一種紅曲玉米皮功能性食品的制備方法及其應用
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及生物工程技術領域，特指利用紅曲霉采用固體發(fā)酵技術轉化玉米皮中 活性成分多糖，同時降解玉米皮中淀粉等糖類物質，經過種子擴大培養(yǎng)和固體發(fā)酵生產含 有多糖、洛伐他汀和紅曲色素的功能性食品。
【背景技術】
[0002] 隨著我國經濟的發(fā)展、人民生活水平的提高以及人們飲食結構的變化，尤其是高 脂膳食攝入的增多，高血壓、高血脂和高血壓等"三高"疾病的發(fā)病率逐年上升。"三高"疾 病已成為影響國民身體健康的頭號大敵，每年因"三高"疾病死亡的人數居各種疾病死亡人 數的首位。控制和預防"三高"，西藥雖然效果較好，但因副作用大、價格相對較高，并非每 個病人都能接受，因此幵發(fā)療效更好、副作用更小的藥品及保健食品有著良好的發(fā)展前景。
[0003] 紅曲霉已經廣泛地被應用于釀酒、釀醋、食品著色和作為中藥使用。紅曲霉在我國 已使用千余年。紅曲應用廣泛，最先被用于釀造黃酒。關于紅曲的藥用價值，明代李時珍 在《本草綱目》中記述："紅曲氣溫味甘，無毒。主消食、活血、健脾、燥胃，治赤白痢，下 水谷。"《本草經解要卷四》記述："紅曲以白飯蒸署成紅色，與營血有同氣相求之理；能 升血而健脾，脾健，則為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，氣溫達肝味甘益脾之力也……'。現代醫(yī)學研究證明紅曲具有降血脂、降血壓、保護 肝臟、抗腫瘤和促進骨骼再生等功效。
[0004] 玉米皮又稱玉米纖維，是玉米籽粒的外皮，玉米淀粉加工過程中的的副產物，約占 玉米質量的10%。其中殘留的淀粉量高，且含較多的半纖維素，水解后總糖產率較高，國內 外報道均在60%左右。玉米皮組織的主要成分為纖維素、半纖維素、木質素及其類似物，其 中半纖維素主要是山L-阿拉伯糖和D-木糖構成。根高效液相色譜分析顯示，玉米皮水解 后的糖液中三種主要糖為葡萄糖（24. 4%)、木糖（42. 7%)、阿拉伯糖（25. 8%)。玉米黃色素是 玉米皮中一種天然黃色素，其主要成分為玉米黃色素屬多烯色素即類胡蘿卜素，是一種安 全、無毒且營養(yǎng)價值很高的天然植物色素，具有促進人體生長發(fā)育，延長壽命保護視覺與上 皮組織等功能。盡管玉米皮含有較高的利用價值，但是國內大都把玉米皮作為飼料使用， 沒有能充分的開發(fā)利用。以玉米皮和紅曲霉作為關鍵詞沒有檢索到相關專利，以玉米皮為 關鍵詞可以檢索到相關專利共150條，專利"一種借助快中子輻照技術提高玉米皮粗多糖 提取率的方法"（專利號CN201410155282)公開一種借助快中子輻照技術提高玉米皮粗多 糖提取率的方法，玉米多糖可以用作保健品或飼料；專利"一種玉米皮為原料的真姬菇栽培 料及其制備方法"（CN201310355310)公開了以玉米皮為主要原料栽培真姬菇的方法；專利 "混合酶解玉米皮制作保健飲料"公開了以利用液化酶、糖化酶和蛋白酶分布水解玉米皮生 產含有多種氨基酸飲料的方法；該飲料具有飲料具有掃除體內"垃圾"、治療便秘、降脂、降 壓、預防腸膽瘤、養(yǎng)顏美容等作用。