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红曲霉FF-6202液体菌种培养特性动态分析

作者:天曲生物 日期:2020-10-15 21:00:58 点击数:2

红曲霉FF-6202液体菌种培养特性动态分析

 

马相杰   马高顺    昝旭东

 

(双汇集团海汇生化有限公司  漯河市  462000

 

摘要:通过对红曲霉FF-6202菌株在500L发酵罐中发酵过程动态参数的检测及对比,分析了还原糖、糖化力、pH值、菌丝体量、色价、色调等主要参数的变化规律,确定该菌株液体种子培养的关键控制参数为还原糖、pH值、菌丝体量、色价。

 

关键词:红曲霉  菌株  控制参数 

 

Abstract: This study compared a series of  dynamic parameters during liquid fermentation of Monascus FF-6202 strain in the 500L fermentor. The changes of included reducing sugar , sacciarifying enzyme activity, pH value, biomass, color value, color shade and so on were discussed in liquid fermentation. The key parameters of the Monascus FF-6202 strain liquid inoculum during fermentation reducing sugar, pH value, color value and biomass were established.

 

Key words:  Monascus sp.  strain  fermentation characteristic

 

 

 

据考证,红曲生产在中国已有一千多年的悠久历史,其产品广泛应用于酿酒、烹调、制药、着色等方面[1],作为一种天然色素食品添加剂,其高效、安全、健康的优势逐步得到消费者的青睐,具有较高的商品价值和市场前景。现在市场流通的红曲色素产品(包括一些红曲红)绝大部分是通过固体发酵法生产的[2],其工艺基本来源于民间手工作坊生产,亟待改造和创新,特别是发酵的关键环节——菌种,必须利用现代生物工程技术和先进设备,保证规模化工业生产对菌种高质量、高产量的需求。双汇集团海汇生化公司年产500吨红曲米粉清洁生产项目就是在这一设计思想下建造的生产线,其工艺优势非常明显:发酵周期短、色素含量高、色调稳定、单位出品率高、生产受季节影响小。公司利用液体深层发酵种子设备和检测仪器,针对菌种FF-6202的液体培养特性进行一系列的实验,在培养基组成、发酵参数、种液处理等方面进行了一些探索,取得了许多有益经验,使产品的平均出厂色价在2000u/g以上,转化值在900~1200之间。本文是针对红曲菌FF-6202液体菌种主要培养特性的介绍,对于红曲液体菌种的生产、研究具有一定的借鉴意义。

 


1材料与方法:

1.1材料 

菌种:Monascus FF-6202 ,由北京食品发酵研究所提供

 

1.2测定方法

1.2.1.还原糖测定:Folin [3] 

1.2.2 发酵液的相对色价(E):取种子发酵液样品用定性滤纸过滤,所得滤液用蒸馏水稀释10倍,用 756MC分光光度仪在λ505nm  测定吸光度值AE=A ×10

1.2.3.色调(S):双汇集团技术中心辅料接收标准,S=E505nm/E410nm

1.2.4.菌丝量:离心湿重法 g / 50ml

1.2.5 pH值:酸度计法

1.2.6 发酵液相对酶活(糖化力):样品的过滤、稀释、定容;在50ml 容量瓶中,加入2%可溶性淀粉 25ml,在60℃水浴锅中,预热 10min,及时加入5ml稀释后的发酵液,摇匀,置水浴锅中保温 60min;时间终止后,立刻加入15ml 0.1mol/LNaOH溶液,摇匀,终止酶活。同时,做对应的空白;按 Folin法分别做其酶活[4]

 

1.3  仪器与设备

1.3.1. 发酵设备:GUJS-500型发酵罐(一级罐50L,二级罐500L),镇江东方生物工程设备技术公司生产,二级平板直叶搅拌器,系统由PLC控制; 

1.3.2 pH电极:METTER TOLEDO 高温凝胶电极;型号:405-DPAS-SC-K8S/120

1.3.3.分光光度计:756MC型,UV-VIS,上海第三分析仪器厂

1.3.4. 离心机:型号 LG10-2.4A ,北京医用离心机械 

 

2 结果与分析 

2.1菌种FF-6202液体深层培养中还原糖的变化趋势:(见图2.1-1


由上图看出:发酵初期菌种明显有一个延迟期,仅在对数生长期之后才大量的利用还原糖,但整体波动在1.5~3.5g/100ml之间,幅度不大、趋势平缓;显示此菌种对碳源的代谢比较平稳,也说明在此阶段分泌淀粉酶、糖化酶的能力是相当强的,且与菌种本身的新陈代谢活动相同步。

