红曲霉的有效生理活性物质及应用.doc

红曲霉的有效生理活性物质及应用王雅芬 傅月华（杭州商学院食品与生物工程学院 杭州 310035） 红曲霉(Monascus)以其能产生大量天然红曲色素而著称。近年来，由于合成色素的安全性受到挑战，天然色素日益受到重视，特别是具有保健功能的红曲 色素更受到消费者的青睐。红曲是以大米为原料，经红曲霉繁殖发酵而成的一种红色米曲。红曲的药用价值虽然在本草纲目等早有记载，作为改善血液循环的保 健品在我国一直应用到现在，但是长期以来并没有引起人们的重视。1979年日本远藤章从红色红曲霉(M.ruber)中分离出一种命名为 Monacolin K的活性物质后，红曲霉的生理活性物质才引起人们的重视。 1 红曲霉属的分类、培养特征和重要种 1.1 红曲霉属的分类 关于红曲霉属的分类地位，采用Martin分类系统，将红曲霉属归于真菌门(Fungi),子囊菌纲(Ascomycetes)，真子囊菌亚纲 (Euascomycetes)，曲霉目即散囊菌目(Eurotiales)，曲霉科即散囊菌科(Eurotiaceae)；Ainsworth分类系统 (这也是目前多数真菌学者趋向参照的分类系统)将红曲霉属归于真菌界(The Fungi)，真菌门(Eumycota)，子囊菌亚门(Ascomycotina)，不整囊菌纲(Plectomyhcetes)，散囊菌目 (Eurotiales)，红曲科(Monascaceae)。在此，于散囊菌目下建立红曲科，从而与散囊菌科分开，红曲科下仅一属即为红曲霉属 (Monascus)。 1.2 红曲霉属的培养特征 培养红曲霉多用麦芽汁琼脂。红曲霉在上述培养基上生长良好，菌丝初为白色，老熟后变为淡红色、紫红色、赭红色、橙红色、烟灰色等，因种而异。菌落的结构有 呈绒毡状者，有呈皮膜状者，呈皮膜状的菌落少褶皱或具有辐射纹。红曲霉多能形成红色色数，常将色素分泌到培养基中，故使培养物的背面着色。 1.3 红曲霉属的菌种 根据Hawksworth和Pitt的研究报告，红曲霉属可分为3个种：M.pilosus，M.purpureus和M.ruber。这些包括了从东方食品中分离到的主要的红曲霉菌株，见表1。红曲霉的生理活性物质与菌种有关。表1 Hawksworth和Pitt关于红曲霉的分类体系早期分类来源Hawksworth和Pitt分类M.albidusM.albidus var.glaberM.ankaM.anka var.rubellusM.araneousM.barkeriM.fuliginosusM.kaoliangM.majorM.paxiiM.pilosusM.pubigereusM.purpureusM.ruberM.rubiginosusM.rubropunctatusM.serorubescensM.vitreus豆 腐豆 腐红曲米红曲米发霉的麸皮红曲米发霉的麸皮红曲米红曲米植 物发霉的麸皮发霉的麸皮红曲米植 物红曲米发霉的麸皮豆 腐豆 腐M.purpureusM.purpureusM.purpureusM.purpureusM.purpureusM.ruberM.ruberM.purpureusM.purpureusM.ruberM.pilosusM.pilosusM.purpureusM.ruberM.purpureusM.pilosusM.pilosusM.ruber 2 红曲霉的有效生理活性物质及其应用 2.1 酶类 红曲霉在生长过程中能产生多种酶。如淀粉酶、葡萄糖淀粉酶、糖化酶、麦芽糖酶、蛋白酶、果胶酶等。不同种类菌株产酶的类型及产量有所差异。某些菌种能分泌直接催化己酸和乙醇合成己酸乙醇的胞外酶。已发现通过紫外线诱变处理成功地 选育到一株己酸乙醇高产菌M5035-13。有的红曲霉菌株还能产较高活性的蛋白酶，故可用红曲腌渍鱼、肉、豆腐等高蛋白食品，经13个月的腌渍，可制 出色、香、味具佳的产品。红曲中含有葡萄糖淀粉酶能将淀粉几乎百分之百地水解成葡萄糖，工业上利用红曲这一特性代替了酸水解法生产葡萄糖，具有很多优点： 水解率高，能节约粮食，降低成本，提高产品质量。红曲含有淀粉酶、糖化酶，我国福建、台湾、浙江等东南沿海诸省一向利用红曲酿制红酒，俗称老酒，闻名于 世，红曲还能制醋。 2.2 红曲色素 红曲色素是红曲霉在生长代谢过程中产生的天然色素，它们是由化学结构不同、性质相近的紫、红、黄三类不同色谱组成的混杂色素物质，都是Arphilone 类有机物。目前已测出结构式的有6种，其中两种黄色素（安卡红曲黄素ankaflavin、红曲素monascin）、两种红色素（红曲玉红素 monascorubrin、红斑红曲素rubropunctatin）及两种紫色素（红曲玉红胺monascorubramine、红斑红曲胺 rubropunctamine），还有两种红色色素，但尚未命名，结构式待定，它们的分子式为C25H31NO5、C23H27NO5。