不同单色光对紫色红曲霉生长、色素和桔霉素合成的影响
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图1(3R,4S)-4,6-二氢-8-羟基-3,4,5-三甲基-6-氧-3H-2-苯吡-7-羧酸[1]桔霉素与红曲霉的安全性争议收稿日期:2006-10-23作者简介:张徐兰(1980-),山东烟台人,研究生,研究方向:生物转化。
通讯作者:吴天祥,贵州大学化工学院教授,硕士生导师。
张徐兰1,吴天祥1,李鹏2(1.贵州大学化学工程学院,贵州贵阳550003;2.莱阳农学院食品学院,山东青岛266003)摘要:红曲霉能代谢生成天然红色素和多种生理活性物质而备受国际关注,但同时也发现其生长过程产生桔霉素。
桔霉素是一种真菌毒素,作用的靶器官是肾脏,可以致畸、诱发肿瘤、突变等。
红曲霉中桔霉素的发现使得我国的红曲产品的安全性引起争议。
介绍了红曲中产生的桔霉素的理化性质、毒性、产生途径和检测方法等的研究现状,并就如何消除红曲中桔霉素提出了对策。
关键词:桔霉素;红曲霉;安全;争议中图分类号:Q925.7;Q93-3文献标识码:A文章编号:1001-9286(2007)01-0081-03DisputeabouttheSafetyofCitrininofMonascusZHANGXu-lan1,WUTian-xiang1andLIPeng2(1.ChemicalEngineeringDepartmentofGuizhouUniversity,Guiyang,Guizhou550003;2.FoodScienceEngineeringDepartmentofLaiyangAgricultureCollege,Qingdao,Shandong266003,China)Abstract:Monascus,asaphysiologicallyactivesubstanceandanold-linefermentableepiphyteinChina,hasbeenstudiedwidelyforitsnaturalpigments.However,citrinin,producedinthegrowthprocessofmonascus,isamycotoxinandwillin-duceteratogenicity,carcinogenicityandmutagencity.Accordingly,thediscoveryofcitrinininmonascusbroughttremen-dousdisputeaboutthesafetyofredstarterproducts.Inthispaper,thephysicalandchemicalproperties,thetoxicologicalcharacteristics,thebiosyntheticpathwayandthedetectionmethodofcitrininproducedinmonascuswereintroducedandtherelativecountermeasurestoeliminatecitrininwerealsoillustrated.Keywords:citrinin;Monascus;safety;dispute红曲霉(Monascus)广泛应用于酒曲、腐乳、色素、制醋、药品等的生产,发掘出红曲霉生长过程中产生的一系列的具有重要生理活性的次级代谢产物:对胆固醇合成关键酶(HMG-CoA还原酶)的抑制剂Monacolin类化合物、γ-氨基丁酸、VD2的前体物质麦角固醇等具有重要意义,但是红曲霉中还存在一种真菌毒素———桔霉素。
红曲色素及其在肉制品中的应用一、红曲在国内外的发展现状1.1 食用色素发展现状食用色素是食品工业、制药工业和日化工业不可缺少的一类添加剂,按其来源可分为纯天然色素、仿天然色素和合成色素三大类。
近年,由于毒性问题,某些合成色素的应用受到了限制,因此,开发和利用无毒或基本无毒的天然色素,日益受到人们的重视。
开发天然色素,改善食品加工品质,是我国食品添加剂工业“十五”期间的发展重点。
合成色素,是指自然界不存在,用化学合成制造的色素。
仿天然色素,是指天然存在色素结构,凭借化学合成化学提取方法制成的色素,如红曲红色素。
纯天然色素,来自天然可食用原料,以适当的生物或食品加工方法生产的有机色素,如红曲色素(红曲米粉)。
