红曲色素的功能特性研究进展.pdf

中国酿造2012 年 第 31 卷 第 3 期总第 240 期红曲色素是由红曲霉属（Monascus）的丝状真菌生成的天然食用色素1，是红曲霉菌代谢过程中产生的一类聚酮体化合物的混合物2，已知结构的有16种3-5，应用价值主要集中在 6 种醇溶性的色素：红色的红曲玉红胺（Monascrubramine）、红斑红曲胺（Rubrop-unctamine），橙色的红曲玉红素（Mon-ascorubrin）、红斑红曲素（Rubrop-unctatin），黄色的红曲素（Monascin）、安卡红曲黄素（Ankaflabin）。另有 2 种新的黄色素Yellow和Xan-thomonascin A已被探明6-9。作为色素，红曲色素一直以来被认为是安全性较高的天然食用色素，试验证明不含黄曲霉毒素。动物活体试验也表明，食用含红曲色素及其制品的食物均未发现急、慢性中毒现象，也无致突变作用3。此外，还具有抑菌防腐、保鲜，抗氧化、抗肿瘤、抗疲劳，降低血脂、血压，抗炎症、抗突变，增强免疫力，抗抑郁症，预防动脉硬化等生理活性4，10。因此，红曲色素具有“天然、安全、营养、多功能”的多重优点。近20多年来，随着微生物学的发展，红曲色素作为一种天然的功能性食用色素备受到国内外广泛学者的关注并对其进行了大量而深入的开发研究，不断拓展着红曲色素的应用领域。本文主要综述了红曲色素理化性质及生物活性等方面的研究现状，为进一步研究和开发红曲色素提供理论依据。1 红曲色素的理化性质红曲色素是一类呈鲜红色、深红色或深紫红色的液体、糊状物或粉末，略带异臭5，熔点为160192。红曲色素中70%80%为脂溶性色素，均能溶于氯仿、甲醇、乙醚、正己烷、乙腈、醋酸、乙醇等有机溶剂，其溶解性醋酸最大，正己烷最低。考虑到安全性，常用的溶剂是醋酸和乙醇，当醋酸浓度为78%或乙醇浓度为75%vol82%vol时对红曲色素的溶解性最好11。红曲色素中20%30%为水溶性色素，其溶解度与溶液的 pH值有关。在pH4.88.5范围内，对色素的色调和极大吸收波长测定结果影响都非常小。在含 5%以上盐溶液中或pH值为4.0 以下的酸性范围内，其溶解性呈减弱趋势，当水溶性红曲色素直接用于pH低于3.5的溶液时，会出现沉淀12。红曲色素浓度低时其溶液呈鲜红色，随溶液浓度增加颜色加深，达到一定高度时呈黑褐色并伴有荧光产生。红曲色素与蛋白质有极好的亲和性，一旦着色，虽经水洗，亦不褪色13。红曲色素主要包括红、橙、黄3大类，组分复杂，不同组分间的理化特性互不相同，如红曲黄色素热稳定性、光稳定性均高于红曲红色素。选用不同的红曲菌株、发酵条件、培养基等所得的红曲色素组分也有较大差异2，因而其理化稳定性也不同。1.1 pH值对红曲色素稳定性的影响pH值对红曲色素的稳定性影响较复杂，对不同红曲色素组分的影响也不尽相同。其对较酸碱环境非常敏感，在中性环境下较为稳定，极酸、极碱，红曲色素的色调均会发生变化，而在一定的碱性环境下（pH值为911）较酸性环境（pH值为35）更为稳定14。FABRE CE等15的研究也验证了红曲色素在pH值为7或9.5的环境下处理5h后，比pH收稿日期：2011-09-17基金项目：广东省科技计划项目（2010A080403005）作者简介：梁彬霞（1985-），女，广东清远人，在读硕士研究生，研究方向为食品研究与开发；赵文红*，教授，通讯作者。红曲色素的功能特性研究进展梁彬霞1，白卫东1，杨晓暾2，赵文红1*，钱敏1，朱豪1（1.仲恺农业工程学院 轻工食品学院，广东 广州 510225；2.东莞市天益生物工程有限公司，广东 东莞 523521）摘要：红曲色素是我国传统的由红曲霉发酵生产的食用色素，具有“天然、营养、多功能”等多重优点，故作为添加剂在食品中具有很好的应用前景。文中较全面地从红曲色素的理化特性及生物活性等方面进行了综述，同时展望了其研究方向和前景。为更好地开发利用红曲色素提供参考。