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红曲与桔霉素

2012-10-10 5页 pdf 155KB 56阅读

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红曲与桔霉素 82 食品与发酵工业 Food and Fermentation Indu时r峙 Vo[.26 Xo 3 酸 8{) 红 曲 与 桔 霉 素 李 云 * 阁雪税√李救秋** 张茂良 , — — — — 一 — , — — 一 (北大维信生物科技有限公司,北京.100871) **(华南热带农业大学工学院食品系,儋州.571737) TQ ] 摘 要 曰 曲中音有桔霉素.搏使我国约红曲击 受到很大影响。 x舟 了红 曲中括霉 紊的产 生厦告戚遮径;桔霉素的劳子式、结啕、物理和化学恒质、毒恒、抻茁性...
红曲与桔霉素
82 食品与发酵工业 Food and Fermentation Indu时r峙 Vo[.26 Xo 3 酸 8{) 红 曲 与 桔 霉 素 李 云 * 阁雪税√李救秋** 张茂良 , — — — — 一 — , — — 一 (北大维信生物科技有限公司,北京.100871) **(华南热带农业大学工学院食品系,儋州.571737) TQ ] 摘 要 曰 曲中音有桔霉素.搏使我国约红曲击 受到很大影响。 x舟 了红 曲中括霉 紊的产 生厦告戚遮径;桔霉素的劳子式、结啕、物理和化学恒质、毒恒、抻茁性和磕 方击荨内容。 关键词 桔霉素 红田 肾毒素 真菌毒煮 乏 曲霉 砍级代谢 生素 。 成,高瞧 裢;则.{叩菌性 广义的红曲是指用红 曲霉 (~'Vlonascus) 产品中桔霉素的含量,必须低于值,否则 发酵制成的相关产品的总称;狭义的红曲仅 将禁止进口及销售。而目前我国的红曲及其 指红曲米。用红曲霉发酵不仅可制成多种中 相关产品中桔霉素含量很难达到控制标准, 国传统食品.如红 曲米、红曲菠萝酒、豆腐乳 桔霉素问题成为限制我国红曲及相关产品出 等。而且,现代研究发现红 曲霉的代谢产物 El"的瓶颈问题。在这种情况下,如何臧步红曲 中包含了许多在食品、医药、化工 中很有用的 中的桔霉素含量是一个迫切需要解决的课题。 发酵物质。在红曲中含有多种品质优异,着 本文将介绍红曲中桔霉素的产生及合成 色性好,色调丰富的天然红曲色素,由于化学 途径;桔霉素的分子式、结构、物理和化学性 合成色素有毒副作用,用天然红曲色素代 替 质、毒性、抑菌性和检测方法等内容。 合成色素用于食品、化妆品、药品的着色已引 起全球关注,应用 日渐广泛,我国相应产品的 出口也在不断增加;并提出莫那可林(m。na— collln K、L、J)及洛伐它丁(1ovaalatln)等具有 显著抑制胆固醇合成、降低人体血液中血脂 含量的药物 ;还有含量丰富的麦角固醇、长链 脂肪酸及多种抗菌活性物质。 红曲虽然我国 自古已有.但生产规模很 小,长期以来只用 于食品着色和酿酒。现 代 红曲工业的兴盛从 9O年代才开始,由于欧美 等国及我国国内对食品红曲、药用红曲及其 相关产品的需要增长,全国各地新建了许 多 红曲厂家,具有 巨大 的潜在效益。然而,从 1998年开始,由于欧洲科学家发现红 曲中存 在着一种名为桔霉素的物质对人体有潜在危 害,度我国红曲出口受到严重威胁。目前,德 国及欧美各国已在制订针对我国出El"的红曲 及相关产品的新标准,严格限制红曲及相关 * 第一作者:硕士研究生 收穑时间 1999—04 22 1 桔霉素的产生 1.1 桔霉素的各种产生菌 桔霉素是由真菌 产生的次级代谢产物。 自然界中许多青霉和 曲霉菌株能产 生桔霉 素,青霉中有纠缠青霉、瘿青霉、詹森青霉、黄 绿青霉、扩展青霉、点青霉等;曲霉中有土曲 霉、雪白曲霉、白曲霉、红曲霉等。产桔霉素 的特征菌是桔青霉(1aencillium citrinium). 用查氏葡萄糖培养液 30 I 接种桔青霉,培养 两周后 可提取 桔霉 素 45~60 g,产 量高达 1500 2000mg/L 。 