一種紅曲霉轉化玉米皮發(fā)酵液的制備方法及其應用
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及生物工程技術領域，特指利用紅曲霉采用液體發(fā)酵技術轉化玉米皮中 活性成分多糖，同時降解玉米皮中淀粉等糖類物質(zhì)，經(jīng)過種子擴大培養(yǎng)和固體發(fā)酵生產(chǎn)含 有多糖、洛伐他汀和紅曲色素的功能性食品。
【背景技術】
[0002] 隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展、人民生活水平的提高以及人們飲食結構的變化，尤其是高 脂膳食攝入的增多，高血壓、高血脂和高血糖等"三高"疾病的發(fā)病率逐年上升。"三高"疾 病已成為影響國民身體健康的頭號大敵，每年因"三高"疾病死亡的人數(shù)居各種疾病死亡人 數(shù)的首位?？刂坪皖A防"三高"，西藥雖然效果較好，但因副作用大、價格相對較高，并非每 個病人都能接受，因此幵發(fā)療效更好、副作用更小的藥品及保健食品有著良好的發(fā)展前景。
[0003] 紅曲霉已經(jīng)廣泛地被應用于釀酒、釀醋、食品著色和作為中藥使用。紅曲霉在我國 已使用千余年。紅曲應用廣泛，最先被用于釀造黃酒。關于紅曲的藥用價值，明代李時珍 在《本草綱目》中記述："紅曲氣溫味甘，無毒。主消食、活血、健脾、燥胃，治赤白痢，下 水谷。"《本草經(jīng)解要卷四》記述："紅曲以白飯蒸署成紅色，與營血有同氣相求之理；能 升血而健脾，脾健，則為胃行其律液而胃燥矣。治赤白痢者，以有活血消食之功也；下水 谷者，氣溫達肝味甘益脾之力也……'。現(xiàn)代醫(yī)學研究證明紅曲具有降血脂、降血壓、保護 肝臟、抗腫瘤和促進骨骼再生等功效。
[0004] 玉米皮又稱玉米纖維，是玉米籽粒的外皮，玉米淀粉加工過程中的的副產(chǎn)物，約占 玉米質(zhì)量的10%。其中殘留的淀粉量高，且含較多的半纖維素，水解后總糖產(chǎn)率較高，國內(nèi)外 報道均在60%左右。玉米皮組織的主要成分為纖維素、半纖維素、木質(zhì)素及其類似物，其中 半纖維素主要是山L-阿拉伯糖和D-木糖構成。根高效液相色譜分析顯示，玉米皮水解后的 糖液中三種主要糖為葡萄糖（24.4%)、木糖（42.7%)、阿拉伯糖（25. 8%)。玉米黃色素是玉米 皮中一種天然黃色素，其主要成分為玉米黃色素屬多烯色素即類胡蘿卜素，是一種安全、無 毒且營養(yǎng)價值很高的天然植物色素，具有促進人體生長發(fā)育，延長壽命保護視覺與上皮組 織等功能。盡管玉米皮含有較高的利用價值，但是國內(nèi)大都把玉米皮作為飼料使用，沒有能 充分的開發(fā)利用。以玉米皮和紅曲霉作為關鍵詞沒有檢索到相關專利，以玉米皮為關鍵詞 可以檢索到相關專利共150條，專利"一種借助快中子輻照技術提高玉米皮粗多糖提取率 的方法"(專利號CN201410155282)公開一種借助快中子輻照技術提高玉米皮粗多糖提取率 的方法，玉米多糖可以用作保健品或飼料；專利"一種玉米皮為原料的真姬菇栽培料及其制 備方法"(CN201310355310)公開了以玉米皮為主要原料栽培真姬菇的方法；專利"混合酶解 玉米皮制作保健飲料"公開了以利用液化酶、糖化酶和蛋白酶分布水解玉米皮生產(chǎn)含有多 種氨基酸飲料的方法；該飲料具有飲料具有掃除體內(nèi)"垃圾"、治療便秘、降脂、降壓、預防腸 膽瘤、養(yǎng)顏美容等作用。