□康 玨 左嚞偉

隨著社會發(fā)展，生活水平的提高，人們對食品的營養(yǎng)、品質和安全的要求也顯著提高了。上個世紀70年代以來，隨著人們對合成食品添加劑的副、毒作用的逐漸認識，掀起了食用綠色食品的熱潮。紅曲作為藥食兼用天然生物制品，也開始受到廣泛關注。眾多專家學者利用現代生物化學和藥理學技術對其藥效活性物質的研究，證實了紅曲是一種能夠調節(jié)人體血脂和治療高血壓的特殊食品輔助劑。通過對紅曲霉及紅曲的特殊功能的研究，我們可以嘗試開發(fā)多種新型的紅曲保健食品和治療藥物，使這一中華民族寶貴科學遺產有望給人類的健康發(fā)揮更大的作用。

一、紅曲霉和紅曲

紅曲霉是一種腐生絲狀真菌，屬真菌門，子囊菌亞門，不整子囊菌綱，散囊菌目，紅曲科。本科僅有一屬紅曲霉屬。中國科學院微生物研究所和輕工部食品發(fā)酵研究所（1983）正式收集編目的重要紅曲霉有8種48個菌株。這8種紅曲霉為：紫紅曲霉、安卡紅、紅色紅曲霉、巴克紅曲霉、煙色紅曲霉、發(fā)白紅曲霉、銹色紅曲霉和變紅紅曲霉。

紅曲霉生長的最適pH是3.5～5.0，尤嗜乳酸。生長的溫度是26～42℃，最適溫度是32～35℃。能夠耐受10％的乙醇。紅曲霉生長的無性生殖時段和有性生殖時段是同時進行的，只是有性生殖時段較短，故前期表現為無性生殖為主。

紅曲，也就是紅曲米，是由紫紅曲霉繁殖在蒸煮熟的大米上而得制品。發(fā)酵的過程使大米的顏色由白色變成紅色，因此被叫作紅曲米，也稱赤米。幾個世紀以來，紅曲被作為藥食兩用的天然食品在中國廣泛使用。早在明朝《本草綱目》就有記載，紅曲具有健胃、消食、療跌打損傷等功效。將紅曲用于食品中，既可改善食品的色澤，又賦予食品特有的風味，故紅曲被廣泛地應用于食品工業(yè)，尤其在日本，紅曲食品十分流行。

二、特殊的生理功能

1.提供天然的食用色素 紅曲色素是紅曲霉在其生長代謝過程中產生的天然色素。與其他天然色素相比，紅曲色素具有熱穩(wěn)定性好、蛋白質著色力強、色調柔和、對酸堿穩(wěn)定等優(yōu)點，而且紅曲色素無毒性、無致突變作用，安全性很高。另外，研究發(fā)現紅曲色素是多種色素成分的混合物，從紫紅曲霉中可分離提純出紫、紅、黃3種色澤6種化學結構的色素。從紅色紅曲霉產生的色素中還可以分離提純出其他2種新的紅曲色素。因此紅曲可提供性能穩(wěn)定、安全性高和品種多樣的天然色素，廣泛地用于糕點、肉制品、糖果、果醬、果汁等的著色。而且最近幾年，國內外開始對紅曲色素的生理功能進行了初步探討。日本發(fā)現紅色素和黃色素具有抑制突變的作用，推測是因它們能使突變劑的分解作用加速的緣故。保加利亞培養(yǎng)紫紅花曲霉而產生的色素制品具有抗氧化的特征。王柏琴等將紅曲色素加入到發(fā)酵香腸中代替亞硝酸鹽，結果發(fā)現，用1 600mg/kg的紅曲色素作為著色劑制作的發(fā)酵香腸，其顏色接近以150mg/kg NaNO2為發(fā)色劑制作的發(fā)酵香腸。以紅曲色素作為著色劑制作的香腸在4℃條件下貯存，1個月內不變色，雖然用量較NaNO2多，但安全性高。由于亞硝酸鹽是強烈致癌物“亞硝胺”的前體物質，因此，采用紅曲色素代替亞硝酸鈉作為著色劑具有重要意義。而且，紅曲的加入對肉制品的風味也有一定的影響，這是由于其前體與谷氨酸鹽形成的化合物是一種風味改良劑。