合成色素的优点是色泽鲜艳,着色力强,不易褪色,用量较少,性能稳定,但有安全隐患,许多国家现在已经陆续禁用,如1976年,美国和挪威都禁用了苋菜红。
天然色素近来发展很快,需求量呈不断增长的态势。
其优点在于安全性高、来源丰富,有的天然色素本身就是一种营养素,具有一定的营养效果和药理作用;能更好的模仿天然物的颜色,色调较自然。
而缺点是稳定性较差、着色力较低、成本较高。
国际允许使用的合成色素最多时曾经超过100种,现只剩下39种。
目前,国际间已开发的天然色素高达100种以上。
改革开放20多年来,我国开发出近七、八十种不同原料来源的食用天然色素。
至1998年,列入“中华人民共和国国家标准食品添加剂使用卫生标准GB2760-1996”中允许使用的食用天然色素有47个品种。
红曲米及红曲米粉,每年约产4000多吨;红曲红,每年约产200多吨,辣椒油树脂及辣椒红,每年约产250吨。
国内对天然色素的需求量逐年上升。
国外对天然色素的研究开发与应用力度更大。
据估计,全球天然色素市场规模约为2.5亿美元(其中美国占1.0亿美元),仿天然色素为1.9亿美元,市场年增长率约为5%-10%。
在日本市场,天然已成为色素的主流,色素市场规模达到200多亿日元,占食用色素市场的90%。
一种天然色素:红曲色素摘要:红曲色素是天然色素中的一种, 它是酮类的衍生物[1],由红曲霉菌的菌丝体分泌。
本文对红曲色素的分类、结构、理化性质、功能、提取、应用等进行简单介绍。
关键词:天然色素、红曲色素;1 介绍1.1 分类中文名称:红曲色素,红曲红,红曲红色素等;英文名称:Monasucs Red。
目前研究知道红曲色素包含有超过20种的色素,其中已探明的有10种,因此该项的研究也是较热门、势在必行的。
这10种色素有:4种水溶性色素;6种醇溶性色素:红曲红色素:红斑胺、红曲红胺[2];红曲橙色素:红斑素、红曲红素;红曲黄色素:红曲素、红曲黄素[3];1.2 结构1.2.1六种红曲色素结构式:1.2.2 水溶性色素红外光谱:2 基本性质物理性质:深紫红色粉末,略带异臭,熔点165-192℃;溶于乙醇、乙醚、醋酸等,在水中的溶解度与溶液的pH关。
化学性质:稳定性:在中性pH范围内较稳定,较耐热,光稳定性差别较大,不受常见金属离子与氧化剂和还原剂的影响。
抗菌性:对蜡状芽胞杆菌、霉状杆菌、枯草杆菌、金黄葡萄球菌、荧光假单胞杆菌有较强的抑制作用,其提取物可使肉毒梭状芽胞杆菌的营养体细胞产生裂痕【4】。
抗氧化性:红曲红色色素和橙色色素都有很强的清除自由基能力。
其中红色色素组分的抗氧化性最好【5】。
3 功能(药理作用)3.1 抗氧化性活性氧自由基能引起脂质过氧化、组织损伤、细胞功能衰退或丧失,因而导致人体许多疾病,一些红曲色素能能拮抗体内过量的自由基,避免组织的氧化损伤,从而预防相关疾病的发生,维护人体健康【6】。
3.2 抗疲劳长期以来,人们一直认为红曲具有消除疲劳,增强体力的作用。
目前为止,人们更倾向于认为红曲色素在抗疲劳方面表现出了显著的活性。
经实验发现,服用醇溶性红曲红色素的小鼠与对照组小鼠相比,其游泳时间明显延长,运动后的血清尿素N含量降低,肝糖原的含量升高,这表明醇溶性红曲红色素具有改善小鼠运动耐力的作用,可能是红曲抗疲劳作用的重要因子。
不同光质对植物植物生长的影响不同光质或波长的光具有明显不同的生物学效应,包括对植物的形态结构与化学组成、光合作用和器官生长发育的不同影响。
1、红光红光一般表现出对植株的节间伸长抑制、促进分蘗以及增加叶绿素、类胡萝卜素、可溶性糖等物质的积累。
红光对豌豆苗的叶面积增长和β胡萝卜素积累有促进作用;生菜幼苗预照红光后施加近紫外光,发现红光能增强抗氧化酶活性并提高近紫外吸收色素的含量从而降低近紫外光对生菜幼苗的伤害;草莓进行全光照实验发现红光有利于提高草莓有机酸和总酚的含量。
2、蓝光蓝光能明显缩短蔬菜的节间距、促进蔬菜的横向伸展以及缩小叶面积。
同时,蓝光还能促进植株次生代谢产物的积累。
此外,实验发现蓝光能减轻红光对黄瓜叶片光合系统活性及光合电子传递能力的抑制,因此蓝光是光合系统活性和光合电子传递能力的重要影响因子。
植物对蓝光的需要存在明显的物种差异。
草莓进行采后补光发现不同波长蓝光中470nm对花色苷和总酚含量的效用明显。
3、绿光绿光一直是颇受争议的光质,部分学者认为其会抑制植株的生长,导致植株矮小并使蔬菜减产。