关键词：红曲色素；理化特性；生物活性中图分类号：TS202.3文献标识码：A文章编号：0254-5071（2012）03-0021-04Research progress of the multiple-function inMonascuspigmentLIANG Binxia1,BAI Weidong1,YANG Xiaotun2,ZHAO Wenhong1*,QIAN min1,ZHU Hao1(1.College of Light Industry and Food Science,Zhongkai University of Agriculture and Engineering,Guangzhou 510225,China;2.Dongguan Tianyi Biological Engineering Company Limited,Guangzhou 523521,China)Abstract:Monascuspigments are natural,nutritious and multiple-function and the like,which are traditionally fermented byMonascusin China.As akind of food additive,they have been widely used in food industry.In this paper,for the better development to physical and chemical properties andbiologicalactivityofthe pigmentfromthemonascuspigmentswere reviewed.Meanwhile the further research direction and prospectswere prospected.Key words:Monascuspigments;multiple-function;biological activity专论与综述21China Brewing2012 Vol.31 No3Serial No240值为3未经处理的情况更稳定。为了明确pH值对红曲色素呈色的影响规律，确定其在不同pH值条件下的不同表象及性质，刘波等16通过试验论述了红曲色素的最大吸收波长及黄色和红色组分的含量随pH值变化的变化情况，并找出了红曲色素的色调随pH值变化的规律。在实际生产应用中，根据在不同pH值环境中红曲色素变化的性质，通过改变pH值来调节其呈色，以满足生产中对不同色调的要求，实现产品所用色素的天然性，使红曲色素的应用范围得以拓展。1.2 温度对红曲色素稳定性的影响很多天然食用色素在遇热时会分解，造成褪色或变色。在生产加工过程中食品常常需经加热处理，热稳定性较差的天然食用色素在使用时往往受到限制。红曲色素热稳定性好，熔点为160192，热降解符合一级动力学反应。在加热过程中，色素溶液的明度L*、红度受时间和温度的影响，随时间的延长呈下降趋势，温度越高，下降越明显；黄度增加，且加热温度越高这种变化趋势越明显1。黄林14考察了温度对红曲色素稳定性的影响，发现红曲米中的红曲色素对温度较为稳定，当红曲米在80处理2h，红曲色素色阶仍可达（985.339.45）U/g，仅比室温条件下的红曲色素色阶低50U/g左右14。谢珍珍等17探讨了红曲色素的热稳定性，发现色素在 120加热 1.5h，测得残存率在 84%以上，若以同样的残存率，在100时加热却需 3h。近年来，许多研究结果表明，水溶性红曲色素热稳定性优于醇溶性。1.3 光照对红曲色素稳定性的影响红曲色素对光照不稳定，引起褪色的原因较复杂。目前主要认为是由于自由基引起光敏反应氧化褪色，在有氧条件下，红曲红色素水溶液褪色主要是受到3种自由基氧化还原作用：超氧阴离子（O2）、羟自由基（OH ）和脂肪族侧链断裂产生的自由基18。