超声波处理对红曲色素产量的影响.pdf

第 2 2卷 第 1 期 2 0 0 3年 1月 无 锡 轻 工 大 学 学 报 J o u r n a l o f Wu x i Un i v e r s i t y o f Li g h t I n d u s t r y V0 1 2 2 No 1 J a n 2 0 0 3 文章编号：1 0 0 9 0 3 8 X(2 0 0 3)0 1 0 0 9 9 一O 3 超声波处理对红曲色素产量的影响 杨胜 利，王金 宇2，杨海麟，王 龙刚，王 武(1 江南大学 工业生物技术教育部重点实验室，江苏 无锡，2 1 4 0 3 6；2 内蒙古鄂伦春 自治旗讷尔 克气农业技 术推广学校，内蒙古鄂伦春 0 2 2 4 7 6)摘要：采用低 强度 的超声波，选取 作用时 间为变化 参数，对红 曲细胞进行 处理，其频率 为 2 0 k Hz，功率为 2 0 0 W 结果表明，每 问隔 8 h照射 2 mi n效果最明显 关键词：超声波；红曲霉；发酵 中图分类号：Q 9 3 5 文献标识码：A Th e Ef f e c t s o f Ul t r a s o n i c Ra d i a t i o n o n Pr o du c t i o n o f Pi g m e n t f r o m M o n a s c u s s p YANG S h e n g l i ，WANG J i n y u 2，YANG Ha l l i n ，WANG L o n g g a n g ，WANG Wu (1，S c h o o l o f B i o t e c h n o l o g y，S o u t h e r n Ya n g t s e Un i v e r s i t y；Ke y L a b o r a t o r y o f I n d u s t r y B i o t e c h n o l o g y，Mi n i s t r y o f E d u c a t i o n，Wu x i 2 1 4 0 3 6，C h i n a；2，Th e I n n e r Mo n g o l i a Au t o n o mo u s Re g i o n El u n c h u n Au t o n o mi c C o u n t y，Ne r k e q i P o p u 1 a r i z e S c h o o l o f A g fi c dt r T e c h n o l o g y，0 2 2 4 7 6，C h i n a)Ab s t r a c t Th e e f f e c t s o f ul t r a s o ni c r a d i a t i o n o n t he p r o du c t i o n o f mo n a s c u s pi g me nt we r e s t u di e d Ul t r a son i c w a v e wi t h l o w i n t e n s i t y a t 2 0 k Hz，2 0 0 W c m w a s e mp l o y e d t o s t u d y t h e e f f e c t s o f i r r a d i a t i o n a t d i f f e r e n t l e n g t h o f t i me o n t h e g r o wt h o f m Mo n a s c u s s pc e l l s Th e r e s u l t s h o we d t h a t p r o d u c t i o n o f mo n a s c u s p i g me n t f r o m Mo n a s c u s s p，i n c r e a s e d o b v i o u s l y wh e n t h e c u l t u r e wa s r a d i a t e d f o r t wo mi n ut e s i n e v e r y e i gh t h o u r s Ke y wo r d s：ul t r a so ni c；M o n as c u s s p ；f e r me nt a t i o n 近年来，随着 人民生活水平的提高，对 生活要 求已从温饱型向保健型转变 化学合成色素毒性 问 题已逐步引起人 们的关注，其中有些化学合成色素 确证其有毒，已被禁 止使用或 限制 使用，为满足食 品及化妆品工业 的需求，需要大力开拓和提倡天然 色素，2 但是 大多数天 然 色素 稳定性、着 色力较 差，而红 曲色素是红 曲霉 的次级代谢 产物，红 曲色 素稳定性好，着色力强，可以说是目前最具代表性 也是极具生命力的一个产品，其生产在我国具有悠 久的历史 4 J 传统法 生产红 曲色素为不经提纯 的 固态发酵品，其生产效率低、劳动强度大、且产品质 量难以控制，不适合大规模工业化生产 红 曲色 素 大规模工业化生产 出路在于液态深层发酵，但深层 液态发酵 目前没有成 功地进行稳定而大规模 的工 业化生产的重要原 因之一是发酵色价偏低，生产 成 本高，商业上难 以推 广 为了提高液态红曲色 素的 收稿 日期：2 0 0 2 0 4 2 0；修 回 日期：2 0 0 2 0 6 1 7 作者简介：杨胜利(1 9 7 