蒲立柠 1，陈光静 1,2，阚建全 1,2,*
（1.西南大学食品科学学院，重庆 400715；2.重庆市农产品加工及贮藏重点实验室，重庆 400715）
摘 要：为优化青稞麸皮薏仁红曲霉发酵工艺，提高发酵产物中降脂活性物质的含量，以青稞麸皮和薏仁（质量比1∶1）为发酵底物，以紫色红曲霉菌（CICC.5046）为发酵菌种，以Monacolin K产量为评价指标，采用固态发酵工艺技术，在单因素试验的基础上，利用响应面优化设计，探究红曲霉固态发酵的最佳工艺条件，研究主要生理活性物质在发酵过程中的变化。结果表明，通过单因素试验筛选出发酵温度、接种量和装料量为影响Monacolin K产量的主要因素，响应面优化得出最佳工艺条件为发酵温度29 ℃、接种量8%、装料量40 g（250 mL烧杯为发酵容器）、初始含水量60%、发酵时间12 d，此时Monacolin K产量为110.556 mg/kg。在发酵过程中，可溶性多糖、总黄酮和β-葡聚糖含量减少，Monacolin K、色素和可溶性多酚含量增加，总体上降脂活性物质增加更多。
关键词：青稞麸皮；薏仁；红曲霉菌；Monacolin K；响应面
红曲是我国传统的药食两用食物，是由红曲霉菌（Monascus purpureus）发酵粮食谷物所得。红曲霉发酵产物中含有Monacolin K、红曲色素、γ-氨基丁酸、麦角固醇、天然植物激素等活性成分，具有降脂、降压、抗氧化和调节机体代谢等功效 [1-5]。Monacolin K是红曲的主要降脂成分 [6]，能够竞争性抑制HMG-CoA还原酶活性，阻止胆固醇的合成 [7]，美国利用Monacolin K生产了美降脂、vastatin等系列降胆固醇药物。青稞（Hordeum vulgare Linn. var.）是一种特殊类型的大麦，它含有丰富的营养物质和良好的保健功能。青稞麸皮含有丰富的β-葡聚糖、黄酮、粗纤维、矿物质等活性物质，具有降脂、降糖、助消化、防止高原病等特殊功能 [8-9]。薏仁是一种营养均衡且丰富的粮食作物，薏仁中含有多种活性成分，如多糖、薏苡素、甾醇、脂肪酸、甘油三酯和三萜类等。据报道，薏仁及其提取物具有降脂降糖、抗癌、抗氧化、抗过敏、提高免疫力等生理活性功能 [10-11]。
万强等 [12]利用红曲霉发酵青稞，增加了青稞的总氨基酸含量，提高了红曲中γ-氨基丁酸和Monacolin K的含量，提高了青稞红曲的营养品质。赵辉 [13-15]利用红曲霉发酵青稞，研发出了青稞红曲茶、青稞红曲醋、青稞红曲保健酒等系列保健品。而青稞麸皮作为青稞加工的副产品，含有丰富的黄酮、β-葡聚糖和粗纤维等活性物质，薏仁含有薏仁多糖、薏仁内酯和不饱和脂肪酸等活性成分，这些活性物质均有降脂降糖功效。目前，关于红曲霉对青稞麸皮和薏仁进行联合发酵的实验还鲜见报道。本实验以青稞麸皮和薏仁为发酵底物，以紫色红曲霉菌（CICC.5046）作为发酵菌种，以Monacolin K产量为评价指标，采用固态发酵工艺技术 [16]，利用响应面优化发酵条件，并研究主要降脂活性物质在发酵过程中的变化，以期联合三者降脂活性，为新型红曲保健品的开发利用提供基础实验数据，同时变废为宝，实现资源物质的综合利用，并提高其经济附加值。
1.1 材料与试剂
青稞麸皮 重庆君亲食品有限公司；贵州大薏仁（除霉除杂，粉碎成麦粒般大小备用） 永辉超市；实验菌种CICC.5046（紫色红曲霉，Monascus purpureus，用于生产降脂性功能红曲） 中国工业微生物菌种保藏管理中心。
Monacolin K标准品（纯度≥98%） 美国Sigma公司；蛋白胨、麦芽浸粉 北京奥博星生物技术有限公司；琼脂、葡萄糖、NaNO 3、MgSO 4·7H 2O 、KH 2PO 4、无水乙醇、磷酸（均为分析纯） 成都科龙化工试剂厂；乙腈（色谱纯） 斯百全化学（上海）有限公司。
1.2 仪器与设备
DHP-9272电热恒温培养箱 上海齐欣科学仪器有限公司；SW-CJ-1FD超净工作台 中日合资苏州安泰空气技术有限公司；SYQ-DSX-280A手提式压力蒸汽灭菌锅 上海申安医疗器械厂；UV-2450S（E）紫外分光光度计 日本岛津公司；1260 Infinity高效液相色谱仪美国安捷伦公司。
