一种红曲玉米皮功能性食品的制备方法及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及生物工程技术领域，特指利用红曲霉采用固体发酵技术转化玉米皮中 活性成分多糖，同时降解玉米皮中淀粉等糖类物质，经过种子扩大培养和固体发酵生产含 有多糖、洛伐他汀和红曲色素的功能性食品。
【背景技术】
[0002] 随着我国经济的发展、人民生活水平的提高以及人们饮食结构的变化，尤其是高 脂膳食摄入的增多，高血压、高血脂和高血压等"三高"疾病的发病率逐年上升。"三高"疾 病已成为影响国民身体健康的头号大敌，每年因"三高"疾病死亡的人数居各种疾病死亡人 数的首位。控制和预防"三高"，西药虽然效果较好，但因副作用大、价格相对较高，并非每 个病人都能接受，因此幵发疗效更好、副作用更小的药品及保健食品有着良好的发展前景。
[0003] 红曲霉已经广泛地被应用于酿酒、酿醋、食品着色和作为中药使用。红曲霉在我国 已使用千余年。红曲应用广泛，最先被用于酿造黄酒。关于红曲的药用价值，明代李时珍 在《本草纲目》中记述："红曲气温味甘，无毒。主消食、活血、健脾、燥胃，治赤白痢，下 水谷。"《本草经解要卷四》记述："红曲以白饭蒸署成红色，与营血有同气相求之理；能 升血而健脾，脾健，则为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，气温达肝味甘益脾之力也……'。现代医学研究证明红曲具有降血脂、降血压、保护 肝脏、抗肿瘤和促进骨骼再生等功效。
[0004] 玉米皮又称玉米纤维，是玉米籽粒的外皮，玉米淀粉加工过程中的的副产物，约占 玉米质量的10%。其中残留的淀粉量高，且含较多的半纤维素，水解后总糖产率较高，国内 外报道均在60%左右。玉米皮组织的主要成分为纤维素、半纤维素、木质素及其类似物，其 中半纤维素主要是山L-阿拉伯糖和D-木糖构成。根高效液相色谱分析显示，玉米皮水解 后的糖液中三种主要糖为葡萄糖（24. 4%)、木糖（42. 7%)、阿拉伯糖（25. 8%)。玉米黄色素是 玉米皮中一种天然黄色素，其主要成分为玉米黄色素属多烯色素即类胡萝卜素，是一种安 全、无毒且营养价值很高的天然植物色素，具有促进人体生长发育，延长寿命保护视觉与上 皮组织等功能。尽管玉米皮含有较高的利用价值，但是国内大都把玉米皮作为饲料使用， 没有能充分的开发利用。以玉米皮和红曲霉作为关键词没有检索到相关专利，以玉米皮为 关键词可以检索到相关专利共150条，专利"一种借助快中子辐照技术提高玉米皮粗多糖 提取率的方法"（专利号CN201410155282)公开一种借助快中子辐照技术提高玉米皮粗多 糖提取率的方法，玉米多糖可以用作保健品或饲料；专利"一种玉米皮为原料的真姬菇栽培 料及其制备方法"（CN201310355310)公开了以玉米皮为主要原料栽培真姬菇的方法；专利 "混合酶解玉米皮制作保健饮料"公开了以利用液化酶、糖化酶和蛋白酶分布水解玉米皮生 产含有多种氨基酸饮料的方法；该饮料具有饮料具有扫除体内"垃圾"、治疗便秘、降脂、降 压、预防肠胆瘤、养颜美容等作用。专利"一种玉米皮活性多糖的提取"（CN201210541686) 公开了利用玉米皮发酵丁醇并联产膳食纤维的方法；专利"一种食用菌固态发酵玉米渣制 作玉米粉的方法"（专利号CN201210193685)公布了一种鹿角灵芝和猴菇菌发酵玉米皮，该 发酵液不仅具有丰富的营养而且具有含有抗氧化和提高免疫力等功能。可见这些专利均未 涉及利用红曲霉转化玉米皮，生产降血脂降血压等功能性食品生产工艺。利用玉米皮作为 关键词查阅文献，共检索到280多篇，但是利用红曲霉转化玉米皮生产降血压和降血脂药 物未见报道。文章"黑曲霉固态发酵及酶解玉米皮"（生物加工过程，2011年，9 (2))报道 了以玉米皮为主要原料，采用黑曲霉固态发酵产酶再酶解的二步法降解玉米皮中的纤维素 物质；文章"利用玉米皮渣固体法酿造食醋的研究"（中国酿造，2006 (7))报道了以玉米皮 渣为糖化曲制备原料和食醋酿造原料！