3一)，男，吉林大 安人，发酵工程博士研究生 维普资讯 http:/ 1 0 0 无锡轻工大 学 学报 第 2 2卷 发酵色 价，在 液态深 层发 酵过程 中进 行超声 波处 理，超声波作用于工业微生物并产生生物学效应 已 有很多报道 5 引 作者采用这种传统的生物物理方 法，生产出的产品不但安全 无毒 副作用，而且可以 提高其色价 1 材料与方法 1 1 菌种 红曲霉购于中国科学院微生物研究所 1 2 培养基及培养条件 麦芽汁琼脂斜面培养 基(质量分数)：葡萄 糖 1，酵母膏 O 3，麦芽汁粉 0 2，蛋 白胨 O 3，琼脂 2，p H 6 0，灭菌，接种后 3 0黑暗中培养 6 d 种子培养基(质量 分数)：葡萄糖 7 0，蛋 白 胨 3 0，硝酸钠 2，Mg S O 4 1，消泡剂 1 2滴，p H 自 然 发 酵 培 养 基(质 量 分 数)：葡 萄 糖 6 0，Na NO3 2 5，KH2 PO4 2 5，M g S O4 0 5，p H 5 0 1 3 超声波处理 用 2 0 k Hz，2 0 0 W，工作 电压 2 0 0 V条 件照射，按照不同超声作用时间(2 0，1 0，5，2，1 mi n；3 0，1 0，5 s)平行 3份，每隔 8 h作用一次，培养一周后采集样 品，待分析测定 1 4 菌体干重测定 发酵完成后，取 1 0 mI 充分 震荡 均匀 的发酵 液，加入 1 0 mL乙醇，于 3 0下浸出2 4 h，过滤；滤 渣用体积分数 5 0 的乙醇溶 液洗涤 2次，在8 0 烘干 2 4 h，称重，得 到 1 0 mL发酵 液含 干菌体重 Wl，然后换算 成每 升发 酵液 中干 菌重：W11 0 0 (g L)1 5 液体色素的测定 9 1 5 1 胞外黄色素的测定取一瓶发酵液，用蒸馏 水定容至 7 5 mI ，摇 匀后取 1 0 mL发酵液，用定性 滤纸过滤；以未添加种子 的培 养基滤液作为 空白，用 1 c m 的比色皿测定滤液 在 4 1 0 n m 处的 OD值(U mL)1 5 2 胞外红 色素的测定处理方法同黄色素的 测定，测定的波长为 5 1 0 n m 1 5 3 胞内黄色素的测定取一瓶发酵液，用蒸馏 水定容至 7 5 mI ，摇匀后取 1 0 mL发酵液，用定性 滤纸过滤；蒸 馏水洗涤 滤渣 2次，将滤 渣移至 2 5 0 mI 三角 瓶中，加 1 0 mL体积 分数 7 5 的 乙醇溶 液，3 0保温萃取 2 4 h后过滤；再用体积分数 7 5 的乙醇溶液洗涤残渣 2次，将滤液用体积分数 7 5 的 乙醇溶液定容至 5 0 mI 后 测波长 4 1 0 n m 处的 OD值，将此值乘 以稀释倍 数 5后得胞 内黄色素色 价(U mI )1 5 4 胞 内红 色素的测定方法 同胞 内黄色素的 测定，测定波长为 5 1 0 n m处红色素色价(U mL)2结 果 与 分析 2 1 超声对菌体数量的影响 由图 1 可 以看 出，处理后菌体数量随着处理时 间不同有所 改变，并且超过 一定时间，越长数量越 少；超过 1 0 mi n时菌体干重明显下 降，说明菌体 已 被照死 短时 间照射 同样可 引起细胞活力降低，但 是照射后经静态培养活细胞数又增加，基本维持在 正常发酵水平 1 鼬 j H-瞳 时 间(5-3 0：s，1-3 0：mi n)图 1 不 同 照 射 时 间 菌 体 干 重 Fi g 1 The e f f e c t o f di f f e r e nt r a di a t i o n t i me of s o ni c a t i o n o n d r y my c e l i a we i g ht 2 2 超声波对菌体产色素的影响 经超声波照射后培 养 7 d，将发酵液离心分别 测上清液和胞 内色 素的色价，图 2 5是菌体产色 素的量 从实验结果可 以看出，超声波处理时 间会 影响色价，较长时 间会引起 细胞死亡率升高，从而 导致色素产量下降；而处理 时间过短又达不到刺激 其产色素的效果，作用时 间为 2 mi n左右时效果最 明显，提高幅度超过 3 0 红 曲为好气性菌，耗氧量 随着生理状态的不同而异，其细胞的生长与色素的 形成都需要有足够的氧气，为达到最高的色素产量 与最低的动力消耗，供给适宜 的溶解氧是极为重要 的 正常情况下红 曲菌落呈 团状，不利于对 氧和营 养物质 吸收，也不利于代谢物质分 泌。采用超声波 处理可以使菌丝体分散，甚至是游离的单菌体克服 了对菌体生产及色素生成的限制，从而有利于菌体 的代谢和产物量的提高 同时超声波处理可以使发 酵液黏度 降低，物质混合均匀，有利于 氧气及营养 物质的传递，更重要的是便于色素的分离和提取 维普资讯 http:/ 第 1期 杨胜利等：超声波处理对红曲色素产量的影响 1 0 1 g 鑫 如 CK 5 l 0 3 0 l 2 5 l 0 2 0 3 0 时 间(5 3 0：s，l 3 0：mi n)图 2 不同处理 时间对胞外红色素色价的影响 Fi g 2 The e f f e c t of d i f f e r e n t r a di a t i o n t i me o n c ol o u r v a l u e s o f e x t r a c e l l ul a r r e d pi gme nt g 篚 皿 CK 5 l 0 3 0 l 2 5 l 0 2 0 30 时 间(5 3 0：s 1 3 0：mi n)图 3 