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生物技术通报
BIOTECHNOLOGY BULLETIN 2015, 31(2):187-195
红曲色素是红曲霉生长过程中产生的次级代谢
产物，主要有 3 类 6 种，即 ：红色素 Monascorubra-
mine 与 Rubropunctamine、 橙 色 素 Monascorubin 与
Rubropunctatin、 黄 色 素 Ankaflavin 与 Monascin［1］。
红曲色素具有较强的耐光性与耐热性，对酸、碱、
氧化剂与还原剂均较稳定，有着色、防腐、保健和
药用等价值，是安全性最高的食用色素之一，广泛
地应用于食品、饲料和医药等领域［2-4］。此外，红
曲霉在产生色素的同时，还能产生莫纳可林 K 与 γ-
氨基丁酸等具有降血压、降胆固醇和降血脂作用的
多种次级代谢产物 ［5，6］，红曲色素类产品也因含有
这些功能性成分而具有一定的保健价值，深受消费
者欢迎，市场需求日益增加，应用领域不断扩展。
红曲色素的生产方式主要有固态发酵和液态发
酵两种。固态发酵是传统生产方式，也是目前最主
要的生产方式，但生产效率低、发酵条件不容易控
制、易污染，不适合大规模的工业化生产［7-10］。相
比较而言，液态发酵不易污染、培养条件易控制、
生产效率高，更适合大规模工业化生产，但红曲霉
在液态发酵时产红曲色素的能力较低，仅仅为固态
发酵时的 10%-20%，这严重制约着液态发酵的推广
与应用［4，11-13］。因此，选育适于液态发酵产红曲色
素的高产菌株、优化液态发酵工艺、提高发酵水平，
已成为国内外研究的热点［14，15］。
收稿日期 ：2014-07-18
作者简介 ：张锐，男，讲师，研究方向 ：生物制药 ；E-mail ：252917839@qq.com
红曲霉液态发酵生产红曲色素的工艺优化
张锐
（包头轻工职业技术学院，包头 014035）
摘 要 ： 为提高红曲色素的液态发酵水平，降低生产成本，采用 Plackett-Burman 试验与 Box- Benhnken 试验对红曲霉 MY-03
液态发酵生产红曲色素的工艺条件进行了优化，获得了最佳工艺条件 ：葡萄糖 50 g/L、蛋白胨 58.07 g/L、MgSO4 2 g/L、NaNO3 2
g/L、MnSO4 0.3 g/L、ZnSO4 0.1 g/L、装瓶量 50.8 mL、接种量 10.0%（V/V），于 150 r/min、30℃恒温培养 7 d，红曲色素色价可达
342.24±2.88 U/mL，比基础培养基提高了 86.9%。
关键词 ： 红曲霉 ；液态发酵 ；红曲色素 ；响应面法
DOI ：10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2015.02.028
Optimization of Production Condition of Monascus Pigment by
Monascus purpureus in Liquid State Fermentation
Zhang Rui
（Bao Tou Light Industry Vocational Technical College，Baotou 014035）
Abstract ： In order to improve the yield of Monascus pigment and reduce the production costs, Monascus purpureus MY-03 was adopted
to produce Monascus pigment in the liquid state fermentation, and the fermentation conditions were optimized by Plackett-Burman design and
Box-Benhnken experimental design. The results showed that the optimum medium was composed of glucose 50 g/L, peptone 58.07 g/L, MgSO4 2
g/L, NaNO3 2 g/L, MnSO4 0.3 g/L, ZnSO4 0.1 g/L ；and the optimum bottle load was 50.8 mL in a 250 mL flask, and the optimum inoculum volume
was 10.0%（V/V）. The color value of Monascus pigment reached to 342.24±2.88 U/mL, increased by 86.9% than that in the basal medium,
when the test fungi were incubated in 150 r/min and 30℃ for 7 d.
