红曲色素组分及调控研究进展

。
收稿日期 ： ２０１ ５ －０９ －１ ５ 通讯作者 基金项目 ： 国家自然科学基金项目 （ ； 湖北省科技厅 （ ３ １ １０１ ３４９ ） ２０１４７ＡBＡ０２８ ） 作者简介 ： 胡川 （ ， 男， 硕士 ， 研究方向 ： 低毒功能红曲与食品安全 ； １ ９９０ － ） 王伟平 （ ， 女， 硕士生导师 ， 研究方向 ： 发酵工程 。 １ ９７２ － ）
Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｐｒｏｇ ｒｅｓｓ ｏｎ Ｃｏｍ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒｅｇｕlａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｏｎａｓｃｕｓ Ｐｉ ｇｍｅｎｔ
HＵ Ｃｈｕａｎ ，ＹＡＮＧ Ｊｉａｎ ，ＣHEＮ Ｙａｏ ，ＷＡＮＧ Ｗｅｉ ｓｈａｎ ｐｉｎｇ ，ZHＡＮＧ Hｕａ （ ， ， Ｌｉｇｈｔ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ Hｕｂｅｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｋｅｙ Ｌａｂ ｏｆ Fｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ
３ 红曲色素的调节方式
３． １ 氮源 氮源是微生物生长和代谢产物合成的重要影响因 素， 对于红曲色素的发酵而言 ， 氮源不仅是红曲色素的 也是 菌 体 合 成 产 色 素 所 需 酶 的 重 要 组 重要组成部分 ， 其构成了酶的功能基团 ， 红曲霉的代谢会产生 成部分 ，
１０］ 很大影响 。 Zｈａｎｇ 等 ［ 在研究含氮类物质对红曲色
［ １］
目前国内外对红曲色素的 ６ 种单一色素组分以及 其他未知色素组分的 分 离 方 面 研 究 较 多 ， 红曲色素组 但该方法分离的色素 分的分离主要采用薄 层 层 析 法 ， 组分纯度不是很高 。
３］ 郑允权等［ 在弱极性分离溶剂系统正己烷 乙酸乙 -
。 红曲霉能够产生天然食品色素红 曲
色素 、 降血脂活性 物 质 Mｏｎａｃｏｌｉｎ Ｋ 、 氨基丁酸等有 γ 益次生代谢产物 。
第 ４１ 卷 第 ２ 期 ２０１ ６ 年 ２ 月
中 国 调 味 品
China Condiment
专论综述
红曲色素组分及调控研究进展
胡川 ， 杨建 ， 陈瑶 ， 王伟平 ， 张华山
（ 湖北工业大学 轻工学部 ， 发酵工程省部共建教育部重点实验室 ， 武汉 ４３００６４ ） 摘要 ： 红曲色素是由红曲霉经固态或液态发酵所产生的天然食用色素 ， 是红曲霉的重要次级代谢产物之 一， 作为添加剂在食品特别是肉制品工业中有很好的应用前景 。 文章就红曲色素的组分及其分离纯化 ， 红曲色素的生物合成途径 ， 红曲色素主要调控方式的研究进行综述 。 关键词 ： 红曲色素 ； 生物合成途径 ； 调控方法 中图分类号 ： ＴS２６４ ． ４ 文献标志码 ： Ａ 文章编号 ： １０００ ９９７３ （ ２０１ ６ ） ０２ ０１４３ ０４ ｉｓｓｎ． １０００ ９９７３ ． ２０１ ６ ． ０２ ． ０３２ ｄｏｉ ： １０ ． ３９６９／ ｊ．
红曲色素属于聚酮类色素 ， 目前共发现 １０ 余种已 知结构的红曲色素 组 分 ， 具有应用价值的红曲色素主 要是其中 ６ 种醇溶性色素 ： 红斑红曲胺 、 红曲玉红胺为 红色素 ， 红斑红曲素 、 红 曲 玉 红 素 为 橙 色 素， 安卡红曲 黄素 、 红曲素为黄色素
［ ２］
色素中 ６ 种主要的醇 溶 类 色 素 组 分 进 行 分 离 纯 化 ， 使 用 HPＬＣ 确 定 柱 层 析 分 离 的 色 素， 用 MS 联 用 检 测 ， 制备型高效液相色谱 进 行 高 纯 度 的 分 离 纯 化 ， 经过二 次柱层析进一步纯化样品 ， 最终收集得到单一色素样
来自百度文库
Eｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ，Mｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Eｄｕｃａｔｉｏｎ ，Ｗｕｈａｎ ４３００６４ ，Ｃｈｉｎａ ） Ａｂｓｔｒａｃｔ ：Mｏｎａｓｃｕｓ ｐｉｇｍｅｎｔｓ ａｒｅ ｎａｔｕｒａｌ ｅｄｉｂｌｅ ｐｉｇｍｅｎｔｓ ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｂ ｙ ｓｏｌｉｄ ｓｔａｔｅ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｒ ｌｉｑｕｉｄ ｓｔａｔｅ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ，ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｍｅｔａｂｏｌｉｔｅｓ．Ａｓ ａ ｋｉｎｄ ｏｆ ｆｏｏｄ ａｄｄｉｔｉｖｅ ，ｉｔ ｃａｎ ｂｅ ｕｓｅｄ ｉｎ ｌｏｔｓ ｏｆ ｆｏｏｄｓｔｕｆｆ ｅｓｐ ｅｃｉａｌｌｙ ｉｎ ｍｅａｔ ｐｒｏｄｕｃｔｓ．Ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｏｆ Mｏｎａｓｃｕｓ ｐｉｇｍｅｎｔｓ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｐ ｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ，ｔｈｅ ｂｉｏｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ｐａｔｈｗａｙ ａｎｄ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ Mｏｎａｓｃｕｓ ｐｉｇｍｅｎｔｓ ａｒｅ ｒｅｖｉｅｗｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ：Mｏｎａｓｃｕｓ ｐｉｇｍｅｎｔ ；ｂｉｏｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ｐａｔｈｗａｙ ；ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ 为散 囊 菌目中 的 子 Mｏｎａｓｃｕｓ ｐ ｕｒｐ ｕｒｅｕｓ ） 红曲霉 （ 囊菌属曲霉科真菌 。 红曲可用于酿酒 、 制醋 ， 作为着色 也可 做 中 药 。 中 国 科 学 院 微 生 物 研 究 所 剂和调味剂 ， 和轻工部 食 品 研 究 所 正 式 收 集 编 目 的 重 要 红 曲 霉 有 ８ 种４８ 个菌株
图 １ 红曲玉红胺的合成过程
红曲色素为一种聚酮类化合物， 从生物合成的角度 而言， 聚酮类化合物是一类由低级脂肪酸聚合而成的具 — １ ４４ —
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的 ４８ ｈ 和 ６０ ｈ 分 别 流 加 １ ％ 的 葡 萄 糖 ， 当发酵结束 与非流加发酵组相比 ， 流加组的红曲色素产量增加 后， 了 ２３ ． ５ ％ 。 使用 气 升 式 生 物 反 应 器 进 行 红 曲 霉 的 液 态发酵培养 ， 并设置其葡萄糖流加因子为０ ． 结果 ００１ ３ ， 表明与非流加发酵 组 相 比 ， 变速流加组的红曲色素产 量增加了 ３２ ％ 。 ３． ３ 维生素类
霉菌株所产橙色素 的 组 成 成 分 ， 实验发现发酵所使用 的烟色红曲霉菌种产生的橙色红曲色素与已有文献报 而红色红曲霉则产生了两种新的橙 道中的种类相同 ， 色红曲色素组分 。 研究还认为 ： 在一定条件下 ， 橙色红 曲色素可以转化为红色红曲色素和黄色红曲色素 。 屈
６］ 采用不同的 展 开 剂 对 红 曲 色 素 进 行 薄 层 层 析 ， 炯等 ［
! Monascorubrine *lutamic acid
2 1 3
4 5
6
! 15 16 14 11 28 24 18 25 27 17 N C!!H ! !7 20 H 9 H ! 10 HE 12 26 C!!H 19 23 22 21 13 8
红曲色 素 的 产 量 和 色 价 都 得 到 了 相 应 的 的生长时间 、
酯 甲醇 水条件下采用高速逆流色谱法对红曲色素组分 进行分离纯化， 研究 ６ 种色素组分在不同溶剂体系中的 建立 两步逆流 萃取分离的 技术路 线， 得到了 分配系数， 纯度均大于９８． ６ 种高纯度的醇溶类色素组分， ５％。
４］ 张皓雪等 ［ 采用柱层析和制备型液相色谱对红 曲
１ 红曲色素的组分及分离纯化
１３］ 提高 。 童 群 义 等 ［ 研 究 表 明： 使初始葡萄糖浓度为
N-glutar!l monascorubramine