2.抑菌防腐 紅曲的抑菌作用，早在《天工開物》中就有記載，說即使是最易腐爛變質的魚肉，薄涂了紅曲后，在炎熱的夏天也不會變質且色味不減。1991年，董明盛等用紅曲霉固體培養(yǎng)物和液體發(fā)酵液對14種微生物進行了抑菌實驗，結果表明：紅曲霉對蠟狀芽抱桿菌、霉狀桿茵、枯草桿菌、金黃色葡萄球菌、熒光假單胞菌有較強的抑制作用；其次是綠膿桿菌、雞白痢桿菌、大腸桿菌和變形桿菌；而對八疊球菌、啤酒酵母、草莓酵母、產黃青霉不抑制，但能夠強烈地抑制黑曲霉分生孢子的形成。1995年，王柏琴等報道了紅曲色素對肉毒梭狀芽孢桿菌的抑制作用。實驗證明，紅曲提取物可使肉毒梭狀芽孢桿菌的營養(yǎng)體細胞壁產生裂痕，即菌體的營養(yǎng)細胞破裂。1 600mg/kg的紅曲色素在抑制肉毒梭狀芽孢桿菌的生長上能夠代替110mg/kg的NaNO2，1 600mg/kg的紅曲色素+2 000mg/kg的山梨酸鉀可代替150mg/kg的NaNO2。而后，王柏琴利用紅曲對肉制品中常見有毒細菌臘狀芽抱桿菌也同樣進行了抑菌試驗，為香腸制品的防腐找到了一種天然代替品，證實了紅曲霉在其生長代謝過程中可以產生抑菌的活性物質。通過對紫紅曲霉的研究發(fā)現，其產生的抑菌活性物質的部分是色素成分，主要是紅曲色素中的桔黃色素。

3.降血脂，預防心血管疾病 如今，心血管疾病嚴重危害人類的健康，其中冠心病是人類的第一殺手，在美國被稱為“時代的瘟疫”。其誘因主要是當膽固醇被低密度脂蛋白（LDL）攜帶并定居在心臟內膜時，引起動脈粥樣硬化、狹窄，導致心肌供氧不足，從而危及人的生命。如能有效地抑制膽固醇的合成，降低甘油三酯的含量，則可防治心血管疾病或減少其發(fā)生。

日本遠藤章教授于1979年從紅曲霉中發(fā)現了一種能強烈競爭性抑制機體膽固醇生物合成的活性物質，此物質被命名為Monacolin K。1985年和1986年又從紅曲霉中分離出與Monacolin K結構相似的其它幾種活性物質，分別命名為Monacolin L、X.、J和Dihydromonacolin L和Dihydromevinolin。其中所有這些代謝產物在結構上都是相似的，它們都是3-羥基-3-甲基戊二酰CoA（HMG-CoA）還原酶的特定抑制劑，都具有很強的降低膽固醇的作用。

在對降血脂作用的研究中，目前主要是集中在對Monacolin K的研究上。近年來，在對這些代謝物的合成機理方面的研究已經弄清了它們之間的轉化過程，但是不同的菌株因其體內的酶系不同，故產物也不一樣。例如：紅色紅曲霉素可以產生Monacolin K，但它的突變菌株則只產生Monacolin X，而M4681卻產生Monacolin M。此后，美國和日本的科學家用Monacolin K對動物進行了大量實驗，并對Monacolin K對動物肝細胞的影響進行了研究。結果顯示，Monacolin K對動物試驗是安全的。

經臨床驗證，這些Monacolins活性物質均屬有效低毒能治療高膽固醇血癥的藥劑，具有很強的降低膽固醇的作用。其機理是：對合成膽固醇的限速酶3-羥基-3-甲基戊二酰CoA (HMG-CoA)還原酶具有特異性的抑制作用。其濃度只要達到0.001μg/mL～0.005μg/mL，膽固醇的合成就會受到抑制。當給試驗動物注射少量的Monacolin K時就可明顯降低膽固醇的含量，特別是對導致動脈硬化的低密度脂蛋白（LDL）膽固醇有優(yōu)先降低的作用，減少血液中LDL的含量。這主要是由于細胞表面LDL受體合成速度與細胞內膽固醇量呈負相關，因此還原酶抑制了膽固醇的合成，減少了細胞中膽固醇的量，刺激LDL受體的合成。LDL前體是肝臟合成的VLDL，后者被脂蛋白酶水解變成VLDL殘體，并進一步水解成LDL。VLDL、VLDL殘體、LDL皆能被肝細胞表面的LDL受體直接消除。在此循環(huán)中約有2/3～3/4 LDL可在肝臟或肝外通過LDL受體消除。由于HMG-CoA還原酶抑制劑能通過增加LDL受體，促進LDL、VLDL、VLDL殘體的清除，因此，通過抑制膽固醇的合成，干擾肝臟合成脂蛋白，從而降低了LDL水平。

