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...
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)
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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
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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
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图 1 monascidin A和桔霉素
的 TLC吸收曲线
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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
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84 食品与发酵工业 Food and Fennentar D兀Indusrr】es Vol_26 No.3
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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
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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
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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
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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
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