Key words ： Monascus purpureus ；submerged fermentation ；Monascus pigment ；Response Surface Methodology
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2015,Vol.31,No.2188
响应面方法（Response surface methodology，R-
SM）是一系列统计技术的合称，包括试验设计、建模、
因子效应评估以及寻求因子最佳操作条件，已成功
地应用于多种产品的发酵工艺优化，其中包括红曲
色素的固态发酵工艺［4］，但用于红曲色素液态发酵
工艺优化的报道较少［16］。本研究采用响应面法对实
验室选育的红曲色素高产菌株紫色红曲霉 MY-03 的
液态发酵工艺进行优化，研究影响液态发酵时红曲
色素产量的主要因素并确定其最佳水平，旨在提高
红曲色素产量，为工业化生产做好技术储备。
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 菌种 紫色红曲霉 MY-03（Monascus purpur-
eus MY-03），由包头轻工职业技术学院生物工程与
技术实验中心选育保存。
1.1.2 培养基 菌种保藏培养基 ：马铃薯葡萄糖琼
脂培养基（PDA）；种子培养基（g/L）：葡萄糖 30、
蛋 白 胨 20、KH2PO4 1、MgSO4 1、pH 值自 然 ；基
础发酵培养基 ：葡萄糖 60、蛋白胨 20、MgSO4 1、
NaNO3 2、MnSO4 0.1、ZnSO4 0.1、pH 自然。
1.1.3 主要仪器和试剂 752 型紫外分光光度计 ：
上海菁华科技仪器有限公司 ；台式低速离心机 ：上
海安亭科学仪器厂 ；HH-4 型数显恒温水浴锅 ：龙口
市先科仪器公司 ；DHZ-D 大容量全温振荡器 ：太仓
市实验设备厂 ；HJ-CF-2D 型双人净化工作台 ：上海
苏净实业有限公司 ；葡萄糖，麦芽糖，甘油，蔗糖，
蛋白胨，无水乙醇，无机盐等试剂均为国产分析纯。
1.2 方法
1.2.1 培养方法 试管菌种培养 ：挑取 1 环紫色
红曲霉 MY-03 菌种接种于 PDA 斜面培养基中，于
30℃恒温培养 7 d，置于 4℃冰箱中保存备用。三角
瓶种子培养 ：向已培养好的试管斜面菌种中注入 5
mL 无菌水，刮取孢子，制成孢子悬液，吸取 1 mL
接种于装有 100 mL 种子培养基的 250 mL 三角瓶中，
于 150 r/min、30℃恒温培养 48 h。液态发酵 ：将种
子液按照一定的接种量接入装有 100 mL 发酵培养基
的 250 mL 三角瓶中，于 150 r/min、30℃恒温培养 7 d。
1.2.2 红曲色素的提取与色价测定 取 10 mL 发酵
液，于 4 000 r/min 离心 15 min，取上清液 1 mL，加
入 70% 的乙醇 9 mL，于 60℃保温 1 h，用 70% 的
乙醇进行适当稀释后按照 GB4926-2008《中华人民
共和国国家标准—食品添加剂 红曲米（粉）》规定
的方法测定色价［17，18］。
1.2.3 红曲霉液态发酵产红曲色素的工艺优化单因
素试验设计 以 1.2.1 中的液态基础发酵培养基为基
础，考察不同碳源、氮源、无机盐、微量元素、装瓶量、
接种量等因素对发酵产红曲色素的影响。
1.2.4 Plackett-Burman 试验 在单因素试验的基础
上，采用 8 因素的 Plackett-Burman 试验设计考察碳
源、氮源、无机盐、装瓶量和接种量等因素对红曲
色素产量的影响，以评价各因素的影响显著性程度。
各因素及其水平见表 1，试验设计与数据分析均采
用 Design Expert 7.1（Stat-Ease Corp.，Minneapolis，
MN，USA）。
表 1 Plackett-Burman 试验设计的因素和水平
变量 因素
水平
-1 1
X1 葡萄糖 /（g·L
-1） 50 70
X2 蛋白胨 /（g·L
