一种红曲霉转化苦荞麦发酵液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液体发酵技术转化苦荞麦中 活性成分黄酮，同时降解苦荞麦中淀粉等糖类物质，经过种子扩大培养和固体发酵生产含 有黄酮、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、高血脂和高血糖等"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] 苦荞麦又称鞑靼荞麦，为寥科双子叶植物苦荞麦的种子，因具有降糖降脂、下气消 积的作用而被誉为"净肠草"。苦荞麦不仅含有淀粉、蛋白质、脂肪以 及多种维生素和矿物质等营养成分，而且富含芦丁、槲皮素等黄酮类活性成分，具有很 高的营养与保健价值。苦荞麦有悠久的入药历史。《齐民要术》："头风畏冷者，以面汤和粉 为饼，更令罨出汗，虽数十年亦愈"。《图经本草》："实肠胃，益气力"。《本草纲目》："降气宽 肠磨积滞，消热肿风痛。除白浊血滞，脾积泄泻"。并记载苦荞麦味苦，性平、寒，有益气力、 续精神、利耳目、降气宽肠，健胃的作用。《植物名实图考》:"性能消积，俗呼净肠草"。《全国 中草药汇编》："理气止痛，健脾利湿"。苦荞麦还是当今世界上集营养、保健、医疗于一体的 天然保健食品之一，被称为"食药两用"的粮食珍品，含有多种营养成分和对人体有益的化 学成分，具有降血糖、降血脂、降血压以及抗氧化、抗衰老、改善血管微循环等多种功效。目 前除了苦荞麦种子供食用外，其芽也作为一种营养丰富的菜肴走上餐桌。以苦荞麦为关键 词，可以检索到相关专利共85条，其中专利"一种苦荞麦红曲的制作方法及其应用"（专利 号为：201110340441)只是介绍了利用苦荞麦作为主要原料生产红曲，而是否能合成红曲的 特有成分洛伐他汀和红曲色素，以及其合成的量没有界定，苦荞麦中黄酮是否存在，以及存 在多少也没有做出描述，更没有对产品进行生理功能的研究；专利"一种利用苦荞麦生产降 血糖降血脂产品的方法"（专利号为：201410010328)介绍了利用酶法转化苦荞麦原料，进 一步通过有机溶媒提取生产降血糖降血脂食品，该工艺只是提取了苦荞麦的成分，而没有 涉及深层次的生物转化。专利"苦荞麦红曲发酵茶的制作方法"(专利号为：201010130837) 保护了利用红曲采用盒式固体发酵苦荞麦生产发酵茶的技术，该技术只是根据红曲和苦荞 麦含有黄酮、洛伐他汀和红曲色素，推测该饮品含有这些成分，而没有对这些成分进行测定 分析，更没有进行动物实验验证所得到的饮品是否真的具有降低血糖和血脂功效。其他专 利均与苦荞麦加工方面以及活性成分提取相关，而与本专利内容无关。以红曲和苦荞为关 键词查阅相关文献共6篇，其中一篇涉及提取，一篇"苦荞红曲红曲酒的抗氧化活性"与本 专利不相关，硕士学位论文"红曲霉荞麦的固态发酵及其产物分析"报道了实验室规模的红 曲霉固态发酵苦荞生产洛伐他汀，以及检测了桔霉素和黄酮。该论文的研究只是在实验室 规模，产物和功效与本专利保护内容不重叠；硕士学位论文"红曲霉荞麦的固态发酵及其产 物降血脂作用的研究"同样在实验室规模研究了红曲发酵荞麦生产洛伐他汀，并利用动物 实验评价了其降血脂功能，它与本专利的内容差异在于产品中只有洛伐他汀，而没有考察 其他成分，忽视了红曲的整体功效，同时更没有涉及其降血糖功效；另外两篇论文与红曲酒 的酿造以及荞麦红曲对实验性高脂血症小鼠血脂水平的影响，均与本专利保护内容无关。
[0005] 本发明人经过深入的研究，摸索出一种以苦荞麦为主要原料，通过红曲霉菌体液 态摇瓶培养、液体种子罐扩大培养、液体深层发酵培养获得红曲霉转化苦荞麦的发酵液。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黄酮、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、黄酮和红曲色素，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 生产红曲苦荞麦功能性食品技术。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深层发酵与生物转化相结合，以红曲霉为菌种，苦荞麦为 主要原料，生产具有降血糖、降血脂功能的保健食品为目的，红曲苦荞麦功能性发酵液生产 技术以及该发酵液的应用技术。
[0007] 红曲苦荞麦功能性食品，该发酵液外观为粉红色至紫红色，具有特有的发酵香味， 含有黄酮20-100mg/L，洛伐他汀5-50mg/L，红曲色素4-60mg/L;该发酵液具有显著的降低 血糖和血脂功效，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霉转化苦荞麦发酵液的制备方法，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.液体发酵培养：将一级种子罐菌种接种到发 酵罐培养基中，进行发酵培养，制得红曲霉转化苦荞麦的发酵液。
[0009] 进一步的改进，所述的红曲转化苦荞麦发酵液的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1-10°C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1L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，蛋白胨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1L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，蛋白胨l-5g，酵母浸膏2-8g，硫酸镁 0. 01-0. 2g，磷酸氢二钾0. 01-0. 2g;d.红曲霉转化苦荞麦发酵液：按接种量为1-20% (-级 种子罐菌种液体体积与液体发酵培养基的体积比）将种子罐菌种接种到发酵培养基中。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 与发酵培养基的体积比）的条件下，培养54-150h，得到红曲霉转化苦荞麦发酵液；每1L发 酵基培养基所含有的各成分的重量为：苦荞麦10_40g，蛋白胨5-20g，葡萄糖4-30g，酵母浸 膏2-10g，硫酸镁0· 01-0. 2g，磷酸氢二钾0· 01-0. 2g，玉米蛋白0·l-5g; e.红曲霉转化苦荞麦发酵液可以直接生产具有辅助降低血糖调节血脂的片剂、胶囊、 饮料、黄酒、酸奶、醋。
[0010] 本发明所红使用的红曲霉为红曲霉属中的红色红曲菌（Monascusruber)、 紫色红曲菌（Monascuspurpureu)、丛毛红曲菌（Monascuspilosus)、红曲红曲菌 (Monascusanka)的任意一种，所使用的苦荞麦为栽培使用。
[0011] 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。
[0012] 进一步的改进，所述的红曲霉转化苦荞麦发酵液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1-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.红曲霉转化苦荞麦液体发酵培养：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)将种子罐菌种接种到发酵罐培养基中。在温度为20-43Γ，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发酵罐培养基的体积比） 的条件下，培养54-150h，得到红曲霉转化苦荞麦发酵液； e.红曲霉苦荞麦功能性食品；红曲霉转化苦荞麦发酵液可以直接生产具有辅助降低 血糖调节血脂的片剂、胶囊、饮料、黄酒、酸奶、醋。
[0013] 通过以上方法获得的红曲转化苦荞麦发酵液外观为粉红色至紫红色，具有特有的 发酵香味，含有黄酮20-100mg/L，洛伐他汀5-50mg/L，红曲色素4-60mg/L;该发酵液具有显 著的降低血糖和血脂功效，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。
[0014] 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