红曲霉液态发酵制备黄色素及其稳定性研究

摘要

红曲色素作为天然食品添加剂应用于食品着色历史悠久。在红曲色素的混合物中，黄色素是一类主要的食用色素品种，因为黄色调与其他色调相比，柔和、诱人，可以提高消费者的购买欲。目前，红曲黄色素的发酵在国内已开展研究，但由于色素水平不高，尚未实现大规模生产，在食品及其他领域也未得到应有的开发利用；因其颜色较为独特、醒目，在众多需要着色剂的产品中都可找到其应用前景，是值得开发的红曲色素品种。所以，系统地研究开发红曲黄色素这一品种，具有重要的理论和现实意义。
　　 针对目前在国内市售的红曲黄色素产品存在色价和色调不高的问题，本文在单因子研究基础上，选定包括葡萄糖、玉米粉、氯化钙、蛋白胨、磷酸二氢钾和硝酸铵等6个因素，用响应面方法优化红曲霉突变株（Monascus anka mutant MYM2）的发酵培养基，提高红曲色素中的黄色素色调。研究发现，其中葡萄糖、硝酸铵和磷酸二氢钾对红曲黄色素色调影响很大，它们对色调的影响有最低浓度值，分别为14．2 g/L，6．7 g/L和5．7 g/L，其理论色调值为4．58。根据模型方程，五次重复实验，其色调平均值为4．21，实验值与模型回归预测值之间的误差在可信度区域内，此时黄色素色价达到88．14 U/mL。
　　 针对传统的红曲色素乙醇提取液真空蒸发浓缩技术存在能耗高、色素高温下易变性的问题，本文探讨了利用纳滤技术浓缩红曲色素乙醇提取液，并对纳滤浓缩的工艺条件进行了优化研究。与传统的蒸发浓缩比较，纳滤浓缩可显著缩短浓缩时间，色素几乎没有损失，但纳滤不能完全去除乙醇成分，因此研究了纳滤浓缩和真空蒸发除残留乙醇相结合的红曲色素提取工艺。实验结果表明：选用S-3711812卷聚酰胺纳滤膜，在压力1．5MPa、25～30℃条件下，浓缩效果较好，浓缩时间显著低于传统蒸发浓缩所需时间，缩短了生产时间，降低了浓缩过程能耗，为红曲色素高效生产和保存提供了有用的理论和实验依据。
　　 此外，本文还研究了红曲黄色素喷雾干燥工艺参数的优化和添加助干剂对粉状红曲黄色素产品质量的影响。在本实验范围内，适宜的喷雾干燥工艺为：麦芽糊精作为喷雾助干剂，喷雾干燥进口温度100℃，热风量1．10m3/min，进料流量0．04 cm3/min，操作压力14×10Pa。
　　 最后，本文对液态发酵制备的红曲黄色素的稳定性及其提高方法进行了较系统的研究。该色素在酸性条件下色泽鲜艳，耐热性相对较好。添加0．03％的茶多酚对提高红曲黄色素的光稳定性作用显著，通过正交试验得出混合使用茶多酚、抗坏血酸和柠檬酸，对红曲黄色素的护色效果与单独使用茶多酚时相仿，所以使用茶多酚作为护色剂时，可以应用在含抗坏血酸、柠檬酸的食品当中。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪 论

1.1 红曲色素概述

1.1.1 红曲色素的分类

1.1.2 红曲色素的理化性质

1.1.3 红曲色素的安全性争议

1.1.4 红曲色素的光稳定性

1.1.5 红曲色素的光褪色机理研究

1.1.6 pH、热、金属离子等对红曲色素稳定性的影响

1.1.7 光稳定性红曲菌种的选育

1.1.8 发酵液处理方法的优选

1.1.9 色素稳定剂的添加

1.1.10 生产与流通过程的改进

1.2 纳滤

1.2.1 纳滤膜的概述

1.2.2 纳滤膜的特点

1.2.3 纳滤膜的分离机理

1.2.4 纳滤膜的应用

1.3 喷雾干燥技术

1.3.1 喷雾干燥介绍

1.3.2 喷雾干燥机理

1.3.3 喷雾干燥的优点

1.4 本课题研究的目的及内容

第二章 响应面法优化培养基提高红曲黄色素的色调

2.1 引言

2.2 材料与方法

2.2.1 菌种、试剂与培养基

2.2.2 实验设备

2.2.3 种子培养和发酵方法

2.2.4 实验设计

2.2.5 分析方法

2.3 实验结果与讨论

2.3.1 影响黄色素色调重要因素的确定

2.3.2 响应面实验结果及统计分析

2.3.3 二次回归拟合和主效应因素最优浓度的确定

2.3.4 最优条件的实验验证

2.3.5 结论

第三章 红曲色素纳滤浓缩工艺研究与优化

3.1 引言

3.2 材料与设备

3.2.1 红曲黄色素浸提液

3.2.2 纳滤装置与纳滤膜芯

3.3 测定方法

3.3.1 红曲黄色素色价测定

3.3.2 截留率(R)和渗透通量(J)的计算

3.3.3 膜分离实验方法

3.3.4 操作步骤

3.3.5 清洗运行

3.4 结果与分析

3.4.1 纳滤膜的选择

3.4.2 纯水在不同压力下的渗透通量

3.4.3 操作压力的确定

3.4.4 截留率与操作压力的关系

3.4.5 不同操作压力下的纳滤浓缩倍数

3.4.6 操作温度的确定

3.4.7 最佳操作条件下的浓缩效果

3.5 本章小结

第四章 红曲色素喷雾干燥工艺研究及参数的优化

4.1 引言

4.2 材料与方法

4.2.1 材料

4.2.1 方法

4.3 主要检测方法

4.3.1 红曲黄色素色价的测定

4.3.2 相对密度的测定

4.3.3 还原糖含量的测定-DNS法

4.4 喷雾干燥工艺研究

4.4.1 助干剂的选择

4.4.2 热风量范围的选择

4.4.3 进口温度范围的选择

4.4.4 进料流量范围的选择

4.5 结果与分析

4.5.1 还原糖的测定

4.5.2 喷雾干燥助干剂的确定

4.5.3 热风量对喷雾干燥的影响

4.5.4 进口温度对喷雾干燥的影响

4.5.5 进料流量对喷雾干燥的影响

4.5.6 压力对喷雾干燥的影响

4.6 小结

第五章 红曲黄色素的护色研究

5.1 引言

5.2 材料与方法

5.2.1 材料与设备

5.2.2 测定方法

5.2.3 pH对红曲黄色素呈色的影响

5.2.4 温度对红曲黄色素稳定性的影响

5.2.5 自然光对红曲黄色素稳定性的影响

5.2.6 金属离子对红曲黄色素的影响

5.2.7 加入抗氧化剂和常用食品添加剂对红曲黄色素光稳定性的影响实验

5.2.8 正交实验

5.3 结果与分析

5.3.1 红曲黄色素的吸收光谱

5.3.2 pH对红曲黄色素呈色的影响

5.3.3 红曲黄色素的热稳定性

5.3.4 光对红曲黄色素的影响

5.3.5 金属离子对红曲黄色素的影响

5.4 加入抗氧化剂和常用食品添加剂对红曲黄色素光稳定性的影响实验

5.4.1 山梨酸钾对黄色素光稳定性的影响

5.4.2 柠檬酸对黄色素光稳定性的影响

5.4.3 槲皮素色的影响

5.4.4 抗坏血酸对黄色素光稳定性的影响

5.4.5 茶多酚对黄色素光稳定性的影响

5.5 正交实验

5.6 小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