專利"一種玉米皮活性多糖的提取"（CN201210541686) 公開了利用玉米皮發(fā)酵丁醇并聯(lián)產膳食纖維的方法；專利"一種食用菌固態(tài)發(fā)酵玉米渣制 作玉米粉的方法"（專利號CN201210193685)公布了一種鹿角靈芝和猴菇菌發(fā)酵玉米皮，該 發(fā)酵液不僅具有豐富的營養(yǎng)而且具有含有抗氧化和提高免疫力等功能?？梢娺@些專利均未 涉及利用紅曲霉轉化玉米皮，生產降血脂降血壓等功能性食品生產工藝。利用玉米皮作為 關鍵詞查閱文獻，共檢索到280多篇，但是利用紅曲霉轉化玉米皮生產降血壓和降血脂藥 物未見報道。文章"黑曲霉固態(tài)發(fā)酵及酶解玉米皮"（生物加工過程，2011年，9 (2))報道 了以玉米皮為主要原料，采用黑曲霉固態(tài)發(fā)酵產酶再酶解的二步法降解玉米皮中的纖維素 物質；文章"利用玉米皮渣固體法釀造食醋的研究"（中國釀造，2006 (7))報道了以玉米皮 渣為糖化曲制備原料和食醋釀造原料！采用邊糖化邊酒化，再醋化工藝，固態(tài)法釀造食醋 的工藝；論文："玉米淀粉糖渣為原料培養(yǎng)米曲和紅曲及醬油釀造"（江南大學2010碩士論 文）報道了以玉米淀粉糖渣為原料分別制備米曲和紅曲，然后將米曲和紅曲混合發(fā)酵釀造 醬油，一方面充分利用玉米淀粉糖渣，生產醬油釀造所需的米曲和紅曲，可大大降低醬油 生產成本；另一方面，可利用糖渣生產紅曲色素，并使紅曲色素參與醬油的釀造，提高醬 油的著色效果。但是該論文只是用紅曲霉提高著色效果而沒有注重紅曲霉功能型物質的合 成。
[0005] 本發(fā)明人經過深入的研究，摸索出一種以玉米皮為主要原料，通過紅曲霉菌體液 態(tài)搖瓶培養(yǎng)、液體種子罐擴大培養(yǎng)獲得含有紅曲霉液體菌種。利用該液體菌種與滅過菌的 玉米皮和輔料混合，平攤于固態(tài)發(fā)酵床上，進行固態(tài)發(fā)酵。該方法不同于過去的方法之處 在于：①目的不同，以前申請的專利主要是獲得紅曲，而不是以生產活性成分功能性食品為 目的，本發(fā)明是以生產含有多糖、洛伐他汀和紅曲色素的功能性食品為目的；②以前的專利 只是根據產品含有洛伐他汀、多糖和紅曲色素，推測其具有生物學功能，本發(fā)明生產的產品 經過嚴格的動物實驗和含量分析，確證了使用本發(fā)明技術生產的功能性食品；③以前的專 利公開的規(guī)模都是實驗室規(guī)模，其工藝技術能否用于工業(yè)化還不能確定，本發(fā)明人經過深 入研究和反復工業(yè)化生產試驗，摸索出工業(yè)化規(guī)模固態(tài)發(fā)酵生產紅曲玉米皮功能性食品技 術。因而無論從產品的生產目的、功能和工業(yè)化生產規(guī)模，本發(fā)明都有別于以往的專利和文 章報道的內容。

【發(fā)明內容】

[0006] 本發(fā)明提供的一種液體菌種擴大培養(yǎng)技術與固態(tài)發(fā)酵相結合，以紅曲霉為菌種， 玉米皮為主要原料，生產具有降血壓、降血脂功能的保健食品為目的，紅曲玉米皮功能性食 品生產技術以及該功能性食品的應用技術。
[0007] 紅曲玉米皮功能性食品，其特征在于該食品外觀為粉紅色至紫紅色，具有特有的 發(fā)酵香味，含有多糖10_50mg/g，洛伐他汀0. 5-5mg/g，紅曲色素0. 4-6mg/g ;該食品具有顯 著的降低血壓和血脂功效，用于生產治療或輔助治療糖尿病和高血脂癥的功能性食品或藥 品。
