红曲色素的种类及其功能研究进展.ppt

红曲色素的种类及其功能研究进展 组长 秦静组员 余瑶王春燕曲晓芳谷云赵娜张芳张月阳李晓孟超朱雨田 Contents 红曲色素的研究进展 红曲色素的功能性质 红曲色素的种类和结构 红曲色素的一般性质 简介 目录 总结及展望 简介 红曲菌红曲菌属真菌门 Eumycophyta 子囊菌纲 Ascomycetes 真子囊菌亚纲 Euascornycetes 曲霉目 Eurotiales 曲霉科 Eurotiaceae 红曲菌属 Monascus 红曲菌 红曲菌是腐生真菌 生长的最适pH为3 5 5 能耐pH3 5 尤嗜乳酸 生长温度为26 42 最适温度为32 35 能耐10 乙醇 能合成生物素 泛酸 尼克酸硫胺素 核黄素等 还能产生色素 乙醇 琥珀酸及少量乳酸 醋酸等 红曲菌的液化型 淀粉酶的活性弱 而糖化型 淀粉酶的活性较强 故可用来生产红色麦芽糖 红曲菌的蛋白酶的活性较高 故可用红曲腌渍鱼 肉 豆腐等高蛋白食品 红曲粉 红曲腌渍鱼 腐乳 酱汁猪头肉 红曲 红曲又称红曲米 其发明至今己有一千多年的历史 它是以稻米蒸熟后接种红曲菌 Monascus 发酵制成的 可直接作为天然色素来使用 安全性高 红曲有库曲 轻曲 色曲三个品种 库曲主要用于酿制黄酒 果酒 药酒 轻曲主要用于酿制腐乳 酱菜 果酒 药酒 食品着色 色曲主要用于食品着色 它们生产的不同之处主要是菌种 发酵周期等的区别 红曲色素 大米大豆 提取 红曲菌菌液体发酵培养 红曲色素 红曲米 红曲色素是一种由红曲菌属的丝状真菌经发酵而成的优质的天然食用色素 是红曲菌的次级代谢产物 红曲色素 商品名叫红曲红 MonasucsRed 多数红曲色素的生产是利用传统的固体发酵法 先用红曲菌发酵产生红曲米 再从红曲米中提取红曲色素 近年来也开始采用培养期短的液体培养法 利用纯种红曲菌 采用液体发酵法生产红曲色素 另外在培养方法上还可采用液体 固体两步法生产红曲 即红曲菌菌种经过液体培养成种子 再移植到固体大米上繁殖而成红曲 其色素含量也比传统工艺高 红曲色素 红曲菌目前是世界上唯一生产食用色素的微生物 红曲色素 作为天然色素 红曲色素一直以来被认为是安全性较高的食用色素 试验己证明不含黄曲霉毒素 动物性试验表明 使用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 此外 还具有降低血脂 血压 抗突变 防腐 保鲜等生理活性 因此红曲色素具有 天然 营养 多功能 的多重优点 近年来 随着国内外学者对红曲色素研究的深入 其应用范围也在不断扩大 红曲色素的一般性质 1色价与色调2溶解度3对pH值的稳定性4热稳定性5光稳定性6对其他物质的稳定性质7着色性8安全性 红曲色素的一般性质 1色价与色调红曲色素有两个最大吸收波峰 分别在410nm和510nm附近 即黄色和红色光波区 红曲色素中主要含有红 黄两个色素成分 黄多于红 视觉感到红曲色素呈现橙红或橙黄色 反之就感到红曲色素颜色深红 2溶解度红曲色素中的脂溶性色素均能溶于乙醚 乙醇 醋酸 正己烷等溶剂中 其溶解度以醋酸最大 正己烷最低 常用的溶剂是乙醇和醋酸 红曲色素在水中的溶解度与水溶液的pH有关 在中性或碱性条件下极易溶解 而在pH4以下的酸性范围内或含5 以上盐溶液中 其溶解度呈减弱倾向 红曲色素的一般性质 3对pH值的稳定性pH对红曲影响较复杂 一般红曲色素在中性范围比较稳定 