因此，經常食用紅曲食品，可預防心血管疾病，降低其發(fā)病率。同樣，紅曲的次生代謝產物也廣泛地應用于醫(yī)藥制品中，如我國的北大維信公司開發(fā)的“血脂康”，成都地奧公司開發(fā)的“地奧心血康”和“脂必妥”，均獲得了較大的成功，其主要作用成分均為Monacolin K。另外，Monacolin K的酯構型弱堿化形成它的堿金屬鹽等物質，具有預防和治療膽結石、前列腺肥大的作用，能使膽結石形成的指數下降，改善前列腺肥大的程度，使排尿正常。

4.降血壓，預防高血壓病 1992年，遷啟介等發(fā)現了紅曲霉具有很強的降血壓的作用，并初步地研究了其作用機理。在他的實驗中均選用SHR大白鼠（本態(tài)性高血壓病的大白鼠）。所謂本態(tài)性即并不是因食鹽的攝取或肥胖等二次因素而造成的高血壓病癥的總稱。這可能是由于遺傳因子的關系。白鼠生后10周血壓就自然上升，20周以后的成熟期，其收縮壓即達180～200mmHg，而正常大白鼠的收縮壓為130mmHg。對于SHR來說，即使食用低鹽飼料也會患高血壓，如給予高鹽就會使高血壓癥惡化，并引發(fā)并發(fā)癥，所以選用SHR作為實驗對象。實驗選用18周大的SHR大白鼠，令其自由攝取含有紅曲的飼料，實驗1周后測其血壓值，發(fā)現只給蒸米的對照組的高血壓癥非常嚴重，而加了紅曲的實驗組的血壓明顯下降。若停止給予紅曲，實驗組動物的血壓仍停留在低值。另外選用10周或更年幼的SHR白鼠進行實驗，開始時血壓為158mmHg，用添加1％的食鹽喂養(yǎng)的白鼠作為對照組，實驗3周后，對照組的血壓上升至224mmHg，而添加了紅曲的實驗組的血壓則完全沒有上升。通過以上實驗我們就可以看出，紅曲中確實含有降低血壓的活性物質。并且經180℃高溫處理的紅曲也具有相同作用，說明其中含有的降血壓活性的物質的熱穩(wěn)定性極強。但對于紅曲霉在發(fā)酵過程中具體產生了的何種物質是具有降血壓的功能以及其作用的機理，仍無文獻明確的報道，但有學者推測認為其降血壓物質為γ-氨基丁酸（γ-GABA）及Glucosaine(或紅曲霉的其他細胞壁成分)。而且研究發(fā)現紅曲還可以作血壓升高劑，對血壓有雙重控制作用。日本在20世紀90年代就獲得了“群勢”紅曲作為高血壓改善劑的專利。

5.防治佝僂病 麥角固醇也稱麥角甾醇，是維生素D2的前體，經紫外線照射后，即轉化為維生素D2，可防治嬰兒佝僂病，對促進孕婦和老年人Ca、P的吸收也有明顯的生理作用，是一種重要的藥品。而且，麥角固醇也是生產“考的松”和黃體酮的原料。目前，對于麥角固醇的生產研究主要是對酵母菌的研究，而對于紅曲霉的研究相對較少。1995年，陳松生等發(fā)現紅曲霉屬中的許多菌株都能不同程度地產生麥角固醇，所產生的麥角固醇主要存在于菌體內，可采用堿性甲醇回流皂化，然后用乙醚振蕩抽提。且發(fā)現有的菌株的產量可高達2％以上。由于普通食品中的維生素D含量有限，因此在食品中添加紅曲，對人類防治維生素D缺乏癥將有重要意義。