有试验结果表明：上述已测出结构式的6种红曲色素均为脂溶性色素，还存在红色的水溶性色素成分，且成分较多，并对其进行了红外分析，初步对其结构进行探讨。 红曲色素具有较强的耐光、耐热等优点，对酸碱、氧化剂、还原剂均较稳定，且几乎不受Ca2+、Mg2+、Fe2+、Cu2+等 金属离子的影响，是一种极为优良的食品天然色素。早在我国古代就用于食品着色，至今仍在使用，是我国食品法规允许使用的食用色素之一，广泛用于肉制品、豆 制品、糖、果酱和果汁等的着色。如在发酵香肠中，用红曲色素作为着色剂代替具有强烈致癌作用的亚硝酸盐发色不但切实可行，而且由于红曲色素对脂肪代谢产生 积极影响，香肠制品脂肪含量高，红曲色素加入具有积极意义。 红曲色素可以通过固体和液体发酵两种方法培养红曲霉，在生产中大量提取。 2.3 抗菌活性物质 早在天工开物下卷就有这样记载：世间的鱼肉是最容易腐败的，但薄涂红曲，即使在盛夏也不变质，经10天蛆蝇不近，色味不减，盖奇药也。这段记述说明红 曲有杀菌和抑菌作用，可防止鱼肉杂菌感染而变质。而红曲霉固体培养物和液体发醇液对14种微生物进行抑菌试验，其结果对蜡状芽孢杆菌、荧光假单孢杆菌有较 强的抑制作用，其次是绿脓杆菌、鸡白痢杆菌、大肠杆菌、变形杆菌有抑制作用。而对八叠球菌不抑制。对啤酒酵母、草莓酵母、产黄青霉不抑制，但能强烈地抑制 黑曲霉分生孢子的形成。以上试验证明红曲霉生长代谢过程中能产某些杀菌和抑菌的生理活性物质。根据最近的研究，抗菌活性是由红曲玉红素 (monascorubrin)、红斑红曲胺(rubropunctamine)两种色素产生的。 目前，日本已开始大量应用红曲在鱼、肉的保鲜上，并已取得了许多专利。 2.4 药理活性物质 2.4.1 Monacolins 1979年日本远藤章首次从红色红曲霉(M.ruber)中分离出具有抑制胆固醇合成限速酶HMG-CoA还原酶活性的物质，命名为Monacolin K。此后，美国和日本的科学家用Monacolin K对动物进行了大量试验，并对Monacolin K对动物肝细胞的影响进行了研究。结果显示，Monacolin K对动物是安全的，他们研制的纯品药物洛伐他汀(Lovastatin)应用于临床观察后认为，洛伐他汀对人体也是安全的，此药已在美国的一些医院里进行临床应用。 1985年远藤章又从红色曲霉(M.ruber)中分离出与Monacolin K结构相似的其它活性成分，分别命名为：Monacolin L、X、J和Dihydromevinolin和Dihydromon acolin L。后来远藤章收集了除M.ruber以外的红曲霉属(Monascus)菌株131株，并探讨了这些菌株产生Monacolins的性能。结果发现其中 有23株均有较强的产生Monacolins的性能。这些菌株主要以M.pilosus、M.purp ureus、M.anka等为主。以上这些Monacolins活性物质，经临床验证均属于有效低毒能治疗高胆固醇血症的药剂。它们有很强的降低胆固醇的 作用，对合成胆固醇的限速酶3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶(HMG-COA)还原酶具有特异性的抑制作用。这些物质的浓度只要达到 0.0010.005g/ml，胆固醇的合成就会受阻。通过各种动物试验，向动物血液中注入少量的Monacolin K，不仅可以降低胆固醇，而且对于重症高胆固醇血症患者也极为有效。特别是对导致动脉硬化最严重的低密度脂阮胆固醇有优先降低的作用。这是这种活性物质药 理的一大特点。 远藤章氏通过对Monacolin K的酯构型弱碱化，形成了它的碱金属盐、土族金属盐等，发现它们分别具有预防和治疗胆结石、前列腺肥大和肿瘤的作用，能够使胆石形成指数下降；改善前列腺肥大程度，使排尿正常；还能使肿瘤增殖率降低，延长寿命。同时指出，其中Na2+、Ca2+、Mg2+盐效果最佳。 2.4.2 麦角固醇 麦角固醇是维生素D的前体，当它受到紫外线照射后即转化为维生素D。维生素D是防治婴幼儿佝偻病，对促进孕妇和老年人钙磷的吸收有明显的生理作用，是一种 重要的药品。自然界中维生素D的含量很有限，普通食品中的含量就更少，因而需要适当补充，尤其是婴幼儿。麦角固醇还是生产“考的松”，黄体酮的原料。 在我们的工作中发现红曲霉属(Monascus)中的许多菌株都能不同程度地产生麦角固醇，麦角固醇的含量与形成色素的含量不成比例关系。 2.4.3 降高血压的活性物质 1987年，小滨靖弘等研究发现，红曲具有降低血压的作用。经试验分析后，认为其降