1.3 方法
1.3.1 培养基的配制
1.3.1.1 固体种子培养基
蛋白胨3%，麦芽浸粉3%，琼脂2%，蒸馏水定容至100 mL，0.1 MPa、121 ℃灭菌20 min [17]。
1.3.1.2 液体种子培养基
葡萄糖6%，蛋白胨2.5%，N a N O 30.2%，MgSO 4·7H 2O 0.1%，KH 2PO 40.1%，蒸馏水定容至100 mL，121 ℃灭菌15 min [16]。
1.3.2 固体种子培养
以紫色红曲霉菌（CICC.5046）作为发酵菌种，将其接种到平板培养基中，于30 ℃条件下培养7 d，4 ℃保藏备用。
1.3.3 液体种子制备
用接种针刮取平板培养基上的孢子，制成约10 7CFU/mL孢子的悬浮液，接种1 mL该孢子悬浮液于盛有100 mL液体种子培养基的250 mL三角瓶中，在30 ℃、170 r/min摇床培养2 d [18]，然后用4层纱布滤掉菌丝体，制得发酵种子液。
1.3.4 青稞麸皮和薏仁固态发酵基本工艺以250 mL烧杯为发酵容器，将发酵底物加入烧杯后混匀，用透气封口膜封口，121 ℃灭菌25 min，冷却后，接种适量液体种子菌，拌匀，在前期预实验的基础上，采用变温发酵方式发酵10 d（前5 d在一定的温度条件下发酵，后5 d于25 ℃的温度条件下发酵，后期低温发酵有利于代谢产物Monacolin K的积累 [18-19]），第3天开始翻曲，发酵结束后，发酵物于50 ℃烘干，磨粉，过60 目，收集红曲粉于干燥避光处保存备用 [20]。
1.3.5 青稞麸皮薏仁红曲霉发酵条件优化
1.3.5.1 青稞麸皮薏仁红曲霉发酵工艺条件的单因素试验以青稞麸皮薏仁混合物（质量比1∶1）为发酵底物，分别固定初始含水量70%（V/m）、装料量50 g、接种量8%（V/m）、发酵时间10 d，采用变温发酵方式（前5 d在30 ℃的温度条件下发酵，后5 d于25 ℃的温度条件下发酵），分别考察初始含水量、装料量、接种量、发酵时间和前期发酵温度等单因素对青稞麸皮薏仁红曲霉发酵产Monacolin K的影响，根据单因素试验结果和实际情况，选出对Monacolin K产量影响的显著因素进行响应面试验。
1.3.5.2 青稞麸皮薏仁红曲霉发酵工艺的响应面优化试验
综合发酵过程中各单因素对Monacolin K产量影响的试验结果，根据Box-Behnken试验设计原理 [21]，选择对Monacolin K产量有显著影响的3个因素发酵温度（A）、接种量（B）、装料量（C）为自变量，以Monacolin K产量（Y）为响应变量，利用Design-Expert 7.0.0软件进行三因素三水平的响应面试验优化，试验因素和水平设计见表1。
表1 响应面试验因素与水平
Table1 Coded levels and corresponding actual levels for independent variables used in response surface analysis
水平因素A发酵温度/℃B接种量/%C装料量/g－128630 0 30840 1 321050
1.3.6 Monacolin K含量的测定
标准曲线的绘制：准确配制质量浓度为50 μg/mL的Monacolin K标准溶液，分别吸取0.1、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、2.0 mL 50 μg/mL的Monacolin K标准溶液于10 mL容量瓶中，用乙腈定容。0.22 μm微孔滤膜过滤至高效液相色谱分析瓶中，待测。以Monacolin K标准溶液峰面积y对质量浓度x进行线性回归，回归方程为y=55.603x－7.527，R 2=0.999 6，Monacolin K在0.5～10 μg/mL内线性关系良好。
色谱条件 [1 6]：色谱柱为A g i l e n t C 1 8（250 mm×4.6 mm，5 μm），流动相为乙腈-磷酸溶液（55∶45，V/V，pH 2.5），紫外检测波长238 nm；流速1.5 mL/min，柱温25 ℃，进样量20 μL，分析时间15 min。