即使在加热情况下也以中性为佳 不过在酸碱2种情况下 偏碱性比偏酸性为好 刘波等经研究得出 在一定的pH值范围内 红曲色素基本稳定 其色泽几乎没有变化 但当pH超过某个值 红曲色素的色泽会发生变化 4热稳定性经研究证明 红曲色素的热稳定性较好 优于其他合成色素 在天然色素中其耐热性能也属优良 红曲色素的一般性质 5光稳定性红曲色素的醇溶液受紫外线的影响较小 但日光能使色度降低 连喜军通过实验分析发现 红曲色素中红 橙 黄3类色素间光稳定性差别很大 黄色素的光稳定性最强 其次为红色素 橙色素对光最不稳定 6对其他物质的稳定性质红曲色素不受常见金属离子与氧化剂和还原剂的影响 7着色性红曲色素着色性很好 一些原料一经着色后再用水洗也很难洗去 8安全性 红曲色素作为天然色素 安全性高 已证实不含黄曲霉毒素 而且急性毒性实验 安全性毒性实验 慢性毒性试验以及致突变性试验均证明无致变作用 但是桔霉素的存在引起了红曲食用安全性的讨论 1977年有学者通过菌种诱变而从红曲菌发酵产物中分离出一种抑菌物质 随后 法国学者证实这种物质即是桔霉素 从而引起了各国对红曲产品应用的限制 桔霉素 Citrinin 是一种肾毒素物质 可溶于有机溶剂 由于目前红曲色素的提取主要采用有机溶剂提取 故得到的红曲色素可能含有桔霉素 红曲色素的一般性质 红曲色素的种类和结构 许多学者将红曲色素用有机溶剂提取分离 除了得到红色针状 黄色片状结晶外 还得到紫色针状结晶 他们认为醇溶性红曲色素是由化学结构不同 性质相近的橙 黄 红三类不同色素组成的混杂色素物质 它们都是Azaphilones类有机物 红曲色素中已经探明结构的有10种 其中6种为醇溶性色素 4种为水溶性色素 醇溶性红曲色素 目前已确定出化学结构的醇溶性红曲色素有6种 红曲橙色素 红斑素 Rubropunctatine 红曲红素 Monascorubrine 红曲红色素 红斑胺 Rubropunctamine 红曲红胺 Monascorubramine 红曲黄色素 红曲素 Monascine 红曲黄素 Ankaflavine 水溶性红曲色素 通常红曲菌所产色素以醇溶性色素为主 而水溶性色素则很低钟立人等人用高效液相色谱分析经各种有机溶剂萃取的红曲色素样品溶液 分离得到20余种组分 研究结果证明除存在6种脂溶性色素组分以外 还存在红色的各种水溶性色素成分 水溶性红曲色素 有学者认为红曲菌菌体中水溶性色素与醇溶性色素的生成是有一定比例的 单纯改变外界条件对水溶性 醇溶性色素之比影响不大 如果要菌体向产单一色素方向发展或提高产色素的能力 必须采取诱变 改变菌体的遗传性 然后配合一定的发酵条件方能达到预想的结果 考虑到水溶性红曲色素有更广阔的应用前景 改变红曲色素的溶解性 成为深入进行红曲色素开发的关键 红曲色素的转化 红曲菌在其生长过程中首先合成橙色素 而黄色素和红色素属于橙色素的衍生物 红曲色素的具体合成过程主要分为发色环的形成 脂溶性红曲色素的合成和水溶性红曲色素的合成三部分 红曲菌在生长代谢过程中分泌淀粉酶等酶类 将淀粉分解为葡萄糖 然后直接利用葡萄糖经一系列反应生成共有13个碳原子和4个双键的多聚酮发色环 醇溶性红曲色素又可以与培养基中含氨基物质的氨基结合 形成水溶性的复合色素 红曲生产中两类色素含量变化 对于红曲培养过程中黄色素和橙色素的变化规律做出研究得到的结果如下 黄色素中红曲素的产量大约是红曲黄素的两倍 前五天 合成少量黄色素 在5 