專利"一種玉米皮活性多糖的提取"（CN201210541686)公開了利用 玉米皮發(fā)酵丁醇并聯(lián)產(chǎn)膳食纖維的方法；專利"一種食用菌固態(tài)發(fā)酵玉米渣制作玉米粉的 方法"（專利號CN201210193685)公布了一種鹿角靈芝和猴菇菌發(fā)酵玉米皮，該發(fā)酵液不僅 具有豐富的營養(yǎng)而且具有含有抗氧化和提高免疫力等功能?？梢娺@些專利均未涉及利用紅 曲霉轉化玉米皮，生產(chǎn)降血脂降血壓等功能性食品生產(chǎn)工藝。利用玉米皮作為關鍵詞查閱 文獻，共檢索到280多篇，但是利用紅曲霉轉化玉米皮生產(chǎn)降血壓和降血脂藥物未見報道。 文章"黑曲霉固態(tài)發(fā)酵及酶解玉米皮"（生物加工過程，2011年，9 (2))報道了以玉米皮為 主要原料，采用黑曲霉固態(tài)發(fā)酵產(chǎn)酶再酶解的二步法降解玉米皮中的纖維素物質(zhì)；文章"利 用玉米皮渣固體法釀造食醋的研究"（中國釀造，2006 (7))報道了以玉米皮渣為糖化曲制 備原料和食醋釀造原料！采用邊糖化邊酒化，再醋化工藝，固態(tài)法釀造食醋的工藝；論文： "玉米淀粉糖渣為原料培養(yǎng)米曲和紅曲及醬油釀造"（江南大學2010碩士論文)報道了以玉 米淀粉糖渣為原料分別制備米曲和紅曲，然后將米曲和紅曲混合發(fā)酵釀造醬油，一方面充 分利用玉米淀粉糖渣，生產(chǎn)醬油釀造所需的米曲和紅曲，可大大降低醬油生產(chǎn)成本；另一 方面，可利用糖渣生產(chǎn)紅曲色素，并使紅曲色素參與醬油的釀造，提高醬油的著色效果。 但是該論文只是用紅曲霉提高著色效果而沒有注重紅曲霉功能型物質(zhì)的合成。本發(fā)明人經(jīng) 過深入的研究，摸索出一種以玉米皮為主要原料，通過紅曲霉菌體液態(tài)搖瓶培養(yǎng)、液體種子 罐擴大培養(yǎng)、液體深層發(fā)酵培養(yǎng)獲得紅曲霉轉化玉米皮的發(fā)酵液。該方法不同于過去的方 法之處在于：①目的不同，以前申請的專利主要是獲得紅曲，而不是以生產(chǎn)活性成分功能性 食品為目的，本發(fā)明是以生產(chǎn)含有多糖、洛伐他汀和紅曲色素的功能性食品為目的；②以前 的專利只是根據(jù)產(chǎn)品含有洛伐他汀、多糖和紅曲色素，推測其具有生物學功能，本發(fā)明生產(chǎn) 的產(chǎn)品經(jīng)過嚴格的動物實驗和含量分析，確證了使用本發(fā)明技術生產(chǎn)的功能性食品；③以 前的專利公開的規(guī)模都是實驗室規(guī)模，其工藝技術能否用于工業(yè)化還不能確定，本發(fā)明人 經(jīng)過深入研究和反復工業(yè)化生產(chǎn)試驗，摸索出工業(yè)化規(guī)模固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)紅曲玉米皮功能性 食品技術。因而無論從產(chǎn)品的生產(chǎn)目的、功能和工業(yè)化生產(chǎn)規(guī)模，本發(fā)明都有別于以往的專 利和文章報道的內(nèi)容。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供的一種液體深層發(fā)酵與生物轉化相結合，以紅曲霉為菌種，玉米皮為 主要原料，生產(chǎn)具有降血糖、降血脂功能的保健食品為目的，紅曲玉米皮功能性發(fā)酵液生產(chǎn) 技術以及該發(fā)酵液的應用技術。