样品处理：称取过60目筛的红曲粉0.350 0 g左右于15 mL离心管，加入5 mL甲醇，55 ℃水浴超声提取1.5 h，结束后静置至室温，4 000 r/min离心10 min，上清液过0.22 μm微孔滤膜至高效液相色谱分析瓶中，待测。1.3.7 其他主要活性成分的测定
薏苡素的测定采用高效液相色谱法 [22]；可溶性多糖的测定采用苯酚-硫酸法 [23]；总黄酮的测定采用芦丁比色法 [24]；可溶性总酚的测定采用福林-酚试剂法 [25]；β-葡聚糖的测定采用国际标准酶法 [26]；色素的测定采用Lin [27]的方法。
1.4 数据处理与分析
所有实验数据取3 次重复实验的平均值，采用Origin 8作图，SPSS Statistics 17.0、Design-Expert 7.0.0进行数据处理与分析。
2.1 青稞麸皮薏仁红曲霉发酵条件的单因素试验结果
2.1.1 发酵温度对Monacolin K产量的影响
图1 发酵温度对Monacolin K产量的影响
Fig. 1 Effect of fermentation temperatures on Monacolin K yield
由图1可知，Monacolin K产量随着发酵温度的变化呈先上升后下降的趋势。当发酵温度为26 ℃时，菌体生长缓慢，红曲颜色较浅。发酵温度为30 ℃时，菌体生长良好，发酵过程平稳，红曲颜色呈深红，Monacolin K产量极显著高于其他组（P＜0.01）。当发酵温度为34 ℃时，初期菌体生长迅速，而随着发酵的进行，培养基中的水分丢失严重，基质逐渐变得干燥，菌体生长代谢受阻，使Monacolin K等代谢产物的形成受到影响。因此，发酵温度选择30 ℃为宜。
2.1.2 初始含水量对Monacolin K产量的影响
图2 初始含水量对Monacolin K产量的影响
Fig. 2 Effect of water-to-solid ratio on Monacolin K yield
由图2可知，Monacolin K产量随着初始含水量的增加呈先上升后下降的趋势，当初始含水量低于50%时，发酵后期，由于发酵热的产生以及基质水分的散失，菌体的生长代谢受到限制，发酵结束后的红曲样品中Monacolin K和色素含量均偏低。当初始含水量为60%时，菌体生长良好，红曲颜色呈深红色，此时Monacolin K含量最高，但与初始含水量为70%的组相比无显著差异（P＞0.05）。当初始含水量大于70%时，前期菌丝生长过快，发酵后期产生较多的游离水沉积容器底部，导致底部缺氧，出现腐败现象，Monacolin K的产量也不高。综上，初始含水量选择60%较适宜。
2.1.3 接种量对Monacolin K产量的影响
图3 接种量对Monacolin K产量的影响
Fig. 3 Effect of inoculum size on Monacolin K yield
实验发现，接种量大小会影响菌体在培养基中的生长速度。适宜的接种量有利于微生物的生长代谢，有利于菌体的增长和次级代谢产物的积累。由图3可知，当接种量为8%时，Monacolin K产量最高，显著高于其他组（P＜0.01）。当接种量大于10%时，Monacolin K产量逐渐下降，可能是由于当接种量较大时，引入基质的水分就越多，不利于菌体生长。当接种量小于8%时，菌体的繁殖速度慢，代谢产物形成的速度也慢，同样不利于目标产物的积累，故红曲产品中的Monacolin K含量不高 [26]。综上，接种量以8%为宜。
2.1.4 装料量对Monacolin K产量的影响
图4 装料量对Monacolin K产量的影响
Fig. 4 Effect of filling quantity on Monacolin K yield
由图4可知，当装料量为30 g时，菌体生长旺盛，发酵过程状态良好，但得到的红曲样品中Monacolin K产量不及装料量为40 g的组，可能是由于装料量少，营养物质有限，且料层厚度小，水分较易散失，菌体生长代谢受限。当装料量为40 g时，菌体生长良好，红曲呈深红色，Monacolin K产量显著高于其他组别（P＜0.01）。当装料量大于40 g时，随着装料量的增加，Monacolin K产量开始下降，可能是由于装料量越多，料层厚度越大，透气性欠佳，菌体生长产生大量水分和热量不易散失，导致菌体生长代谢受阻。故250 mL烧杯中装料量选择40 g较适宜，此时料层厚度为4 cm左右。
