紅曲菌發酵特性研究

張江寧，楊春，張玲，丁衛英

(山西省農業科學院農產品加工研究所,太原 030031)

紅曲是紅曲霉發酵制成的產品的總稱，國內外大量研究表明由于紅曲含有洛伐他汀成分，因此具有明顯的降膽固醇和降血脂的功效[1]，但是紅曲霉發酵過程中產生的桔青霉素是對人體有害的真菌毒素，靶器官為人體腎臟，具有致癌致畸作用。因此，如何通過提高洛伐他汀、降低桔青霉素含量具有重要的意義。本實驗研究紅曲米發酵制備過程中碳源、氮源、碳氮比例、發酵時間、發酵溫度、初始含水量、接種量、pH值對發酵過程中洛伐他汀、桔青霉素積累規律的影響，建立了提高洛伐他汀、降低桔青霉素含量的關鍵控制點。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

甲醇、磷酸、95%乙醇、洛伐他汀標準品、桔青霉素標準品。

DIONEX UltiMate 3000 UHPLC+focused高效液相色譜儀；JY92-ⅡN超聲波細胞粉碎機 寧波新芝生物科技股份有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 培養基及試驗方法

PDA瓊脂斜面培養基：馬鈴薯切成小塊，加水煮爛，紗布過濾，滅菌，備用。

固態發酵培養基：原料20 g裝入250 mL三角瓶中，蒸至物料顆粒分散、滅菌。

紅曲米制作：挑取1環保藏菌種接種于斜面培養基中，于31 ℃恒溫箱中擴大培養1周，接種于固態發酵培養基，培養期間通過補加水使物料的含水量保持在40%～50%，于40 ℃烘干備用。

1.2.2 洛伐他汀UHPLC測定方法[2]

發酵樣品處理[3-5]：將發酵樣品碾磨，水浴萃取，取5 mL萃取液微濾。

UHPLC條件：色譜柱名稱：Thermo Scientific Hypersil GOLD(100 mm×2.1 mm，1.9 μm)。

1.2.3 桔青霉素含量測定方法[6，7]

發酵樣品處理：固態紅曲樣品，40 mL TEF溶液，超聲提取，40 ℃真空濃縮至干后加入60 mL甲醇溶解，進行HPLC分析。

UHPLC檢測條件：色譜柱名稱：Thermo Scientific Hypersil GOLD (100 mm×2.1 mm, 1.9 μm)，流動相A為純水，流動相B為乙腈。

2 結果與討論

2.1 不同碳源對紅曲產洛伐他汀及桔青霉素含量的影響

碳源是紅曲霉生長代謝重要的物質之一，分別加入固態發酵培養基中并制成紅曲米進行比較，不同的附加碳源對固態發酵產洛伐他汀的影響見圖1。

圖1 不同碳源對紅曲產洛伐他汀及 桔青霉素含量的影響

由圖1可知，添加20%葡萄糖、蔗糖、麥芽糖、可溶性淀粉、甘油、玉米粉作為附加碳源時都能不同程度地增加桔青霉素的含量，其中果糖作為附加碳源時洛伐他汀的產量最高，達到14.3 mg/g，此時，桔青霉素含量較低，與其余幾種碳源有顯著差異，蔗糖、麥芽糖、可溶性淀粉、甘油、玉米粉作為添加碳源時，桔青霉素含量較高，因此果糖可以作為最適碳源。

2.2 果糖濃度對紅曲產洛伐他汀及桔青霉素含量的影響

圖2 果糖濃度對紅曲產洛伐他汀及 桔青霉素含量的影響

由圖2可知培養基中不同濃度的果糖。分別選取果糖添加量為20%，30%，40%，50% 4個水平。果糖添加量小于30%時，洛伐他汀的產量不斷增加。果糖量增加，洛伐他汀含量逐漸降低，桔青霉素的含量變化不大，綜合考慮洛伐他汀的產量和原料利用率，最終選用濃度為30%的果糖作為培養基碳源添加量。