不同处理时间对胞外黄 色素 色价的影响 Fi g 3 Th e e f f e c t o f di f f e rent r a di at i o n t i me o n c o l ou r v al u es o f e x t r a c e l l ul ar y e l l o w pi g m e n t 3 讨 论、超声波具有很强的生物学效应，其机理主要是 空化作用 空化泡绝热收缩至崩溃 瞬间，泡 内可呈 现 5 0 0 0以上的高温和几千个大气压，并伴有强 参考文献：g 鑫 如 CK 5 1 0 3 0 1 2 5 1 0 20 3 0 时 间(5-3 0：s，1-3 0：mi n)图4 不同处理时间对胞内红色素色价的影响 Fi g 4 The e f f e c t of di f f e ren t r a d i a t i o n t i me o n c o l o u r v a l u e s of i nt r ac e l l ul a r r ed pi g me n t g 鑫 皿 l 4 CK 5 l 0 3 0 l 2 5 l 0 20 30 时 间(5 3 0：s，1-3 0：mi n)图 5 不同处理时间对胞内黄色素色价的影响 Fi g 5 Th e e f f e c t o f d i f f e r e nt r a di a t i o n t i me o n c o l o ur v a l u e s o f i n t r a c e l l u l ar r ed pi g me nt 大的冲击波或射 流等 ，可以改变细胞的壁膜结 构，使细胞 内外发生物质交换，促进其色素的产生 和分泌 也可能在超声波作用下，膜 内的流体 静压 力足够诱导细胞膜机械破裂，从而加速色素的产生 和分泌，或许二者兼而有之 1 甘纯玑，彭时尧，苏金 为，等 红 曲色素资源的利用现状与开发展望 J 自然资源学报，1 9 9 8，(3)：2 7 32 7 5 2 张景强 红 曲色素的研究概况 J 冷饮 与速 冻食品工 业，2 0 0 1，(4)：3 9 4 1 3 傅 金泉 我国红 曲生产与应用 的现 状及发展前景 J 食品与发酵工业，1 9 9 5，(5)：7 6 7 9 4 赵雪松 红曲与红曲菌的历史与最近的动向 J 食品科学 1 9 8 8 (5)：1 0 1 2 5 Wo o d B E，A l d r i c h H C，I n g r a m L O Ul t r a s o u n d s t i mu l a t e s e t h a n o l p r o d u c t i o n d u ri n g t h e s i mu l t a n e o u s s a c c h a r i f i c a t i o n a n d f e r me n t a t i o n o f mi x e d w a s t e o f f i c e p a p e r J B i o t e c h n o l P r o g，1 9 9 7，1 3(3)：2 3 2 2 3 7 6 J e o n g Y o o n K U，S u n g OH P a r k，B o n g S o o-N o h I n a c t i v a t i o n o f p e r o x i d a s e b y h u r d l e t e c h n o l o g y J F o o d-S c i e n c a n d-Bi o t e c hn o l o g y，2 0 0 0，9(2)：1 2 41 2 9 7 C o w a n S E，B l a c k J，K e a s l i n g J D，e t a 1 Ul t r a s o n i c fl e x u r a 1 p l a t e w a v e s e n s o r f o r d e t e c t i n g t h e c o n c e n t r a t i o n o f s e t t l i n g E c o l i W3 1 1 0 c e U s J A n a l y t i c a l-C h e mi s t r y，1 9 9 9，7 1(1 6)：3 6 2 2 3 6 2 5 8 D a z h o n g W，S a k a k i b a r a M，K o n d o h N，e t a 1 Ult r a sou n d e n h a n c e d l a c t o s e h y d r o l y s i s i n mi l k f e r m e n t a t i o n wi t h L a c t o b a c i U u s b u l g a r i c u s J J C h e m T e c h n o l B i o t e c h n o l，1 9 9 6，6 5(1)：8 6 9 2 9 张本权，张亮琦，淡家林 红曲色素色价和色调分析方法探讨 J 食品与发酵工业，1 9 8 5，(6)：3 4 3 7 1 o 袁易全，陈思忠 近代NNNN-N M 南京：南京大学出版社，1 9 9 6 1 3 4 (责任编辑：杨 勇)4 2 O 8 6 4 2 O 们 如 加 0 2 O 8 6 4 2 O 如 加 0 维普资讯 http:/