基于不同底物的紅曲霉發(fā)酵產(chǎn)色素的研究

余幫榮

摘 要：紅曲色素屬于自然色素的一種，隨著生物科技等的發(fā)展與進(jìn)步，越來越多的底物被運(yùn)用于紅曲霉色素反應(yīng)加工中，最終得出的紅曲霉色素具有特定的功能和價(jià)值，而且不同底物所產(chǎn)生的色素量也有所差異。文章分析了紅曲色素的性質(zhì)以及不同底物紅曲霉發(fā)酵產(chǎn)色素的差異。

關(guān)鍵詞：不同底物；紅曲霉色素；發(fā)酵生產(chǎn)

長期以來，紅曲色素的生產(chǎn)都依賴于固態(tài)發(fā)酵技術(shù)，但是，這一發(fā)酵方式通常要耗費(fèi)一定的底物，而且過程復(fù)雜，涉及到大量的人力、物力等的投入。液體發(fā)酵法逐漸得以發(fā)展，將其用于紅曲霉色素的發(fā)酵生產(chǎn)中具有十分顯著的意義。

1 紅曲色素性質(zhì)

1.1 成分構(gòu)成分析

有很多類色素構(gòu)成，形成了成分復(fù)雜的混合型化合物。由于實(shí)際發(fā)酵過程中所選的培養(yǎng)基成分，所處的發(fā)酵條件等各有區(qū)分，使得其組成也存在差異。這一色素的合成過程：乙酰輔酶A（1分子），丙二酰輔酶A（3分子），受到特定物質(zhì)的輔助，經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)逐漸生產(chǎn)四酮化合物，再進(jìn)一步反應(yīng)，不但地升級化合物等級，直至最終出現(xiàn)胞內(nèi)色素。

這一物質(zhì)的組成成分以及構(gòu)造等從上個(gè)世紀(jì)三十年代開始研究，到了七十年代研究專家得出了其六大基本構(gòu)造，隨著研究的深入，紅曲色素逐漸實(shí)行了分離鑒定，并衍生出橙色素。

1.2 理化性質(zhì)

形態(tài)為粉末狀，顏色：深紫、紅色，有一絲臭味。一般當(dāng)溫度達(dá)到165度以上時(shí)發(fā)生熔化，最大吸收波峰：410與510nm。按照其性質(zhì)劃分包括三大類：脂溶性色素、水溶性、醇溶性。其中脂溶性色素實(shí)際運(yùn)用中體現(xiàn)出良好的溶解性，可以溶解在醋酸、乙醚等溶劑內(nèi)部，實(shí)際的實(shí)驗(yàn)中通常將乙醇和醋酸視為最主要的溶劑。試驗(yàn)證實(shí)：紅曲色素也能夠在水內(nèi)溶解，其中水的酸堿度會影響其溶解度，一般來說水溶液偏向堿性時(shí)會發(fā)生溶解。水溶液中的色素含量大小會使得其呈現(xiàn)出不同顏色，例如：低含量時(shí)為紅色、相反，則逐漸變成黑色、褐色，而且出現(xiàn)熒光。能夠很容易地讓蛋白質(zhì)上色，而且顏色牢固，不易褪色。