2.1.5 发酵时间对Monacolin K产量的影响
由图5可知，Monacolin K含量随着发酵时间的延长呈先升高后下降的趋势，第13天时达到最高，但相对于第12天增幅并不显著（P＞0.05），13 d以后Monacolin K的产量呈下降趋势。在实验过程中发现，发酵时间越长，容器底部物料越湿润，可能是由于发酵后期，基质营养物质消耗殆尽，大量菌体生长受到抑制或死亡，加之容器底部通气量小，出现恶性厌氧发酵，使Monacolin K结构受到破坏，产量下降。所以综合考虑，发酵时间为12 d左右为宜。
图5 发酵时间对Monacolin K产量的影响
Fig. 5 Effect of fermentation times on Monacolin K yield
2.2 青稞麸皮薏仁紫色红曲霉菌发酵条件的响应面试验结果
在单因素试验基础上，为了进一步优化发酵条件，采用中心组合试验设计，根据单因素试验结果，选择对Monacolin K产量影响较大的3个因素：发酵温度（A）、接种量（B）、装料量（C）为自变量，固定初始含水量60%和发酵时间12 d，根据Box-Behnken设计方案进行试验，各因素的试验组合及结果见表2。
表2 响应面试验设计与结果
Table2 Box-Behnken experimental design with experimental and predicted yield of Monacolin K
试验号A发酵温度B接种量C装料量Monacolin K产量/（mg/kg）实际值预测值1 0 0 0115.975105.12 2－11080.87081.95 3 0 1－165.09967.11 4 0－1170.44368.43 5－1－1092.06991.67 6 0 0 0101.374105.12 7 1－1052.16551.09 8 0 0 0105.279105.12－1－156.08159.57 1010132.71235.80 11000109.187105.12 1211033.67734.07 13－10－195.17292.08 14－10173.36275.77 1501137.62834.14 1600093.784105.12 1710－145.99643.59 9 0
2.2.1 数学模型的建立
利用Design-Expert 7.0.0软件对表2中的试验结果进行回归分析，得到二次回归模型方差分析结果，见表3。对表3中数据进行二次多项回归拟合，得到Monacolin K产量（Y）对发酵温度（A）、接种量（B）、装料量（C）的二次多项式回归方程如下：
Y=105.12－22.12A－6.69B－6.03C－1.82AB＋2.13AC－10.46BC－17.96A 2－22.46B 2－25.35C 2
表3 二次回归模型方差分析
Table3 Analysis of varianc ef the quadratic regression model
注：**.影响极显著（P＜0.01）；*.影响显著（P＜0.05）。
变异来源平方和自由度均方F值P值显著性模型11 925.8891 325.1027.070.000 1** A发酵温度3 912.7013 912.7079.94＜0.000 1** B接种量357.551357.557.310.030 5* C装料量290.451290.455.930.045 0* AB13.28113.280.270.618 5 AC18.17118.170.370.561 5 BC437.481437.488.940.020 2* A 21 358.7111 358.7127.760.001 2** B 22 124.2312 124.2343.400.000 3** C 22 704.8612 704.8655.260.000 1**残差342.61748.94失拟项65.68321.890.320.814 3纯误差276.93469.23总变异12 268.5016