[0006] 紅曲玉米皮功能性食品，其為粉紅色至紫紅色，具有特有的發(fā)酵香味，含有多糖 100-500mg/L，洛伐他汀5-50mg/L，紅曲色素4-60mg/L;該發(fā)酵液具有顯著的降低血糖和血 脂功效，用于生產(chǎn)治療或輔助治療糖尿病和高血脂癥的功能性食品或藥品。
[0007] 本發(fā)明另一方面提供了紅曲霉轉化玉米皮發(fā)酵液的制備方法，按照下述步驟進 行： a.試管擴大培養(yǎng)：將紅曲霉菌種接種于馬鈴薯葡萄糖培養(yǎng)基中進行培養(yǎng)，制得紅曲霉 試管斜面孢子；b.液體搖瓶培養(yǎng)：將紅曲霉試管斜面孢子接種到裝有液體搖瓶培養(yǎng)基的搖 瓶中，進行培養(yǎng)，制得液體搖瓶菌種；c. 一級種子罐種子培養(yǎng)：將液體搖瓶菌種接種到種子 罐培養(yǎng)基，進行培養(yǎng)，制成一級種子罐菌種；d.液體發(fā)酵培養(yǎng)：將一級種子罐菌種接種到發(fā) 酵罐培養(yǎng)基中，進行發(fā)酵培養(yǎng)，制得紅曲霉轉化玉米皮的發(fā)酵液。
[0008] 進一步的改進，所述的紅曲轉化玉米皮發(fā)酵液的制備方法包括如下步驟： a.試管擴大培養(yǎng)：將紅曲霉菌種接種于馬鈴薯葡萄糖培養(yǎng)基中，在溫度20_45°C下培 養(yǎng)3-10d后，進行1-10°C保藏，制得紅曲霉試管斜面孢子；馬鈴薯葡萄糖培養(yǎng)基來源(諸葛 健、王正祥.工業(yè)微生物實驗技術手冊，1994:367頁hb.液體搖瓶培養(yǎng)：將一環(huán)紅曲霉試管 斜面孢子接種于裝有20-150mL液體搖瓶培養(yǎng)基的250mL三角瓶中，三角瓶在轉速為50-200 轉/分，溫度20-43°C的條件下，搖床培養(yǎng)18-86h，制成液體搖瓶菌種；每1L液體搖瓶培養(yǎng) 基所含有的各成分的重量為：麩皮5-20g，葡萄糖5-20g，蛋白胨l-5g，酵母浸膏2-8g，硫酸 鎂0. 01-0. 2g，磷酸氫二鉀0. 01-0. 2g;c. -級種子罐種子培養(yǎng)：按接種量為1%-20% (液 體搖瓶菌種與種子罐培養(yǎng)基的體積比）將液體搖瓶菌種接種于種子罐培養(yǎng)基中，在溫度為 20-43°C，攪拌轉速為50-160轉/分，通氣量為0. 2-1. 8:1 (每分鐘通入氣體的體積與種 子罐培養(yǎng)基體積比）的條件下，培養(yǎng)18-50h，制成一級種子罐菌種；每1L種子罐培養(yǎng)基所 含有的各成分的重量為：麩皮5-20g，葡萄糖5-20g，蛋白胨l-5g，酵母浸膏2-8g，硫酸鎂 0? 01-0. 2g，磷酸氫二鉀 0? 01-0. 2g; d. 紅曲霉轉化玉米皮發(fā)酵液：按接種量為1-20% (-級種子罐菌種液體體積與液體發(fā) 酵培養(yǎng)基的體積比）將種子罐菌種接種到發(fā)酵培養(yǎng)基中。在溫度為20-43°C，攪拌轉速為 50-160轉/分，通氣量為0. 2-1. 8:1 (每分鐘通入氣體的體積與發(fā)酵培養(yǎng)基的體積比)的條 件下，培養(yǎng)54-150h，得到紅曲霉轉化玉米皮發(fā)酵液；每1L發(fā)酵基培養(yǎng)基所含有的各成分的 重量為：玉米皮10_40g，蛋白胨5-20g，葡萄糖4-30g，酵母浸膏2-10g，硫酸鎂0. 01-0. 2g， 磷酸氫二鉀〇? 01-0. 2g。
