一种新型红色素结构的鉴定

一种新型红色素结构的鉴定

王昌禄  连喜军  王红娟  郭坤亮  刘秀  周庆礼

（天津科技大学食品科学与生物工程学院 天津 300222）

摘要：从我国市售红曲红色素中分离得到一种红色素，利用红外光谱、质谱和核磁分析，得出其分子式为C₄₃H₄₅O₁₃N。 

关键词：红曲红色素，红色素，结构鉴定

STRUCTURE IDENTIFICATION OF A NEW RED PIGMENTS

OF MONASCUS PIGMENTS

WANG Changlu， LIAN Xijun， WANG Hongjuan， GUO Kunliang， 

LIU Xiu， ZHOU Qingli

(School of Food Science and Bioengineering, Tianjin University of Science and Technology， Tianjin 300222)

Abstract：A new red pigment of monascus pigments was separated from red monascus pigments in china, its molecular formula and structure were identified by infrared spectra, mass spectra and ¹H NMR, it was C₄₃H₄₅O₁₃N 。

Key words：Monascus Pigments, Red Pigment, Structure Identification

    目前，我国红曲红色素的生产是以米粉和豆粉为原料，经红曲霉液体发酵后通过沉淀、酶解、分离、浓缩等工艺制作而成^[1]。红曲红色素与红曲色素的区别在于前者中红、橙、黄三类色素成分中红色素的成分占了绝大多数，经作者分离，市售红曲红色素中红色素含量为45%，橙色和黄色色素含量在6%左右，其他成分为可溶性有机物。目前文献报道的红曲红色素中红色素的结构有6种，如图1所示^[2-5]。但我国红曲红色素中一种红色素的质谱却显示其分子量（M+H⁺）为769.4（如图2所示）。本文利用红外光谱、质谱和核磁分析，对市售红曲红色素中的一种红色素的分子结构进行了鉴定。

1材料与方法

1.1 材料

红曲红色素（粉末状），购于天津市食品添加剂公司。

1.2 方法

1.2.1 红曲红色素的分离

根据文献^[2]，将粉状红曲色素先用氯仿∶甲醇=50∶50提取，再过硅胶柱（氯仿浸泡）。之前先用氯仿∶甲醇=90∶10洗，除去极性小的游离色素，再用氯仿∶甲醇=50∶50洗，分离得到色素再用硅胶板薄层层析，层析剂为氯仿∶甲醇∶水=65∶25∶4。

1.2.2　IR谱图

将干燥的红色素晶体，采用KBr压片法，在Bio-Rad FTS 135傅立叶变换红外光谱仪上进行扫描，测定温度27℃。

1.2.3 质谱（ESI-MS）

ESI-MS 实验在Finnigan MAT（LCQ-Advantage）电喷雾质谱仪上完成。红色素溶解于甲醇中进样。质谱仪采用ESI 源，喷雾电压4.8Kv，金属加热毛细管温度为230℃，毛细管电压为±4.0V，管透镜电压为±55V，壳气为O₂。流动注射泵进样，进样量为0.2μL/min，扫描质量（m/z）范围为0~1000，以正离子谱进行检测。

1.2.4 ¹H NMR谱图

将样品置于D₂O中，用Varian Mercury V×300 ( made in Varian Company)核磁共振仪进行测定。测定条件为： 溶剂重水（D₂O）；测试温度为常温； 延迟时间为1.000s, 脉冲角45.0°； 脉冲重复时间1.997 s； 观测谱宽4803.1Hz； 类加次数16次； 观测频率 300.077 MHz；变换数据点阵FT 大小 32768； 总测试时间53s。 

Rubropunctamine                      Monascorubramine

N-glutarylrubropunctamine(GTR)          N-glutarylmonascorubramine(GTM)

N-glucosylrubropunctamine(GCR)       N-glucosylmonascorubramine(GTM)

图1 红曲色素中已知红色素结构

Fig. 1  Red Pigments of Monascus Pigments

图2 我国红曲色素中一种新红色素质谱图

Fig. 2  MS of a New Red Pigments of Monascus Pigments

2  结果与分析

2.1 红外谱图分析

图3为分离得到红曲红色素中红色素的红外谱图，谱图中主要吸收峰有3287.67，3056.38，1602.53，1542.8，1356.15，1465.67，1204.15，1151.01，1098.19，971.463，819.635等。吸收峰3287.67说明分子中有羟基，且羟基属于分子间缔合；吸收峰3056.38，1602.53和1542.8，819.635说明分子中有苯环存在，且被推电子基团取代；吸收峰为3056.38，1356.15说明分子中有饱和烃基存在；吸收峰2958.17，2871.51，1465.67说明分子中有甲基存在；吸收峰2929.19表明有多个（-CH₂-）存在；吸收峰1204.15，1151.01，1098.19说明分子中有（-C-O-C、-C-C-）伸缩振动；吸收峰971.463说明分子中烯烃存在^{[ 6-7]}。