如何提高红曲色素光照稳定性，结合其各组分的结构分析，使用时可以在产品中添加槲皮素、1，4，6-三羟基萘、芝麻酚林衍生物、多酚、黄酮等含羟基物质，在水溶液中羟基与色素结构中酮基结合形成化学键，使其构象稳定，在光照作用下不致因能量跃迁发生结构变化或在红曲霉培养过程中添加多肽、氨基酸等物质，使红曲霉分泌聚酮酶时将护色物质结合到色素结构上19-20。连喜军21通过质谱、红外图谱和核磁图谱分析推测了红曲色素及其褪色后物质的结构，提出了其光褪色的机理，在研究色素光稳定性时发现，红曲红、橙、黄 3 类色素相互间光稳定性差别很大，橙色素对光最不稳定，黄色素光稳定性最强，其次为红色素。王昌禄等22对红曲色素不同成分的进行了光稳定性研究，发现红曲色素光降解不受溶解氧的影响符合一级动力学反应，色素光降解的半衰期与浓度呈正相关。1.4 金属离子对红曲色素稳定性的影响试验表明，常见的金属离子（如K+、Ca2+、Na+、Zn+、Fe2+）对色素的稳定性影响较小13，试样中加入上述离子后，色素溶液的颜色和空白组对比变化不明显，仍然呈现亮红色。重金属离子（如Cu2+、Fe3+）对色素溶液的呈色有明显影响，加入后溶液在避光保存1d，溶液颜色均由亮红色变为红棕色，并伴有红褐色的沉淀产生，导致这种现象产生的原因可能为某些色素组分的分子内部存在易被氧化的结构所致1，18。因此红曲色素在实际生产中，应尽量避免其与某些重金属离子接触，贮藏时也避免使用铜制和铁制容器。1.5 食品添加剂对红曲色素稳定性的影响研究表明，常用的酸度调节剂、甜味剂和防腐剂对红曲色素稳定性影响不同，在试验中发现加入酸度调节剂的试液存储1d后残存率均降到20%左右，并伴有明显沉淀。而常用的甜味剂（如甜蜜素、阿斯巴甜等）则均可提高色素溶液的稳定性。不同防腐剂对红曲色素的稳定性影响也不尽相同，红曲色素溶液在添加苯甲酸、山梨酸钾后连续放置4d的残存率均略高于空白，而添加丙酸钠与空白差别不大，添加丙酸钙的红曲溶液连续5d的保存率都低于空白样，说明山梨酸钾、苯甲酸对红曲色素溶液起到稳定协同作用，而丙酸钙会使红曲色素的色价降低23。雷恒24在色素的稳定性研究中也发现山梨酸钾、苯甲酸、柠檬酸、KNO3等对色素有护色作用。2 红曲色素的生物活性2.1 抑菌性关于红曲具有抑菌性在古代书籍中已有记载，近年来食品安全性问题不断涌现，红曲的抑菌性备受专家学者的关注，多数研究资料显示，红曲对枯草芽孢杆菌和金黄葡萄球菌有抑制作用，对黑曲霉、黄曲霉、青霉没有抑制作用，而对大肠杆菌具有抑制作用的报道结果不一25。为了探寻红曲中的抑菌物及其抑菌功能，对抑菌物质进行更深一步的研究，专家学者们对红曲色素进行了大量抑菌试验及其各组分的抑菌性分析。屈炯4选用金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、李斯特菌、沙门菌和志贺菌等几种食品中常见的致病菌为研究对象，系统分析了各红曲色素组分对其的抑菌性，发现橙色素各组分对革兰氏阳性菌（如李斯特菌、金黄色葡萄球菌）均具有很好的抑菌效果，并且浓度范围在20g/mL100g/mL内，随着浓度的增加抑制作用增强；对革兰氏阴性菌（如志贺菌、大肠杆菌和沙门菌）也均具有一定的抑制作用。黄色组分对病原菌没有抑制作用4。徐伟等26也对红曲色素中红曲红、红曲橙、红曲黄3种分离组分进行了大肠杆菌和枯草芽胞杆菌的抑菌性试验，试验结果表明橙色组分对其2种菌的抑菌性最强，与宫慧梅等27发现红曲橙色素具有一定的抑菌性，可抑制革兰阳性菌以及大肠杆菌一致。2.2 抗氧化性CHI OP等28用不同的有机试剂提取红曲色素，证明Forum and Summary22中国酿造2012 年 第 31 卷 第 3 期总第 240 期用正己烷提取的红曲色素具有很强的自由基DPPH清除能力。AKIHISA T等29发现色素xanthomonasinsA、B 组分具有较强的自由基NO的清除能力。