[0008] 本發(fā)明另一方面提供了紅曲玉米皮功能性食品制備方法，按照下述步驟進行： a.試管擴大培養(yǎng)：將紅曲霉菌種接種于馬鈴薯葡萄糖培養(yǎng)基中進行培養(yǎng)，制得紅曲霉試管 斜面孢子；b.液體搖瓶培養(yǎng)：將紅曲霉試管斜面孢子接種到裝有液體搖瓶培養(yǎng)基的搖瓶 中，進行培養(yǎng)，制得液體搖瓶菌種；c. 一級種子罐種子培養(yǎng)：將液體搖瓶菌種接種到種子罐 培養(yǎng)基，進行培養(yǎng)，制成一級種子罐菌種；d.固體發(fā)酵培養(yǎng)：將一級種子罐菌種接種到發(fā)酵 培養(yǎng)基中，并混合均勻，進行發(fā)酵培養(yǎng)，制得紅曲霉發(fā)酵液。
[0009] 進一步的改進，所述的紅曲玉米皮功能性食品制備方法包括如下步驟： a.試管擴大培養(yǎng)：將紅曲霉菌種接種于馬鈴薯葡萄糖培養(yǎng)基中，在溫度20-45Γ下培 養(yǎng)3-10d后，進行I-KTC保藏，制得紅曲霉試管斜面孢子；馬鈴薯葡萄糖培養(yǎng)基來源(諸葛 健、王正祥.工業(yè)微生物實驗技術手冊，1994:367頁）。b.液體搖瓶培養(yǎng)：將一環(huán)紅曲霉 試管斜面孢子接種于裝有20-150mL液體搖瓶培養(yǎng)基的250mL三角瓶中，三角瓶在轉速為 50-200轉/分，溫度20-43°C的條件下，搖床培養(yǎng)18-86h，制成液體搖瓶菌種；每IL液體搖 瓶培養(yǎng)基所含有的各成分的重量為：麩皮5-20g，葡萄糖5-20g，大米l-5g，酵母浸膏2-8g， 硫酸鎂0. 01-0. 2g，磷酸氫二鉀0. 01-0. 2g ;c. -級種子罐種子培養(yǎng)：按接種量為1%-20%(液 體搖瓶菌種與種子罐培養(yǎng)基的體積比）將液體搖瓶菌種接種于種子罐培養(yǎng)基中，在溫度為 20-43°C，攪拌轉速為50-160轉/分，通氣量為0. 2-1. 8:1(每分鐘通入氣體的體積與種子罐 培養(yǎng)基體積比)的條件下，培養(yǎng)18-50h，制成一級種子罐菌種；每IL種子罐培養(yǎng)基所含有的 各成分的重量為：麩皮5-20g，葡萄糖5-20g，大米l-5g，酵母浸膏2-8g，硫酸鎂0. 01-0. 2g， 磷酸氫二鉀〇. 01-0. 2g ;d.固體發(fā)酵培養(yǎng)：按接種量為1-20% (-級種子罐菌種液體體積與 發(fā)酵培養(yǎng)基的重量比）將種子罐菌種和固體發(fā)酵培養(yǎng)基混合均勻，攤在固態(tài)發(fā)酵床上，厚度 6-20cm，寬度60-120cm，長度不限。在溫度20-43°C，通氣量為0.05-0.5 :1 (每分鐘通入氣 體的體積與固體發(fā)酵培養(yǎng)的重量比)固態(tài)發(fā)酵培養(yǎng)室中培養(yǎng)3-15d，得到紅曲霉玉米皮固態(tài) 發(fā)酵物；固體發(fā)酵培養(yǎng)基通過將培養(yǎng)基原料進行滅菌制得，固體發(fā)酵培養(yǎng)基為每IOOKg玉 米皮所添加的其他各成分的重量為：大米5-20Kg，葡萄糖4-30Kg，酵母浸膏2-10Kg，硫酸鎂 0· 01-0. 2Kg磷酸氫二鉀0· 01-0. 2Kg，水：50-150L即玉米皮重量與水體積比為0· 5-1. 5:1。
