红曲菌的色素与产生菌

红曲菌的色素与产生菌

郭芳  李钟庆*

中国科学院微生物研究所,北京 100080

摘要：本文回顾并讨论了红曲红菌所产各种色素及其衍生物等化学结构和产生它们的菌种。介绍了红曲菌色素的功能；如食品添加剂之着色，防腐；药用之活血，调节血脂，降血压，治疗胺血症等的原理。报道了我们选出的紫色红曲菌Monascus purpureus NH4产生红斑素,红曲红素之培养条件，色素的提取及所产色素的理化特性。

关键词：红曲菌色素，红斑素，红曲红素，化学结构，功能

MONASCUS PIGMENTS AND THEIR PRODUCING CULTURE

GUO Fang GUO Dong-Chuan LI Zhong-Qing*

(Institute of  Microbiology，Chinese Academy of Sciences Beijing,100080)

Abstract：The structure and function of Monascus pigments and their derivatives were discussed in this paper. Rubropunctatin and Mmonascorubin are main pigments,both of them formed synchronously.They used to food colorant,antiseptic and Chinese traditional medicine.We screened out a high yield of Monascus rutilus culture AS3.4617to produce pigments,which identified by HPLC are rubropunctatin and monascorubin. The chemical and physical properties of the pigments are provided.

Key words：monascus pigments，rubropunctatin，monascorubin，structure,function

*Corresponding author

绪言

众所皆知,红曲菌的色素主要有六种：1Haws等（1959）报道的红斑素(rubropunctatin),由红斑红曲菌(Monascus rubropunctatus)（现并入M,pilosus）产生。2Fielding等(1960)Kumasaki 等(1962)报道的红曲红素(monascorubin),由紫色红曲菌(M.purpureu)产生。 Fielding等(1960),Kobayashi等(1962) 报道的3红斑胺素(rubropunctamine)以及4红曲红胺素(monascorubramine),这二种色素是分别由1或2与氨基结合而成。Fielding等 报道5红曲素(mnascin)，由锈色红曲菌(M.rubiginosus现并入M.purpureus)产生。Inouye等报到的6红曲黄素 (monascoflavin 即ankaflavine)由紫色红曲菌（M.purpureus）产生。色素1和2为橙色，3和4为紫红色，5和6为黄色。色素1，2，3，4，是细胞内或细胞壁上的色素。色素5,6 常分别伴随色素1,2而产生。文献中报道的其它名称的色素大都是色素1或2的衍生物。所以1和2是红曲菌产生的重要色素，它们分子结构中的色满环(chroman)中第2位可取代的氧,很容易被氨基所取代，取代后则分别为3和4。色素1和2因具有活泼的羰基很容易与氨基起作用，可以治疗胺血病症(ammoniemia)可能是防癌的优良物质。Nozaki 等(1991)曾报道红曲菌产红曲内酯(ankalactone)由紫色红曲菌产生,可抑制革兰氏阴性的大肠菌和革兰氏阳性的枯草芽孢杆菌，其纯结晶虽无色，但其结构式与红曲色素相关，除在其结构中苯环代替了色满环外，内酯环与色素的内酯环基本一致。宋应星著《天工开物》（1637）中记载“凡丹曲一种（红曲），法出近代，其义臭神奇，其法气精变化。世间鱼肉最朽腐物，而以此物薄施涂抹能固其质，于炎暑之中，经历旬日，蛆蠅不敢近，色味不离初，盖奇药也”,故早已知红曲有抗菌防腐的作用。又李时珍的《本草纲目》记述红曲“主治消食活血，健脾燥胃，治赤白痢下水榖……等”。消食是由于红曲菌产生淀粉酶,蛋白酶等酶类；活血是由于产生降血脂的茂纳考林类物质(monacolins)，它们也是一类内酯族物质，其中茂纳考林K与土曲霉所产的甲羟戊酸内酯（mevinolin）商品名称洛伐它丁(lovastatin)结构相同见Endo(1985)和Alberts(1980)的工报道；而治疗赤白痢疾则是所产抗菌素的作用；活血也包括了它们产生的能降血压的γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid)GABA,及葡糖胺(glucosamine)或付着在红曲菌的细胞壁上的物质见辻启介(1992)，樽井压一（1993），林赞峰（1994）的报道。Blanc等（1997）从红色红曲菌（M.ruber） 培养液离出4种衍生的色素,或称复合色素，即谷氨酰红曲红胺素(glutarylmonascorubramine),谷氨酰红班胺素(glutarylrubropunctamine),葡糖基红曲红胺素(glucosylmonascorubramine)以及葡糖基红斑胺素(glucosylrubropunctamine)。这4种色素都是水溶性的红色素。培养基中以葡萄糖为碳源谷氨酸钠作氮源则产生该4种色素。上述六种色素及衍生的色素，红曲内酯以及茂纳考林类的化学结构式见副1页。注：限于篇幅结构式的注解只用英文。应该指出Karrer等1932曾分别分离出色素5,6，我国学者程光胜教授1960也分离出红曲红素和红曲黄素，那时他们都未进行化学结构的工作。当然某些菌株在代谢过程中产生桔霉素毒素这是红曲菌对人不利的一面。本文的部分试验曾于1989年3月利用日本大阪三得利研究所恒化器（发酵罐）及HPLC设备。

