CN107373308A - 一种利用三七渣生产新型红色素的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用三七渣发酵生产新型红色素的方法。本发明是这样实现的：（1）对三七渣进行干燥、粉碎、筛分预处理；（2）将经过预处理的三七渣、水和氮源按一定比例混合均匀；（3）将混合均匀的物料进行蒸汽灭菌处理；（4）在灭菌后的物料上接种至少一种红曲霉以及黑曲霉、宇佐美曲霉、米根霉中的至少一种进行混菌固态发酵；（5）发酵培养物经干燥后就得到新型红色素。采用本发明所述方法，可以将三七渣转化为新型红色素。该方法将三七渣进行资源化利用，变废为宝，不仅减少了其对环境造成的污染，又能为食品和医药行业提供一种新型红色素。
Description
技术领域
本发明属于工业废弃物资源化领域，涉及一种利用三七渣生产红色素的方法。
背景技术
随着我国中医药事业的迅速发展，全国各大中药制药厂的中药渣废弃量日益增加。中药渣的处理往往采用传统的处理方法，如焚烧、填埋、固定区域堆放，这不仅需要投入大量的资金，还会造成资源的浪费和严重的环境污染。因此，如何合理地处置和利用中药渣是实现中药现代化进程中一个不可回避的重要问题。目前对中药渣进行资源化利用的途径主要有发酵生产蛋白饲料、作为饲料添加剂使用、制作有机肥料、制备活性炭、裂解产燃气等。
三七是我国传统名贵中药材，也是一种药食两用植物，其根茎可以入药，三七的主要药用组分是皂苷，提取有效成分后的三七渣通常作为废弃物进行处置。经提取总皂苷后的三七渣中仍然含有淀粉、纤维素、蛋白质、氨基酸及各种微量元素等营养物质，将其作为发酵基质进一步开发利用，可以变废为宝，提高资源的利用效率。申请号为201010232573.9的中国发明专利公开了“一种用三七渣发酵蒸馏制备的白酒及方法”；申请号为201110119291.2的中国发明专利公开了“一种用三七渣发酵生产蛋白饲料的方法”；申请号为201210196021.6的中国发明专利公开了“一种利用三七渣发酵生产木霉生防制剂的方法”；申请号为201210521383.8的中国发明专利公开了“一种利用三七渣发酵生产饲用复合酶制剂的方法”；申请号为201310437721.4的中国发明专利公开了“一种利用三七渣混菌发酵生产药性菌质的方法”；申请号为201310437623.0的中国发明专利公开了“一种利用三七渣制备红曲菌质的方法”。
食用色素分为天然色素和人工合成色素两种，由于合成色素存在安全性问题，目前人们越来越多的选择天然色素作为食品添加剂使用。红色素是一种天然色素，来源于红曲霉的发酵代谢过程，广泛应用于食品工业，如添加到肉制品、奶制品、水产品、果品、饼干等各类食物中，是化学合成色素很好的替代品，市场前景十分广阔。红色素的生产可以采用液态发酵和固态发酵两种工艺，相对而言，固态发酵的产量更高些。目前用于固态发酵生产红色素的原料主要有大米、高粱、玉米、大豆等粮食作物，导致生产成本较高，并且还消耗了大量粮食。以三七渣为发酵基质进行固态发酵生产红色素可以实现三七渣的资源化利用，获得天然红色素产品，降低生产成本。
目前采用红曲霉固态发酵废弃生物质生产红色素存在的主要问题在于发酵培养物中红色素的色价较低，以三七渣为例，采用红曲霉单菌发酵，其发酵培养物中红色素色价仅为8.0~16.8u/g。为了提高发酵培养物中红色素色价，本发明采用黑曲霉（Aspergillus niger 3.1858）、宇佐美曲霉（Aspergillus usamii 3.2923）、米根霉（Rhizopus oryzae 3.5842）中的一种与红色红曲霉（Monascus ruber 3.549）、紫红曲霉（Monascus purpureus3.4577）、丛毛红曲霉（Monascus pilosus 3.976）中的一种进行混菌发酵。由于黑曲霉、宇佐美曲霉、米根霉具有较强的糖化能力，并且和红曲霉有良好的互利共生关系，在混菌发酵过程中可以促进红色素的生成，进而显著提高发酵培养物中红色素色价：混菌发酵培养物中红色素色价通常可达42.6~58.3u/g。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用三七渣固态发酵生产红色素的方法。本发明所述利用三七渣固态发酵生产红色素的方法，其工艺步骤依次如下：
1、三七渣的预处理
将湿的三七渣烘干后粉碎过筛，选择粒径0.2-0.4mm的三七渣用于后续工艺；
2、配料与混料