17天 呈线性稳固增长 在20 30无标志性变化 到43天降至最低两种橙色素的产量变化基本一致 前五天 少量合成 5 15天线性稳定增长 15 30天橙色素快速下降 大约到43天时 几乎不能检出红色素和黄色素是将橙色素作为前体进行合成的 到15天合成橙色素的原料逐渐消耗殆尽 橙色素的合成减慢 之后由于橙色素大量转化为黄色素 橙色素的量显著减少 黄色素的量显著增加 直至橙色素转化完全 黄色素的量趋于平缓 红曲色素的功能性质 在食品中的应用 天然色素抑菌作用 红曲色素的功能性质 药理学活性调节血脂抗疲劳抑制脂肪酶活性调节血氨抗肿瘤 抑突变 1天然红色素 红曲色素长期作为食品着色剂 它与合成色素相比具有性质稳定 耐热性强 100 色调保持不变 耐光性和对蛋白质着色性极好等特点 而且红曲色素通过急性 亚急性 慢性毒性试验和致畸性试验 证明红曲色素没有毒性和致畸作用 安全性极高 红曲易培养 产色素能力强 安全性高 国外尤其是日本已广泛将其作为肉类 鱼 面 糖 果酱 果汁等食品着色剂 目前我国红曲主要应用于红曲酒配制 发酵食品 红曲腐乳 酱油 红曲糟制品等 食品色素等 2抑菌作用 1977年 WongHC和BauYS首次发现红曲的培养物具有抗菌活性 1981年 首次分离出红曲中的抑菌因子 结构测定 发现其就是桔霉素 Citrinin 红曲及其相关产品的抗菌性并不仅仅是由桔霉素产生的 在食品中的应用 抑菌作用 红曲色素 抑菌作用 对红曲色素中的不同组分进行抑菌研究得到橙色素红斑素和红曲红素 对细菌 酵母菌 丝状真菌有抗菌活性 还可以抑制枯草芽孢杆菌和伪热带念珠菌 形成较稳定的红色 以刺激人们的食欲 同时还能起到防腐和增加风味的作用 酿造酱油中使用的糖化增香曲就是以红曲为出发菌种而制得的复合红曲菌种 可使原料全氮利用率明显提高 质量优于普通工艺酱油 在肉制品中的应用 在调味品中的应用 在酒类中的应用 01 02 03 在食品中的应用 红曲酒保留了发酵过程中的粗蛋白 醋液 矿物质及少量的醛 酮等物质 具有香气浓郁 酒味甘醇 风味独特 营养丰富等特点 在食品中的应用 红曲色素在腌制品中的应用 红曲色素在焙烤制品中的应用 红曲色素可以作为腌制蔬菜中外加色素 蔬菜细胞在腌制加工过程中 细胞膜变成全透性膜 蔬菜细胞就能吸附其他辅料中的色素而改变原来的颜色 如生产红曲饼干 红曲面包 红曲面条等 在面包生产中 添加红曲水浸提液时 其颜色有所加深变红 与直接添加红曲粉相比 各方而均有较大改观 尤其在香味方而 与不加红曲提取液制成的面包相比 更加清新独特 药理学活性 抗氧化性 调节血脂水平 预防动脉粥样硬化 抗疲劳 其它的活性等 脂肪酶抑制活性 调节血氨 抗肿瘤 抑制突变 1抗氧化性 活性氧自由基能引起脂质过氧化 组织损伤 细胞功能衰退或丧失 因而导致人体许多疾病抗自由基物质能拮抗体内过量的自由基 避免组织的氧化损伤 从而预防相关疾病的发生 维护人体健康 屈炯等分别采用羟基自由基 OH 体系 超氧负离子自由基 O2 体系和二苯代苦味肼基自由 DPPH 体系3种抗氧化模型 验证了红曲色素的抗氧化活性 连喜军等 2005 用化学发光法研究了红曲色素中不同组分对羟自由基的清除作用 结果表明红曲红色组分具有较强的清除羟自由基能力 其次为黄色色素 橙色色素抗氧化功能最差 并且红色色素中分子量为365的抗氧化活性最强 2调节血脂水平 预防动脉粥样硬化 动脉粥样硬化是脂肪 胆固醇 细胞废物 