红曲色素作为一类传统的天然色素被广泛应用于食品着色领域。红曲菌发酵法生产食用色素则被认为是微生物发酵天然色素行业最成功的范例之一。红曲菌可产生、橙、黄三种色调的色素,其中红色素已经实现了大规模的工业化生产,但红曲黄色素大都处于研究阶段,实验大都处于摇瓶水平,色价和色调值普遍较低。本课题以液态法发酵高产红曲黄色素为目标,重点开展了红曲菌液态发酵生产黄色素工艺条件的优化及中试规模发酵罐放大试验。摇瓶发酵条件的优化:在本实验室之前的研究基础之上,筛选了一株黄色素产量较高的红曲菌Monascus sp.sjs-6,所产色素仅在420 nm处有吸收峰,说明该色素属于黄色素。通过单因素试验及正交优化确定了黄色素发酵培养基的碳、氮源、发酵温度、p H等发酵条件:以60 g/L的玉米淀粉(蛋白含量为0),4 g/L的硫酸铵,30℃恒温发酵,初始p H为5.0,发酵6 d。该条件下发酵结束时黄色素色价可达到378.0 U/m L。补料发酵:为了进一步提高黄色素产量,进行了补糖粉批发酵,葡萄糖、果糖、麦芽糖等小分子的速效碳源相对于玉米淀粉等大分子物质更适合作为补糖原料,其中葡萄糖效果最佳;在葡萄糖补加浓度方面,补料浓度过高或过低,都不利于色素产量的提高。因此,在72 h、96 h分别以1 g/50 m L的量来补加葡萄糖提高黄色素产量,补加后黄色素产量较对照组提高了72.4%,达到624.7 U/m L。发酵罐放大:在摇瓶发酵条件的基础上,分别在不同5 L、10 L、50 L罐展开发酵实验。针对菌体生长速度过快这一情况,在5 L罐上对氮源(硫酸铵)进行分批添加,解决了由摇瓶到发酵罐罐放大过程中菌体过早快速生长,色素产量低的问题;为了探究溶氧以及机械剪切力对Monascus sp.sjs-6产黄色素的影响,分别在10 L罐水平开展了不同转速、通气量对比实验,确定了10 L罐上的转速应控制在550 r/min以下,相对溶氧控制在10%以上的有关通风条件;50 L罐发酵过程综合上述条件进行调控,最终发酵液黄色素色价可达到397.2 U/m L。黄色素的定性分析:对黄色素进行提取,确定了以无水乙醇为萃取剂,40℃恒温萃取30 min为最适萃取条件;利用薄层层析分离及全波长扫描法对分离得到的黄色素进行分析。层析板上,可见光下的两条色带均为黄色素条带,比移值及其最大吸收波长分别为0.869(421 nm)、0.817(409 nm),从而初步确定这两种色素均为典型的天然红曲黄色素。由于薄层层析中未发现红、橙色素,说明采用本发酵方法可生产纯度非常高的红曲黄色素。