红曲霉高产菌株筛选及固态发酵研究
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[摘要]红曲色素是一种天然色素，具有营养、无毒等特点，可作为食品添加剂应用于食品行业。红曲色素由红曲霉发酵产生，但不同种的红曲霉菌株产色素能力有所差异，对高产红曲色素菌株的筛选十分必要。固态发酵是红曲色素传统生产方法，与液态发酵相比具有独特的优点。本文对高产红曲霉的菌株菌种与固态发酵条件进行分析，以期为高产菌株的筛选提供参考。
[关键词]红曲色素;红曲霉;高产菌株;固态发酵
中图分类号：Q933 文献标识码：A DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.20190532
在中国传统的饮食文化中，人们倾向于注意色、香、味的合理搭配，鲜艳亮丽的颜色能使人心情愉悦，增强食欲[1]。色素能够赋予食品鲜艳的色彩，满足人们消费需求，由于合成色素安全性低，而由微生物发酵生产的天然色素着色能力好、安全性高，越来越受到人们青睐[2]。红曲色素是一种由红曲霉属的丝状真菌经发酵而成的优质天然食用色素，是以大米、大豆为主要原料，经红曲霉菌液体发酵培养、提取、浓缩、精制而成及以红曲米为原料，经萃取、浓缩、精制而成的天然红色色素，是天然的食品添加剂，广泛用于肉制品的着色[3-5]。
1 红曲色素高产菌株的研究现状
红曲色素产于红曲霉，红曲霉又称红曲、红糟、红大米，是我国重要的微生物资源。红曲霉属真菌门、子囊菌纲、真子囊菌亚纲、红曲霉属，广分布于泡菜、大曲、酿酒醪液等多种基质中[6-8]。
实现固态发酵产红曲色素的工业化，要选择一株色素產量高、遗传性状稳定、副产物及不良产物少的优良红曲霉菌株[9]。1884年，法国科学家Van Tidghen最先分离得到红曲霉菌株[10]。Marey Rehab等[11]通过色价测定，得到高产红曲色素的菌株M-92，属于紫色红曲霉。蒋冬花等[10]从红曲米中分离得到一株高产色素的红曲霉菌株Mp-41，经过ITS序列鉴定，同样为紫色红曲霉。苏龙等[12]从土壤中分离得到了一株高产菌株。常聪等[13]通过紫外-氯化锂复合诱变方法筛选得到高产菌株QH。陈章娥等[14]通过ISSR分子标记技术低红曲霉进行种间分析，发现不同种的红曲霉产色素能力有所区别，同种内的红曲霉差异也显著，可见红曲霉菌种对色素生产能力影响较大，选择合适的菌种在一定程度上能影响色素产量。由于ISSR容易检测出DNA多态性，且ISSR标记技术利用基因组丰富的SSR序列信息，与SSR相比，ISSR不需要预先获知序列信息，程序简化、成本降低，ISSR分析广泛应用于各类作物的品种（系）间的鉴别和分类。可通过ISSR标记对红曲霉进行聚类分析，对红曲霉在分子层面上进行高产菌株的筛选。
2 红曲霉固态发酵工艺
2.1 研究现状
红曲霉的生产有固态发酵和液态发酵两种工艺。液态发酵易受杂菌污染，首期投入大，可操作性不强;固态发酵作为传统的生产工艺，虽然固体培养劳动大，但具有能耗低、大规模发酵过程不需要严格的消毒等优点。国内大多学者采用固态发酵生产红曲色素。固态发酵主要是将红曲霉接种到粳米、釉米、糯米等培养基上，通过不同的提取方式（一般采用醇提法）提取红曲色素，或直接将红曲米应用到食品中。季宏飞等[15-16]采用响应面优化红曲霉的固态发酵过程，发现在水分含量37.33%、培养温度27.62℃、培养时间13.89d时，产生的红曲米色价最高。童爱均等[17]通过研究发现，在固态发酵培养基中加入碳源可提高红曲色素产量。董文宾等[18]通过正交试验，确定固态发酵过程中的接种量为6%、发酵温度为38 ℃、发酵天数10 d。陈运中[19]发现发酵培养红曲的最佳接种量为6%。
2.2 工艺条件的选择
2.2.1 米饭初始含水量
红曲霉发酵过程中，米饭的初始含水量将影响发酵过程的进行。水分过高会导致基质多孔性降低，使前期产生大量乙醇;水分过低，红曲霉生长受到抑制。水分的选择十分重要。季宏飞等[15]采用响应面法优化红曲霉固态发酵，发现米饭最佳的初始含水量为37.33%。程爱芳等[20]通过正交试验发现米饭的最佳含水量为43%。蒋冬花等[10]研究发现米饭的最佳含水量44.81%。可见，米饭的含水量为35%～50%。
2.2.2 pH值
霉菌适合于pH值5.0～6.0的酸性环境。郭红珍等[5]通过研究得到最佳pH为3.8。蒋冬花等[10]认为最适pH为6.0。杨建等[21]发现在初始pH为6.5时，色价较高，桔霉素含量最低，Monacolin K也达到最大值。虽然霉菌适合生长于微酸性的环境，但是红曲霉高产红曲色素的pH值有所差异，发酵红曲色素的最佳pH值为5.5～6.5。
2.2.3 接种量
接种量大小会不同程度地影响发酵结果，当接种量过低时，红曲霉菌生长缓慢，发酵时间延长，效果较差;接种量过多时，培养基内的营养物质不足，影响菌丝生长。陈运中[19]发现发酵培养红曲的最佳接种量为6%。董文宾等[18]通过正交试验，也确定固态发酵过程中的接种量为6%。张红梅等[22]通过研究得到接种量为12%，由此发现接种量的大小差异较大，可能是受到外界环境影响，导致结果有差异。
3 结 论
在欧盟和美国，红曲色素被认为是一种有潜力的食品添加剂，在着色、调味和肉类保鲜中能够替代部分或全部的亚硝酸盐和硝酸盐。红曲色素是红曲霉的次级代谢产物，色素的产量和红曲霉的种类密切相关，筛选高产、稳定的红曲霉菌种，是应用于固态发酵生产红曲色素的前提，固态发酵作为红曲霉一种传统发酵的方式，具有独特的优点，对其发酵条件进行探索具有重要的意义。 参考文献
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收稿日期：2019-05-11
基金项目：西北民族大学国家级大学生创新创业训练计划项目（20 1810742117）。
作者简介：孙婷，女，本科在读，研究方向为食品科学与工程。
通信作者：欧阳霞辉，女，博士，副教授，研究方向为动物生殖与发育、生物信息学。
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