淺談紅曲色素在食品中的應用*

張莎莎，林華

（福建師范大學生命科學學院，福建 福州 350117）

1 紅曲色素

顏料通?？煞譃槿斯ず铣深伭虾吞烊活伭?。天然顏料主要是從植物中獲取的，例如花青素、類胡蘿卜素，而有些則是從動物（例如胭脂紅）或者是微生物（例如紅曲紅）中獲取的。紅曲色素是一種優(yōu)質天然食用色素，產自紅曲霉屬的絲狀真菌通過發(fā)酵過程。根據《本草綱目》的記載，紅曲色素具有消食活血、健脾燥胃的功效，可用于治療赤白痢、下水谷，以及緩解女性血氣痛和產后惡露不盡等問題。這說明了紅曲有很高的傳統(tǒng)藥用價值。紅曲色素作為紅曲的主要活性物質之一，是一種安全性較高的多組分色素，自古以來，紅曲色素常被用于肉制品著色，腐乳和酒類（例如黃酒和醬油）的發(fā)酵生產以及作為醫(yī)藥原料用于藥品和保健品的生產?，F代科學研究表明，紅曲色素具有特殊的官能團和共軛結構，還具有抗氧化、降血脂、降血糖等生物功能，具有改善體內脂、糖代謝、抗氧化、抗炎等作用等[1]。

1.1 紅曲色素的組成

紅曲色素是一種類聚酮的混合物，根據最大吸收波長的不同，通常分為黃色、橙色、紅色3大類。紅曲霉是一種常見的紅色霉菌，可產生有價值的次級代謝產物紅曲色素，紅曲霉的培養(yǎng)條件也可能影響紅曲色素的構成。紅曲色素主要包括紅色、橙色和黃色的混合物，其色澤鮮艷，溶解性好，生物安全性高，在中國、日本、印度尼西亞等東南亞地區(qū)得到廣泛認可。紅曲色素共有10個，分別是醇溶性的6個和水溶性4個。本文對6種不同類型的醇溶顏料進行研究，典型的醇溶性色素有6種，按顏色分為紅色的、橙色和黃色3大類顏色（詳見表1）[2]。在紅曲色素里，大約有5%黃色元素，這些元素的特性相對穩(wěn)定，然而由于所占濃度不高，導致紅曲色素的顏色為紅[3]。

表2 各維度及總問卷信度分析

1.2 紅曲色素的生物合成途徑

目前，學者們對紅曲色素的合成途徑及其在遺傳和代謝水平上的調控進行了大量的研究。紅曲色素是聚酮類天然產物，和脂肪酸合成相似，一般情況下以乙?；–oA）為初始單位，以丙二酰為擴展單位，從而形成了一種新的合成方法。1組分的乙?；?組分的丙二酰經聚酮合成酶（PKSs）催化生成四酮類物質，再與1組分的丙二酰發(fā)生反應生成五酮類物質。通過此種方式，化合物碳原子數量會增多，從而產出己酮生色團，并且會與脂肪酸合成途徑中的中鏈脂肪酸進行酯化反應，最終形成紅曲橙色素。紅曲橙色素會被還原為紅曲黃色素，或者通過與氨基酸的加氨反應，形成紅曲紅色素[4-5]，其具體的合成途徑見圖1。這個合成過程也會產桔霉素，由于產桔霉素和紅曲色素在同一代謝池中，在紅曲KL-001菌株中完全敲除15 kb桔霉素生物合成基因簇后，紅曲色素的產量會增加2%～5%[6]。