6.其它生理功能 林贊峰等認為紅曲色素中的紅曲橙色素具有活潑的羰基，易與氨基作用，所以不但可以治療胺血癥，而且也很可能是良好的抗癌物質。紅曲還可以產生多種天然抗氧化劑如黃酮酚及dimerumicacid，除具有保護肝臟的作用外，也是深具潛力的防癌、抗癌藥物。遠藤章還發(fā)現紅曲霉的某些種類還可以產生降低血糖值的生理活性物質，能有效預防和治療糖尿病等。在日本紅曲霉也被應用在化妝品制品中，研究發(fā)現用酶水解發(fā)酵液后可提取一種細胞活化劑，可用于防止皮膚粗糙、延緩衰老。

三、紅曲中豐富的酶類物質

紅曲霉在生長過程中能夠產生多種的酶類，如：淀粉酶、糖化酶、糊精化酶、麥芽糖酶、蛋白酶、果膠酶等。不同種類菌株產酶的類型及產量有所差異?？傮w來說，紅曲霉產的液化型α-淀粉酶的活性較弱，而糖化型的β-淀粉酶的活性較強。紅曲用于淀粉類食品或肉類制品，其淀粉酶、糖化酶等能將淀粉水解形成糊精、低聚糖和葡萄糖等低分子物質，改善制品的風味；蛋白酶能將蛋白質分解成多肽、氨基酸等小分子化合物，使制品組織細膩、口感滑爽、香味濃郁、色澤紅潤。

20世紀70年代以來，中國科學院微生物研究所開展了對紅曲霉葡萄糖淀粉酶方面的理論研究。實驗證明：紅曲霉的葡萄糖淀粉酶具有多型性。1976年，就已經得到該酶的結晶，并進行了電鏡觀察。通過對葡萄糖淀粉酶的底物特異性的研究，發(fā)現該酶的粗提液可以100％地分解可溶性淀粉、直鏈淀粉、支鏈淀粉等多種底物。此后，還通過對紅曲AS3.3491葡萄糖淀粉酶的生物合成調節(jié)機制的研究和葡萄糖淀粉酶形成過程的研究，證實了迅速利用的碳源對該酶的阻礙作用是培養(yǎng)基pH降低的結果，而“葡萄糖效應”只是表現效應。以上的研究為紅曲霉產生的葡萄糖淀粉酶的理論研究提供了基礎。

1991年，安田正昭等從Monascus SP No.3404提取得到高活性蛋白酶，該酶的分子量為43 000(凝膠過濾法測定)或46 000(SDS聚丙烯酰胺凝膠電泳法測定)，最適pH3.2，最適溫度50℃。由于紅曲霉能產生較高活性的糖化酶和蛋白水解酶，故可用紅曲腌漬魚、肉、豆腐乳等高蛋白食品，經1～3個月的腌漬，能制成色、香、味俱佳的產品。1993年，安田正昭教授還報導了豆腐乳成熟過程中使用紅曲霉的化學成分變化，為釀造廠利用紅曲霉提供了理論依據。還有專利報道，紅曲霉產生的酸性羧肽酶，可以用來分解蛋白水解物中的苦味肽。近年來，國內對紅曲霉產生的酯酶進行了很多的研究，趙樹欣等人對幾株紅曲霉進行實際催化己酸乙酯合成能力檢測，結果發(fā)現并沒有出現特別的催化活性，說明這并不是紅曲酶的普通特性。而1991年，江蘇雙洋酒廠對自己生產的大曲進行微生物分離時，偶然得到一株具有極高產酯能力的紅曲霉菌株，初命名為紅曲酯化霉。后有報道稱紅曲霉胞外脂酶具有較強的催化己酸乙酯合成的能力，可直接催化己酸和乙醇的合成。故可從紅曲分離出具有高活性酯化能力的紅曲酯化霉用于濃香型酒的生產。

還有報道說，用紅曲霉產生的聚氨基葡萄糖酶可以把高分子聚氨基葡萄糖降解為低分子聚氨基葡萄糖，該物質可以抑制酪氨酸酶的活性，從而抑制黑素的形成。另外，紅曲霉產生的核酸酶、5′-磷酸二酯酶、α-葡萄糖苷酶等都有專利報道。