然而,也有不少关于绿光对蔬菜起积极作用的研究见报,低比例的绿光能促进生菜的生长;在红蓝光的基础上增补24%的绿光可以促进生菜的生长。
4、黄光黄光基本上表现为对植株生长的抑制,并且由于不少研究者把黄光并入绿光中,所以关于黄光对植物生长发育影响的文献十分少。
5、紫外光紫外光一般更多地表现为对生物的杀伤作用,减少植物叶面积、抑制下胚轴伸长、降低光合作用和生产力,以及使植株更易受侵染。
但适当的增补紫外光可以促进花色苷以及类黄酮的合成,通过给采后的结球甘蓝增补少量UV-B促进其多酚类物质的合成;采后UV-c处理能减缓红辣椒的果胶溶解、质量损失及软化过程,从而显著降低红辣椒的腐败速度延长保质期,并能促进酚类物质在红辣椒表面的积累。
此外紫外光还与蓝光影响植株细胞的伸长及非对称生长,从而影响植株的定向生长。
UV-B辐射导致矮小的植物表型、小而厚的叶片、短叶柄、增加腋生的分枝以及根/冠比的变化。
桔霉素与红曲霉的安全性争议
张徐兰;吴天祥;李鹏
【期刊名称】《酿酒科技》
【年(卷),期】2007(000)001
【摘要】红曲霉能代谢生成天然红色素和多种生理活性物质而备受国际关注,但同时也发现其生长过程产生桔霉素.桔霉素是一种真菌毒素,作用的靶器官是肾脏,可以致畸、诱发肿瘤、突变等.红曲霉中桔霉素的发现使得我国的红曲产品的安全性引起争议.介绍了红曲中产生的桔霉素的理化性质、毒性、产生途径和检测方法等的研究现状,并就如何消除红曲中桔霉素提出了对策.
【总页数】3页(P81-83)
【作者】张徐兰;吴天祥;李鹏
【作者单位】贵州大学化学工程学院,贵州,贵阳,550003;贵州大学化学工程学院,贵州,贵阳,550003;莱阳农学院食品学院,山东,青岛,266003
【正文语种】中文
【中图分类】Q925.7;Q93-3
【相关文献】
1.红曲霉桔霉素的检测方法及红曲霉产桔霉素的判别方法 [J], 许赣荣;李凤琴;陈蕴;李玉伟;虞慧玲
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3.不同温度对红曲霉液态发酵合成红曲黄色素及桔霉素的影响 [J], 况嘉铀;屈廷啟;韦胜;王伟平
4.低桔霉素红曲霉变异菌株筛选及其变异位点分析 [J], 桂艳玲;唐光甫;满海乔;赵杰宏
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第37卷第2期2019年3月食品科学技术学报Journal of Food Science and TechnologyVol.37No.2Mar.2019doi:10.3969/j.issn.2095-6002.2019.02.008文章编号:2095-6002(2019)02-0048-08引用格式:刘宏,陈迪,陈勉华,等.不同单色光对紫色红曲霉生长、色素和桔霉素合成的影响[J].食品科学技术学报,2019,37(2):48-55.LIU Hong,CHEN Di,CHEN Mianhua,et al.Effects of different monochromatic light on growth,pigments and citrinin bio-synthesis of Monascus purpureus[J].Journal of Food Science and Technology,2019,37(2):48-55.不同单色光对紫色红曲霉生长、色素和桔霉素合成的影响刘宏1,陈迪1,2,陈勉华1,李贞景1,王昌禄1,*(1.天津科技大学食品工程与生物技术学院/省部共建食品营养与安全国家重点实验室/食品营养与安全教育部重点实验室,天津300457;2.河南工业大学生物工程学院,河南郑州450001)摘要:以紫色红曲霉M9为研究对象,研究不同单色光对其生长、色素和桔霉素合成的影响。
采用观察法和高效液相色谱法对紫色红曲霉M9在持续红光、黄光、绿光、蓝光照射下的菌落形态及6种红曲色素产量进行研究。
采用高效液相色谱法和RT-qPCR法对不同红光光照时间和光照强度下红曲色素和桔霉素产量以及相关基因表达量进行测定。
结果表明,红光是最显著的促进紫色红曲霉M9生长和色素产生的光源。