-1） 20 40
X3 装瓶量 / mL 50 150
X4 MgSO4/（g·L
-1） 2 4
X5 接种量 /（%，V/V） 4 8
X6 NaNO3/（g·L
-1） 2 4
X7 ZnSO4/（g·L
-1） 0.1 0.3
X8 MnSO4/（g·L
-1） 0.3 0.5
1.2.5 Box-Behnken 试验设计 对 Plackett-Burman 试
验中影响显著的 3 个因素（蛋白胨、装瓶量与接种量）
设计 Box-Behnken 中心组合试验，其因素与水平见
表 2。为使拟合方程具有旋转型和通用性，中心点
重复 5 次。试验数据采用 Design Expert 7.1（Stat-Ease
Corp.，Minneapolis，MN，USA）进行多元回归分析
并构建二次多项式数学模型 ：
Y = βo + ∑ βi xi + ∑ βii x2i + ∑ βij xi xj
式中，Y 为红曲色素色价（U/mL），xi、xj 为自
变量编码值，βo 为常系数，βi 为线性系数，βii 为二
次项系数，βij 为交互项系数。
2015,31(2) 189张锐：红曲霉液态发酵生产红曲色素的工艺优化
2 结果
2.1 碳源种类及其添加量对红曲色素产量的影响
碳源是微生物生长代谢最重要的营养物质之一。
碳源物质用来供给菌体生命活动所必需的能量和构
成菌体细胞及各种代谢产物。常用的碳源包括各种
能迅速利用的单糖（如葡萄糖、果糖等）、双糖（如
蔗糖、麦芽糖等）和缓慢利用的淀粉等多糖。
分别以 60 g/L 的葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、甘油、
可溶性淀粉、大米粉、玉米粉为碳源，其它成分同
液态基础发酵培养基（1.2.1）。进行液态发酵后，根
据发酵液的色价确定最适碳源。试验结果见表 3 和
图 1。
根据上述试验确立的最适碳源基础上进行碳源
含量优化试验。分别取碳源含量 20、40、60、80、
100 和 120 g/L 6 个水平。进行液态发酵后，根据发
酵液的色价确定最佳碳源的含量。试验结果见图 1。
表 3 不同碳源发酵液的形态和菌丝体干重量
碳源 发酵液形态 菌丝体干重 /（g·L-1）
蔗糖 浅红，较黏稠 5.50
葡萄糖 深红，较黏稠 6.20
麦芽糖 浅红，较黏稠 5.32
甘油 深红，较黏稠 4.93
可溶性淀粉 深红，较黏稠 6.97
大米粉 浅红，十分黏稠 14.93
玉米粉 浅红，十分黏稠 9.78
不同碳源对红曲色素产量的影响（图 2）显示，
葡萄糖作为碳源时，红曲色素的产量最高，与淀粉、
甘油、大米粉、蔗糖、麦芽糖等其它原料作碳源时
的发酵水平有极显著差异（P<0.01）。因此，葡萄糖
是紫色红曲霉 MY-03 液态发酵生产红曲色素的最适
碳源。
由图 2 所示，葡萄糖含量过高或过低都不利于
代谢产物红曲色素的产生，葡萄糖过少，不能给菌
株提供充足的能源，不利于产生更多的红曲色素 ；
葡萄糖过多，使菌种一直处于优越的环境，菌丝体
繁殖旺盛，但不利于红曲色素的产生。当葡萄糖含
量为 60 g/L 时，红曲色素的产量最高，为 200.56 U/mL。
2.2 氮源种类及其添加量对红曲色素产量的影响
氮是构成微生物细胞蛋白质和核酸的主要元素，
因此是菌体生长以及代谢产物形成所必需的。为探
索出紫色红曲霉液态发酵产红曲色素的最佳氮源，
本试验在加有最适含量碳源的基础培养基中分别加
入 25 g/L 的蛋白胨、酵母浸膏、豆粕、尿素、硝酸铵、
硫酸铵、氯化铵，其它成分同基础发酵培养基（加
有 60 g/L 的葡萄糖）。进行液态发酵后，根据发酵液
表 2 Box-Behnken 中心组合试验的因素和水平
变量 因素
水平
-1 0 1
X2 蛋白胨 /（g·L
-1） 20 40 60
X3 装瓶量 / mL 50 100 150
X5 接种量 /（%，V/V） 6 8 10
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