1.2 红曲霉中桔霉紊的产生 1.2.1 红 曲霉 中桔霉素 的定性 对红曲霉及其代谢产物产生桔霉素的研 究开始于 90年 代。1981年,香港 中文大学 的 Hinchung Wang等人首次分离 出红 曲中 的一种 抑菌 固子,命名 为 monascidin Al2 J 维普资讯 http://www.cqvip.com 第 26卷 第 3期 李 云等 :红 曲与桔霉素 1993年,法国 Blanc教授带领的研究小组用 了质谱 、核磁共振、紫外及荧光分析等多种方 法对 monascidin A进行了结构测定,定性分 析,发现 monascidin A实质是桔霉 索_3 J。请 参见图 1、图2、圉 3。 由以上各图可见,monascidin A 实质就 是桔霉素(citrinin)。 此后,法 国、Et本、美国、荷兰先后开展了 研究.肯定了红曲及其相关产品中桔霉素的 存在,并探讨 了桔霉素的测定方法及部分影 响因子 。 1.2.2 红 曲霉 中桔霉素的合成途径 法国 Blanc教授带领的研究小组于 1999 年 1月报道了红 曲霉中桔霉素的部分代谢途 径 。请参见图 4、图 5。在我国,尚未见到有 蓉 疆 智 霉 《 謦 / \ ,monascidin A / // 2_xl 25tl 3 ● 350 波长 /rim 图 1 monascidin A和桔霉素 的 TLC吸收曲线 m ● . I __● ~I l【 q 23 O , ‘ 一 1,5 。 I l l I 1 I‘ Il血 l 【, 【II【 .I I k I 质 荷 地,m e-1 图 2 m。na5c n A的质谱图【 关红 曲中桔霉素研究的研究报道。 从图 5中,我们可看出,红 曲中的桔霉素 是在红曲霉发酵晚期 产生的次级代谢产物. 桔霉素与红 曲色素的合成开始在 同一途 径 上,由 1个乙酰辅酶 A和 3个丙二酰辅酶 A 合成丁酮和辅酶,复合物经甲基化,在丙二酰 辅酶 A的参与下合成戊酮,然后分开,一条 途径合成己酮.最后产生红曲色素;另一条途 径最后产生桔霉素。所以桔霉素常伴随在红 曲色素中产生 通常情况下,产色率高的菌 种及发酵工艺产生桔霉素的量也较多。要控 制红曲色素中的桔霉素的量,可考虑从其代 维普资讯 http://www.cqvip.com 84 食品与发酵工业 Food and Fennentar D兀Indusrr】es Vol_26 No.3 、 匏 皇 舢 . J l 2。 L 一 U ‘. , , II ,一 L,1 ., l 虬 . I 越II I 【.3 】 f i l I .I 。L} 枯霉蠢 质 荷 比/m-e—L 图 3 桔霉索的质谱图⋯ 图 4 桔霉索在红曲霉中的合成代谢途径【 】 注:▲一c—l;口一c一3;●一c一4;*一c一9 I舅橐合群 丙二硪辅酶A丁 酮 己瞻辅群A 。。: 一 一 椭 、 霉 或 ’ 1 I 。。2’ + 己 .酮 l ? \ J, l T ’ ’ I + + 红曲色素 桔霉素 图 5 桔霉索与红曲色素在合成途径中的分开[一】 谢途径入手,找出从戊酮到桔霉素这一段的 酶,尤其是限速酶,在培养后期加入该酶的抑 制剂,从而切断这一段代谢途径,即可达到既 有效减少成品中桔霉素的含量。叉保证较高 的红曲色素的产率。 红曲中另外一个重要的活性物质是洛伐 一 甭 摊 0 H Z 维普资讯 http://www.cqvip.com 第 26卷 第3期 李 云等:红曲与拮霉索 它汀([avastatin),关于洛伐它汀的合成与桔 霉素合成的关 系及途径,目前,尚无具体报 道。根据现有的文献资料和作者进行的研究 看来,洛伐它汀、红曲色素、桔霉素 3者都是 从乙酰辅酶 A和丙二酰辅酶 A的合成开始 的3条分支途径,由此看来,只要筛选出合适 的菌株并优化发酵工艺,使桔霉素的产生受 到抑制,得到高的色素产量或洛伐它汀含量 而且不含或少含桔霉素的红曲产品是可能实 现 的。 