连喜军等30用化学发光法研究不同红曲色素组分对羟自由基的清除作用，发现红曲红、橙、黄3类色素中红色素抗氧化性最强，其次为黄色素，橙色素抗氧化性最差。屈炯4，31选用不同展开剂对红曲色素进行薄层分析，分离出 7 种红色素、4 种黄色素、2 种橙色素，共 13个色素组分。采用O2-体系、OH体系和DPPH体系3种抗氧化模型，分别测定了红曲色素不同组分的抗氧化活性。表明红色组分和橙色组分在上述3 种抗氧化模型中均表现出较强的抗氧化活性。其中，红色2组分的抗氧化效果最佳，在40g/mL 质量浓度下，对DPPH与 OH的清除率达64%、32%，比同浓度的 VC高 41%、20%；对O2-的清除率也达34%；黄色组分表现出微弱的抗氧化功能。2.3 抗肿瘤性国内外学者对红曲色素进行了大量的药理试验，表明红曲色素具有广泛的生物活性。在国外，YASUKAWA K等32通过动物活体试验，证明了安卡红曲霉代谢的色素能抑制TPA诱发的小鼠癌变，而橙色monascorubrin组分是最有效的。AKIHISA T等33发现黄色monascin组分对紫外光照射或过氧亚硝酸盐引发的并通过 TPA诱发的小鼠皮肤癌变 有抑制作用。SU NW等34发现黄色ankaflavin 组分对肝癌HepG2和肺腺癌A549细胞具有细胞毒性，其IC50为15g/mL左右，而对正常纤维细胞WI-38和MRC-5并没有毒性。在国内，成晓霞等35在红曲抗肿瘤活性研究进展中提到红曲黄色素及橙色素可以抗肿瘤，黄色组分为Ankaflavine和Monascine；橙色组分为Monascorubrine和Rubropunctatine。黄谚谚等36在动物试验中发现红曲黄色素有选择细胞毒活性，能促进人A549和HepG2癌细胞凋亡。林赞峰37分析认为因橙色素Rubropncatin及Monascorubin具有活泼的羰基，易与氨基作用，可能其为优良的防癌物质源。屈炯4对红曲色素混合物及主要组分进行了较系统的体外抗肿瘤试验。发现橙色组分对SPZ/0、Hela和HepG2等肿瘤细胞有较强的抑制作用，在72h浓度范围0.05g/mL100g/mL内，随着时间的延长及色素浓度的增加，抑制效果随之增强。抑制效果略低于同浓度的环磷酞胺。红色组分次之。黄色组分抑制效果较微弱。验证了YASUKAWAK等32的观点。2.4 其他红曲色素还具有抗疲劳，降血脂、血压，抗炎症、抗突变，增强免疫力，抗抑郁症，预防动脉硬化等生理活性6，38-39。疲劳、类风湿关节炎多因机体脂质过氧化反应引起，多数资料表明，红曲色素具有很强的清除自由基的作用4，27-29，黄谚谚等36用红曲的发酵液及菌丝体研究红曲对老鼠运动耐力的影响，发现两者均可以使老鼠的运动能力提高，耐力增强，疲劳延迟。陈春艳40证明了红曲红色素具有良好的抗疲劳活性。选用不同剂量的红曲红色素饲养小鼠，测定实验小鼠的游泳致死时间、血清尿素氮含量和肝糖原含量与对照组比较表明，实验小鼠游泳时间明显延长、运动后的血清尿素氮含量降低、肝糖原含量升高。在红曲红色素调节血脂的作用研究中也发现用10mg/（kg d）、50mg/（kg d）、100mg/（kg d）3个剂量的红曲红色素连续灌服实验小鼠6w，禁食12h后测定血脂水平和相关指标与高脂对照组比较，红曲红色素各剂量组也可降低实验小鼠血清TG、LDL-C、TC及肝脏中TG、MDA、TC的含量，升高小鼠肝脏中SOD的活性和血清HDL-C含量。陈运中41在醇溶性红曲红色素对实验小鼠脂质代谢调节及抗疲劳动物试验中验证了陈春艳观点，在试验中还发现，醇溶性红曲红色素在高剂量（200mg/（kg d）抗疲劳效果最显著。王炎炎等42研究红曲对炎症的作用，发现红曲对角叉菜胶致小鼠腹腔内芽肿、巴豆油致小鼠耳肿胀均有显著的抑制作用。IZAWA S等43研究表明，黄色组分xanthomonasi-nA与B（32）的混合物具有较强的抗突变功能对诱变剂Trp-P-2（NHOH）。