㪑㨴㌆ 㭇㌆ 哖㣭㌆ ⭈⋩ ⏰㊹ བྷ㊣㊹ ⦹㊣㊹
㢢ԧ U·mL-1
⻣Ⓚ
图 1 碳源对红曲色素产量的影响
0
25
50
75
100
125
150
175
200
225
250
0 20 40 60 80 100 120 140
㢢ԧ U·mL-1
㪑㨴㌆ g·L-1
图 2 葡萄糖含量对红曲色素产量的影响
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2015,Vol.31,No.2190
的色价确定最适氮源。试验结果见表 4 和图 3。
表 4 不同氮源发酵液的形态和菌丝体干重量
氮源 发酵液形态 菌丝体干重 /（g·L-1）
蛋白胨 发酵液深红，较黏稠 4.9
酵母浸膏 发酵液红，黏稠 8.0
大豆粉 发酵液红，非常黏稠 23.8
硝酸铵 发酵液黄色，较黏稠 6.4
尿素 发酵液浅黄，很稀 0.2
氯化铵 发酵液橘黄色，较黏稠 6.2
根据上述试验确立的最适氮源基础上进行碳源
含量优化试验。分别取氮源含量 10、15、20、25、
30、40、45 和 50 g/L 8 个水平。进行液态发酵后，
根据发酵液的色价确定最佳氮源的含量。试验结果
（图 4）显示，不同的氮源对其红曲色素的影响很大，
尤其是对其色调的影响。通过试验发现硝酸铵、氯
化铵为氮源时，发酵液为橘黄色，其原因可能是二
者中的 NH4
+ 能抑制红曲红色素的合成与分泌，从而
使其黄色素占有较大比重。不同氮源对红曲色素产
量的影响（图 3）显示，蛋白胨作为氮源时，红曲
色素的产量远高于酵母膏、豆粕、尿素和无机氮等
作为氮源的产量，达到了极显着水平（P<0.01）。因
此，在所考察的这 6 种氮源中，宜选择蛋白胨为紫
色红曲霉 MY-03 液态发酵产红曲色素的最适氮源。
由图 4 所示，蛋白胨含量过多或过少都不利
于代谢产物红曲色素的产生，蛋白胨过少，不能给
菌株供充足的氮源，C/N 比过高，导致菌体过速生
长，不能产生更多的红曲色素 ；蛋白胨过多，使菌
丝体生长不好，不利于红曲色素的产生。当蛋白胨
含量为 40 g/L 与 45 g/L 时，红曲色素的色价分别为
294.88 U/mL 与 299.06 U/mL，色价相差不大，而为
减少成本，固选用蛋白胨的含量为 40 g/L，此时 C/N
比为 1.5。
2.3 装瓶量对红曲色素产量的影响
装瓶量是影响液态发酵的一个重要因素，因为
本试验液态发酵是好氧发酵，溶氧的多少直接影响
到发酵状态，然而装瓶量又与溶氧呈正相关，所以
装瓶量对红曲霉液态发酵产红曲色素有很大的影响。
本 试 验 分 别 加 入 25、50、75、100、125、150 和
175 mL 带有最适碳源和氮源的液态基础发酵培养基
于 250 mL 的三角瓶中。进行液态发酵后，根据发酵
液的色价确定最适装瓶量。结果（图 5）显示，装
瓶量较少（≤ 25 mL）或较多（≥ 75 mL）时，红曲
色素的产量均较低，当装瓶量为 50 mL 时，红曲色
素的产量最高，为 320.67 U/mL。固装瓶量为 50 mL
最为适宜，说明此时的溶氧效果较好。
2.4 接种量对红曲色素产量的影响
配制含有最适碳源和氮源的液态基础发酵培养
基 数 瓶， 分 别 以 2%、4%、6%、8%、10%、12%、
14% 和 16%（V/V）的接种量接种。进行液态发酵
后，根据发酵液的色价确定最适接种量。结果（图 6）
显示，接种量的大小明显影响红曲色素的产量。接
种量过少，菌体生长缓慢，发酵时间长，色素产量低；
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
㳻ⲭ㜘 䞥⇽㞿 䉶㋅ ⺍䞨䬥 ቯ㍐ ≟ॆ䬥㢢ԧ
U·mL-1
≞Ⓚ
0
50
100
150
200
250
300
350
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55
㢢ԧ U·mL-1
㳻ⲭ㜘 g·L-1
图 3 氮源对红曲色素产量的影响
图 4 蛋白胨含量对红曲色素产量的影响