[0009] e.紅曲霉轉化玉米皮發(fā)酵液可以直接生產(chǎn)具有輔助降低血糖調(diào)節(jié)血脂的片劑、膠 囊、飲料、黃酒、酸奶、醋。
[0010] 本發(fā)明所紅使用的紅曲霉為紅曲霉屬中的紅色紅曲菌（Monascusruber)、 紫色紅曲菌（Monascuspurpureu)、叢毛紅曲菌（Monascuspilosus)、紅曲紅曲菌 (Monascusanka)的任意一種，，所使用的玉米皮為栽培使用。
[0011] 本發(fā)明所提供的液體搖瓶培養(yǎng)基和發(fā)酵培養(yǎng)基經(jīng)過100_130°C滅菌30-120min。
[0012] 進一步的改進，所述的紅曲霉轉化玉米皮發(fā)酵液制備方法包括如下步驟： a.試管擴大培養(yǎng)：將紅曲霉菌種接種于馬鈴薯葡萄糖培養(yǎng)基中，在溫度20-45°C下培 養(yǎng)3-10d后，進行1-KTC保藏，制得紅曲霉試管斜面孢子；b.液體搖瓶培養(yǎng)：將一環(huán)紅曲霉 試管斜面孢子接種于裝有20-150mL液體搖瓶培養(yǎng)基的250mL三角瓶中，在溫度20-43°C，在 攪拌轉速為50-200轉/分的條件下，搖床培養(yǎng)18-86h，制得液體搖瓶菌種；c. 一級種子罐 種子培養(yǎng)：按接種量為1%_20%液體搖瓶菌種與種子罐培養(yǎng)基的體積比將液體搖瓶菌種接 種于種子罐培養(yǎng)基中，在溫度為20-43°C，攪拌轉速為50-160轉/分，通氣量為0. 2-1. 8:1 每分鐘通入氣體的體積與種子罐培養(yǎng)基體積比的條件下，培養(yǎng)18-50h，制得一級種子罐菌 種；d.紅曲霉轉化玉米皮液體發(fā)酵培養(yǎng)：按接種量為1-20%(-級種子罐菌種液體體積與發(fā) 酵培養(yǎng)基的重量比)將種子罐菌種接種到發(fā)酵罐培養(yǎng)基中。在溫度為20-43°C，攪拌轉速為 50-160轉/分，通氣量為0. 2-1. 8:1 (每分鐘通入氣體的體積與發(fā)酵罐培養(yǎng)基的體積比)的 條件下，培養(yǎng)54-150h，得到紅曲霉轉化玉米皮發(fā)酵液； e. 紅曲霉玉米皮功能性食品；紅曲霉轉化玉米皮發(fā)酵液可以直接生產(chǎn)具有輔助降低 血糖調(diào)節(jié)血脂的片劑、膠囊、飲料、黃酒、酸奶、醋。
[0013] 通過以上方法獲得的紅曲轉化玉米皮發(fā)酵液外觀為粉紅色至紫紅色，具有特有的 發(fā)酵香味，含有多糖100_500mg/L，洛伐他汀5-50mg/L，紅曲色素4-60mg/L;該發(fā)酵液具有 顯著的降低血糖和血脂功效，用于生產(chǎn)治療或輔助治療糖尿病和高血脂癥的功能性食品或 藥品。
[0014] 進一步的改進，所述一級種子罐菌種經(jīng)二級種子罐種子培養(yǎng)后，再進行固體發(fā)酵 培養(yǎng)，所述二級種子罐種子培養(yǎng)工藝為：按接種量