由表3方差分析可知，模型的P值显著，失拟项P为0.814 3，差异不显著，说明该模型对优化青稞麸皮薏仁红曲霉发酵工艺有实际应用意义。R
2为0.972 1，
为0.936 2，说明该模型拟合程度良好，试验误差小，能够反映响应值的变化。
由表3回归模型系数显著性检验结果可知：模型的一次项A影响极显著（P＜0.01），B、C影响显著（P＜0.05），且各因素对Monacolin K产量的影响程度依次为：A＞B＞C，即发酵温度＞接种量＞装料量。二次项A 2、B 2、C 2影响极显著（P＜0.01），交互项BC影响显著（P＜0.05），表明接种量和装料量对Monacolin K产量有交互影响的作用。
2.2.2 响应面分析结果
图6 各因素交互作用对Monacolin K产量影响的响应面和等高线
Fig. 6 Response surface plots showing the effect of interactions among various factors on the production of Monacolin K
响应面是响应值对各因素所构成的三维空间曲面图，因素对响应值影响越大，曲面越陡峭。而等高线的形状则可以反映两两因素之间交互作用的显著程度，椭圆形表示两因素交互作用显著，而圆形则表示两因素交互作用不显著。图6反映了各因素对响应值Monacolin K产量的影响，可以看出，发酵温度对Monacolin K的产量影响最大，发酵温度与接种量、发酵温度与装料量对Monacolin K产量影响的交互作用不显著（P＞0.05），接种量与装料量对Monacolin K产量影响的交互作用显著（P＜0.05），与方差分析结果一致。
根据响应面软件分析，可从回归模型中得到最优工艺条件：发酵温度28.76 ℃、接种量7.81%、装料量38.75 g、初始含水量60%、发酵时间12 d。在该优化条件下，Monacolin K产量的理论值为112.649 mg/kg。
2.2.3 验证实验结果
为了验证该模型对Monacolin K最大产量的预测是否准确，考虑到实际操作的方便性，将得到的最佳工艺条件定为发酵温度29 ℃、接种量8%、装料量40 g、初始含水量60%、发酵时间12 d，在此条件下进行5 次重复实验，结果表明，Monacolin K的平均产量为110.556 mg/kg，与预测值接近，说明模型准确有效。红曲霉在最佳发酵条件下生长状态良好，发酵过程稳定。
2.2.4 青稞麸皮薏仁红曲霉发酵前后的主要活性成分含量对比
表4 青稞麸皮薏仁红曲霉发酵前后主要降脂活性成分含量对比
Table4 Comparison of the contents of the main lipid-lowering substances before and after fermentation
注：同列不同字母表示差异显著（P＜0.05）。
β-葡聚糖含量/（mg/g）发酵前00114.58±4.57 a0.79±0.05 a0.17±0.004 a24.42±0.05 a发酵后113.76±4.46 381.07±6.43105.28±1.17 b0.44±0.02 b0.36±0.01 b2.71±0.03 b指标Monacolin K含量/（mg/kg）总色价/（U/g）可溶性多糖含量/（mg/g）总黄酮含量/（mg/g）可溶性多酚含量/（mg/g）
由表4可知，青稞麸皮薏仁红曲在发酵过程中，主要活性成分的含量发生了变化，这些变化与微生物的生长代谢密切相关。其中Monacolin K、色素和可溶性多酚含量显著上升（P＜0.05），Monacolin K和色素是红曲霉菌的次生代谢产物，可溶性多酚含量增加了111.76%，可能是由于微生物的作用改变了不溶性酚类物质的结构，使其变得可溶，从而含量增加。而可溶性多糖、总黄酮和β-葡聚糖含量则显著减少（P＜0.05），其中可溶性多糖减少8.12%，总黄酮减少44.30%，β-葡聚糖减少88.90%，这些物质含量的减少可能是被微生物生长代谢所利用。但从总体上看，活性物质增加的量更多。
