红曲米的代谢产物及其生理功能

红曲米的代谢产物及其生理功能

红歌是中国传统的发酵食品。中国古代的红曲是以大米作为主要原料,由红曲霉发酵制成的紫红色米曲,所以古时称为丹曲,被中医认为是珍贵的保健品,也被广泛被用于食物加工烹饪之中。虽然自1884由VanTieghem确定了红曲属以来,超过20种红曲菌被载入著作,但是它们中间有些是同物异名。陈福生等认为红曲霉属包括9种,分别是:丛毛红曲菌(M.pilosus)、红色红曲菌(M.ruber)、紫色红曲菌(M.purpureus)、佛罗里达红曲菌(M.floridanus)、旱生红曲菌(M.eremophilus)、苍白红曲菌(M.pallens)、血红红曲菌(M.sanguineus)、新月红曲霉(M.lunisporas)、阿根廷红曲菌(M.argentinensis)。红曲霉可以靠菌丝体和分生孢子无性繁殖,也可以靠囊孢子进行有性繁殖,其中最著名的就是紫色红曲菌(M.purpureus)、毛红曲菌(M.pilosus)、红色红曲菌(M.ruber),这几种红曲通常用于发酵制红曲米。很多关于红曲米药效的报道有的是见诸于偏方,有的是见诸于著作。近年的研究发现通过红曲发酵可以获得红曲色素、γ-氨基丁酸(GABA)、MonacolinK、桔霉素等活性代谢产物。由于红曲的活性代谢产物丰富,且有特定的功用,尤其有特定的生理功能和药用价值,因此受到东亚诸国甚至欧洲一些国家的重视,并随之开展深入研究。有关红曲米活性代谢产物的研究已经深入开展,其对应的生理功能也随着研究的深入,开始有不同程度的认识,但还有一些生理功能还尚未明确所对应的代谢产物。1红曲米的代谢产物和功能红曲的代谢产物一般含有聚酮结构,通常在红曲霉的稳定生长期形成,并具有一些特定的生理功能。1.1红曲红素的功能红曲霉是目前世界上唯一能产食用色素的微生物。红曲色素是由红曲霉属的丝状真菌经发酵而成的,是红曲霉的次级代谢产物之一,属天然食用色素。红曲色素作为天然食品色素在全世界的食品工业中都有广泛应用,尤其是中国和日本以及一些东南亚国家。成品红曲色素通常为深紫红色粉末,略带异臭。红曲色素是红色系、黄色系和橙色系3种色素混合而成,这些色素都是聚酮类化合物。目前确定的红曲色素含有6大主要结构,它们包括属于黄色素类的梦那红(monascin)和红曲黄素(ankaflavin),属于橙色素类的红斑素(rubropunctatin)和红曲红素(monascorubrin),属于红色素类的潘红胺(rubropunctamine)和玉红胺(monascorubramine)。除了以上6种基本红曲色素,近20年来已知结构的红曲色素分子共有54种。其中两种黄色系色素未发表其分子结构。研究表明黄色色素中的红曲黄素和红曲霉素都是有azaphilonoid结构的。红曲色素的生理功能表现为:(1)抗癌和抗诱变活性。日本的研究表明,红曲色素中的红色和黄色色素,可以加速分解致畸剂,从而起到抑制突变的作用。红曲霉素可有效抑制亚硝酸盐及由紫外光B诱导的小鼠皮肤癌变。这个研究表明了红曲霉素是在化学与环境因子诱发的癌变中有效的化学抑制剂。而红曲黄素也被subG1检测法证实具有通过细胞凋亡机制抑制肝癌细胞Hep2的活力。潘子明等认为红曲色素具有抗诱变的活性。(2)抗菌活性。潘红胺(rubropunctamine)和玉红胺(monascorubramine)不仅有抗细菌的活性,同时也能抗真菌和酵母。KimC等认为:红曲色素的衍生物对革兰氏阴性菌和阳性菌有更强的抑菌活性。(3)抗炎症活性。红曲霉素和红曲黄素是有抗炎症和抗氧化能力的抗癌剂,能保护肝脏不受化学物侵害。(4)调节胆固醇的水平。对血浆的生化分析说明:红曲霉素和红曲黄素都能显著降低血浆中胆固醇、甘油三酯、低密度脂蛋白胆固醇的水平。并且试验表明:红曲霉素和红曲黄素能升高高密度脂蛋白水平,而MonacolinK不行。