钙和其他成分在动脉内部沉积所引起的慢性疾病 胆固醇是造成冠状动脉疾病 CAD 的主要因素 动物实验中 用红曲橙色色素分别喂食小鼠 小鼠血清的胆固醇 Tc 含量可下降16 LDL C下降18 26 HDL C升高1 9 最终使得动脉粥样硬化指数值下降23 27 说明红曲色素的氨基酸衍生物具有调节血脂 预防动脉硬化的作用 3抗疲劳 长期以来 人们一直认为红曲具有消除疲劳 增强体力的作用 目前为止 人们更倾向于认为红曲色素在抗疲劳方面表现出了显著的活性 经实验发现 服用醇溶性红曲红色素的小鼠与对照组小鼠相比 其游泳时间明显延长 运动后的血清尿素N含量降低 肝糖原的含量升高 这表明醇溶性红曲红色素具有改善小鼠运动耐力的作用 可能是红曲抗疲劳作用的重要因子 4脂肪酶抑制活性 肥胖症 Obesity 是造成糖尿病 高血压 心血管疾病 小肠癌 子宫癌和乳腺癌等的重要因素脂肪酶在脂肪消化水解生成甘油和脂肪酸 产生能量以及能量的储存过程中起重要作用 因此 如果脂肪酶活性被抑制了 那么脂肪的吸收和肥胖将得到控制 Kim等筛选出了具有高脂肪酶抑制活性的红曲色素衍生物 该红曲色素衍生物对脂肪酶有抑制作用的活性部位为氨基酸部分的酯基 衍生物中的芳香环和乙酯明显地增强了结合位点与脂肪酶的亲和力 5调节血氨 高氨血症 即血氨水平异常升高 可导致中枢神经系统功能障碍等症状 功能红曲中的红曲红素和红斑素可有效治疗动物高血氨症及其他与氨有关的疾病 这可能是由于红曲色素中的橙色素具有活泼的羰基 易与氨基作用所致 6抗肿瘤 抑制突变 1994年 日本YosukawaK等从红曲中分离出红斑素 通过对抗炎症反应起到抑制肿瘤作用 1996年 又发现口服红曲色素能抑制肿瘤 提取出的色素可以抑制TPA 12 O 十四烷酰佛波醋酸酯 13 一种诱发小鼠癌变的物质 另外 有报道表明红曲红色素和红曲黄色素具有抑制突变的作用 推测它们能通过加速分解致畸剂 起到抑制突变的作用 红曲色素的研究进展 红曲色素的市场及应用现状目前红曲及红曲色素主要应用于酿酒 酿醋 食品着色及肉类的保存 制作腐乳等 目前国内将其用作酿造红曲酒的糖化剂 年需求量超过1万t 红曲米及红曲米粉 主要在中国 日本和东南亚国家中进行生产和应用 而中国和日本生产量最大 目前我国红曲的年出口量约为4000t 生产企业有10多家 总产量约为5000t 大部分采取传统固态发酵法 市场潜力 国外对天然色素的研究开发与应用力度更大 欧洲肉制品主要采用亚硝酸盐作为发色剂 抗脂肪氧化剂和防腐剂 如果用红曲完全替代亚硝酸盐 仅德国肉制品生产中的红曲米用量就达5000t 如果在欧盟各国推广 并应用于其他领域 则需求量更大 据介绍 德国Kulmbach联邦肉制品研究中心的实验室从20世纪90年代初就开始进行将红曲红色素添加到西式香肠的实验 证明可改善香肠的呈色效果 色度稳定性较好 红曲色素应用存在的问题 虽然国外对中国红曲米需求量日益增多 但由于红曲色素中桔霉素的存在 我国红曲色素不能以食品添加剂的方式出口到美国和欧洲 另外 红曲色素合成的详细代谢途径还没有完全证实 极大地限制了红曲色素产品的深加工 只有红曲色素合成代谢的基础研究有了突破性的进展 红曲色素的深加工才有方向和依据 开发红曲色素系列产品 红曲色素是混合物 一般所得的产品都含有3种颜色的多种组分 由于这3种色素水溶性不好 对光稳定性较差 近年来许多学者通过化学修饰和结构改性的方法来改造红曲色素 获得不同色调的纯色素 扩大