本研究以Monacolin K产量为评价指标，通过单因素试验和Box-Behnken响应面优化试验得出青稞麸皮薏仁红曲霉的最佳发酵条件为发酵温度29 ℃、接种量8%、装料量40 g（250 mL烧杯为发酵容器）、初始含水量60%、发酵时间12 d时，Monacolin K产量最高，为112.649 mg/kg，验证实验得出Monacolin K产量达110.556 mg/kg，与预测值接近，说明响应面法对红曲霉发酵工艺条件的优化是可行的。
青稞麸皮薏仁红曲在发酵过程中，Monacolin K、色素和可溶性多酚含量增加，可溶性多糖、总黄酮和β-葡聚糖含量则减少，但总体上降脂活性物质增加的量更多，预示青稞麸皮和薏仁经红曲霉发酵后，其保健作用也将随之发生变化。
参考文献：
[1] JEUN J, JUNG H, KIM J H, et al. Effect of the monascus pigment threonine derivative on regulation of the cholesterol level in mice[J]. Food Chemistry, 2008, 107(3): 1078-1085. DOI:10.1016/ j.foodchem.2007.09.021.
[2] HO B Y, PAN T M. The Monascus metabolite Monacolin K reduces tumor progression and metastasis of lewis lung carcinoma cells[J]. Agricultural and Food Chemistry, 2009, 57(18): 8258-8265. DOI:10.1021/jf901619w.
[3] SU N W, LIN Y L, LEE M H, et al. Ankaflavin from Monascusfermented red rice exhibits selective cytotoxic effect and induces cell death on Hep G2 cells[J]. Agricultural and Food Chemistry, 2005, 53(6): 1949-1954. DOI:10.1021/jf048310e.
[4] JIANG D H, HAO J, YE Y, et al. Studies on screening of higher γ-aminobutyric acid-producing Monascus and optimization of fermentative parameters[J]. European Food Research and Technology, 2011, 232(3): 541-547. DOI:10.1007/s00217-010-1413-5.
[5] LEE C L, WEN J Y, HSU Y W, et al. Monascus-fermented yellow pigments monascin and ankaf avin showed antiobesity effect via the suppression of differentiation and lipogenesis in obese rats fed a highfat diet[J]. Agricultural and Food Chemistry, 2013, 61(7): 1493-1500. DOI:10.1021/jf304015z.
[6] JIRASATID S, NOPHARATANA M, KITSUBUN P, et al. Statistical optimization for Monacolin K and yellow pigment production and citrinin reduction by Monascus purpureus in solid-state fermentation[J]. Journal of Microbiology and Biotechnology, 2013, 23(3): 364-374.