2 桔霉素的物理和化学特性 从桔青霉(PenlclZllum citrinum)的蔡氏 培养液 中分离的桔霉素为柠檬 一黄色针状棱 形结 晶,酸性。熔点:173~174℃;比旋度: [d]撬1—41.7,一43.9。 溶解性L5 J:纯 桔霉素很难溶于水,溶 于 氯仿、丙酮、乙酸 乙酯、乙醇,微溶于乙醚。桔 霉素的钠盐易溶于水。 呈色反应 ]:桔霉索与三氯化铁 、溴、高 锰酸钾反应阳性。溶于 95%乙醇呈黄色 加 过氧 化 氢后 褪 色,然 后变 浅 褐,再 加 0.1 mol/L硫酸变为橙黄色,再加 0.2 mol/L氢氧 化钠又恢复酒红色。 桔霉素的颜色反应如下: 桔霉素钠盐 浅黄色沉淀 ! 碘 一 褐色溶液。 元素分析 :c 62.31%; H 5.56% ; O 32.17%。分子式 :C13H14O5。相 对分子 质 量 :259。 结构式 : HooC 0 0H c}b CI-I1 图 6 桔霉索的 2种异构体 桔霉素 ;(3R,4S)一4.6-二氢一8一羟基一3,4.5-三 甲 基一6.氧.3 H一2-苯吡一7.羧酸 IUPAC:(3R,4S)一4.6-dihydro-8一hydroxy-3,4.5 trimethy]一6一oxc-3H一2一benzopyran-7一carboxyhc acid 3 桔霉索的毒性 桔霉素(citrinin)是一种真菌毒素(myco— toxin),具有 肾毒性,也称为肾毒素(nephro— toxin),毒性 比较明显,可目I起实验动物的 肾 脏肿大、尿量增多、肾小管扩张和上皮细胞变 性坏死等症状。经 口喂,小鼠口半致死量为 110mg/kgt 。在对小鼠的实验 中,桔霉素减 少了肾皮质和肝细 胞中线粒体磷酸化的效 率,显著抑制了肾皮质和肝细胞中 2一酮戊二 酸和丙酮酸脱氢酶 的活性,使线粒体膜 内外 电位差减小,和呼吸链有关的几种酶系,苹果 酸和谷氨酸的脱氢酶的活性 受到抑制,桔霉 素使线粒体基质中 ca2 的水平明显减少,影 响膜转移和氧化还原系统。在对 BHK一21细 胞的实验中发现,桔霉素阻止了约 45%的氧 的消耗 ;约 86%的葡萄糖不被利用。用与桔 霉素结构类似物毛地黄苷素处理的细胞,在 ADP存在下以琥珀酸代谢供能时.其呼吸速 率也被减少 了约 39%。用桔霉素处理过的 细胞产生了很少的丙酮酸,但不能产生乳酸 。 桔霉素影响了呼吸链中能量的产生和糖酵解 中乳酸的产生。在暴露于桔霉素 10h后,对 细胞进行电镜检查,发现线粒体发生剧烈变 化,肿大并引起细胞死亡 J。 桔 霉 素 同 时 有 致 畸 性。 据 Ciegler (1977)等 人的研究显 示,在给发育 4 d 的鸡胚胎注射桔霉素后,胚胎 中的脚发生了 变形。LD 50值 为 80.5 g/egg,最大 值 131 gg/egg,最小值 54.3 gg/egg。注射 10 g/egg 的致 畸率为 6%,50 gg/egg的为 46%,100 gg/egg的为 48%,150gg/egg的为 73% 。 4 桔霉素的抑菌性 桔霉素在我国 60年代 曾被作为抗生素 研究过。桔霉素有 良好的抑菌性,能抑制细 菌,尤其是革兰氏阳性菌,对革兰氏阴性菌抑 制弱;能抗某些真菌和原生动物。 10~100 g/mL的桔霉素对人型、牛型 和鸟型结核分枝杆菌有部分及至几乎完全的 维普资讯 http://www.cqvip.com s6 食品与筮酵工业 Fbod and Fermemation Indusm髓 V .26 No.3 抑制作用 一。 人们很早就知道红 曲有一定的抑菌性, 我国从古时起就将红曲用做食品保藏剂。据 记载,用红曲粉末涂抹在最易腐坏的鱼肉上, 夏天可保持 10 d不坏。王柏琴 (1995)等 人 报道了红曲色素对 肉毒梭状芽孢杆菌的抑制 作用,指出红 曲提取物可使 肉毒梭状芽孢杆 菌的营养体细胞壁 产生裂痕。使细胞破裂。 1 600 g/kg的红曲色素在抑制肉毒梭状芽孢 杆菌生长上能代替 110 g/kg亚硝酸钠,用于 火腿肠生产的发色工艺中_6-。