倾角相反，在反应罐内壁设有3块垂直安装的挡流板，所述进气管的开口处安装有文丘里混合器。
检测所得红曲米粉中各成分的含量，见下表：
检测项目 检测方法 含量 单位
辅酶Q10 GB/T 22252-2008 0.0814 g/100g
诺伐他丁 保健食品功效成分及卫生指标检验规范2003版 0.353 g/100g
桔霉素 GB 5009.222-2016 未检出 μg/Kg
能量 GB/Z 21922-2008 1613 KJ/100g
蛋白质 GB 5009.5-2016 7.35 g/100g
脂肪 GB 5009.6-2016 0 g/100g
碳水化合物 GB/Z 5009.91-2017 86.8 g/100g
实施例2
一种功能性红曲米粉的加工方法，包括以下步骤：
1）选择优质的粳米浸泡20min，然后蒸熟，再加入2倍重量的水磨成桨，煮沸 40min，成流汁状；
2）将粳米汁加入发酵罐中，开搅拌，升温至50±1℃，加入苹果酸，调节pH至6.5；
3）在发酵罐中接种红曲霉菌，红曲霉菌采用新月弯孢红曲霉Monascus lunisporas保藏号：CGMCC 3.15356，阿根廷红曲霉Monascus argentinensis保藏号：CGMCC 3.7882，巴克红曲霉Monascus barkeri保藏号：CGMCC 3.4452复合菌种；接种前分别通过活化扩培分别制成菌种液，总菌落数达108cfu/ml以上，将新月弯孢红曲霉菌种液、阿根廷红曲霉菌种液、巴克红曲霉菌种液按体积比4:3:2混合制成复合菌种液；复合菌种液占粳米汁体积的5%；
4）接种后保持50±1℃，通入压缩空气（还是纯氧），搅拌发酵48h，搅拌转速不少于200转每分钟，并保持发酵液溶氧量在10mg/L；
5）完成发酵后，此时发酵液变成暗红色，将发酵罐中温度降至15±1℃，继续通气搅拌40min；
6）将完成发酵的发酵液放入烘箱100℃干燥，粉碎后得红曲米粉。
一种功能性红曲米粉的发酵装置，包括发酵罐体、恒温水槽，发酵罐体为立式带搅拌反应罐，反应罐外侧设有夹套，夹套的进口与出口通过管道与恒温水槽连接形成闭合回路；反应罐顶部设有进料口、进气口和出气口，反应罐底部设有放料口；进气口下连有进气管，进气管延伸至反应罐底部；出气口外侧装有单项阀；所述搅拌包括搅拌轴、圆盘、桨叶，搅拌轴的最低端距反应罐底部罐体高度的1/6，在搅拌轴上装有水平放置的两个圆盘，一个位于搅拌轴最低端，另一个位于罐体2/5高处，每个圆盘边缘均匀安装6片矩形桨叶，桨叶与水平面呈60°角，上层桨叶与下层桨叶的倾角相反，在反应罐内壁设有4块垂直安装的挡流板，所述进气管的开口处安装有文丘里混合器。
检测所得红曲米粉中各成分的含量，见下表：
检测项目 检测方法 含量 单位
辅酶Q10 GB/T 22252-2008 0.0809 g/100g
诺伐他丁 保健食品功效成分及卫生指标检验规范2003版 0.367 g/100g
桔霉素 GB 5009.222-2016 未检出 μg/Kg
能量 GB/Z 21922-2008 1598 KJ/100g
蛋白质 GB 5009.5-2016 7.41 g/100g
脂肪 GB 5009.6-2016 0 g/100g
碳水化合物 GB/Z 5009.91-2017 83.7 g/100g
实施例3
一种功能性红曲米粉的加工方法，包括以下步骤：
1）选择优质的粳米浸泡40min，然后蒸熟，再加入4倍重量的水磨成桨，煮沸 20min，成流汁状；
2）将粳米汁加入发酵罐中，开搅拌，升温至50±1℃，加入柠檬酸，调节pH至6.3；
3）在发酵罐中接种红曲霉菌，红曲霉菌采用新月弯孢红曲霉Monascus lunisporas保藏号：CGMCC 3.15356，阿根廷红曲霉Monascus argentinensis保藏号：CGMCC 3.7882，巴克红曲霉Monascus barkeri保藏号：CGMCC 3.4452复合菌种；接种前分别通过活化扩培分别制成菌种液，总菌落数达108cfu/ml以上，将新月弯孢红曲霉菌种液、阿根廷红曲霉菌种液、巴克红曲霉菌种液按体积比10: 8: 5混合制成复合菌种液；复合菌种液占粳米汁体积的4%；
4）接种后保持50±1℃，通入纯氧，搅拌发酵12h，搅拌转速不少于200转每分钟，并保持发酵液溶氧量在8mg/L；
5）完成发酵后，此时发酵液变成暗红色，将发酵罐中温度降至15±1℃，继续通气搅拌30min；
6）将完成发酵的发酵液喷雾干燥，粉碎后得红曲米粉。
一种功能性红曲米粉的发酵装置，包括发酵罐体、恒温水槽，发酵罐体为立式带搅拌反应罐，反应罐外侧设有夹套，夹套的进口与出口通过管道与恒温水槽连接形成闭合回路；反应罐顶部设有进料口、进气口和出气口，反应罐底部设有放料口；进气口下连有进气管，进气管延伸至反应罐底部；出气口外侧装有单项阀；所述搅拌包括搅拌轴、圆盘、桨叶，搅拌轴的最低端距反应罐底部罐体高度的1/6，在搅拌轴上装有水平放置的两个圆盘，一个位于搅拌轴最低端，另一个位于罐体2/5高处，每个圆盘边缘均匀安装8片矩形桨叶，桨叶与水平面呈30°角，上层桨叶与下层桨叶的倾角相反，在反应罐内壁设有2块垂直安装的挡流板，所述进气管的开口处安装有文丘里混合器。