圖1 紅曲色素的合成途徑

2 紅曲色素在食品中應用

紅曲色素長期以來被用作傳統(tǒng)食品中的天然著色劑和防腐劑，它在食品工業(yè)中的應用廣泛多樣，從食品著色、保鮮、調味到功能性食品添加劑。作為一種天然食品色素，紅曲色素可以為食品提供美麗鮮艷的紅色或粉色，并能有效地防止食物中腐爛菌的滋生，達到延長食物貨架期的目的。紅曲色素屬于聚酮類天然產物，具有羰基、醚鍵等官能團以及環(huán)己烯、內酯環(huán)，同時也包含共軛雙鍵結構，這些獨特的官能團和共軛結構使其具有降低血脂、抵御氧化、減少血糖、抵抗阿爾茲海默病等生理功效，因此，它被廣泛應用于各種功能食品，如調脂茶、紅曲米、MPs口服液[7]。與服用合成類藥物相比，像紅曲米這類具有一定生物活性的天然食品顯然更具競爭力，患者更傾向于通過飲食預防來控制糖尿病的進一步發(fā)展。因此，隨著人們對天然和功能性食品的興趣日益濃厚，紅曲色素仍然是食品工業(yè)和促進健康產品開發(fā)的一個有希望的生物活性化合物來源。

2.1 紅曲色素在肉制品中的應用

在傳統(tǒng)肉類制品的處理過程中，亞硝酸鹽不但起到維持肉類產品顏色、香氣和口感，還能塑造出獨特的口感，亞硝酸鹽豐富的功能使得它順理成章成為腌肉中最常用的添加劑，更關鍵的是它可以有效地阻止肉毒梭菌的繁殖。但是，鮮紅色澤和Q彈口感背后存在很多隱患，眾多的研究已經證明亞硝酸鹽具有強烈的致癌性[8]，因此，全球各國政府都對肉類產品中亞硝酸鹽的殘留量進行了嚴格的控制。由于目前還沒有一種亞硝酸鹽的替代品可以完全承擔其所有功能，而使用紅曲色素部分代替亞硝酸鹽的發(fā)色功能就可為一種策略。紅曲色素作為一種天然的食品色素，具有性質穩(wěn)定、耐熱性強及防腐性能，可做亞硝酸鹽的替代品添加在肉制品中。在呈色模式方面，紅曲霉與亞硝酸鹽的反應機制是截然不同的，亞硝酸根與肌紅蛋白反應生成亞硝基肌紅蛋白，而后者可對肉制品進行直接染色，讓肉制品變成明亮的紅顏色。這兩種方法都能賦予肉類產品色彩和口感，并且能夠阻止有害微生物的繁殖，進一步延長其保質期[9]，但相較于亞硝酸鹽，作為天然著色劑的紅曲色素更安全且對人體健康無害。

紅曲色素具有抑菌防腐的作用，其抑制腐敗微生物生長的特點能夠延長肉制品的保質期。王柏琴[10]的實驗中用1.6 g/kg的紅曲霉和乳鏈桿菌或是山梨酸鉀混配，結果表明紅曲霉對肉毒桿菌毒素梭菌有很強的“毒性”作用，可造成其滋養(yǎng)細胞損傷。Xu[11]研究了以玉米粉為底物的M3428紅曲霉色素對大腸桿菌、枯草芽孢桿菌、金黃色葡萄球菌、酵母和霉菌的抑菌活性，研究結果也表明紅曲霉色素對枯草芽孢桿菌有較強的抑制作用，對大腸桿菌和酵母有較弱的抑制作用，而對金黃色葡萄球菌無抑制作用。

2.2 紅曲色素在調味品中的應用

紅曲色素作為一種天然且安全的食品色素，其健康益處受到了廣泛的關注。利用紅曲色素可以制作出多種功能性的調味料。在醬油生產中，紅曲色素不僅可以提升醬油的紅色指數，還能優(yōu)化其物理和化學屬性，改善醬油的風味[12]。

武漢佳成生物公司的創(chuàng)新專利——糖化增香曲以及它在發(fā)酵制品中的實際應用，是將紅曲作為基礎菌種制成復合紅曲菌株并應用于醬油的釀造過程中，這種方法不僅顯著提高了原料的全氮利用效率和醬油的產出率，而且顯著改進了醬油的色澤、香氣和口感，使其更加鮮艷、紅潤、清香，并逐漸變得甜美，明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的醬油制作工藝[13]，該技術為我國傳統(tǒng)調味品行業(yè)提供了一種新方法、新工藝。趙吉興[14]經過深入研究發(fā)現在醬油中加入0.2%的紅曲色素可以顯著增強醬油的顏色和紅色指數，同時還能保持良好的光穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。