[7] ENDO A, MONACOLIN K. A new hypocholestemlemic agent that speciticalfy inhibits 3-hydroxy-3-methyglutaryl coenzyme a reductase[J]. The Journal of Antibiotics, 1980, 33(3): 334-336. DOI:10.7164/antibiotics.33.334.
[8] BONOLI M, VERARDO V, MARCONI E, et al. Antioxidant phenols in barley (Hordeum vulgare L.) f our: comparative spectrophotometric study among extraction methods of free and bound phenolic compounds[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2004, 52(16): 5195-5200. DOI:10.1021/jf040075c.
[9] MADHUJITH T, SHAHIDI F. Antioxidative and antiproliferative properties of selected barley (Hordeum vulgarae L.) cultivars and their potential for inhibition of low-density lipoprotein (LDL) cholesterol oxidation[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2007, 55(13): 5018-5024. DOI:10.1021/jf070072a.
[10] YU Y L, LU Y, TANG X, et al. Formulation, preparation, evaluation of an intravenous emulsion containing Brucea javanica oil and coix seed oil for anti-tumour application[J]. Biological Pharmaceutical Bulletin, 2008, 31(4): 673-680. DOI:10.1248/bpb.31.673.
[11] HYUN J L, JIHO R, SU H P, et al. Suppressive effects of coixol, glyceryl trilinoleate and natural products derived from Coix lachrymajobi var. ma-yuen on gene expression, production and secretion of airway MUC5AC mucin[J]. Archives of Pharmacal Research, 2015, 38(5): 620-627. DOI:10.1007/s12272-014-0377-6.
[12] 万强, 刘敏, 陈兴鹏. 青稞红曲品质及质量分析初探[J]. 食品科技, 2013, 38(9): 267-270. DOI:10.13684/j.cnki.spkj.2013.09.070.
[13] 赵辉. 青稞红曲醋及其酿造方法: 200910307745.1[P]. (2010-04-21).
[14] 赵辉. 青稞红曲保健酒及其酿造方法: 200910307760.6[P]. (2010-04-21).
[15] 赵辉. 一种功能青稞红曲茶及其制备方法: 201110020831.1[P]. (2011-07-20).
[16] LU L P, ZHANG B B, XU G R. Efficient conversion of high concentration of glycerol to Monacolin K by solid-state fermentation of Monascus purpureus using bagasse as carrier[J]. Bioprocess and Biosystems Engineering, 2013, 36(3): 293-299. DOI:10.1007/s00449-012-0784-3.
[17] TAN J, CHU J, SHI W J, et al. High-throughput screening strategy used for enhanced production of pigment by Monascus purpureus D39-4[J]. Food Science and Biotechnology, 2012, 21(6): 1603-1610. DOI:10.1007/s10068-012-0213-z.
[18] ZHANG B B, LU L P, XIA Y J, et al. Use of agar as carrier in solidstate fermentation for Monacolin K production by Monascus: a novel method for direct determination of biomass and accurate comparison with submerged fermentation[J]. Biochemical Engineering Journal, 2013, 80(15): 10-13. DOI:10.1016/j.bej.2013.09.007.
[19] 王启军, 孙小燕, 张水华, 等. 发酵瓶及相关工艺条件对红曲固态发酵产Monacolin K的影响[J]. 食品科技, 2008, 33(4): 9-11. DOI:10.13684/j.cnki.spkj.2008.04.007.
[20] XU B J, WANG Q J, JIA X Q, et al. Enhanced lovastatin production by solid state fermentation of Monascus rubber[J]. Biotechnology and Bioprocess Engineering, 2005, 10(1): 78-84. DOI:10.1007/ BF02931187 .
[21] 肖昌贵, 刘志彬, 张雯, 等. 响应面法优化红曲酸奶的发酵工艺[J]. 中国酿造, 2014, 33(4): 145-149. DOI:10.3969/j.issn.0254-5071.2014.04.035.