高产红曲色素、低产桔霉素的最佳光照时间和强度分别为30 min/d和300lx,初步推测红曲色素合成相关基因mppA/B/D/F、mppR1/R2、MpPKS5、MpFasA2/B2可能参与两种橙色素的生物合成,mppC、mppE可能参与两种红色素和两种黄色素的生物合成;桔霉素合成相关基因ctnA/D/E/F/G/H/I、orf1/3/4/5、pksCT可能参与桔霉素的合成代谢,而ctnR1可能参与桔霉素的分解代谢。
关键词:紫色红曲霉M9;单色光;生长;红曲色素;桔霉素中图分类号:TS201.3文献标志码:A收稿日期:2018-09-26基金项目:国家自然科学基金资助项目(31330059;31571820)。
第一作者:刘宏,女,硕士研究生,研究方向为发酵食品与生物资源开发。
*通信作者:王昌禄,男,教授,博士生导师,主要从事食品生物技术方面的研究。
红曲霉可以产生大量具有生物活性物质的次级代谢产物[1-3]。
红曲色素作为红曲霉的主要次级代谢产物,具有多种生物活性[4-12]。
人们已完成了6种主要红曲色素的结构鉴定,包括两种红色素:红斑红曲胺(rubropunctamine,RUM)、红曲玉红胺(monascorubramine,MOM);两种黄色素:红曲素(monascin,MS)、红曲黄素(ankaflavin,AK);两种橙色素:红斑红曲素(rubropunctatin,RUN)、红曲玉红素(monascorubrin,MON)[3]。
真菌肾脏毒素———桔霉素的发现引起了人们对于红曲霉安全性的争论,限制了红曲产品的开发和应用[13];因此,在提高红曲色素产量的同时降低桔霉素产量,对红曲产品开发和应用具有重要意义。
光作为一种重要信号,可用来调控丝状真菌的生长、发育及次生代谢。
不同波长的单色光对丝状真菌的生长发育及次级代谢的影响各不相同[14]。
大量研究[15-18]表明,不同光源对红曲霉色素和桔霉素的产生有很大影响,但研究还不够深入。
目前,系统研究不同光源对红曲霉生长及色素产生的报道并不多见,研究红光不同光照条件对红曲色素和桔霉素产生的影响也鲜有报道。
本文拟对不同波长单色光特别是红光对紫色红曲霉(Monascus purpureus)M9生长、色素和桔霉素产量的影响进行研究,并从分子水平上初步探讨光照培养对红曲色素和桔霉素代谢机理的影响,希望为光照发酵法高产红曲色素、低产桔霉素提供技术支撑,为红曲霉次生代谢途径研究提供参考。
841材料与方法1.1材料与试剂1.1.1菌种来源红曲霉菌株(Monascus purpureus M9),由天津科技大学食品工程与生物技术学院发酵食品与生物资源开发研究室保藏。
1.1.2主要试剂葡萄糖、蛋白胨、NaNO 3、MgSO 4·7H 2O 、KH 2PO 4,天津市化学试剂一厂;无水乙醇,天津市江天化工技术有限公司;琼脂粉,北京索莱宝生物科技公司,以上试剂均为国产分析纯。
乙腈、甲酸(国产色谱纯试剂),上海安谱科学仪器有限公司;Gold-viewI 型核酸染色剂、6ˑDNA Loading Buffer 、1kb plus DNA Ladder (国产生化试剂),北京索莱宝生物科技公司;DM2000Marker (国产生化试剂),康维世纪生物科技有限公司;Plant RNA Kit ,美国Omega Bio -Tek 公司;HiFiScript 1st Strand cDNA Synthesis Kit ,康维世纪生物科技有限公司;SYBR PremixEx TaqTM II ,Takara (大连)有限公司。
1.1.3主要培养基麦芽汁琼脂培养基(MEA ):将麦芽磨碎,加入4倍体积水,60ħ水浴至麦芽糖度为18 20ʎBX ,8层纱布过滤,置于-20ħ冰箱备用。
使用时融化麦芽汁,将糖度调为10 12ʎBX ,加入质量分数为3%琼脂,121ħ灭菌20min 。
种子液培养基:葡萄糖6g ,蛋白胨2g ,NaNO 31g ,MgSO 4·7H 2O 0.5g ,KH 2PO 41g ,自来水100mL ,乳酸调pH 值至5.5左右,121ħ灭菌20min 。
液体发酵培养基:大米粉5g ,NaNO 30.3g ,MgSO 4·7H 2O 0.1g ,KH 2PO 40.15g ,自来水100mL ,pH 值自然,121ħ灭菌20min 。
固体平板培养基:麦芽糖4g ,可溶性淀粉5g ,蛋白胨3g ,琼脂3g ,自来水100mL ,pH 值自然,121ħ灭菌20min 。