同普通的色素相比，紅曲色素的色差相對穩(wěn)定，不輕易出現(xiàn)變化。然而，溶液的酸堿值則可能影響其色差。特定的酸堿值區(qū)間，其吸收波長、色調(diào)等不會發(fā)生太大變化。然而，當(dāng)酸堿值達(dá)到極限值時(shí)，其色調(diào)將有所改變，實(shí)驗(yàn)證明，紅曲色素具有良好的熱穩(wěn)定性，但是，當(dāng)遇到陽光時(shí)，則會出現(xiàn)色變，例如：光照達(dá)到五小時(shí)時(shí)，將變成橘紅色，如果在太陽光下持續(xù)存放五十天，其色素將逐漸消失，殘留量只有20%。紅曲色素化學(xué)性質(zhì)相對穩(wěn)定，其他的氧化劑材料、還原劑等都不會影響其化學(xué)性質(zhì)。其他的金屬離子，例如：Zn+，Na+等都不會對色素帶來太大的影響，因?yàn)橛龅竭@些離子，色素顏色依然穩(wěn)定不變，然而，遇到重金屬離子時(shí)，色素顏色則將發(fā)生變化。例如：遇到Cu2+時(shí)，紅曲色曲只需存放一天，其顏色就逐漸朝著紅棕色發(fā)展，而且會形成沉淀。基于紅曲色素這樣的性質(zhì)，在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)操作中，要盡量遠(yuǎn)離重金屬離子，要避開自然光。

2 紅曲霉素發(fā)酵不同底物產(chǎn)色素

這一物質(zhì)的發(fā)酵通常將大米作為基礎(chǔ)物質(zhì)，具體發(fā)酵方法為：固態(tài)發(fā)酵法。或者采用葡萄糖、淀粉等充當(dāng)基質(zhì)，采用液態(tài)發(fā)酵法來發(fā)酵。同時(shí)，由于其使用規(guī)模擴(kuò)大，更多的底物用來發(fā)酵，例如：谷物、農(nóng)業(yè)廢渣等，實(shí)際的發(fā)酵過程中體現(xiàn)出良好的效果。

2.1 紅曲霉發(fā)酵谷物生產(chǎn)色素

部分研究者采用小米作研究原料，對其進(jìn)行發(fā)酵，最后生成紅曲色素，并得出了過程反應(yīng)參數(shù)，實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論：將小米作為原料，內(nèi)部應(yīng)該按照一定比例填入麥芽酚、谷氨酸鈉等，才能真正生成紅曲色素。同時(shí)，也有部分研究者將小麥粉混合物質(zhì)用作實(shí)驗(yàn)底物，進(jìn)行紅曲霉色素實(shí)驗(yàn)，最終實(shí)驗(yàn)證實(shí)：如果所采用的小麥材料質(zhì)量較低、質(zhì)地較硬時(shí)，能夠得出高質(zhì)量的紅曲色素，且具有一定的經(jīng)濟(jì)成效。同時(shí)，可以將氯化銨加到培養(yǎng)基內(nèi)部，最終生成橙色素，為了生成紅色素，則應(yīng)填入硫酸鋇。部分行業(yè)專家將紅曲霉M342充當(dāng)發(fā)酵菌株，選擇玉米粉充當(dāng)實(shí)驗(yàn)底物，經(jīng)過發(fā)酵反應(yīng)處理最后生成色素，經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)證實(shí)了，這一液態(tài)發(fā)酵的試驗(yàn)方法所生成的紅曲色素具有一定的實(shí)用價(jià)值，一般能夠?qū)κ称愤M(jìn)行調(diào)色，而且也能延長食品的保質(zhì)期。同時(shí)，部分研究人員借助玉米漿來生成得出紅色紅曲色素，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)證實(shí)，這一方法能夠增加色素的生成量，要比普通物質(zhì)生成更多的色素，同時(shí)，這一培養(yǎng)基可以極大地控制胞內(nèi)色素，確保色素最大程度地釋放。

其他研究者則將其他的農(nóng)作物或經(jīng)濟(jì)作物，例如：大米、大豆、玉米糠等充當(dāng)?shù)孜铮瑯舆x擇液態(tài)發(fā)酵的化學(xué)反應(yīng)模式，最終勝出紅曲霉色素，分析得出了各類基質(zhì)可能對反應(yīng)帶來一定的影響，最終反應(yīng)結(jié)果呈現(xiàn)出：所采用的底物有利于紅曲霉的健康生長，其中黑米作為底物的反應(yīng)效果最佳，特別是能夠產(chǎn)生較多的氨基丁酸。

