[科普中国]-紫红曲霉

紫红曲霉的重要产物红曲色素

红曲霉是一种重要的生产色素的微生物，在世界范围内得到了广泛的应用。卫法监发的 [2001]84号文件将红曲霉，特别是紫红曲霉列为十大保健食品真菌菌种之一。红曲霉产生色素作为食品着色剂，已广泛使用于奶酪、米酒、肉制品和鱼制品等生产中。其中由紫红曲霉在生长代谢过程中产生的红色天然色素，即红曲红色素，应用最为广泛。该色素属于蒽醌衍生物类，易溶于水和乙醇等极性溶剂。红曲霉产生的典型色素主要有三种：黄色素、橘色素和红色素。色素分子均是由一条短脂肪酸链（C6，C8）与一个六酮，通过聚酮化合物合成途径缩合而得到。这些色素并不是水溶性的，并且极不稳定，在强酸、强碱或者加热、光照等情况下均有可能分解或变性。但是，这些脂溶性色素能与细胞内的蛋白质、氨基酸残基、核酸以及氨基糖上的氨基团反应，从而形成胞外的水溶性色素。目前，水溶性色素用途较为广泛，因此怎样提高胞外水溶性色素的产量引起了人们的强烈关注。有研究发现，使用谷氨酸作为氮来源与胞内色素进行反应，能有效的提高胞外色素的积累，从而提高产量，而得到的胞外色素即为谷氨酸-色素复合物。橘色素在某些条件下可转化成黄色素或红色素。人们用氮原子替换橘色素中对应的氧原子使得色素的颜色从原来的黄色转变为红色。有研究证明红色素几乎没有抗菌活性，而橘色素有微弱的抗菌活性。尽管有报道能够从红曲霉代谢产物中分离得到稳定且高产量的红色素，但是至今为止，红色素合成途径及机制仍不清楚。由于红曲霉产生的色素安全性高、热稳定性较强、对蛋白质的着色性好不易褪色、色彩鲜艳，并具有生产周期短、产量稳定、价格波动相对较小等优点，因此红曲色素的其应用价值远远高于其它色素。红曲红色素可以通过紫红曲霉的发酵来大量生产，改良后的菌种可以进一步提高产量，从而大大降低生产成本，因此继续开发并有效利用紫红曲霉对食品色素的应用有着十分重要的意义。

洛伐他汀丝状真菌包括紫红曲霉的次级代谢产物洛伐他汀及其衍生物，均有很好的降低胆固醇的功效。胆固醇是胆汁酸与甾醇类激素的前体，对维系细胞膜的完整及生物体的健康起着重要的作用。然而，血液中低密度脂蛋白（LDL）和胆固醇含量过高时，就会沉积在动脉血管内壁，引发一系列的应激反应，最终导致心血管疾病的发生。全世界死于心力衰竭、心绞痛、高血压、及冠心病等心血管疾病的人数在逐年增加。2004年大约有 1710万人死于心血管疾病，占全球死亡的29%。这些死亡中约720万人死于冠心病，570万人死于中风。预计到2030年，几乎有2360万人将死于心血管疾病，而冠心病和中风继续成为这些死亡的主要原因。人体内胆固醇的来源主要有两种：一是在肝中由酰基CoA经甲羟戊酸途径合成，该途径合成的胆固醇约占总胆固醇的60%-70%；二是通过饮食，在肠胃道经酞基CoA-胆固醇酞基转移酶（ACAT）酯化生成胆固醇。3-羟基-3-甲基-戊二酸CoA（HMG-CoA）还原酶是甲羟戊酸途径合成过程中限速步骤的催化剂，而洛伐他汀是HMG-CoA还原酶的可逆竞争抑制剂，因此具有降低体内胆固醇的作用。研究发现洛伐他汀明显抑制哺乳动物和动物细胞中甾醇的生物合成。从红曲霉和土曲霉的代谢产物中均能分离得到洛伐他汀。

橘霉素橘霉素是一种毒枝菌素，具有毒性，首次从丝状真菌中分离得到。该聚酮化合物类次级代谢产物不仅在红曲霉中发现，在其它许多真菌中也有报道，如青霉菌、曲霉菌等。橘霉素有杀死革兰氏阳性细菌的能力，抗真菌、原虫，但同时对哺乳动物也有肾脏毒性，并对农产品、食物、食料等有污染作用。此外，橘霉素还经常伴随着肾毒素一赫曲毒素污染谷物、水果、肉类和奶酪等食品。体外实验证明橘霉素对肾脏线粒体细胞的功能造成多种损伤，最终导致细胞的死亡。常温下橘霉素是酸性柠檬黄色晶体，在甲醇溶液中的最大吸收波长为250 nm和333 nm。熔点为172℃，微溶于水，但易溶于稀氢氧化钠、碳酸钠或醋酸钠溶液，也可溶于甲醇、乙醇、乙睛等大部分的极性有机溶液。橘霉素可以形成螯合物，但在酸、碱或加热等情况下可能会降解。橘霉素是一种苯醌类甲基化物，其分子内部有两个氢键。在固体状态时，橘霉素的两个互变异构体p-quinone和o-quinone之间会相互转化，构成动态平衡。而在甲醇或甲醇与二氯甲烷的混合溶液中，橘霉素经过Michael-type亲和加成反应进行两个互变异构体的相互转化，该反应是可逆的，并达到动态平衡。在甲醇与二氯甲烷的混合溶液中，提高温度可使反应向天然橘霉素的方向移动1。

紫红曲霉的发酵技术从目前的发酵技术而言，针对红曲霉的发酵技术大体上可分固态和液体两类。目前，生产红曲霉中生理活性代谢产物的方式以固态发酵制备红曲米为主。能影响固态发酵制备红曲米的因素有：培养基种类、培养的环境温度、生产用菌株种类以及水分含量等等。发酵时，如果不能保持发酵底料有充足的水分和活度就有可能让其传导力减小，对整个发酵过程造成不利影响。固态发酵属于传统技术手段，有其弊端，因此，这几年先进的制曲工艺开始持续发展，这类新工艺让固态发酵法实现了机械化流程的生产，跟老工艺相比，不仅可以大大减小劳动强度，缩短发酵周期，更让发酵的整个操作过程大大简化，生产效率获得了极大提升。液态发酵有：周期短、成品质量稳定等多种优于液态发酵的特点，因此在紫红曲霉有关代谢产物的生产中备受关注。日本的一些制取红曲霉素的公司都是采用规模较大的液态发酵法，我国也有不少单位正在探索此工艺。一些研究显示在无光环境中培养红曲霉，可以促进色素的产生，若用红光或蓝光照射，可对红曲霉的生产形态造成一定的影响，进而对色素合成产生影响2。