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红曲生理活性物质及其开发应用

发布时间: 2017年07月19日

摘要:红曲作为一种优良的天然色素,作为食品添加剂广泛应用于食品工业中,但欧美一些国家对其安全性持有疑问。本文对红曲活性物质的种类和作用机理,国内外对其安全性的评价做了系统的论述,提出了红曲在生产应用中需要注意的问题。 

关键词:红曲;活性物质;安全性;桔霉素 


    红曲古代称丹曲,是以红曲霉为主的一种独特的酒曲,色泽红艳、口味香醇,它具有耐酸、耐高温的特性,在工艺制造上也有独到之处。所以,《本草纲目》里评价它说:"此乃人窥造化之独到巧者也"和"盖奇药也"。 

    近年来,由于合成色素的安全性受到挑战,天然色素日益受到人们的重视,特别是具有保健功能的红曲色素更受消费者的青睐。红曲除作为安全食用着色剂外还含有降低血脂等有效的生理活性物质及防腐、保鲜物质,具有"天然、营养、多功能"的多重优点,是一种适应国际发展大趋势的优良食品添加剂,其巨大的应用潜力备受世人关注。多年来,我国红曲广泛用于食品、饮料、冷食着色、食品发酵、制取药物等,产品除销于国内市场外,还远销日本、德国、俄罗斯、东南亚等国家和地区,深受欢迎。然而,欧美等西方国家至今仍未正式批准使用红曲色素作为食品的着色剂,WHO、FAO及其欧美等19个国家使用的48种天然色素名单中,居然没有红曲色素,其原因是红曲色素安全性是他们关心的问题之一。因此,对于红曲活性物质开发应用的安全性问题,我们不能不高度重视,进行有效的评估,以期更好地进行红曲的开发应用。 

      1 红曲活性物质的种类及其作用机理 

      1.1 抗菌性活性物质 

    在《天工开物》中,就有关于炎暑利用红曲保存鱼肉而十日不腐的记载,说明很久以前人们就对红曲的抗菌抑菌有了认识。现代科学研究表明,紫色红曲霉(Monascus purpurcus)能产生抗菌活性物质,对细菌、酵母有抗菌性,对蜡状芽孢杆菌、霉状杆菌、枯草杆菌、金黄色葡萄球菌、萤光假单孢杆菌有较强的抑制作用,对绿脓杆菌、鸡白痢杆菌、大肠杆菌、变形杆菌有抑制作用。目前,日本已开始大量应用红曲色素在鱼、肉的保鲜上,并已取得了多项专利。 

      1.2 酶类活性物质 

    红曲霉在生长过程中能产生多种酶类,如淀粉酶、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。一般来说,产液化酶的活性较弱,而产糖化酶的活性较强。据文献报道,红曲霉属的某些菌株能分泌直接催化己酸和乙醇合成己酸乙酯的胞外酶。赵华等通过紫外线诱变处理成功地选育到一株己酸己酯高产菌M5035-13。中国科学院微生物所选育的一株安卡红曲霉,其产糖化酶几乎100%能够将淀粉酶水解成葡萄糖。另外,还有一些红曲能够产生较高活性的蛋白酶,因而可以用红曲腌渍鱼、肉、豆腐等高蛋白食品,腌渍成色香味俱佳的产品。 

      1.3 药理活性物质 

    红曲具有独特的医疗功效。元钦膳太医忽思慧在《饮膳正要》中说,红曲有"健脾、益气、温中"之功效。《本草纲目》也记载,红曲主治"消食治血,健脾养胃"。 

    随着现代人们健康意识的加强和科技水平的进步,对于红曲的药理活性物质研究甚丰,主要物质类型及其功能有如下几种。 

      1.3.1 降胆固醇活性物质 

    在发达国家,冠心病是死亡的主要原因之一,美国一年有80万人死于该病,约占年死亡率的40%。而成年人胆固醇70%来自于体内生物合成,30%是由食物摄入,在胆固醇合成途径中,已经查明经甲基戊二酰辅酶以A(HMG-CoA)还原酶是控制合成速度的关键酶。因此,抑制了这个酶的活性,就能有效地减少或阻断体内胆固醇的合成,从而达到防治高血脂病的目的。 