将经过预处理的三七渣、适量的氮源和水混合均匀，具体配料方式如下：
预处理后的三七渣100份，氮源4-6份，固态物料与水的质量比为1:1.8-1:2.5；
配料时先将氮源加入到水中混合均匀，再将所配制的溶液与三七渣混合均匀；
3、灭菌
将混合料采用高压蒸汽灭菌法进行灭菌处理：蒸汽压力1atm，温度121℃，时间至少为30分钟；
4、发酵
将灭菌处理后的混合料进行混菌发酵，菌种按10％-20%的接种量进行接种，发酵条件：压力为常压，温度为28℃-30℃，发酵周期为10天-14天；
5、干燥
将发酵培养物于60℃烘干后就成为红色素产品。
所述方法中，配料时所用的氮源为酵母粉、尿素、蛋白胨、硫酸铵中的一种或多种；
所述方法中，发酵时所用的菌种至少包括黑曲霉（Aspergillus niger 3.1858）、宇佐美曲霉（Aspergillus usamii 3.2923）、米根霉（Rhizopus oryzae 3.5842）中的一种以及红色红曲霉（Monascus ruber 3.549）、紫红曲霉（Monascus purpureus 3.4577）、丛毛红曲霉（Monascus pilosus 3.976）中的一种；
本发明具有以下有益效果：
（1）采用本发明所述方法，将三七渣转化为红色素，可以实现三七渣的资源化利用，降低红色素的生产成本。
（2）通过本发明所述方法制备的红色素与现有的红曲霉单菌发酵工艺生产的红色素相比，色价有了显著的提高。
（3）与液态发酵相比，本发明采用的固态发酵工艺具有生产设备简单、能耗低、产生的废渣、废水少、环境污染小等优势，有助于生产企业实现节能减排和清洁生产。
具体实施方式
实施例1 本实施例以三七渣为原料，红色红曲霉（Monascusruber 3.549）/黑曲霉（Aspergillus niger 3.1858）为菌种进行混菌固态发酵生产红色素。具体步骤如下：
1、三七渣的预处理
首先将三七渣在常压、60℃下用烘箱进行烘干，时间以三七药渣呈易粉碎状态为限。将干燥后的三七渣粉碎后过筛，选择粒径0.2-0.3mm的三七渣用于后续工艺；
2、配料与混料
先将4g酵母粉加入到250g水中，混合均匀，然后再将该溶液与经过预处理的100g三七渣粉混合均匀；
3、灭菌
将混合料采用高压蒸汽灭菌法进行灭菌处理：蒸汽压力1atm，温度121℃，时间至少为30分钟；
4、发酵
采用同步接种方式进行发酵，在灭菌处理后的混合料中接入红色红曲霉（Monascusruber 3.549）和黑曲霉（Aspergillus niger 3.1858）进行发酵，红色红曲霉（Monascusruber 3.549）和黑曲霉（Aspergillus niger 3.1858）的接种比为1:1，总接种量为15%，发酵条件：发酵周期为14天，压力为常压，温度为30℃；
5、干燥
发酵后的产物经烘箱在常压、60℃干燥后就得到红色素产品，该产品中红色素色价为58.3u/g。
实施例2 本实施例以三七渣为原料，紫红曲霉（Monascus purpureus 3.4577）/米根霉（Rhizopus oryzae 3.5842）为菌种进行混菌固态发酵生产红色素。具体步骤如下：
1、三七渣的预处理
首先将三七渣在常压、60℃下用烘箱进行烘干，时间以三七药渣呈易粉碎状态为限。将干燥后的三七渣粉碎后过筛，选择粒径0.3-0.4mm的三七渣用于后续工艺；
2、配料与混料
先将6g硫酸铵加入到180g水中，混合均匀，然后再将该溶液与经过预处理的100g三七渣粉混合均匀；
3、灭菌
将混合料采用高压蒸汽灭菌法进行灭菌处理：蒸汽压力1atm，温度121℃，时间至少为30分钟；
4、发酵
采用异步接种方式进行发酵，先在灭菌处理后的混合料中接入米根霉（Rhizopus oryzae 3.5842），然后在发酵48小时后再接入紫红曲霉（Monascus purpureus 3.4577）进行发酵，米根霉（Rhizopus oryzae 3.5842）和紫红曲霉（Monascus purpureus 3.4577）的接种比为1:1，总接种量为10%，发酵条件：发酵周期为10天，压力为常压，发酵前2天温度为28℃，从发酵第3天开始直到发酵结束，温度为30℃；
5、干燥
发酵后的产物经烘箱在常压、60℃干燥后就得到红色素产品，该产品中红色素色价为42.6u/g。
实施例3 本实施例以三七渣为原料，丛毛红曲霉（Monascuspilosus3. 976）/宇佐美曲霉（Aspergillus usamii 3.2923）为菌种进行混菌固态发酵生产红色素。具体步骤如下：
