基于不同底物的紅曲霉發酵產色素的研究

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展與進步，越來越多的底物被運用于紅曲霉色素反應加工中，最終得出的紅曲霉色素具有特定的功能和價值，而且不同底物所產生的色素量也有所差異。文章分析了紅曲色素的性質以及不同底物紅曲霉發酵產色素的差異。

關鍵詞：不同底物；紅曲霉色素；發酵生產

長期以來，紅曲色素的生產都依賴于固態發酵技術，但是，這一發酵方式通常要耗費一定的底物，而且過程復雜，涉及到大量的人力、物力等的投入。液體發酵法逐漸得以發展，將其用于紅曲霉色素的發酵生產中具有十分顯著的意義。

1 紅曲色素性質

1.1 成分構成分析

有很多類色素構成，形成了成分復雜的混合型化合物。由于實際發酵過程中所選的培養基成分，所處的發酵條件等各有區分，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），受到特定物質的輔助，經過化學反應逐漸生產四酮化合物，再進一步反應，不但地升級化合物等級，直至最終出現胞內色素。

這一物質的組成成分以及構造等從上個世紀三十年代開始研究，到了七十年代研究專家得出了其六大基本構造，隨著研究的深入，紅曲色素逐漸實行了分離鑒定，并衍生出橙色素。

1.2 理化性質

形態為粉末狀，顏色：深紫、紅色，有一絲臭味。一般當溫度達到165度以上時發生熔化，最大吸收波峰：410與510nm。按照其性質劃分包括三大類：脂溶性色素、水溶性、醇溶性。其中脂溶性色素實際運用中體現出良好的溶解性，可以溶解在醋酸、乙醚等溶劑內部，實際的實驗中通常將乙醇和醋酸視為最主要的溶劑。試驗證實：紅曲色素也能夠在水內溶解，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會發生溶解。水溶液中的色素含量大小會使得其呈現出不同顏色，例如：低含量時為紅色、相反，則逐漸變成黑色、褐色，而且出現熒光。能夠很容易地讓蛋白質上色，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定，不輕易出現變化。然而，溶液的酸堿值則可能影響其色差。特定的酸堿值區間，其吸收波長、色調等不會發生太大變化。然而，當酸堿值達到極限值時，其色調將有所改變，實驗證明，紅曲色素具有良好的熱穩定性，但是，當遇到陽光時，則會出現色變，例如：光照達到五小時時，將變成橘紅色，如果在太陽光下持續存放五十天，其色素將逐漸消失，殘留量只有20%。紅曲色素化學性質相對穩定，其他的氧化劑材料、還原劑等都不會影響其化學性質。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，因為遇到這些離子，色素顏色依然穩定不變，然而，遇到重金屬離子時，色素顏色則將發生變化。例如：遇到Cu2+時，紅曲色曲只需存放一天，其顏色就逐漸朝著紅棕色發展，而且會形成沉淀。基于紅曲色素這樣的性質，在實際的實驗操作中，要盡量遠離重金屬離子，要避開自然光。

2 紅曲霉素發酵不同底物產色素

這一物質的發酵通常將大米作為基礎物質，具體發酵方法為：固態發酵法。或者采用葡萄糖、淀粉等充當基質，采用液態發酵法來發酵。同時，由于其使用規模擴大，更多的底物用來發酵，例如：谷物、農業廢渣等，實際的發酵過程中體現出良好的效果。

2.1 紅曲霉發酵谷物生產色素

部分研究者采用小米作研究原料，對其進行發酵，最后生成紅曲色素，并得出了過程反應參數，實驗得出結論：將小米作為原料，內部應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，也有部分研究者將小麥粉混合物質用作實驗底物，進行紅曲霉色素實驗，最終實驗證實：如果所采用的小麥材料質量較低、質地較硬時，能夠得出高質量的紅曲色素，且具有一定的經濟成效。同時，可以將氯化銨加到培養基內部，最終生成橙色素，為了生成紅色素，則應填入硫酸鋇。部分行業專家將紅曲霉M342充當發酵菌株，選擇玉米粉充當實驗底物，經過發酵反應處理最后生成色素，經過大量實驗證實了，這一液態發酵的試驗方法所生成的紅曲色素具有一定的實用價值，一般能夠對食品進行調色，而且也能延長食品的保質期。同時，部分研究人員借助玉米漿來生成得出紅色紅曲色素，經過實驗證實，這一方法能夠增加色素的生成量，要比普通物質生成更多的色素，同時，這一培養基可以極大地控制胞內色素，確保色素最大程度地釋放。

其他研究者則將其他的農作物或經濟作物，例如：大米、大豆、玉米糠等充當底物，同樣選擇液態發酵的化學反應模式，最終勝出紅曲霉色素，分析得出了各類基質可能對反應帶來一定的影響，最終反應結果呈現出：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效果最佳，特別是能夠產生較多的氨基丁酸。

參照各方實驗研究得出，不僅大米能夠作為底物來進行紅曲霉素實驗，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 農業與工業廢物來發酵出紅曲色素

一般來說，農業或工業的廢棄物也可以通過發酵反應來生成紅曲色素。例如：不用的菠蘿種子粉可以通過固態發酵的方式來生產紅曲霉色素，但是，其種子粉的粒度應該達到0.4-0.6nm，無需借助任何外部物質，就能生成色素，可以嘗試向內部填入氯源，這樣能夠促進水溶色素的大量累積，最終可以生成紅、黃兩種色素。

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

另外一些研究者將農村生產中不用的玉米內芯水解液來充當碳源，分析這一物質對于紅曲霉液態發酵過程中色素水平的干擾，而且也不斷調整并優化發酵條件，最終得出：玉米內芯水解溶液也可以充當紅曲色素反應的碳源，而且色素的產量也相對較高。

其他研究者則將耐寒植物，仙人掌作為底物，汲取仙人掌汁進行發酵處理，最終用來生出紅曲色素，而且憑借兩級發酵，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發酵菌株，或者采用甘蔗的殘渣充當基質，按照一定比例加入蛋白質，從而促進色素的生成，實驗證實，最終所形成的紅曲色素性能相對穩定、酸堿度優良，證實了農業廢棄物、殘渣等都可以用作紅曲色素的生產。

與農業廢物相對應的工業廢棄物，例如：生物柴油也可以用作紅曲色素的生產，一般將來自于柴油的甘油來充當紅曲霉發酵物，從中分析了這一物質用于紅曲色素生產的價值，經反復實驗得出，生物柴油廢物可以用來發酵生產紅曲霉色素。

3 結束語

經過多重底物的實驗，選擇不同的基質與底物，對應所產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量，其他的農業廢棄物質，例如：甘蔗殘渣，玉米內芯等也可以用作紅曲霉色素的生產，實際的紅曲霉色素生產應該學會充分利用農業廢棄物，這樣不僅能減少對環境的污染，也實現了資源重復利用，能夠提高紅曲霉色素的生產量。

參考文獻

[1]馬相杰.紅曲霉菌發酵過程控制及紅曲色素穩定性研究[D].西北農林科技大學，2010.

[2]范志誠，徐偉，王金鳳，等.玉米液態發酵制紅曲色素及在食品防腐中應用研究[J].中國調味品，2012，35（12）：89-92.

[3]陳勉華，吉達維，馬人杰，等.不同發酵基質對紅曲重要代謝產物的影響[J].中國釀造，2013，32（3）：22-24.

[4]邢淑婕，周穎，劉開華.玉米芯水解液發酵生產紅曲色素的研究及條件優化[J].中國釀造，2010，29（9）：130-133.