四、食用安全性爭議

1.紅曲中桔霉素的發(fā)現 紅曲是我國的傳統(tǒng)發(fā)酵產品，毒理學實驗已證明紅曲產品的食用安全性，并在長期的應用實踐中未發(fā)現明顯的毒副作用。已經證明在紅曲霉培養(yǎng)物的提取液中不含黃曲霉毒素，而且急性毒性試驗、亞急性毒性試驗、慢性毒性試驗都證明它沒有毒性以及致突變作用，安全性很高。但在 1981年，香港中文大學的Hinchuang Wang等人從紅曲中分離出一種抑菌因子，命名為Monascidin A。1995年，法國Blanc教授對Monascidin A進行了結構測定和定性分析，發(fā)現Monascidin A的實質就是桔霉素。桔霉素是一種真菌毒素，具有腎臟毒害作用，其毒性屬中等偏劇毒性。同時Blanc教授也指出，并非所有的紅曲霉菌種都會產生桔霉素，而且即使使用某一能產桔霉素的菌種，若生產方法不同，桔霉素的含量也不同，有的甚至檢測不出桔霉素。

2.桔霉素的轉化 現代研究發(fā)現紅曲中的桔霉素是在紅曲霉發(fā)酵的晚期產生的次級代謝產物，桔霉素與紅曲色素的合成開始在同一途徑上，由1個乙酰CoA與3個丙二酰CoA合成丁酮和輔酶，復合物經甲基化，在丙二酰CoA的參與下合成戊酮，然后分兩條途徑進行：一條途徑是合成己酮，最后生成紅曲色素；另一條途徑是經甲基化縮合，還原等生成桔霉素。

3.桔霉素的監(jiān)控 究竟我國的紅曲及紅曲產品中是否含有桔霉素，這就需要我們對不同的產品進行檢測。檢測方法主要有高壓液相色譜法、熒光檢測器分析法、反相色譜檢測法以及化學免疫法。根據眾多研究者的工作，已經可以通過以下途徑來控制紅曲霉在發(fā)酵過程中產生桔霉素：①篩選不產桔霉素或產桔霉素很低的紅曲霉菌株用于生產。某些菌株可以不產桔霉素且可以培育不產桔霉素的突變菌株。②控制培養(yǎng)基氨基酸氮源及采用合適的發(fā)酵工藝。較高的氮源含量，會強化桔霉素的生成，在液態(tài)培養(yǎng)中，不同的氨基酸對桔霉素的生成量有著不同的作用。谷氨酸和丙氨酸可強化桔霉素的生成，而纈氨酸、組氨酸、色氨酸、亮氨酸可消除桔霉素的生成。適當的提高紅曲霉培養(yǎng)的通氧量不但可以提高紅曲色素的產生而且可以降低其桔霉素的生成量。③在培養(yǎng)過程中的脫毒處理。我們可以設法抑制紅曲霉在發(fā)酵過程中由戊酮生成桔霉素途徑中的限速酶來阻斷桔霉素的生成而且還可以得到更多的紅曲色素。

五、研究方向

在對紅曲霉及紅曲的特殊生理功能的研究，我們可以更加清晰地看到紅曲這一中國的傳統(tǒng)保健食品在當今社會中所起的重要作用。要讓這一傳統(tǒng)食品有更加廣闊的發(fā)展空間，在全世界廣泛地應用，我們就必須從以下幾個方面來加強研究，為其應用提供理論依據。

1.開發(fā)應用方面 采用先進的技術方法（如超臨界CO2萃取技術）來提取紅曲色素。加強對水不溶性紅曲色素轉化為水溶性紅曲色素的研究，擴大紅曲色素的應用范圍。

2.加強基礎研究 弄清紅曲中含有的具有其它生理功能的活性物質的成分及其作用的機理，開發(fā)拓出更大范圍的紅曲保健食品和紅曲藥品。

3.檢測方面 加強對紅曲及紅曲產品中桔霉素含量的檢測，并規(guī)范其檢測方法。通過基因誘變和現代生物技術（核質融合、基因重組）來選育不產桔霉素的菌株，以及對紅曲霉發(fā)酵過程的嚴格監(jiān)控。

隨著我們對紅曲及其功能性的深入研究，其越來越多的藥用成分被挖掘出來，更多更新的紅曲發(fā)酵食品及調味品等也進一步被開發(fā)出來了。因此，紅曲的發(fā)展前景是十分可觀和可喜的。