[22] 李厚聪, 刘圆, 袁玮, 等. HPLC测定薏苡中薏苡素的含量[J]. 华西药学杂志, 2009, 24(5): 530-532. DOI:10.13375/j.cnki.wcjps.2009.05.012.
[23] 杨志清, 王硕, 张世鲍, 等. 15 种薏苡仁中多糖含量测定[J]. 亚太传统医药, 2014, 10(19): 25-26.
[24] SHEN Y, JIN L, XIAO P, et al. Total phenolics, flavonoids, antioxidant capacity in rice grain and their relations to grain color, size and weight[J]. Journal of Cereal Science, 2009, 49(1): 106-111. DOI:10.1016/j.jcs.2008.07.010.
[25] 龚凌霄. 青稞全谷物及其防治代谢综合征的作用研究[D]. 杭州: 浙江大学, 2013.
[26] 连喜军, 鲁晓翔, 蔡保松, 等. 国际标准酶法测定β-葡聚糖含量的研究[J]. 粮油食品科技, 2006, 14(6): 27-29. DOI:10.16210/ j.cnki.1007-7561.2006.06.011.
[27] LIN C F, LIZUKA H. Production of extracellular pigment by a mutant of Monascus kaoliang sp. nov[J]. Applied and Environment Microbiology, 1982, 43(3): 671-676.
Optimization of Fermentation Process of A Mixture of Highland Barley Bran and Coix Seed by Monascus purpureus Using Response Surface Methodology
PU Lining
1, CHEN Guangjing
1,2, KAN Jianquan
1,2,*
(1. College of Food Science, Southwest University, Chongqing 400715, China; 2. Chongqing Key Laboratory of Produce Processing and Storage, Chongqing 400715, China)
Abstract：This study aimed to optimize the solid-state fermentation process of a mixture of highland barley bran and coix seed (1:1, m/m) by Monascus purpureus (CICC.5046) for improved production of Monacolin K as a hypolipidemic agent by the combined use of one-factor-at-a-time method and response surface methodology. The changes in the main substances with physiological activities were investigated during the fermentation process. The one-factor-at-a-time experiments selected fermentation temperature, inoculum size and filling quantity as the main factors that affect the production of Monacolin K, and these factors were optimized by response surface methodology to be 29 ℃, 8% and 40 g of substrates with 60% water added contained in a 250 mL beaker, respectively. After fermentation for 12 d under these conditions, the Monacolin K yield was 110.556 mg/kg. During the fermentation, Monacolin K, pigments and soluble polyphenols were significantly increased whereas soluble polysaccharides, total flavonoids and β-glucan were decreased significantly. In general, the substance with hypolipidemic activity was increased more significantly.
Key words：highland barley bran; coix seed; Monascus purpureus; Monacolin K; response surface methodology
DOI：10.7506/spkx1002-6630-201702041
中图分类号：TS218
文献标志码：A
文章编号：1002-6630（2017）02-0264-07
引文格式：
蒲立柠, 陈光静, 阚建全. 响应面试验优化青稞麸皮薏仁红曲霉发酵工艺[J]. 食品科学, 2017, 38(2): 264-270. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201702041. http://www.spkx.net.cn
PU Lining, CHEN Guangjing, KAN Jianquan. Optimization of fermentation process of a mixture of highland barley bran and coix seed by Monascus purpureus using response surface methodology[J]. Food Science, 2017, 38(2): 264-270. (in Chinese with English abstract)
DOI：10.7506/spkx1002-6630-201702041. http://www.spkx.net.cn
收稿日期：2016-03-23
基金项目：公益性行业（农业）科研专项（GJFP201501201）
作者简介：蒲立柠（1989—），女，硕士研究生，研究方向为食品化学与营养学。E-mail：pulining27@163.com
*通信作者：阚建全（1965—），男，教授，博士，研究方向为食品化学与营养学、食品生物技术、食品质量与安全。E-mail：ganjq1965@163.com