    1979年远藤章等首先报道从红色红曲霉M.ruber的发酵液中分离出一种强有力的HMG-CoA还原酶的抑制剂,这种物质称为莫纳可林K(monacolin K),现已知的莫钠可林K及关联物质有Monacolin J,K,L,X和Dihydrornevinolin和Dihydrornevinolin L。Monacolin类物质的浓度只要达到0.001~0.005ug/ml,胆固醇的合成就会受阻。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蛋白有优先降低的作用,这是这类活性物质药理的一大特点。这类降胆固醇药物已进入临床应用。 

      1.3.2 降血压、降血糖活性物质 V-胺基丁酸(GABA)

    为大脑的化学传递物质,可调节大脑的兴奋及抑制。除了治疗各种癫痫外,还具有降血压、降血糖作用。日本国立健康研究所进行饲料添加"红曲培养物"的动物试验中,发现添加0.2%~0.3%"红曲培养物"的饲料可使患有先天性高血压症老鼠的血压由超过200mmHg降至180mmHg以下,其有效成分为γ-胺基丁酸及Glucosamine或红曲霉的其他细胞壁成分。日人山内等直接以红曲培养物做饲料进行试验,可使兔子的血清胆固醇降低15%~18%,饲喂后0.5h体内血糖比对比组降低23%~33%,1h后血糖仍降低19%~29%。 

      1.3.3 麦角固醇 

    麦角固醇是维生素D2的前体,当它受到紫外线照射后即转化为维生素D2。维生素D2可用于防治婴幼儿佝偻病,对促进孕妇、老年人对钙、磷的吸收有明显的生理作用。自然界中维生素D2含量并不丰富,一般食品中含量很少,因此需要适当补充,尤其是婴幼儿及孕妇、乳母等。红曲霉菌中许多菌株能够产生麦角固醇,有的高达2%以上。另外,麦角固醇还是生产"考的松"、激素黄酮体的原料。在食品中添加红曲,对人类防治维生素D缺乏症有重要作用。 

      1.3.4 其他活性物质 

    红曲霉菌中产生的Glucosamine是生命合成结缔组织基质的必需成分,可以供给关节及关节软骨之营养,促进关节代谢正常化,同时也可以改善滑液的粘多糖体,恢复滑液的润滑功能,所以可以治疗退化性关节炎及风湿性关节炎。远藤章通过对Monacolin K的酯构型的弱碱化,形成它的碱金属盐和碱土金属盐,发现它们分别是有预防和治疗胆结石、前列腺肥大和肿瘤的作用。红曲橙色素Monascorubin及Rubropncatin具有活泼的羰基,很容易与氨基起作用,因此不但可治疗胺血症,而且还可能是优良的防癌物质,红曲所产生的单胺氧化酶阻遏物早就用于对帕金森氏综合症及其相关的精神病治疗。 

      2 红曲开发应用的安全卫生评价 

    随着红曲的应用越来越广泛,人们对其研究程度也日渐深入。近几年来,出现了关于红曲食用安全性的各种论述,焦点在于红曲产品中是否含有桔霉素。1977年,Xingchun Wong等人通过菌种诱变而从红曲霉的发酵产物中分离出一种黄色的抑菌物质,并将其命名为Monascidin A。随后,法国人Blanc.P.J通过实验证实Monascidin A即是桔霉素,并相继发表了红曲产品中的真菌毒素桔霉素的研究报告,从而引起了各国对红曲产品应用的限制,尤其在欧洲和美国,红曲产品的开发应用受挫折。 

      2.1 桔霉素的危害 

    桔霉素可由青霉和部分曲霉菌产生,是由脂类代谢产生的一种真菌毒素,对健康能够产生一系列短期或长期的影响。如短期的中毒现象,长期的致癌性及致畸性影响。接触真菌毒素能产生类似皮炎、感冒和流感的症状,以及咽喉疼痛、头痛、疲劳、痢疾及免疫功能下降等病症。据Durackwa等的研究,根据其LD50值的大小,认为桔霉素的毒性与黄曲霉毒素B1的毒性处于同一水平(LD50位于10~100μg/ml之间)。桔霉素LD50在大白鼠和小白鼠皮下注射和腹膜内注射量分别为67mg/kg和35mg/kg,其毒性属中等偏剧毒性,桔霉素作用的靶器官是肾脏,可以导致肾肥大。如在猪饲料中每天按200mg/kg的用量加入桔霉素,在1~2月内猪会出现肾病。又有学者通过实验得出,将10μg桔黄素浸提物注射于生长2d的胚胎,导致小鸡躯干末端发育不全,将10μg和100μg的浸提物注射于3d的胚胎时,结果导致腰部缺陷。最新研究结果表明,桔霉素还对基因有毒性效应。桔霉素毒性虽然不如黄曲霉素B2,但在国外,仍将其作为食品污染的严格控制指标。 