 


2.2 菌种FF-6202液体深层培养中pH值的变化趋势:(见图2.1-2



上图检测结果表明:在8~32h之间,pH上升幅度最大,达2.5单位。此间正是菌体大量合成时期,代谢活动非常旺盛。36hpH值基本稳定在pH6.5~7.0左右,菌株生长进入平衡期,这与傅亮等的研究的结论基本一致[5],其原因与菌体快速生长选择性的利用了部分氮源,同时代谢产生某些碱性基团有关。

 

2.3 菌种FF-6202液体深层培养中相对色价的变化趋势:(见图2.1-3


上图表明:在18h以前,菌体几乎没有产生色素,且前期趋势相当平坦,而 36h以后色价大幅度增加,相差5-6倍。70h左右后又达到平衡。说明发酵的初期还原糖的大量消耗是用来合成菌丝体的,产生色素很少,仅当一定数量菌体达到某个阶段后,菌丝才分泌大量的色素物质。


2.4 菌种FF-6202液体深层培养中色调的变化趋势:(见图2.1-4


 

从上图的变化趋势中看出,菌种FF-6202的色调从开始产色就处在较高水平,即S大于0.5;随着培养时间的延长,色价的增加,色调基本呈增长趋势;但到菌体发酵的后期,尽管延长发酵时间能增加一定的色价,而色调却是下降的,说明前期红色色素的增加幅度比黄色色素的大,而后期黄色色素的增加幅度大于红色色素的增加。色调高是菌种FF-6202的一个特点。菌种FF-6202色调均能达到1.0~1.15之间。

 

2.5 菌种FF-6202液体深层培养中各种参数综合比较:(见图2.1-5

 


上图可以表明以下几个参数关系:

(1) 红曲色素产生数量虽少,但它是随菌丝量的增加而增加,但后期红曲色素的快速增长是在菌丝自溶、菌丝量下降之后产生的,且色素的增加呈梯度上升,表明红曲色素是一种典型的次级代谢产物[6],同时也证明了相当数量色素属于细胞内色素物质。而以培养菌丝体为目的液体菌种来说,在菌丝量最大时放罐最佳,一般在满足配兑的前提下,48~52h菌丝量在3.0~4.0 g/50ml,色价大于4.0u/g,即可应用于生产。                                                                                                                                                                                                                                                                          

(2) pH值达到平衡之前,菌丝量的增长曲线与pH的增长曲线具有明显相似性。且pH值的变化基本反映红曲菌的生长情况,这是菌种FF-6202嗜酸性生长的结果,表明了pH值的变化和菌种代谢有一定联系,因而pH值作为一个相当简便的监测指标,能有效、互动的对发酵进行监测和控制。其快速变化时间在10~24h,幅度pH4.0~6.5

(3)随菌丝量的逐步增加还原糖呈下降趋势,而下降的多少又受糖化力高低的制约,但糖化力的大小与菌丝量的多少和菌龄紧密联系,三者形成互相影响、互相限制的关系。在菌丝进入稳定以后(28h左右),还原糖和糖化力的变化基本趋向一致。为此,残糖指标能够反映三者的平衡关系。检测结果表明,残糖在0.7~1.8g/100ml作为液种放罐指标效果很好。

(4)菌丝量达到最大值后发生自溶而导致菌丝量下降,相对应的糖化力并没有明显变化,说明菌种FF-6202分泌的糖化酶大部分为胞外酶,且菌丝的自溶对体系的糖酶活力影响很小。

 

3小结

    液体菌种,生产要求与一般生产发酵的不同,决定了其培养特性的差异,结合液体菌FF-6202种自身培养的特点和实验检测的分析结论,认为本菌种液体种子在生产过程至少要满足下列关键条件:还原糖初始值在3.8g/100ml以上,48h残糖0.7~1.8g/100mlpH4.0~6.5的波动应在10~24h之间;色价4.0u/g;菌丝量在3.0~4.0 g/50ml;才能满足生产的需要。

 

参考文献

[1] 李钟庆.《红曲菌的形态与分类学》北京:中国轻工业出版社,2003.1

[2] 李炎.《食品添加剂制造工艺》广东科技出版社,2001.9

[3] 王子光,杨玉华.《酿造技术与分析》,北京:中国农业科技出版社。1998.2

[4] 尤新.《淀粉糖生产与应用手册》,北京:中国轻工业出版社。1997

[5] 傅亮等.红曲色素高产菌株发酵特性的研究[J]食品科学,1996173):6~9

[6] 周德庆,《微生物教程》-2版,北京:中国高等教育出版社,2002.5

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