MARTINKOVA L等44研究表明，黄色组分ankaflavin 和monascin对小鼠脾脏 T 细胞具有免疫抑制活性。HOSSAIN CF等45从紫色红曲霉液体培养液中分离了一系列黄色素，发现 monankarins对单胺氧化酶（monoamine oxidase，MAO）具有抑制活性。JEUN J等46在红曲霉培养发酵过程中，发现苏氨酸和亮氨酸色素衍生物均对HMG-CoA还原酶产生一定的抑制作用，抑制活性达38%、35%。且这些色素衍生物均可降低 23%27%的动脉硬化指数（atherogenic index）。3 展望作为目前世界上唯一一种由微生物发酵产生的天然食用色素，红曲色素符合食品着色剂“天然、安全、营养、多功能”的发展方向，具有很好的开发前景，现已广泛应用于肉制品加工中。尽管我国目前对红曲色素的研究已取得较大进展，但产品存在成分不明确、质量不均一；生物活性作用机理不明确及产品安全性等问题。在今后的研究中进一步改善提取工艺，改进分离纯化技术，鉴定其组分，从分子水平上对红曲菌产色素代谢产物进行调控，开发组分、功能明确，性能优异、色调多样的红曲色素产品，建立各色素组分的检测方法，加强红曲色素安全性研究，将是红曲色素研究的发展方向，对于提高食品安全性、保障人民身体健康和提高农副产品的经济价值，均具有积极深远的现实意义。参考文献：1 赵倩.红曲色素热稳定性的研究D.武汉：华中农业大学硕士论文，2009.2 崔莉.红曲色素提取及其黄色组分制备与检测技术研究D.泰安：山东农业大学硕士论文，2008.3 王金字.红曲色素的研究及应用新进展J.食品科技，2010，31（1）：专论与综述23China Brewing2012 Vol.31 No3Serial No240245-248.4 屈炯.红曲色素组分分离及其功能的初步研究D.武汉：华中农业大学硕士论文，2008.5 赵燕，温辉梁，胡晓波.红曲色素及其在食品工业中的应用J.食品添加剂，2004（4）：90-93.6 LIAN XJ,WANG CL,GUO KL.Identification ofnew red pigments pro-duced byMonascusruberJ.Dyes Pigments，2007（73）：121i125.7 PATTANAGUL P,PINTHONG R,APHIRAK P,et al.Mevinolin,cit-rinin and pigments of adlayangkak fermented byMonascussp.J.Int JFood Microbiol，2008，126：20-23.8 BABITHA S,SOCCOL CR,PANDEY A.Solid-state fermentation forthe production ofMonascuspigmentsfrom jackfruit seedJ.BioresourceTechnol，2007，98：1554-1560.9 SANTIS DD.Assessment of the dyeing propertiesof pigments fromMonascuspurpureusJ.J Chem Technol Biotech，2005，80：1072-1079.10 TREIBER LR,REAMER RA,ROONEY CS,et al.Origin of monacolinL fromAspergillus terreusculturesJ.Janti-Biot，1989，42（1）：30-36.11 崔莉，张德权，张培正.红曲色素的研究现状分析J.食品科技，2008（8）：115-119.12 陈家文.水溶性红曲色素性质的研究J.中国食品添加剂，1997（2）：15-19.13 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