在接种后的 ３６ ， ４ ％， ４８ ， ６０ ， ７２ ， ８４ ， ９６ ， １０８ ， １２０ ｈ 每 次 流加 １ ． ２ ％ 的 葡 萄 糖 ，发 酵 液 的 总 色 价 可 达 到 ／ 初始葡萄糖浓度超过 ４ ％ 的培养 基 会 使 ４４２ ． ５ Ｕ ｍＬ ， １４］ 红曲色素 的 代 谢 受 到 明 显 的 抑 制 。 王 克 明 等 ［ 研究 发现 ： 使培养基的初始葡萄糖 浓度 为 ３ ％ ， 在发酵过程
１５］ 闵丽娥等［ 发现红曲发酵液的色价受培养基中所
代谢产物对菌体生长 及 色 素 生 成 的 抑 制 ， 有利于红曲 也便于发酵后期红曲色素的分离和 色素产量的提高 ， 提取 。 但超声波处理 时 间 不 可 过 长 ， 否则会引起红曲 霉细胞的大量死 亡 ， 进 而 降 低 红 曲 色 素 的 产 量。 超 声 波的最 佳 作 用 时 间 为 ２ ｍｉｎ 左 右 ， 使用该条件超声处 理红曲菌悬液可使红曲色素产量提高 ３０ ％ 以上 。 ３． ７ 表面活性剂 Ｙｕｍｉｋｏ 等使用硝酸钠 作 为 唯 一 氮 源 进 行 红 曲 霉 第一阶段在水溶液中进行微生物发酵 ， 第 的两级发酵 ， 二阶段在 非 离 子 表 面 活 性 剂 胶 束 溶 液 中 进 行 深 层 发
1 acetate ) 5 malonates Pol!2etide s!nt0ase
He(a2etide
且黄色素含量高于红色素 ， 与空白对照 曲色素纯度高 ， 组相比 ， 谷氨酸和 ６ 氟氨基嘌呤能使红曲色素产量从 ／ 分别提高到 ／ ／ ４１８５ Ｕ ｇ ４３０３ Ｕ ｇ 和 ４３４９ Ｕ ｇ 。 另外 ，
２ 红曲色素的合成途径
1 acetate ) 3 malonates Fatt! acid s!nt0ase
!ctanoic acid Acet!l#CoA C!!H ) CH3 C!SC!A
以 硝 酸 铵、 甘 氨 酸 为 氮 源 时 的 红、 黄 素的影响时发现 ： 色价较用谷氨酸钠低 ， 但以谷氨酸钠为氮源产生的红
５］ 现 。 连喜军等 ［ 使用喷雾质谱法分析了两种不同红 曲
有长碳链结构的化合物， 其合成过程与脂肪酸的生物合 成过程类似。 聚酮类合成过 程的 启动单 元大 多是 乙酰 这些小分子的延伸单元 ＣｏＡ 或丙酰 ＣｏＡ 等简单化合物， 在聚酮链延伸过程中通过发生缩合过程插入聚酮链中。 聚酮链骨架合成后再经过氧化、 还原、 水合、 脱水、 脱羧、 甲 糖基化、 形成环状结构等步骤， 最后形成聚酮化合 基化、 物。红曲色素以乙酰 ＣｏＡ 为基本构成单位聚合而成生色 基团， 生 色 基 团 与 脂 肪 酸 聚 合 成 不 同 的 红 曲 色 素。 中 ２０００ 年Hａｊｊ ａｊ 等分析了红色红曲霉 （ Mｏｎａｓｃｕ ｓｒｕｂｂｅｒ） ［ ８］ 红曲玉红胺的合成过程， 具体合成途径见图 １ 。
［ ］ 氟氨基 Pｅｒｅｉｒａ 等 １ １ 还发现培养 基 中 加 入 色 氨 酸 和 ６ 嘌呤使红曲色素的半衰期从 １ ｈ （ 空白对照组） 分别增
!
C!!H
! H! ! Pol!2etide c0romop0ore
加到 ４ ｈ 和 ３ ｈ 。 ３． ２ 碳源 碳源类物质为红 曲 霉 的 生 长 提 供 基 本 的 能 源 ， 传 统的固态红曲发酵多以大米为碳源 。 碳源不足会造成 红曲霉营养不良 ， 生长状况不佳 ， 但由于葡萄糖效应的 存在 ， 过高的初始糖 浓 度 会 对 菌 体 生 长 和 色 素 生 成 造
-2etoacid
Esterification
!
!
!
!
成限制 。 在红曲霉发 酵 过 程 中 ， 分批流加葡萄糖或增 加葡萄糖供给的次数 ， 能够减轻红曲霉菌体生长和次 级代谢产物生成被初始糖浓度过高的培养基抑制的程 度， 从而有效地提高 发 酵 产 物 中 红 曲 色 素 的 产 量 以 及
１２］ 色调 。 Ｌｅｅ 等 ［ 发现分 批 培 养 红 曲 霉 时 ， 红曲霉菌体
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品 ２０ ｍｇ ， 其中红曲红素的纯度高达 ９９ ％ 以上 ， 可用于 填补了我国没有红曲单一色素 红曲单一色素标准 品 ， 标准品出售的空白 。 除以上 ６ 种色素 外 ， 新的红曲色素种类陆续被发
得到 ２ 种 橙 色 素 、 共１３ 种 色 ４ 种 黄 色 素、 ７ 种 红 色 素， 但并没有确定其化学结构 。 素组分 ，
［］ 即 Sｏｎｉａ Ｃａｍｐｏｙ 等 ７ 分离出另外 ４ 种 红 曲 色 素 ，
黄色的色素 Ｙｅｌｌｏｗ ＩＩｓ （ ， M＝３８４ ） Ｘａｎｔｈｏｍｏｎａｓｃｉｎ Ａ （ ， 及红色的色素 Ｒ３ （ 。 M＝３８６ ） Ｙ３ （ M＝４３０ ） M＝３７４ ）