2015,31(2) 191张锐：红曲霉液态发酵生产红曲色素的工艺优化
接种量过多，菌丝体大量繁殖，使单位体积内的养
料和溶氧不足，影响红曲色素的产量。当接种量为
8% 时，红曲色素的色价最高，为 300.73 U/mL。因此，
接种量为 8% 时最为适宜。
素产量的影响（图 7-A）表明，当 NaNO3 的含量为
4 g/L 时，红曲色素的色价最高，为 285.60 U/mL ；
MgSO4 对红曲色素产量的影响（图 7-B）显示，当
MgSO4 的含量为 3 g/L 时，红曲色素的色价最高，为
291.63 U/mL。因此，NaNO3 和 MgSO4 的最适宜量分
别为 4 g/L 与 3 g/L。
0
50
100
150
200
250
300
350
0 25 50 75 100 125 150 175 200
㢢ԧ U·mL-1
㻵⬦䟿mL
255
260
265
270
275
280
285
290
295
300
305
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
㢢ԧ U·mL-1
᧕⿽䟿%
图 5 装瓶量对红曲色素产量的影响
图 6 接种量对红曲色素产量的影响
0
50
100
150
200
250
300
350A
B
0 1 2 3 4 5 6 7
NaNO3 g·L-1
MgSO4 g·L-1 050100
150
200
250
300
350
0 1 2 3 4 5 6
㢢ԧ U·mL-1
㢢ԧ U·mL-1
图 7 无机盐 NaNO3（A）及 MgSO4（B）对红曲色素产量
的影响
2.6 微量元素对红曲色素产量的影响
分 别 加 入 0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6 g/L
的 ZnSO4 和 0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6 g/L 的
MnSO4，其它成分同液态基础发酵培养基（见 1.2.1，
另加入最适碳源和氮源）。进行液态发酵后，以考
察无机盐（Zn 和 Mn）对红曲色素产量的影响。结
果（图 8）表明，微量元素对红曲霉液态发酵产红
曲色素有一定的影响。ZnSO4，即微量元素 Zn 对红
曲色素产量的影响（图 8-A）显示，当 ZnSO4 的含
量为 0.1 g/L 时，红曲色素的色价最高，为 301.95
U/mL ；MnSO4，即微量元素 Mn 对红曲色素产量的
影 响（ 图 8-B） 显 示， 当 MnSO4 的 含 量 为 0.4 g/L
时， 红 曲 色 素 的 色 价 最 高， 为 312.75 U/mL。 因
2.5 无机盐对红曲色素产量的影响
分别加入 0、1、2、3、4、5 和 6 g/L 的 NaNO3 及 0、
0.5、1、2、3、4 和 5 g/L 的 MgSO4，其它成分同液
态基础发酵培养基（见 1.2.1，另加入最适碳源和氮
源）。进行液态发酵后，以考察无机盐（NaNO3 和
MgSO4）对红曲色素产量的影响。结果（图 7）显示，
无机盐（NaNO3 和 MgSO4）对红曲色素的产量有一
定的影响，总体来说，影响不大。NaNO3 对红曲色
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2015,Vol.31,No.2192
A B
ZnSO4 g·L-1 MnSO4 g·L-1 050100150
200
250
300
350
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7
0
50
100
150
200
250
300
350
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8
㢢ԧ U·mL-1 㢢ԧ U·mL-1
图 8 微量元素 Zn（A）和 Mn（B）对红曲色素产量的影响