      2.2 红曲产品的相关安全性试验 

      2.2.1 红曲中桔霉素和黄曲霉素的定性检测 

    用薄层层析法检测红曲的提取液,将其与桔霉素和黄曲霉素的提取液比较,比较它们的Rf值。结果证明,红曲的提取液中不含桔霉素和黄曲霉素。说明绝大多数红曲产品中桔霉素和黄曲霉素没有或者很低,食用、药用安全程度高,可以放心选用。 

      2.2.2 毒性试验和致变性试验 

    日本学者布谷昭和广井忠夫对红曲和红曲色素进行了毒性和致变性试验,结果表明,红曲不含黄曲霉素和桔霉素。口服和注射红曲的小白鼠LD50都在安全剂量标准以外,其各项毒性试验与对照组没有差异,说明红曲对产品的应用没有毒性,没有致变性,安全性很高。 

    另外,Martinkova et al对肝细胞进行了毒性实验,通过测量LDH的漏损率,红曲色素对细胞膜的完整性并无影响。GSH的含量以及丙醛的产生与空白相比,也无明显的不同。结果发现在研究的任何一段时间内,红曲色素在一定浓度范围内对肝细胞均无毒害作用。在我国一项研究中,将高剂量紫红曲(M.Purpurens)提取色素对小白鼠和大白鼠进行毒性实验,其急性和慢性毒理反应均呈阴性。总之,从对红曲相关样的毒理性和致变性实验来看,红曲的应用是安全的。 

      3 我国红曲产品生产应用的思考 

    红曲是我国传统发酵产品,尤其是红曲霉素百年来一直在亚洲各国作为一种有益于健康的添加剂用于各种食品,其卫生安全性似乎早已清楚。然而值得注意的是,我国的毒理学实验已证明了红曲产品的食用安全性,但对桔霉素这一问题考虑不足,而且我国迄今为止,还未建立关于桔霉素毒性的检测方法及控制指标。 

    近年来,红曲生产及应用行业都在密切关注两个问题:我国红曲产品中是否含有桔霉素?我国红曲生产普遍使用的生产菌种(大多为安卡红曲霉)是否产生桔霉素?这样我国红曲产品出口开始受到国际市场上的压力。据悉,红曲产品已受到日本卫生部门的严格检验,认定为不含桔霉素才可以生产和出口;而德国也明确提出今后若从中国进口红曲,必须有安全生产菌种及不含桔霉素的证明,美国要求更严。 

    事实上,红曲中桔霉素的质量分数主要由红曲霉菌种本身决定,并非所有的红曲菌都会产生桔霉素,如日本用毛红曲霉、红色红曲霉、紫色红曲霉可以生产出不含桔霉素的产品;而且桔霉素的产生与生产方法有关,一般在红曲霉发酵的晚期会产生桔霉素,生产工艺条件还决定桔霉素的含量。红曲产桔霉素的生物途径是首先由乙酰辅酶A分子和丙二酰辅酶A分子缩合成戊酮,再经甲基化、缩合、还原、烷基化、还原、氧化、脱水等步骤,最后产生桔霉素。另有研究者认为,常规生产上不存在高效而又不产生桔霉素的红曲霉,真正具毒理安全性而又符合生产工艺需要的是红曲霉的变异体。有必要对这些安全而高效的菌种进行筛选、提纯,并开发利用,达到安全卫生生产,甚至可使之专利化。 

    我国红曲的开发应用需要在三个方面进行考虑,加强研究。一是制订与本土结合的国际化质量和安全指标,研究出先进可靠的检测方法;二是优化筛选不含或少含桔霉素等毒性物的菌体;三是针对桔霉素的产生途径,严格控制发酵过程,物化措施和现代分子技术结合应用关键控制点,完全抑制桔霉素等毒素的生成。 (国家食物与营养咨询委员会)