2.3 紅曲色素在釀酒行業(yè)中的應用

紅曲色素的抑菌功效使得紅曲霉在釀酒行業(yè)中也頗受歡迎，紅曲霉代謝產生的糖化酶、酯化酶對白酒釀造非常重要，在增加香味的同時更進一步醇厚了酒的口感，紅曲霉更是賦予黃酒獨特的色澤和風味，在各類保健酒中紅曲的應用也是屢見不鮮，而用紅曲霉復合菌種進行發(fā)酵更能在獲得高品質酒的同時實現活性物質的強化，以滿足各種消費需求。

紅曲酒是黃酒的一種典型形式，近年來在米酒市場越來越受歡迎。紅曲酒含有大量的氨基酸及各種人體必需的微量元素和維生素，其主要功能是調節(jié)人體生理平衡，增強免疫力、促進新陳代謝，對高血壓、高血脂、冠心病均有良好療效。丹溪紅曲酒是在加壓過濾的過程中生成的，它不僅保留了發(fā)酵過程中的大部分營養(yǎng)成分，還帶有濃烈的香味，營養(yǎng)價值很高[15]。紅曲酒的獨特之處就在于它的生產涉及紅曲（糖化發(fā)酵劑），它是用紅曲霉接種，引入多種色素和酶，紅曲色素具有獨特的色澤和生理作用，已被證明具有降低血壓、血脂和膽固醇濃度及影響人體代謝和免疫調節(jié)的作用[16]。

3 紅曲色素的生產

紅曲菌是由紅曲霉菌所產的一種次生物質，碳源、氮源、溫度、pH值、氧氣等發(fā)酵條件都會影響紅曲色素的產量，另外，初始水分含量、紅曲霉的菌絲形態(tài)等其他因素也會影響紅曲色素的產生，近年來，人們進行了大量的研究來探索提高成本效益的發(fā)酵方法。研究人員利用了低成本的農業(yè)副產品，如稻草水解液、玉米皮和稻殼作為深層發(fā)酵的基質[17]，另外，馬鈴薯渣也被認為是紅曲色素生產的有效碳源，除馬鈴薯渣外，其他低成本底物，如玉米淀粉、沙巴香蕉皮、剩余啤酒、奶酪乳清、豆粕、廢棄枇杷仁、廢棄椰棗底物和乳清也已被認為可作為紅曲霉發(fā)酵合成紅曲色素的原料，并取得了積極的效果[18]。

研究人員研究了通過添加各種小分子，如氨基酸、醇、酸、內酯、金屬離子、表面活性劑和其他材料提高紅曲色素的產量，研究發(fā)現，在紫色分枝桿菌M1培養(yǎng)基中添加谷氨酸可以增加紅曲色素的產量，同樣，添加0.6%的精氨酸會導致紅曲色素產量顯著增加，并引起菌絲形態(tài)的改變[19]。Xiong[20]等人應用低頻磁場（＜300 Hz）影響紅曲霉ACCC 30140的代謝，此處理不影響其生長，但卻使有害物質桔青霉素產量的下降并使紅曲色素的增加。

4 結論與展望

綜上所述，紅曲色素作為天然色素在食品中具有廣泛的使用前景，通過優(yōu)化微生物培養(yǎng)可以在天然色素生產方面繼續(xù)取得進展，然而，紅曲桔青霉素含量超標是紅曲制品中較為普遍的一個嚴重問題，使得紅曲應用受到限制，這可通過基因遺傳操作對紅曲生產菌株的桔青霉素合成基因簇進行敲除，徹底解決其毒素污染問題，為生產提供高效安全的菌種資源。