此，ZnSO4 和 MnSO4 的 最 适 宜 量 分 别 为 0.1 g/L 与
0.4 g/L。
2.3 Plackett-Burman试验结果
Plackett-Burman 试 验 结 果 如 表 5 所 示， 采 用
Design Expert 7.1 软件对试验数据进行一次多项回归
拟合，获得红曲色素色价 Y 对 X1-X8 等 8 个因素的
一次回归方程 ：
Y=155.06-1.79 X1+34.67 X2-13.32 X3-6.21 X4+
33.27 X5-4.58 X6-10.39 X7-12.29 X8
式中，Y 为红曲色素色价（U/mL），X1-X8 为自
表 5 Plackett-Burman 试验设计与结果
序号 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8 色价 /（U·mL
-1）
1 1 1 -1 1 1 1 -1 -1 278.55
2 -1 1 1 -1 1 1 1 -1 234.45
3 1 -1 1 1 -1 1 1 1 57.00
4 -1 1 -1 1 1 -1 1 1 226.13
5 -1 -1 1 -1 1 1 -1 1 147.90
6 -1 -1 -1 1 -1 1 1 -1 84.30
7 1 -1 -1 -1 1 -1 1 1 167.18
8 1 1 -1 -1 -1 1 -1 1 165.15
9 1 1 1 -1 -1 -1 1 -1 160.95
10 -1 1 1 1 -1 -1 -1 1 154.43
11 1 -1 1 1 1 -1 -1 -1 156.45
12 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 161.10
13 0 0 0 0 0 0 0 0 205.80
14 0 0 0 0 0 0 0 0 192.75
15 0 0 0 0 0 0 0 0 194.74
变量的编码值。该回归模型极显著（P<0.01），失拟
项不显著（P>0.05），相关系数 R2=0.960 4，这表明
回归方程的拟合度和可信度均较高，试验中 96.04%
的变异可由该模型进行解释。
方程系数的方差分析结果（表 6）显示，蛋白
胨（X2）与接种量（X5）对红曲色素产量的影响达
到了极显著水平（P<0.01），为正效应，装瓶量（X3）
为显著水平（P<0.05），为负效应 ；但其它各因素的
影响均不显著（P>0.05）。显著性因素（X2、X3 与 X5
等）将采用响应面法进一步优化。X1、X4、X6、X7
和 X8 等非显著性因素由于均为负效应，后续试验直
接采用 Plackett-Burman 设计中的低水平为最佳水平，
即葡萄糖 50 g/L、MgSO4 2 g/L、NaNO3 2 g/L、ZnSO4
0.1 g/L、MnSO4 0.3 g/L。
2.4 Box-Behnken中心组合试验
Box-Behnken 结果如表 7 所示，采用 Design Ex-
2015,31(2) 193张锐：红曲霉液态发酵生产红曲色素的工艺优化
由方差分析结果（表 8）可知，回归模型极显
著（P<0.01）、失拟项不显著（P>0.05）、模型相关
系数 R2=0.972 1，这表明回归方程的拟合度和可信度
均很高，能够很好地对红曲色素的发酵工艺进行描
述与预测。由模型系数的显著性检验结果可知，模
型的一次项、交互项 X3X5 与二次项（X2
2 和 X3
2）对
红曲色素产量的影响显著（P<0.05），而交互项（X2X3
和 X2 X5）与二次项 X5
2 影响不显著（P>0.05）。为了
更直观地描述 X2、X3 和 X5 等 3 个因素对响应值的
影响，利用 Design Expert 7.1 软件绘制的响应面图如
图 9 所示，在试验量程内，蛋白胨（X2）和装瓶量
（X3）存在一个拐点，此点红曲色素产量最高，但
接种量（X5）不存在拐点，红曲色素产量随接种量
的增加一直呈上升趋势。模型最佳预测点的各因素
编码值可通过对上述二次回归方程求解而获得，即
