红曲霉菌经固态发酵制成的红曲在我国已有一千年的历史,广泛应用于食品和医药领域。红曲色素是红曲霉菌的重要次级代谢产物之一,是一种天然食品着色剂,被普遍认为是菌体结合型的色素,主要存在于胞内和菌体表面。全细胞发酵液的处理方法、红曲色素的测定方法均以此为基础。这一性质给色素的生产造成了阻碍,因此研究者提出了高密度发酵法、固体发酵法和原位萃取法等发酵方法,但这些方法往往操作复杂,效果不明显。而利用静息细胞培养,可以有效提高色素的产量,但菌体必须经过萃取发酵才可以静息发酵。研究通过显微镜观察和两步过滤法,首次证实红曲色素是胞外色素,更正了一直以来错误的观点。通过测定发酵液中各部分色素,证实了用过滤法测定色素浓度时会忽略部分晶体,造成色素浓度的低估,并对其进行了改正,即把全细胞发酵液作为整体,直接加入乙醇溶液(70%,V/V,p H=2)以测定总色素。用表面活性剂洗涤胞外色素并用显微镜观察,结果表明萃取发酵的本质并不是对胞内色素的释放,而是对胞外晶体色素的溶解。据此,菌体可直接进行静息细胞培养,其作为全细胞催化剂在水溶液和表面活性剂溶液中生物合成和降解红曲色素的活性,也得到了重新检验。在认识到胞外色素的事实后,采用饥饿处理和色素洗涤,首次制备出了可作为全细胞催化剂的饥饿细胞,用于考察色素的生物降解过程。通过在不同浓度梯度的Triton X-100溶液中进行色素的生物降解,得出结论:表面活性剂可加速色素的生物降解,且它的浓度对降解速率有影响,当浓度为5%时降解速率最快。通过色素喂养实验,初步推测橙色素和黄色素可以相互转化,且当两种色素同时存在时,菌体优先利用橙色素。根据生长和静息阶段是否添加表面活性剂,本课题进行了4种培养模式分析,菌体均能表现出很高的生理活性,且活性会随着培养周期的延长而降低。在生长培养阶段,表面活性剂可加速菌体活性的下降和色素的降解;静息培养阶段,表面活性剂的影响较小。因此,在水溶液中进行悬浮培养是合成橙色素的有效方法,通过葡萄糖流加发酵,最终得到了高浓度晶体橙色素,约4 g/L。综上,本课题研究了胞外红曲色素的生物合成和降解,提高了橙色素的产量,简化了色素提取的方法,对于食品色素——水溶性红色素衍生物的生产有重要意义,同时为橙色素和黄色素的转化关系及机理的研究奠定了基础。