采用边糖化边酒化，再醋化工艺，固态法酿造食醋 的工艺；论文："玉米淀粉糖渣为原料培养米曲和红曲及酱油酿造"（江南大学2010硕士论 文）报道了以玉米淀粉糖渣为原料分别制备米曲和红曲，然后将米曲和红曲混合发酵酿造 酱油，一方面充分利用玉米淀粉糖渣，生产酱油酿造所需的米曲和红曲，可大大降低酱油 生产成本；另一方面，可利用糖渣生产红曲色素，并使红曲色素参与酱油的酿造，提高酱 油的着色效果。但是该论文只是用红曲霉提高着色效果而没有注重红曲霉功能型物质的合 成。
[0005] 本发明人经过深入的研究，摸索出一种以玉米皮为主要原料，通过红曲霉菌体液 态摇瓶培养、液体种子罐扩大培养获得含有红曲霉液体菌种。利用该液体菌种与灭过菌的 玉米皮和辅料混合，平摊于固态发酵床上，进行固态发酵。该方法不同于过去的方法之处 在于：①目的不同，以前申请的专利主要是获得红曲，而不是以生产活性成分功能性食品为 目的，本发明是以生产含有多糖、洛伐他汀和红曲色素的功能性食品为目的；②以前的专利 只是根据产品含有洛伐他汀、多糖和红曲色素，推测其具有生物学功能，本发明生产的产品 经过严格的动物实验和含量分析，确证了使用本发明技术生产的功能性食品；③以前的专 利公开的规模都是实验室规模，其工艺技术能否用于工业化还不能确定，本发明人经过深 入研究和反复工业化生产试验，摸索出工业化规模固态发酵生产红曲玉米皮功能性食品技 术。因而无论从产品的生产目的、功能和工业化生产规模，本发明都有别于以往的专利和文 章报道的内容。
【发明内容】
[0006] 本发明提供的一种液体菌种扩大培养技术与固态发酵相结合，以红曲霉为菌种， 玉米皮为主要原料，生产具有降血压、降血脂功能的保健食品为目的，红曲玉米皮功能性食 品生产技术以及该功能性食品的应用技术。
[0007] 红曲玉米皮功能性食品，其特征在于该食品外观为粉红色至紫红色，具有特有的 发酵香味，含有多糖10_50mg/g，洛伐他汀0. 5-5mg/g，红曲色素0. 4-6mg/g ;该食品具有显 著的降低血压和血脂功效，用于生产治疗或辅助治疗糖尿病和高血脂症的功能性食品或药 品。
[0008] 本发明另一方面提供了红曲玉米皮功能性食品制备方法，按照下述步骤进行： a.试管扩大培养：将红曲霉菌种接种于马铃薯葡萄糖培养基中进行培养，制得红曲霉试管 斜面孢子；b.液体摇瓶培养：将红曲霉试管斜面孢子接种到装有液体摇瓶培养基的摇瓶 中，进行培养，制得液体摇瓶菌种；c. 一级种子罐种子培养：将液体摇瓶菌种接种到种子罐 培养基，进行培养，制成一级种子罐菌种；d.固体发酵培养：将一级种子罐菌种接种到发酵 培养基中，并混合均匀，进行发酵培养，制得红曲霉发酵液。
[0009] 进一步的改进，所述的红曲玉米皮功能性食品制备方法包括如下步骤： a.试管扩大培养：将红曲霉菌种接种于马铃薯葡萄糖培养基中，在温度20-45Γ下培 养3-10d后，进行I-KTC保藏，制得红曲霉试管斜面孢子；马铃薯葡萄糖培养基来源(诸葛 健、王正祥.工业微生物实验技术手册，1994:367页）。b.液体摇瓶培养：将一环红曲霉 试管斜面孢子接种于装有20-150mL液体摇瓶培养基的250mL三角瓶中，三角瓶在转速为 50-200转/分，温度20-43°C的条件下，摇床培养18-86h，制成液体摇瓶菌种；每IL液体摇 瓶培养基所含有的各成分的重量为：麸皮5-20g，葡萄糖5-20g，大米l-5g，酵母浸膏2-8g， 硫酸镁0. 01-0. 2g，磷酸氢二钾0. 01-0. 2g ;c. -级种子罐种子培养：按接种量为1%-20%(液 体摇瓶菌种与种子罐培养基的体积比）将液体摇瓶菌种接种于种子罐培养基中，在温度为 20-43°C，搅拌转速为50-160转/分，通气量为0. 2-1. 