1.2仪器与设备SW -CJ -1FD 型超净工作台,上海博讯实业有限公司医疗设备厂;LS -B50L 型立式压力蒸汽灭菌锅,上海华线医用核子仪器有限公司;LRH -250-GII 型微电脑控制光照培养箱,广东省医疗器械厂;J -26XP 型高速冷冻离心机,贝克曼库尔特(中国)有限公司;1200型高效液相色谱仪、MX3000P 型实时荧光定量PCR仪,美国安捷伦科技有限公司;KW -T8ZW -12W 型LED 单色灯(红光、黄光、绿光和蓝光),深圳宸华照明有限公司。
1.3实验方法1.3.1菌株保藏和种子液制备用无菌接种环挑取紫色红曲霉M9菌丝,划线于麦芽汁斜面培养基上,30ħ培养7 9d ,将活化好的菌种保藏于4ħ冰箱,一个月活化一次。
向紫色红曲霉M9试管斜面加入5mL 生理盐水,用无菌孢子铲轻轻刮取孢子,制成孢子悬液。
将孢子悬液全部倒入种子培养基中,在30ħ,180r /min 的摇床中培养36 40h ,制成种子液。
1.3.2菌落形态观察将制备好的种子液过8层无菌纱布,得到孢子悬液,通过血球计数板将孢子浓度调为106个/mL 。
取20μL 孢子悬液,单点法加在固体平板培养基中心,待菌液被培养基充分吸收后转入装有LED 单色灯(红光、黄光、绿光和蓝光)的恒温培养箱中。
调整光照强度为100lx ,光照组置于光源的正下方,黑暗组避光培养,30ħ静置培养10d ,分别在第4、7、10天记录菌落形态。
1.3.3液态发酵方法和光照条件将制备好的种子液过8层无菌纱布,得到孢子悬液,调孢子浓度为106个/mL 。
将5mL 孢子悬液接种于50mL 的大米液态发酵培养基中,置于30ħ恒温培养箱中,静置培养10d 。
光照实验分为两组。
第一组将恒温培养箱划分为5个独立灯室,每个灯室安装不同波长的LED 单色光(红光、黄光、绿光和蓝光)。
光照强度调整为100lx ,光照时间为持续光照,避光室为黑暗培养。
第二组将恒温培养箱划分为5个独立灯室,每个灯室安装红色LED 单色光,分别在不同光照时间15、30、45、60min /d ,不同光照强度100、200、300、400lx 下培养,避光室为黑暗培养。
1.3.4红曲色素和桔霉素的提取方法将发酵结束后的红曲霉菌丝体烘干至恒重,用研钵将其磨成粉末状,过80目筛。
准确称取0.5000g 红曲粉末样品,装入10mL 离心管中,加入4mL 75%乙醇,振荡混匀,超声30min ,3500r /min 离心10min ,收集上清液于10mL 容量瓶中。
向沉淀物中加入3mL 75%乙醇,混匀,超声30min ,3500r /min 离心10min ,收集上清液。
再重复此操作一次,将3次94第37卷第2期刘宏等:不同单色光对紫色红曲霉生长、色素和桔霉素合成的影响上清液合并,用75%乙醇定容至10mL。
稀释10倍后,用孔径为0.22μm的微孔滤膜过滤,高效液相色谱(HPLC)法进行分析。
1.3.5红曲色素和桔霉素的HPLC检测1.3.5.1红曲色素的测定色谱柱:XDB-C18(5μm,4.6mmˑ150mm);流动相:A泵(水+0.1%甲酸),B泵(乙腈)。
乙腈和水分别过0.45μm的有机系滤膜和水系滤膜,脱气30min。
检测器:DAD(二极管阵列检测器),流速为1mL/min,检测波长为410nm,检测温度为25ħ,进样量为20μL。
梯度洗脱方法如表1。
表1HPLC梯度洗脱流动相比例Tab.1Mobile phases of gradient elution in HPLCt/min流动相A/%流动相B/%0 2065 2535 7520 35257535 4025 6575 351.3.5.2桔霉素的测定色谱柱:XDB-C18(5μm,4.6mmˑ150mm);流动相:A泵(水,色谱纯甲酸调pH值为2.5),B泵(乙腈)。
乙腈和水分别过0.45μm的有机系滤膜和水系滤膜,脱气30min。
检测器为荧光检测器,流速为1mL/min,检测波长为激发波长(λex)331nm,发射波长(λem)500nm,检测温度为25ħ,进样量为20μL。
桔霉素检测采用等度洗脱,流动相中水与乙腈的比例为55%:45%。
1.3.6红曲色素和桔霉素合成相关基因表达量的测定方法以NCBI(National Center for Biotechnology Infor-mation)报道的红曲霉色素和桔霉素合成相关基因序列为参考序列。