參照各方實(shí)驗(yàn)研究得出，不僅大米能夠作為底物來進(jìn)行紅曲霉素實(shí)驗(yàn)，其他的普通谷物，例如：玉米、小麥等也同樣具有類似的功能和作用。

2.2 農(nóng)業(yè)與工業(yè)廢物來發(fā)酵出紅曲色素

一般來說，農(nóng)業(yè)或工業(yè)的廢棄物也可以通過發(fā)酵反應(yīng)來生成紅曲色素。例如：不用的菠蘿種子粉可以通過固態(tài)發(fā)酵的方式來生產(chǎn)紅曲霉色素，但是，其種子粉的粒度應(yīng)該達(dá)到0.4-0.6nm，無需借助任何外部物質(zhì)，就能生成色素，可以嘗試向內(nèi)部填入氯源，這樣能夠促進(jìn)水溶色素的大量累積，最終可以生成紅、黃兩種色素。

相關(guān)研究者將麥麩作為底物，慢慢地培育出紅曲霉物質(zhì)，通常在麥麩中成長，通過發(fā)酵的方式得出紅曲，而且通過次級代謝的方式得出紅曲色素。這也證實(shí)了麥麩可以充當(dāng)紅曲色素反應(yīng)的底物。

另外一些研究者將農(nóng)村生產(chǎn)中不用的玉米內(nèi)芯水解液來充當(dāng)碳源，分析這一物質(zhì)對于紅曲霉液態(tài)發(fā)酵過程中色素水平的干擾，而且也不斷調(diào)整并優(yōu)化發(fā)酵條件，最終得出：玉米內(nèi)芯水解溶液也可以充當(dāng)紅曲色素反應(yīng)的碳源，而且色素的產(chǎn)量也相對較高。

其他研究者則將耐寒植物，仙人掌作為底物，汲取仙人掌汁進(jìn)行發(fā)酵處理，最終用來生出紅曲色素，而且憑借兩級發(fā)酵，最終得出紅曲色素會受到溶氧濃度等的干擾。

部分研究者也將紫紅曲霉充當(dāng)發(fā)酵菌株，或者采用甘蔗的殘?jiān)洚?dāng)基質(zhì)，按照一定比例加入蛋白質(zhì)，從而促進(jìn)色素的生成，實(shí)驗(yàn)證實(shí)，最終所形成的紅曲色素性能相對穩(wěn)定、酸堿度優(yōu)良，證實(shí)了農(nóng)業(yè)廢棄物、殘?jiān)榷伎梢杂米骷t曲色素的生產(chǎn)。

與農(nóng)業(yè)廢物相對應(yīng)的工業(yè)廢棄物，例如：生物柴油也可以用作紅曲色素的生產(chǎn)，一般將來自于柴油的甘油來充當(dāng)紅曲霉發(fā)酵物，從中分析了這一物質(zhì)用于紅曲色素生產(chǎn)的價(jià)值，經(jīng)反復(fù)實(shí)驗(yàn)得出，生物柴油廢物可以用來發(fā)酵生產(chǎn)紅曲霉色素。

3 結(jié)束語

經(jīng)過多重底物的實(shí)驗(yàn)，選擇不同的基質(zhì)與底物，對應(yīng)所產(chǎn)生的紅曲霉色素有所不同，其中蕎麥粉、木薯粉等能夠得到更高的色素產(chǎn)量，其他的農(nóng)業(yè)廢棄物質(zhì)，例如：甘蔗殘?jiān)衩變?nèi)芯等也可以用作紅曲霉色素的生產(chǎn)，實(shí)際的紅曲霉色素生產(chǎn)應(yīng)該學(xué)會充分利用農(nóng)業(yè)廢棄物，這樣不僅能減少對環(huán)境的污染，也實(shí)現(xiàn)了資源重復(fù)利用，能夠提高紅曲霉色素的生產(chǎn)量。

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