1、三七渣的预处理
首先将三七渣在常压、60℃下用烘箱进行烘干，时间以三七药渣呈易粉碎状态为限。将干燥后的三七渣粉碎后过筛，选择粒径0.2-0.4mm的三七渣用于后续工艺；
2、配料与混料
先将6g蛋白胨加入到265g水中，混合均匀，然后再将该溶液与经过预处理的100g三七渣粉混合均匀；
3、灭菌
将混合料采用高压蒸汽灭菌法进行灭菌处理：蒸汽压力1atm，温度121℃，时间至少为30分钟；
4、发酵
采用同步接种方式进行发酵，在灭菌处理后的混合料中同步接入丛毛红曲霉（Monascuspilosus3. 976）和宇佐美曲霉（Aspergillus usamii 3.2923）进行发酵，丛毛红曲霉（Monascuspilosus3. 976）和宇佐美曲霉（Aspergillus usamii 3.2923）的接种比为1:1，总接种量为20%，发酵条件：发酵周期为12天，压力为常压，发酵温度为29℃；
5、干燥
发酵后的产物经烘箱在常压、60℃干燥后就得到红色素产品，该产品中红色素色价为57.8u/g。
实施例4 本实施例以三七渣为原料，紫红曲霉（Monascus purpureus 3.4577）/黑曲霉（Aspergillus niger 3.1858）为菌种进行混菌固态发酵生产红色素。具体步骤如下：
1、三七渣的预处理
首先将三七渣在常压、60℃下用烘箱进行烘干，时间以三七药渣呈易粉碎状态为限。将干燥后的三七渣粉碎后过筛，选择粒径0.2-0.3mm的三七渣用于后续工艺；
2、配料与混料
先将4g硫酸铵加入到240g水中，混合均匀，然后再将该溶液与经过预处理的100g三七渣粉混合均匀；
3、灭菌
将混合料采用高压蒸汽灭菌法进行灭菌处理：蒸汽压力1atm，温度121℃，时间至少为30分钟；
4、发酵
采用同步接种方式进行发酵，在灭菌处理后的混合料中接入紫红曲霉（Monascus purpureus 3.4577）和黑曲霉（Aspergillus niger 3.1858）进行发酵，紫红曲霉（Monascus purpureus 3.4577）和黑曲霉（Aspergillus niger 3.1858）的接种比为1:1，总接种量为20%，发酵条件：发酵周期为12天，压力为常压，温度为30℃；
5、干燥
发酵后的产物经烘箱在常压、60℃干燥后就得到红色素产品，该产品中红色素色价为57.1u/g。
实施例5 本实施例以三七渣为原料，紫红曲霉（Monascus purpureus 3.4577）/宇佐美曲霉（Aspergillus usamii 3.2923）为菌种进行混菌固态发酵生产红色素。具体步骤如下：
1、三七渣的预处理
首先将三七渣在常压、60℃下用烘箱进行烘干，时间以三七药渣呈易粉碎状态为限。将干燥后的三七渣粉碎后过筛，选择粒径0.3-0.4mm的三七渣用于后续工艺；
2、配料与混料
先将6g尿素加入到255g水中，混合均匀，然后再将该溶液与经过预处理的100g三七渣粉混合均匀；
3、灭菌
将混合料采用高压蒸汽灭菌法进行灭菌处理：蒸汽压力1atm，温度121℃，时间至少为30分钟；
4、发酵
采用异步接种方式进行发酵，先在灭菌处理后的混合料中接入宇佐美曲霉（Aspergillus usamii 3.2923），然后在发酵24小时后再接入紫红曲霉（Monascus purpureus 3.4577）进行发酵，宇佐美曲霉（Aspergillus usamii 3.2923）和紫红曲霉（Monascus purpureus 3.4577）的接种比为1:1，总接种量为10%，发酵条件：发酵周期为14天，压力为常压，发酵温度为28℃；
5、干燥
发酵后的产物经烘箱在常压、60℃干燥后就得到红色素产品，该产品中红色素色价为55.7u/g。
实施例6 本实施例以三七渣为原料，紫红曲霉（Monascus purpureus 3.4577）/丛毛红曲霉（Monascuspilosus3. 976）/宇佐美曲霉（Aspergillus usamii 3.2923）/黑曲霉（Aspergillus niger 3.1858）为菌种进行混菌固态发酵生产红色素。具体步骤如下：
1、三七渣的预处理
首先将三七渣在常压、60℃下用烘箱进行烘干，时间以三七药渣呈易粉碎状态为限。将干燥后的三七渣粉碎后过筛，选择粒径0.3-0.4mm的三七渣用于后续工艺；
2、配料与混料
先将6g酵母粉加入到255g水中，混合均匀，然后再将该溶液与经过预处理的100g三七渣粉混合均匀；
