紫紅曲黴

紅曲黴是一種重要的生產色素的微生物，在世界範圍內得到了廣泛的應用。衞法監發的 [2001]84號文件將紅曲黴，特別是紫紅曲黴列為十大保健食品真菌菌種之一。紅曲黴產生色素作為食品着色劑，已廣泛使用於奶酪、米酒、肉製品和魚製品等生產中。其中由紫紅曲黴在生長代謝過程中產生的紅色天然色素，即紅曲紅色素，應用最為廣泛。該色素屬於蒽醌衍生物類，易溶於水和乙醇等極性溶劑。紅曲黴產生的典型色素主要有三種：黃色素、橘色素和紅色素。色素分子均是由一條短脂肪酸鏈（C6，C8）與一個六酮，通過聚酮化合物合成途徑縮合而得到。這些色素並不是水溶性的，並且極不穩定，在強酸、強鹼或者加熱、光照等情況下均有可能分解或變性。但是，這些脂溶性色素能與細胞內的蛋白質、氨基酸殘基、核酸以及氨基糖上的氨基團反應，從而形成胞外的水溶性色素。水溶性色素用途較為廣泛，因此怎樣提高胞外水溶性色素的產量引起了人們的強烈關注。有研究發現，使用穀氨酸作為氮來源與胞內色素進行反應，能有效的提高胞外色素的積累，從而提高產量，而得到的胞外色素即為穀氨酸-色素複合物。橘色素在某些條件下可轉化成黃色素或紅色素。人們用氮原子替換橘色素中對應的氧原子使得色素的顏色從原來的黃色轉變為紅色。有研究證明紅色素幾乎沒有抗菌活性，而橘色素有微弱的抗菌活性。儘管有報道能夠從紅曲黴代謝產物中分離得到穩定且高產量的紅色素，但是至今為止，紅色素合成途徑及機制仍不清楚。由於紅曲黴產生的色素安全性高、熱穩定性較強、對蛋白質的着色性好不易褪色、色彩鮮豔，並具有生產週期短、產量穩定、價格波動相對較小等優點，因此紅曲色素的其應用價值遠遠高於其它色素。紅曲紅色素可以通過紫紅曲黴的發酵來大量生產，改良後的菌種可以進一步提高產量，從而大大降低生產成本，因此繼續開發並有效利用紫紅曲黴對食品色素的應用有着十分重要的意義。

絲狀真菌包括紫紅曲黴的次級代謝產物洛伐他汀及其衍生物，均有很好的降低膽固醇的功效。膽固醇是膽汁酸與甾醇類激素的前體，對維繫細胞膜的完整及生物體的健康起着重要的作用。然而，血液中低密度脂蛋白（LDL）和膽固醇含量過高時，就會沉積在動脈血管內壁，引發一系列的應激反應，最終導致心血管疾病的發生。全世界死於心力衰竭、心絞痛、高血壓、及冠心病等心血管疾病的人數在逐年增加。2004年大約有 1710萬人死於心血管疾病，佔全球死亡的29%。這些死亡中約720萬人死於冠心病，570萬人死於中風。預計到2030年，幾乎有2360萬人將死於心血管疾病，而冠心病和中風繼續成為這些死亡的主要原因。人體內膽固醇的來源主要有兩種：一是在肝中由酰基CoA經甲羥戊酸途徑合成，該途徑合成的膽固醇約佔總膽固醇的60%-70%；二是通過飲食，在腸胃道經酞基CoA-膽固醇酞基轉移酶（ACAT）酯化生成膽固醇。3-羥基-3-甲基-戊二酸CoA（HMG-CoA）還原酶是甲羥戊酸途徑合成過程中限速步驟的催化劑，而洛伐他汀是HMG-CoA還原酶的可逆競爭抑制劑，因此具有降低體內膽固醇的作用。研究發現洛伐他汀明顯抑制哺乳動物和動物細胞中甾醇的生物合成。從紅曲黴和土麴黴的代謝產物中均能分離得到洛伐他汀。

橘黴素是一種毒枝菌素，具有毒性，首次從絲狀真菌中分離得到。該聚酮化合物類次級代謝產物不僅在紅曲黴中發現，在其它許多真菌中也有報道，如青黴菌、麴黴菌等。橘黴素有殺死革蘭氏陽性細菌的能力，抗真菌、原蟲，但同時對哺乳動物也有腎臟毒性，並對農產品、食物、食料等有污染作用。此外，橘黴素還經常伴隨着腎毒素一赫曲毒素污染穀物、水果、肉類和奶酪等食品。體外實驗證明橘黴素對腎臟線粒體細胞的功能造成多種損傷，最終導致細胞的死亡。常温下橘黴素是酸性檸檬黃色晶體，在甲醇溶液中的最大吸收波長為250 nm和333 nm。熔點為172℃，微溶於水，但易溶於稀氫氧化鈉、碳酸鈉或醋酸鈉溶液，也可溶於甲醇、乙醇、乙睛等大部分的極性有機溶液。橘黴素可以形成螯合物，但在酸、鹼或加熱等情況下可能會降解。橘黴素是一種苯醌類甲基化物，其分子內部有兩個氫鍵。在固體狀態時，橘黴素的兩個互變異構體p-quinone和o-quinone之間會相互轉化，構成動態平衡。而在甲醇或甲醇與二氯甲烷的混合溶液中，橘黴素經過Michael-type親和加成反應進行兩個互變異構體的相互轉化，該反應是可逆的，並達到動態平衡。在甲醇與二氯甲烷的混合溶液中，提高温度可使反應向天然橘黴素的方向移動 ^[1]  。

從發酵技術而言，針對紅曲黴的發酵技術大體上可分固態和液體兩類。生產紅曲黴中生理活性代謝產物的方式以固態發酵製備紅曲米為主。能影響固態發酵製備紅曲米的因素有：培養基種類、培養的環境温度、生產用菌株種類以及水分含量等等。發酵時，如果不能保持發酵底料有充足的水分和活度就有可能讓其傳導力減小，對整個發酵過程造成不利影響。固態發酵屬於傳統技術手段，有其弊端，因此，這幾年先進的制曲工藝開始持續發展，這類新工藝讓固態發酵法實現了機械化流程的生產，跟老工藝相比，不僅可以大大減小勞動強度，縮短髮酵週期，更讓發酵的整個操作過程大大簡化，生產效率獲得了極大提升。液態發酵有：週期短、成品質量穩定等多種優於液態發酵的特點，因此在紫紅曲黴有關代謝產物的生產中備受關注。日本的一些製取紅曲黴素的公司都是採用規模較大的液態發酵法，我國也有不少單位正在探索此工藝。一些研究顯示在無光環境中培養紅曲黴，可以促進色素的產生，若用紅光或藍光照射，可對紅曲黴的生產形態造成一定的影響，進而對色素合成產生影響 ^[2]  。