[0010] e.紅曲霉玉米皮功能性食品；紅曲霉玉米皮固態(tài)發(fā)酵物經過紅外、冷凍或加熱干 燥至恒重，得到紅曲霉玉米皮功能性食品。
[0011] 本發(fā)明所紅使用的紅曲霉為紅曲霉屬中的紅色紅曲菌（Monascus ruber)、 紫色紅曲菌（Monascus purpureu)、叢毛紅曲菌（Monascus pilosus)、紅曲紅曲菌 (Monascusanka)的任意一種，，所使用的玉米皮為栽培使用。
[0012] 本發(fā)明所提供的液體搖瓶培養(yǎng)基和發(fā)酵培養(yǎng)基經過100_130°C滅菌30_120min。
[0013] 進一步的改進，所述的紅曲玉米皮功能性食品制備方法包括如下步驟： a.試管擴大培養(yǎng)：將紅曲霉菌種接種于馬鈴薯葡萄糖培養(yǎng)基中，在溫度20-45Γ下培 養(yǎng)3-10d后，進行I-KTC保藏，制得紅曲霉試管斜面孢子；b.液體搖瓶培養(yǎng)：將一環(huán)紅曲霉 試管斜面孢子接種于裝有20-150mL液體搖瓶培養(yǎng)基的250mL三角瓶中，在溫度20-43°C，在 攪拌轉速為50-200轉/分的條件下，搖床培養(yǎng)18-86h，制得液體搖瓶菌種；c. 一級種子罐 種子培養(yǎng)：按接種量為1%_20%(液體搖瓶菌種與種子罐培養(yǎng)基的體積比)將液體搖瓶菌種接 種于種子罐培養(yǎng)基中，在溫度為20-43°C，攪拌轉速為50-160轉/分，通氣量為0. 2-1. 8:1 (每分鐘通入氣體的體積與種子罐培養(yǎng)基體積比）的條件下，培養(yǎng)18-50h，制得一級種子罐 菌種；d.固體發(fā)酵培養(yǎng)：按接種量為1-20% (-級種子罐菌種液體體積與發(fā)酵培養(yǎng)基的重 量比）將種子罐菌種和固體發(fā)酵培養(yǎng)基混合均勻，攤在固態(tài)發(fā)酵床上，厚度6-20cm，寬度 60-120cm，長度不限。在溫度20-43°C，通氣量為0. 05-0. 5:1 (每分鐘通入氣體的體積與固 體發(fā)酵培養(yǎng)的重量比）固態(tài)發(fā)酵培養(yǎng)室中培養(yǎng)3-15d，得到紅曲霉玉米皮固態(tài)發(fā)酵物； e.紅曲霉玉米皮功能性食品；紅曲霉玉米皮固態(tài)發(fā)酵物經過紅外、冷凍或加熱干燥至 恒重，得到紅曲霉玉米皮功能性食品。
[0014] 通過以上方法獲得的紅曲玉米皮功能性食品外觀為粉紅色至紫紅色，具有特有的 發(fā)酵香味，含有多糖10-50mg/g，洛伐他汀0. 5-5mg/g，紅曲色素0. 4-6mg/g ;該食品具有顯 著的降低血壓和血脂功效，用于生產治療或輔助治療糖尿病和高血脂癥的功能性食品或藥 品。
[0015] 進一步的改進，所述一級種子罐菌種經二級種子罐種子培養(yǎng)后，再進行固體發(fā)酵 培養(yǎng)，所述二級種子罐種子培養(yǎng)工藝為：按接種量為1-20%將一級種子罐菌種接種于種子 罐培養(yǎng)基中，在溫度為20-43°C，攪拌轉速為50-160轉/分，每分鐘通氣量為0. 2-1. 8:1的 條件下，培養(yǎng)18_50h，制得二級種子罐菌種；所述接種量為一級種子罐菌種與液體搖瓶培 養(yǎng)基的體積比；所述通氣量為每分鐘通入氣體的體積與種子罐培養(yǎng)基的體積比。