2.3 不同氮源對紅曲產洛伐他汀及桔青霉素含量的影響

本實驗選用6種氮源大豆粉、蛋白胨、酵母膏、NaNO3、NH4NO3與NH4Cl分別按10%添加入固態發酵培養基中并制成紅曲米進行比較，檢測洛伐他汀及桔青霉素的含量，實驗結果見圖3。

圖3 不同氮源對紅曲產洛伐他汀及 桔青霉素含量的影響

由圖3可知，以大豆粉為附加氮源時，洛伐他汀的產量最高，桔青霉素含量較低，與其他幾種氮源相比差異比較明顯；蛋白胨作為添加氮源時，洛伐他汀的產量較高，但是對桔青霉素合成刺激作用最明顯，含量最高；酵母膏作為添加氮源時，雖然含量不高，但是洛伐他汀的產量處于低位；NaNO3、NH4NO3與NH4Cl對洛伐他汀及桔青霉素含量的影響不顯著。

2.4 氮源濃度對紅曲產洛伐他汀及桔青霉素含量的影響

培養基中不同濃度的大豆粉對洛伐他汀及桔青霉素的影響情況見圖4。

圖4 氮源濃度對紅曲產洛伐他汀及 桔青霉素含量的影響

由圖4可知，分別選取大豆粉添加量為5%，10%，15%，20% 4個水平。大豆粉的添加量為10%時，對洛伐他汀的產生積累有較大影響，達到15.3 mg/g，對桔青霉素的產生能力影響不大，因此確定大豆粉的添加量為10%。

2.5 初始pH值對紅曲產洛伐他汀及桔青霉素含量的影響

圖5 初始pH值對紅曲產洛伐他汀及桔青霉素含量的影響

由圖5可知，分別用pH為3，4，5，6，7，水呈酸性時,有利于抑制雜菌的生長,但同時酸性過高，導致合成洛伐他汀相對減弱。隨著pH 值增加，洛伐他汀的含量增大，當pH值為4.0時，洛伐他汀的產量達到最大值，桔青霉素含量較低。

2.6 發酵溫度對紅曲產洛伐他汀及桔青霉素含量的影響

分別選用發酵溫度為 25，30，35，40，45 ℃發酵12天，對紅曲產洛伐他汀及桔青霉素含量的影響見圖6。

圖6 發酵溫度對紅曲產洛伐他汀及桔青霉素含量的影響

由圖6可知，當溫度為25 ℃時，直接影響了菌絲生長及洛伐他汀的生成量。當溫度高于35 ℃后，洛伐他汀及桔青霉素產量下降，說明溫度對洛伐他汀及桔青霉素的合成途徑有重要影響，而不僅僅是對紅曲霉細胞的生長影響，因此最適合溫度為30 ℃。

2.7 發酵時間對紅曲產洛伐他汀及桔青霉素含量的影響

分別研究發酵時間為3，6，9，12，15天時紅曲產洛伐他汀及桔青霉素含量的影響見圖7。

圖7 發酵時間對紅曲產洛伐他汀及桔青霉素含量的影響

由圖7可知，當培養9天時，洛伐他汀的積累量基本達到最大值，之后下降。桔青霉素發酵至第6天時迅速上升，因后期桔青霉素累積過快，前期洛伐他汀含量較低，因此綜合考慮，選擇培養時間為9天。

3 結論

通過單因素實驗研究碳源種類及濃度、氮源種類及濃度、發酵時間、發酵溫度、pH值對紅曲產洛伐他汀及桔青霉素含量的影響，結果表明果糖作為附加碳源時洛伐他汀的產量最高，桔青霉素的含量較低；有機氮源洛伐他汀產量大于無機氮源，蛋白胨洛伐他汀的產量較高，對桔青霉素合成刺激作用也明顯；隨著發酵初始pH值增加，洛伐他汀的含量增大，當pH值為4.0時，洛伐他汀較高，桔青霉素含量較低，當pH值繼續升高時，洛伐他汀產量下降；當發酵溫度高于35 ℃后，洛伐他汀及桔青霉素產量下降；當培養時間達到9天時，洛伐他汀的積累量基本達到最大值，之后下降，桔青霉素發酵至第6天時迅速上升。