8:1(每分钟通入气体的体积与种子罐 培养基体积比)的条件下，培养18-50h，制成一级种子罐菌种；每IL种子罐培养基所含有的 各成分的重量为：麸皮5-20g，葡萄糖5-20g，大米l-5g，酵母浸膏2-8g，硫酸镁0. 01-0. 2g， 磷酸氢二钾〇. 01-0. 2g ;d.固体发酵培养：按接种量为1-20% (-级种子罐菌种液体体积与 发酵培养基的重量比）将种子罐菌种和固体发酵培养基混合均匀，摊在固态发酵床上，厚度 6-20cm，宽度60-120cm，长度不限。在温度20-43°C，通气量为0.05-0.5 :1 (每分钟通入气 体的体积与固体发酵培养的重量比)固态发酵培养室中培养3-15d，得到红曲霉玉米皮固态 发酵物；固体发酵培养基通过将培养基原料进行灭菌制得，固体发酵培养基为每IOOKg玉 米皮所添加的其他各成分的重量为：大米5-20Kg，葡萄糖4-30Kg，酵母浸膏2-10Kg，硫酸镁 0· 01-0. 2Kg磷酸氢二钾0· 01-0. 2Kg，水：50-150L即玉米皮重量与水体积比为0· 5-1. 5:1。
[0010] e.红曲霉玉米皮功能性食品；红曲霉玉米皮固态发酵物经过红外、冷冻或加热干 燥至恒重，得到红曲霉玉米皮功能性食品。
[0011] 本发明所红使用的红曲霉为红曲霉属中的红色红曲菌（Monascus ruber)、 紫色红曲菌（Monascus purpureu)、丛毛红曲菌（Monascus pilosus)、红曲红曲菌 (Monascusanka)的任意一种，，所使用的玉米皮为栽培使用。
[0012] 本发明所提供的液体摇瓶培养基和发酵培养基经过100_130°C灭菌30_120min。
[0013] 进一步的改进，所述的红曲玉米皮功能性食品制备方法包括如下步骤： a.试管扩大培养：将红曲霉菌种接种于马铃薯葡萄糖培养基中，在温度20-45Γ下培 养3-10d后，进行I-KTC保藏，制得红曲霉试管斜面孢子；b.液体摇瓶培养：将一环红曲霉 试管斜面孢子接种于装有20-150mL液体摇瓶培养基的250mL三角瓶中，在温度20-43°C，在 搅拌转速为50-200转/分的条件下，摇床培养18-86h，制得液体摇瓶菌种；c. 一级种子罐 种子培养：按接种量为1%_20%(液体摇瓶菌种与种子罐培养基的体积比)将液体摇瓶菌种接 种于种子罐培养基中，在温度为20-43°C，搅拌转速为50-160转/分，通气量为0. 2-1. 8:1 (每分钟通入气体的体积与种子罐培养基体积比）的条件下，培养18-50h，制得一级种子罐 菌种；d.固体发酵培养：按接种量为1-20% (-级种子罐菌种液体体积与发酵培养基的重 量比）将种子罐菌种和固体发酵培养基混合均匀，摊在固态发酵床上，厚度6-20cm，宽度 60-120cm，长度不限。在温度20-43°C，通气量为0. 05-0. 5:1 (每分钟通入气体的体积与固 体发酵培养的重量比）固态发酵培养室中培养3-15d，得到红曲霉玉米皮固态发酵物； e.红曲霉玉米皮功能性食品；红曲霉玉米皮固态发酵物经过红外、冷冻或加热干燥至 恒重，得到红曲霉玉米皮功能性食品。
[0014] 通过以上方法获得的红曲玉米皮功能性食品外观为粉红色至紫红色，具有特有的 发酵香味，含有多糖10-50mg/g，洛伐他汀0. 5-5mg/g，红曲色素0. 4-6mg/g ;该食品具有显 著的降低血压和血脂功效，用于生产治疗或辅助治疗糖尿病和高血脂症的功能性食品或药 品。
[0015] 进一步的改进，所述一级种子罐菌种经二级种子罐种子培养后，再进行固体发酵 培养，所述二级种子罐种子培养工艺为：按接种量为1-20%将一级种子罐菌种接种于种子 罐培养基中，在温度为20-43°C，搅拌转速为50-160转/分，每分钟通气量为0. 2-1. 8:1的 条件下，培养18_50h，制得二级种子罐菌种；所述接种量为一级种子罐菌种与液体摇瓶培 养基的体积比；所述通气量为每分钟通入气体的体积与种子罐培养基的体积比。