一种红曲霉转化玉米皮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] 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。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、液体深层发酵培养获得红曲霉转化玉米皮的发酵液。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】
[0005] 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，玉米皮为 主要原料，生产具有降血糖、降血脂功能的保健食品为目的，红曲玉米皮功能性发酵液生产 技术以及该发酵液的应用技术。
[0006] 红曲玉米皮功能性食品，其为粉红色至紫红色，具有特有的发酵香味，含有多糖 100-500mg/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。
[0007] 本发明另一方面提供了红曲霉转化玉米皮发酵液的制备方法，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，制得红曲霉转化玉米皮的发酵液。
[0008] 进一步的改进，所述的红曲转化玉米皮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_45°C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hb.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. 红曲霉转化玉米皮发酵液：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，得到红曲霉转化玉米皮发酵液；每1L发酵基培养基所含有的各成分的 重量为：玉米皮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， 磷酸氢二钾〇? 01-0. 2g。
[0009] e.红曲霉转化玉米皮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，，所使用的玉米皮为栽培使用。
[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，所述的红曲霉转化玉米皮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20-45°C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.红曲霉转化玉米皮液体发酵培养：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20-43°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罐培养基的体积比)的 条件下，培养54-150h，得到红曲霉转化玉米皮发酵液； e. 红曲霉玉米皮功能性食品；红曲霉转化玉米皮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玉米皮发酵液外观为粉红色至紫红色，具有特有的 发酵香味，含有多糖100_500mg/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