1材料与方法

菌种：微生物研究所菌种保藏中心所保藏的能产红色素的红曲菌105株。从中筛选。

培养基：

(1)葡萄糖培养基：葡萄糖8%，玉米浆1.0%，KH₂PO4 0.9%，K₂HPO₄，0.1%，MgSO₄•7H2O 0.1%，CaCl₂•2H₂O 0.005，用蒸馏水配制，pH5.5。

(2) 甘油培养基：甘油7%，葡萄糖3%, 豆饼粉3%，蛋白胨0.8%，MgSO₄•7H₂O 0.01%，NaNO₃ 0.02%，蒸馏水，pH6.4

  (3)淀粉培养基：同葡萄唐以可溶性淀粉代替葡萄糖，曾试过2，3，4，5,，6，7，8%等浓度。氮源曾试验过蛋白胨，豆饼粉,NaNO₃，(NH₄)SO₄；条件试验皆用硫酸銨。

 (4)发酵罐用培养基：葡萄糖8.0%.,玉米浆1.0%，KH₂PO₄0.9%, K₂HPO₄0.1%, MgSO₄ •7H₂O 0.01%，CaCl₂•2H₂O 0.005%，pH5.0。

培养条件：

(1)振荡培养用旋转式摇床120转/分，筛选菌种及部分条件试验用。

(2) 5L自控发酵罐 ( 恒化器，日本大阪三得利研究所)，发酵罐条件：30.0℃，搅动650rpm，通气量0.24vvm，消沫剂Adekaneto B3009A 1%最终为本0.3%。检测仪器： 紫外和可见光分光光度，HPLC。

方法：

(1)HPLC检测条件：柱：Lichro CART manu-fix 50-4(Ф4mm x50mm)； 检测波：470nm；溶剂：60%CH3CN乙腈，0.05% TFA，流速：1ml/min。  

(2)筛选菌种用分光光度计测定发酵液和菌丝体乙醇（80%）抽提液于495nm OD，并乘以稀释倍数得总OD。条件试验的比较也用此法。

(3)对光和热稳定试验：发酵液和菌丝体乙醇抽提液（稀释至OD=3）分别加等量pH3,pH6的缓冲液，各取15ml 入20ml 带螺旋冒的管中；(a)光照试验是将测试管放在距40w荧光灯2cm处，于20℃照20小时，然后测于495nm测OD值；(b)热试验是将管放37℃恒温箱中7天，然后于495nm测OD值。