童群义等人 (1997)报道了红曲色素抑菌作用的研究,证 明红曲色素对枯草芽孢杆菌、金黄色葡萄球 菌具有较强的抑制作用。对大肠杆菌、灰色链 霉菌的抑制作用较弱,对酵母、霉菌、黄色八 叠球菌无抑制作用|1 J。1981年。香港中文大 学的 Hinchung Wang等人首次分离出红曲 中的这 种抑菌 因子,命名为 monascidin A。 1993年,Blanc(1995)带领 的研究 小组用质 谱、核磁共振、紫外及荧光分析等多种方法对 monascidinA进行了结构测定、定性分析。发 现 monascidin A实质是桔霉素。目前,对是 否固为桔霉素的存在使红曲及其相关产品, 如红曲色素、红曲米等产生并增强其抑菌性 尚无定论。红曲中成分非常复杂,存在许多 抑菌因子,桔霉素只是其中一种。但是,我们 认为根据 Hinchung Wang及法国 Blanc等 人 的实验,红曲及 其相关产品的抑菌性很可能 是因含桔霉素而产生的,这一点,对我国正在 成长的红曲工业有所冲击。本来。桔霉素可 以增强红曲产品的抑菌力.扩大红曲的应用 范围,尤其在 肉制品工业和化妆 品工业的运 用。但是,由于桔霉素具有的肾毒性和潜在 的致畸性,会对人体产生一定的危害,所以, 欧盟制订了桔霉素含量标准,鉴于我国红曲 生产的现状,很难达到控制标准,在很大程度 上限制了我国红曲及相关产品的出 口。 5 桔霉孝的检测方法 目前,桔霉素的检测有高效液相色谱法、 薄板层析法、酶联免疫法和抑菌圈法等。红 曲样品前处理多采用超声离心或冷冻干燥之 后加入有机溶剂萃取。在经过这样复杂的前 处理后,一方面,样 品中桔霉素的损失较大 ; 另一方面前处理时间长。影响因素多,且难于 对活菌株或鲜样直接检测 抑菌圈法比较直 接些,利用红曲中所含桔霉素的抗菌性来间 接定性和半定量,此法的缺点是(1)红曲中的 抗菌物质不止桔霉素一种;(2)影响因素多, 不够准确。高压液相色谱法最精确,最近还 发展了反相高效液相色谱法,配合荧光检测 仪;采用冷冻干燥处理细胞,加入有机溶剂提 取,所得结果比较精确灵敏。但是,样品的前 处理仍然很麻烦。提取中桔霉素的损失也较 多。建立一种快速、简便、灵敏的从红曲霉菌 株及其发酵产物中检测桔霉素的存在及含量 的定性和定量的方法是桔霉素乃至毒素研究 的重点和难点。关于桔霉素的检 测,我们将 在以后继续报道。 参 考 文 献 1 孟昭赫,张国柱,朱圃菊 真菌毒素图解.北 京 :^ 民卫生出版杜.1979 2 Hinchung Woog,Philip E Koehler.J Food Sci,1981,46(2):589--592 3 Blanc P J,La118S~tC J P et a1.Int J.Food Microbio1.,1995.27(2~3):201~213 4 Hajjaj H.Klaebe A et a1 Applied and Envi— ronmental Microbiology.1999,65(1):311--314 5 Ciegler A,Vesonder R F et a1.Applied and Environmental Microbiology, 1977,33(4):1004~ 1006 6 王柏琴。橱 浩彬,刘克.食 品与 发酵工业 . 1995。21(6):29~32 7 童群义,高孔荣 周正宏 食品工业科技, 1997,5:5~ 6 8 Chaga G M. C~mpelto A P et a1. Cell Bio— cheraistry and Function,1995,13(4):267~271 9 Ciegler A.Ve~onder R F et a1..applied and Environmental Microbiology, 1977,33(4):1004~ 1006 维普资讯 http://www.cqvip.com
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