检测所得红曲米粉中各成分的含量，见下表：
检测项目 检测方法 含量 单位
辅酶Q10 GB/T 22252-2008 0.0976 g/100g
诺伐他丁 保健食品功效成分及卫生指标检验规范2003版 0.406 g/100g
桔霉素 GB 5009.222-2016 未检出 μg/Kg
能量 GB/Z 21922-2008 1613 KJ/100g
蛋白质 GB 5009.5-2016 7.76 g/100g
脂肪 GB 5009.6-2016 0 g/100g
碳水化合物 GB/Z 5009.91-2017 79.5 g/100g
对比例
传统红曲米粉的加工方法，包括以下步骤：
1）选择优质的粳米浸泡30min，然后蒸熟，冷却至室温；
2）在蒸熟的粳米汁中加入红曲霉菌，红曲霉菌采用红曲霉Monascus anka保藏号：CGMCC 3.4617；接种前通过活化扩培分别制成发酵菌种液，总菌落数达108cfu/ml以上，菌种液占粳米体积的4%，陈醋，搅拌均匀；
3）在发酵室内堆垛发酵，室温不低于20℃，发酵9~15天，期间每8~12小时翻堆一次，翻堆时开窗通风；
4）发酵完成后，于日光下晒干或烘箱内烘干；
检测所得红曲米中各成分的含量，见下表：
检测项目 检测方法 含量 单位
辅酶Q10 GB/T 22252-2008 0.0417 g/100g
诺伐他丁 保健食品功效成分及卫生指标检验规范2003版 0.334 g/100g
桔霉素 GB 5009.222-2016 0.224 mg/Kg
能量 GB/Z 21922-2008 1561 KJ/100g
蛋白质 GB 5009.5-2016 6.83 g/100g
脂肪 GB 5009.6-2016 0 g/100g
碳水化合物 GB/Z 5009.91-2017 96.8 g/100g
本发明按照上述实施例进行了说明，应当理解，上述实施例不以任何形式限定本发明，凡采用等同替换或等效变换方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种功能性红曲米粉的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将粳米加入2~4倍水中磨成桨，煮沸20~40min，成流汁状；
2）将粳米汁加入发酵罐中，开搅拌，升温至50±1℃，加入有机酸，调节pH至6.0~6.5；
3）在发酵罐中接种红曲霉菌；
4）接种后保持50±1℃，通入空气，搅拌发酵12~48h；
5）完成发酵后，将发酵罐中温度降至15±1℃，继续通气搅拌20~40min；
6）将完成发酵的发酵液干燥后粉碎，得红曲米粉。
2.根据权利要求1所述的一种功能性红曲米粉的加工方法，其特征在于，所述步骤1）中先将粳米浸泡30~60min，然后蒸熟，再加水磨成桨。
3.根据权利要求1所述的一种功能性红曲米粉的加工方法，其特征在于，所述步骤2）中有机酸为柠檬酸、苹果酸中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种功能性红曲米粉的加工方法，其特征在于，所述步骤3）中红曲霉菌采用新月弯孢红曲霉Monascus lunisporas保藏号：CGMCC 3.15356，阿根廷红曲霉Monascus argentinensis保藏号：CGMCC 3.7882，巴克红曲霉Monascus barkeri保藏号：CGMCC 3.4452复合菌种；接种前分别通过活化扩培分别制成菌种液，总菌落数达108cfu/ml以上，将新月弯孢红曲霉菌种液、阿根廷红曲霉菌种液、巴克红曲霉菌种液按体积比1~10:1~8:1~5混合制成复合菌种液；复合菌种液占粳米汁体积的3~5%。
5.根据权利要求1所述的一种功能性红曲米粉的加工方法，其特征在于，所述步骤4）中通入空气保持发酵液溶氧量在1~10mg/L。
6.根据权利要求1~5中任一项所述的一种功能性红曲米粉的发酵装置，其特征在于，包括发酵罐体、恒温水槽，发酵罐体为立式带搅拌反应罐，反应罐外侧设有夹套，夹套的进口与出口通过管道与恒温水槽连接形成闭合回路；反应罐顶部设有进料口、进气口和出气口，反应罐底部设有放料口；进气口下连有进气管，进气管延伸至反应罐底部；出气口外侧装有单项阀。
7.根据权利要求5所述的一种功能性红曲米粉的发酵装置，其特征在于，所述搅拌包括搅拌轴、圆盘、桨叶，搅拌轴的最低端距反应罐底部罐体高度的1/6，在搅拌轴上装有水平放置的两个圆盘，一个位于搅拌轴最低端，另一个位于罐体2/5高处，每个圆盘边缘均匀安装6~8片矩形桨叶，桨叶与水平面呈30~60°角，上层桨叶与下层桨叶的倾角相反。
8.根据权利要求5所述的一种功能性红曲米粉的发酵装置，其特征在于，所述反应罐内壁设有2~4块垂直安装的挡流板。
9.根据权利要求5所述的一种功能性红曲米粉的发酵装置，其特征在于，所述进气管的开口处安装有文丘里混合器。
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