(4)有机氮化合物(种类见结果)与色素作用后对其稳定性的影响：色素是用冻干菌丝体乙醇（80%）提取液(OD调至3)与2%的各种有机氮化物溶液等量混合，振摇后于室温静置10分钟，55℃水浴保温30分钟。调pH=6，然后分别于410nm,495nm,520nm和650nm测OD值,其中650nmOD值作为浑浊因子以扣除。

2结果与讨论

2.1测定的105株菌总OD值在80以上的菌筛选出4株，其对光热稳定性见表1。

表1.选出的4株菌经光照和热处理后保留的OD%测定值

Table 1 The retained OD value after light illumination of the four selected strains

根据检测数据综合分析，菌株3.894虽然稳定性稍高,但总OD低,故选择用菌株NH4作进一步研究。该菌经鉴定为紫色曲菌 Monascus purpreus。

2.2碳氮源试验结果

碳源以葡萄糖和淀粉较好，甘油为碳源缓慢； 淀粉为碳源(硝酸铵为氮源)随其浓度增加其OD值而增加。结果见表2； 氮源（以2%淀粉为碳源）则硝酸铵，硫酸铵，蛋白胨都较好，菌丝体乙醇提取液总OD值可达500以上，而硝酸铵为氮源总OD值可达700,不再列表。

表2.淀粉浓度对产生色素的影响

Table 2 The effect of starch concentration to pigment production

2.3菌丝体乙醇提取液与含氮有机物结合后对光热稳定性的检测

淀粉8%,硫酸铵1.23% 培养液,离心得菌丝体,冻干后提取的。结果分别见表3表4。

表3. 菌丝体色素与有机氮化物反应后对光稳定性（以保留OD%值表示）

Table 3  The stability of mycelium pigment to light illumination after reaction with organic nitrogenous(retained OD value)

表4.菌丝体色素与有机氮化物反应后对热稳定性（以保留OD%值表示）

Table 4 The stability of mycelium pigment to temperature after reaction with organic nitrogenous(retained OD value)

根据表3表4:对光稳定性而言，对氨基苯甲酸,对于3个光波段的色素稳定性都最高，其次是明胶和蛋白胨，而明胶对稳定黄色成分色素（410nm）高于蛋白胨。对热稳定性而言，L-苯丙氨酸对3个波段的色素稳定性都最高，苯并咪唑对橙红色色素（495nm）稳定性高, L-亮氨酸,三羟甲基氨基甲烷对稳定黄色色素成分（410nm）较突出。

通过本试验说明绪言中介绍的色素1和2作为食品添加剂，一旦用于肉类染色后,其色泽对光和热是很稳定的，因为肉类中含氨基酸种类复杂。另外也说明培养基氮源影响色素纯度即多种色素同时存在于菌丝体或培养液中。例如色素1和2与氨基等结合即产生色素3和4，故至少有4种色素同时存在。

2.4菌株姿色红曲菌NH4发酵罐培养,葡萄糖作碳源,玉米浆为氮源，碳:氮=8：1,所产生的菌丝体用80%乙醇抽提,经HPLC检定为较纯的红斑素和红曲红素。见检测图。  

图2. 紫色红曲菌NH4发酵产品经HPLC鉴定与标准样品对照图

Fig. 2 The formation products of Monascus purpureus NH4determined by HPLC comparedwith standard sample

人们日常生活中以红曲作为食品添加剂,着色,防腐及药用，红斑素和红曲红素二者是其中最重要的成分；因而说明了该菌种的价值。

致谢 本文经 程光胜 教授 看后提出宝贵意见特此致谢

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rubropunctatin                            monascorubrin

monascorubramine                          rubropunctamine

monascin                                 Ankaflavin

    Ankalactone

图1 红曲菌的色素及相关化合物的化学结构

Fig.1 The chemical structures of Monascus pigments and related compounds