红曲霉是一类腐生丝状真菌,在自然界广泛存在。红曲霉及代谢产物在我国的研究应用具有悠久的历史。红曲色素是红曲霉的次级代谢产物,是唯一通过微生物发酵而获得的天然色素。通过文献研究,本文分析了红曲霉及红曲色素的理化性质和代谢过程,总结了国内外提高红曲色素方法和途径、红曲霉高密度培养的研究进展和提高胞外色价的途径。在文献研究的基础上,本文以本实验室筛选保藏的一株红曲霉为研究对象,以实现红曲霉高密度培养和红曲色素高产,开展了发酵培养基优化研究、培养条件优化研究、提高胞外色价研究共三部分内容。第一部分:通过单因素实验和正交实验的方法,以红曲霉发酵稳定期发酵液的生物量和色价为指标,得到了红曲霉高密度培养的优化发酵培养基。优化的发酵培养基为:玉米淀粉浓度50g/L,NaNO3浓度7g/L,KH2PO4浓度8.5g/L,CaCl2浓度0.045g/L。用此培养基发酵,发酵液中红曲霉生物量为24.7g/L,红曲色素的色价为110U/mL,与初始发酵培养基的培养结果相比,生物量提高了26.41%,色价提高了14.58%。第二部分:在获得优化的发酵培养基基础上,通过单因素实验和正交实验的方法,以红曲霉发酵稳定期发酵液的生物量和色价为指标,得到了红曲霉高密度培养的优化培养条件。优化的培养条件为:250mL的三角瓶装液量为60mL,接种量为10.5%,初始pH为4.5,温度为30.5℃。此条件下红曲霉发酵过程中的生物量达到30.56g/L,红曲色素的色价达到115U/mL。与初始发酵培养条件的发酵结果相比,生物量提高了26.28%,色价提高了10.05%。通过发酵培养基成分和发酵条件的优化,生物量提高了63.07%,色价提高了21.31%。初步实现了红曲霉的高密度培养,通过红曲霉的高密度培养提高了红曲色素色价。进一步分析得到了红曲霉的生物量与色价的关系:在一定范围内,随着红曲霉生物量的增加,色价也相应的增加;当超过一定范围后,红曲霉的生物量下降,色价也随之下降。在优化培养基实验中,在优化玉米淀粉浓度、硝酸钠浓度时体现出较好的正相关线性关系。在优化培养条件时体现出较好的正相关线性关系的是:接种量、初始pH、温度。第三部分:在优化的培养基成分和培养条件的基础上,通过分离胞外色素的方式和流加发酵添加碳源这两种方式提高胞外色价进而提高总色价。通过分离胞外色素的方式:添加活性炭和调节发酵液pH3左右;可以增加胞外色素的色价进而提高总色价。活性炭的最佳添加量为5‰。活性炭添加量为5‰时,胞外色价提高了15.5%、总色价提高了4.0%;调节发酵培养基稳定期pH3.2时,胞外色价提高了4.7%、总色价提高了1.5%。通过流加发酵的方式,在发酵培养稳定期流加碳源:葡萄糖和大米淀粉,可以增加胞外色素的色价进而提高总色价;葡萄糖的最佳添加量为10%。当葡萄糖的添加量为10%时,胞外色价提高了8%,总色价提高了2.2%;3%是大米粉的最佳添加量。当添加量在7%时,对红曲霉的发酵是不利的。当添加大米淀粉3%时,胞外色价和总色价同时达到最大值,此时胞外色价25.51U/mL、总色价117.85U/mL;胞外色价提高了12.1%,总色价提高了3.5%。