实验8 红曲固体发酵.docVIP

★ 专题实验8 红曲固体发酵红曲的应用在我国已有上千年的历史，我们的祖先很早就开始用红曲霉来酿酒、防腐、治病和制作传统食品。早在1590年，李时珍就在《本草纲目》第25卷中记载了红曲的消食活血、健脾壮胃等药效。近20年来世界各国更对红曲进行了大量的研究，发现红曲霉发酵产生的醇、酸、醋及多种次级代谢产物具有良好的保健效用，可应用于食品、医药等多个领域，并为此申请了两百多项专利。本系列实验的目的就是通过红曲的制作，了解固体发酵的大致流程，并熟悉从红曲培养物中提取红色素及其他生理活性物质的方法。 一、红曲霉的形态与分类 红曲霉隶属于真菌界、子囊菌门、子囊菌纲（Ascomycetes）、散囊菌目（Eurotiales）、红（Monascaceae）、红曲霉属（Monascus）在自然界分布广泛。 红曲霉具有霉菌的典型特征，菌丝多分枝，具横隔，细胞多核，菌丝体可出现菌丝融合现象。无性繁殖形成分生孢子，单生或2～6个成链，大多为梨形，多核，由于梗顶部缢缩而成。有性繁殖形成子囊和子囊孢子，但只在特定的条件下发生。菌丝成熟后，先在顶端或侧枝顶端形成一个单细胞多核的雄器（antheridium），然后与雄器相连的细胞以单轴方式又生出一个多核细胞，这个细胞就是原始的雌器。雄器和雌器细胞都是多核的长细胞，因从同一营养细胞中长出，又为同一轴向，因此相互靠得很近，一般上面的细胞为雌器。由于雌器的生长和发育将雄器向下挤压使雄器与柄把（即与雄器相连的细胞）呈一定角度（40～120度角）。这时雌器在顶部又生一隔膜，将雌器分成两个细胞，顶端的为受精丝，基部细胞为产囊器（ascogonium）。当受精丝尖端与雄器接触后，接触点的细胞壁解体形成一孔，雄器内的核和细胞质经受精丝进入产囊器。此时只进行质配，而细胞核成对排列，并不融合。与此同时，两性器官下面的细胞向上生出许多菌丝将其包围，形成初期的被子器。被子器内产囊器膨大，并分化出许多产囊丝。每个产囊丝内有许多双核细胞，核配于此时发生，经过核配的细胞即子囊母细胞。每个子囊母细胞的核经过减数分裂和一次有丝分裂，形成8个子囊孢子。这时被子器也已发育成熟，其中的子囊逐渐消解，子囊孢子成堆地留在被子器内。被子器外壳破裂后，散出子囊孢子，子囊孢子遇水萌发后又可形成多核营养菌丝（图）。 二、培养条件对菌体生长及红曲色素形成的影响 1. 温度和pH虽然不同的红曲霉菌株其最适生长温度和最适生长pH有所不同，但大多数菌株的适温为30～35，25以下或40以上生长缓慢。最适pH为3.0～5.0，pH 3.0以下生长缓慢， 图 红曲霉的生活史 5.0以上则不适于产生色素。 2. 碳氮源和生长素 红曲霉能利用多种糖类生长，一般说来，淀粉、糊精、蜜二糖、纤维二糖、甘露糖、果糖、木糖、L阿拉伯糖、葡萄糖等都是良好的碳源，而在对棉子糖、麦芽糖、蔗糖、半乳糖和山梨醇的利用上菌株间差异很大。另外，适于红曲霉生长的碳源并不一定有利于色素的产生，如红曲霉Monascus sp.3.973菌株用合成培养基（糖5％，NaNO3 1％，KH2PO4 0.5%，MgSO4·7H2O 0.25％，FeCl3微量，150 mL三角瓶内装25 mL培养基）培养时，若以麦芽糖为碳源，可得生物量（干重）0.1 g，稀释100倍后的发酵液其吸光度（A505）为0.860；而以木糖为碳源时，生物量仅0.04 g，但是1%发酵液的吸光度（A505）可达1. 850，说明生长与色素的产生之间不呈正相关。 就氮源而言，NaNO3、NH4NO3、（NH4）2SO4和蛋白胨等都是红曲霉生长的良好氮源，然而菌体生长与色素生成之间也不呈正相关。泛酸钙、对氨基苯甲酸、维生素B6、肌醇等含氮物质具有促进某些菌株生长及色素生成的作用。 3. 无机盐类 高浓度的CoCl2（10－4）、CuCl2（10－6）和ZnCl2（10－3）对大多数红曲霉株的生长有抑制作用，低浓度的CoCl2（10－5）、CuCl2（10－7）和ZnCl2（10－5）可促进色素生成。 三、红曲霉产生的代谢产物 红曲霉能够产生醇、酸、醋等多种芳香物质和淀粉酶、蛋白酶、半乳糖酶、核糖核酸酶等多种水解酶类，因而是绝佳的酿酒菌种。另外红曲霉产生的次级代谢产物如色素、抗菌素、胆固醇抑制剂等因有特殊的保健功能，近年来已成为人们研究和开发的热点。 1. 淀粉酶类 在红曲酒的酿制过程中，主要利用红曲淀粉酶（包括糊精化酶、糖化酶及麦芽糖酶）对原料进行糖化。红曲淀粉酶的活性因种而异。但形成色素深的菌株，其酶活力不一定强因此制作红曲时应根据生产目的来选择菌株，并为之创造适当的培养条件。 2. 有机酸类 红曲霉生成的有机酸主要为琥珀酸，另有少量的葡萄糖酸和柠檬酸，但量都不大。 3. 红曲色素 红曲色素长期以来被用作食品着色剂及香料。与其他天然色素相