3、灭菌
将混合料采用高压蒸汽灭菌法进行灭菌处理：蒸汽压力1atm，温度121℃，时间至少为30分钟；
4、发酵
采用异步接种方式进行发酵，先在灭菌处理后的混合料中接入宇佐美曲霉（Aspergillus usamii 3.2923）和黑曲霉（Aspergillus niger 3.1858），然后在发酵24小时后再接入紫红曲霉（Monascus purpureus 3.4577）和丛毛红曲霉（Monascuspilosus3.976）进行发酵，紫红曲霉（Monascus purpureus 3.4577）、丛毛红曲霉（Monascuspilosus3.976）、宇佐美曲霉（Aspergillus usamii 3.2923）、黑曲霉（Aspergillus niger 3.1858）的接种比为1:1:1:1，总接种量为20%，发酵条件：发酵周期为12天，压力为常压，发酵温度为28℃；
5、干燥
发酵后的产物经烘箱在常压、60℃干燥后就得到红色素产品，该产品中红色素色价为54.8u/g。
实施例7 本实施例以三七渣为原料，紫红曲霉（Monascus purpureus 3.4577）/红色红曲霉（Monascus ruber 3.549）/米根霉（Rhizopus oryzae 3.5842）为菌种进行混菌固态发酵生产红色素。具体步骤如下：
1、三七渣的预处理
首先将三七渣在常压、60℃下用烘箱进行烘干，时间以三七药渣呈易粉碎状态为限。将干燥后的三七渣粉碎后过筛，选择粒径0.3-0.4mm的三七渣用于后续工艺；
2、配料与混料
先将5g蛋白胨加入到250g水中，混合均匀，然后再将该溶液与经过预处理的100g三七渣粉混合均匀；
3、灭菌
将混合料采用高压蒸汽灭菌法进行灭菌处理：蒸汽压力1atm，温度121℃，时间至少为30分钟；
4、发酵
采用异步接种方式进行发酵，在灭菌处理后的混合料中同步接入米根霉（Rhizopus oryzae 3.5842）、紫红曲霉（Monascus purpureus 3.4577）、红色红曲霉（Monascus ruber 3.549）进行发酵，米根霉（Rhizopus oryzae 3.5842）、紫红曲霉（Monascus purpureus3.4577）、红色红曲霉（Monascus ruber 3.549）的接种比为1:1:1，总接种量为15%，发酵条件：发酵周期为13天，压力为常压，发酵温度为29℃；
5、干燥
发酵后的产物经烘箱在常压、60℃干燥后就得到红色素产品，该产品中红色素色价为57.6u/g。
Claims (4)
1.一种以三七渣为原料，通过混菌固态发酵工艺生产红色素的方法，其具体工艺特征如下：
（1）三七渣的预处理
将湿的三七渣烘干后粉碎过筛，选择粒径0.2-0.4mm的三七渣用于后续工艺；
（2）配料与混料
将经过预处理的三七渣、适量的氮源和水混合均匀，具体配料方式如下：
预处理后的三七渣100份，氮源4-6份，固态物料与水的质量比为1:1.8-1:2.5；
配料时先将氮源加入到水中混合均匀，再将所配制的溶液与三七渣混合均匀；
（3）灭菌
将混合料采用高压蒸汽灭菌法进行灭菌处理：蒸汽压力1atm，温度121℃，时间至少为30分钟；
（4）发酵
将灭菌处理后的混合料进行混菌发酵，菌种按10％-20%的接种量进行接种，发酵条件：压力为常压，温度为28℃-30℃，发酵周期为10天-14天；
（5）干燥
将发酵培养物于60℃烘干后就成为红色素产品。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于配料时所用的氮源为酵母粉、尿素、蛋白胨、硫酸铵中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于发酵时使用的菌种至少包括黑曲霉（Aspergillus niger 3.1858）、宇佐美曲霉（Aspergillus usamii 3.2923）、米根霉（Rhizopus oryzae 3.5842）中的一种以及红色红曲霉（Monascus ruber 3.549）、紫红曲霉（Monascus purpureus 3.4577）、丛毛红曲霉（Monascus pilosus 3.976）中的一种。
4.一种权利要求1-3之一所述方法获得的红色素。
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