X2=0.91、X3=-0.98、X5=1，解码后可得其真实值，即：
蛋 白 胨 58.07 g/L、 装 瓶 量 50.8 mL、 接 种 量 10.0%
（V/V），在此佳条件下，模型预测的红曲色素色价的
最大值为 351.09 U/mL。为验证模型预测结果的准确
性，采用上述最佳条件进行了 3 次验证试验，实测
值为 342.24±2.88 U/mL，与预测值十分接近，这说
明该模型是准确有效的。
3 讨论
目前，红曲霉主要通过固态发酵或液态发酵的
方式进行生产。欧美等西方国家推崇液态发酵，主
表 6 Plackett-Burman 试验回归分析结果
方差来源 系数 SS df MS F 值 Prob>F
Model 33692.260 8 4211.532 15.16 0.0041*
X1 -1.79 38.485 1 38.485 0.14 0.725
X2 34.67 14422.027 1 14422.027 51.92 0.0008**
X3 -13.32 2128.270 1 2128.270 7.66 0.0395*
X4 -6.21 463.142 1 463.142 1.67 0.2531
X5 33.27 13280.719 1 13280.719 47.81 0.001**
X6 -4.58 251.625 1 251.625 0.91 0.3849
X7 -10.39 1295.217 1 1295.217 4.66 0.0833
X8 -12.29 1812.775 1 1812.775 6.53 0.051
曲率 2750.109 1 2750.109 9.90 0.0255*
残差 1388.916 5 277.783
失拟项 1263.698 3 421.233 6.73 0.1321
纯误差 125.218 2 62.609
总和 37831.285 14
注 ：* 表示在 95% 置信区间内显著 ；** 表示在 99% 置信区间内显著，下同
pert 7.1 软件对试验数据进行二次多项回归拟合，获
得红曲色素色价 Y 对蛋白胨（X2）、装瓶量（X3）和
接种量（X5）3 个因素的回归方程 ：
Y=257.01+35.71X2-25.004X3+48.72X5+10.62X2X3
+5.31X2X5-20.89X3X5-16.94X2
2-18.48X3
2+4.30X5
2
式中，Y 为红曲色素色价（U/mL），X2 、X3 与
X5 为自变量的编码值。
表 7 Box-Behnken 试验设计和结果
组别
因素 Y 色价 /（U·mL-1）
X2 X3 X5 试验值 预测值
1 -1 -1 0 207.56 221.51
2 1 -1 0 271.95 271.69
3 -1 1 0 150.02 150.27
4 1 1 0 256.88 242.92
5 -1 0 -1 168.51 165.26
6 1 0 -1 215.09 226.05
7 -1 0 1 263.04 252.08
8 1 0 1 330.86 334.11
9 0 -1 -1 208.93 198.22
10 0 1 -1 187.01 190.00
11 0 -1 1 340.45 337.45
12 0 1 1 234.96 245.66
13 0 0 0 263.04 257.01
14 0 0 0 254.82 257.01
15 0 0 0 256.19 257.01
16 0 0 0 245.92 257.01
17 0 0 0 265.10 257.01
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2015,Vol.31,No.2194
要是其自动化程度高、劳动强度低、生产效率高 ；
但红曲霉在液态发酵时产红曲色素的水平较低，这
严重制约着液态发酵的推广与应用［4，13］。本研究通
过单因素试验、P-B 试验和响应面试验对发酵条件
进行了系统的优化，分别选择葡萄糖和蛋白胨是紫