图3红曲红色素中新红色素的红外谱图

Fig. 3  Infrared Spectra of The New Red Pigment of Monascus Pigments

2.2 质谱分析

 图2为新分离到红色素的质谱图，由图2可以看出，该红色素的分子量为768.4，在图1的六种红色素中没有分子量为768.4的红色素，由红曲红色素的生产工艺可知，米粉和豆粉中的主要氨基酸是谷氨酸，因此，新红色素分子中可能含有GTM（Glutarylmonascorubramine），其分子量为484。另外由图3分析结果可知，该红色素是两个分子通过羟基缔合而成，所以，红色素的另一部分可能为含有羟基、分子量为284.5的物质。    

图4 黄色素褪色后分子结构       图5 新红色素中含羟基部分可能结构

Fig. 4 Possible Structure of Monascin     Fig. 5 Possible Structure of the New Red after Irradiation           &nbnbsp;           Pigments(-OH part)

    根据以前对红曲色素中黄色素褪色结果的分析，黄色素中的红曲素（分子量为358）褪色后分解为分子量为282.3的新物质，其结构如图4所示。本实验红色素褪色后出现285.4的新物质（实验结果略），从新红色素的红外图谱分析可知，红色素中两个缔合分子结构与红曲色素中其他色素结构类似，都是苯环的衍生物，推测新红色素中含羟基部分的结构如图5所示。

2.3 核磁图谱分析

    根据2.1和2.2的分析，该红色素的结构可能如图6所示，其核磁图谱如图7所示，该核磁图谱进一步验证了所推测结构的正确性。表1为文献报道红色素GTM的核磁化学位移（δ）和红色素中两个缔合分子的核磁化学位移，表中C4，C5，C12，C13的化学位移相差较大，可能是分子缔合造成的，其他氢原子的化学位移与经验公式计算所得基本吻合，初步证实这一新红色素的结构如图6所示^[6]。

图6红曲色素中新红色素可能结构

Fig. 6  Possible Three-Dimensional Structure of the New Red Pigments of Monascus Pigments

图7 红曲色素中新红色素的核磁图谱

Fig. 7 ¹H NMR of the New Red Pigments of Monascus Pigments

3讨论

红曲红色素作为聚酮类物质，极易与含羟基的分子发生缔合，这种缔合分子结构不稳定，在外界环境（光照、加热、pH改变等）条件作用下，会发生解聚、分解、再聚合等化学过程，导致红曲红色素的褪色，因此，通过调整红曲红色素生产工艺来阻止这种分子间缔合的发生，可能是防止红曲红色素褪色的有效措施。

结构1

结构2

图8

新红色素结构图

Fig.8  Molecular Structure of Two Parts of New Red Pigment

表1 新红色素与已知红色素（GTM）化学位移（δ）对比（ppm）

Tab.1  ¹H NMR of the New Red Pigments and GMT of Monascus Pigments

参考文献

[1] 陈家文.水溶性红曲色素工业性试验研究.食品与发酵工业,2000,26(2):20~24

[2] Blanc.P.J, Loret M.O.Santerre A.L.etc. Pigments of Monascus.J.Food Sci, 1994, 59: 862~865 

[3] Hajjaj H, et al.Production and identification of N-glucosylrubropunctamine and N-glucosylmonascorubuamine from Monascus rubber and the occurrence of electron donor-acceptor complexes in these red pigments. Appl Environ Microbiol, 1997，63:2671~2678

[4]Fabre.C.E, et al.Production and Food application of the red pigments of monascus ruber .J.Food.sci, 1993，58(5):1099~1102

[5] Sweeny.J.G.et al.Photoprotection of the red pigments of Monascus anka in aqueous media by 1,4,6-trihydroxynaphthalene.J.Agric food chem,1981，29:1189~1193

[6] 宁永成.有机化合物结构鉴定与有机波谱.第二版.北京: 科学出版社. 2001.1~499

[7] 谢晶曦.红外光谱.北京:科学出版社. 1987.1~390