色红曲霉 MY-03 液态发酵生产红曲色素的最适碳源
和最适氮源，此结果与黄林等［13］的研究结果一致，
但在王广峰［11］和熊晓辉等［19］的研究中玉米粉是最
佳碳源，在陈蕴等［20］的研究中，大豆水解液是最
佳氮源，这是因为所采用的红曲霉菌株不同，其生
理特性也有差异，同时优化了其他发酵条件。在最
佳液态发酵条件下，紫色红曲霉 MY-03 红曲色素的
色价为 342.24±2.88U/mL，此发酵水平高于目前文
献报道的红曲色素液态发酵的生产水平［11-13］，对红
曲色素的生产具有一定的指导意。。
4 结论
本研究通过单因素试验、Plackett-Burman 试验
与 Box-Behnken 试 验 对 红 曲 霉 MY-03 液 态 发 酵 生
产红曲色素的工艺条件进行了系统优化，确定了其
最佳生产工艺 ：葡萄糖 50 g/L、蛋白胨 58.07 g/L、
MgSO4 2 g/L、NaNO3 2 g/L、MnSO4 0.3 g/L、ZnSO4
0.1 g/L、装瓶量 50.8 mL、接种量 10.0%（V/V），于
150 r/min、30℃恒温培养 7 d，红曲色素色价可达
342.24±2.88 U/mL，比基础培养基提高了 86.9%。
参 考 文 献
［1］ Silveira ST, Daroit DJ, Brandelli A. Pigment production by Monascus
表 8 二次回归模型的回归分析结果
方差来源 系数 SS df MS F 值 Prob>F
Model 39314.21 9 4368.246 27.096 0.0001**
X2 35.71 10199.13 1 10199.133 63.264 < 0.0001**
X3 -25.00 5001 1 5001.000 31.021 0.0008**
X5 48.72 18989.59 1 18989.594 117.790 < 0.0001**
X2 X3 10.62 450.9252 1 450.925 2.797 0.1384
X2 X5 5.31 112.7313 1 112.731 0.699 0.4306
X3 X5 -20.89 1745.986 1 1745.986 10.830 0.0133*
X2
2 -16.94 1207.786 1 1207.786 7.492 0.0290*
X3
2 -18.48 1437.608 1 1437.608 8.917 0.0203*
X5
2 4.30 77.7938 1 77.794 0.483 0.5097
残差 1128.51 7 161.216
失拟项 898.214 3 299.405 5.200 0.0726
纯误差 230.2956 4 57.574
总和 40442.72 16
280
247.5
215
182.5
150
1.000
0.500
0.000
-0.500
-1.000 -1.000
-0.500
0.000
0.500
1.000
X2 㳻ⲭ㜘X3 㻵⬦䟿Y:㢢䱦 U
·m
L-
1
340
295
250
205
160
-1.000
-0.500
0.000
0.500
1.000 -1.000
-0.500
0.000
0.500
1.000
X5 ᧕⿽䟿X2 㳻ⲭ㜘Y:㢢䱦 U
·m
L-
1
350
307.5
265
222.5
180
1.000
0.500
0.000
-0.500
-1.000 -1.000
-0.500
0.000
0.500
1.000
X3 㻵⬦䟿X5 ᧕⿽䟿Y:㢢䱦 U
·m
L-
1
A
B
C
A ：蛋白胨（X2）与装瓶量（X3）；B ：蛋白胨（X2）与接种量（X5）；C ：装
瓶量（X3）与接种量（X5）
图 9 蛋白胨、装瓶量与接种量影响红曲色素色价的响应面图
2015,31(2) 195张锐：红曲霉液态发酵生产红曲色素的工艺优化
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（责任编辑 马鑫）