(5)潜在的抗肥胖及抗糖尿病的功能。研究发现了红曲色素抗肥胖的活性,因为它能抑制酯酶的活性、脂肪细胞增殖、脂肪生成等;梦那红(monascin)和红曲黄素(ankaflavin)可降低甘油三酯的积累和抑制脂肪细胞特异相关的转录因子的表达,减少与肥胖相关的前脂肪细胞的增殖和分化;梦那红(monascin)对糖尿病也有抑制作用,能调节胰岛素水平。1.2gaba—γ-氨基丁酸及其功能γ-氨基丁酸(γ-Aminobutanoicacid,GABA)也就是氨酪酸,是一种非蛋白质氨基酸,由谷氨酸脱羧酶(Glutamatedecarboxylase,GAD)转化谷氨酸脱羧酸形成。它在植物、动物以及微生物中都有分布。在哺乳动物体内,GABA只存在于神经组织中,其浓度最高的区域为大脑中黑质。GABA是一种抑制性的神经递质,介导神经系统内40%以上的抑制性神经传导。GABA是红曲代谢产物中有效的降血压成分,是一种重要的中枢神经系统的神经递质。哺乳动物脑血管中存在的GABA能支配神经系统,并存在两种GABA受体,其中GABAA受体是一种离子型受体,起扩张血管作用;GABAB是G蛋白耦连受体,对交感神经末梢有抑制作用。GABA有以下生理功能:(1)降血压的功能。在对高血压大鼠和高血压人群的试验中发现:GABA有能力自发降低血压。GABA是一个交感神经系统中主要的抑制性神经递质,GABA与两种受体GABAA和GABAB相结合,从而有效地促进血管扩张。(2)抗焦虑和抑郁。在对大鼠的试验中发现:GABA可以调节单胺在大脑中的水平,通过GABA灌胃可以明显改善大鼠的抑郁症状。(3)改善睡眠、提高记忆力。在OkadaT和胡向军等对大鼠的试验中发现:GABA对改善睡眠和提高记忆力都有明显的作用。(4)降低血氨浓度解除氨毒,与癫痫、惊厥帕金森症等神经疾病相关。(5)对生殖系统有调节作用。1.3降血脂、降脂和抗氧化活性红曲米中含有活性代谢物MonacolinK。研究表明,Monacolin类物质是红曲米中发现的一种活性成分,它的结构与洛伐他汀(lovastatin)一致。1979年日本学者EndoA发现红曲霉次级代谢物及其类似物具有羟甲基戊二醛辅酶A(HMG-CoA)还原酶抑制剂的作用。MonacolinK的功能:(1)降血脂。由于它有降胆固醇的活性,目前MonacolinK已成为世界公认的血脂调节物。MonacolinK是HMG—CoA还原酶的竞争性抑制剂,而HMG—CoA还原酶是3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A转化为3-甲(基)-3,5-二羟(基)戊酸的还原酶,而这个反应是合成胆固醇的限速步骤,因此抑制该酶的活性,就能减少或阻断体内胆固醇的合成。其浓度只要达到0.001μg/mL,胆固醇的合成就会受到抑制。以前的研究证明通过MonacolinK的处理可以显著降低肝脏和血浆中的总的胆固醇和甘油三酯。MonacolinK不仅能降低低密度脂蛋白胆固醇,同时也能降低高密度脂蛋白胆固醇的浓度。红曲霉的发酵产物也能提高高密度脂蛋白的浓度,但不是MonacolinK。(2)抗癌活性。潘子明等的研究已表明MonacolinK显示出了对Lewis肺癌细胞的协同抗癌作用。1.4不同种类的聚酮化合物生成甲基桔霉素又叫桔青霉素,也是红曲米的一种次级代谢产物。Blanc等在红曲色素中发现了桔霉素,桔霉素是红曲霉发酵的一种有毒代谢产物。桔霉素影响动物肾脏线粒体功能和大分子的生物合成,最终导致细胞死亡,不管是固体状态还是液态形式100~400mg/L的桔霉素都具有肾毒性和肝毒性。很多国家都非常重视研究降低桔霉素含量。在日本市面上出售的12种红曲米中,桔霉素的含量从0.2~17.1mg/L不等。在台湾市场上出售的红曲米中桔霉素含量则从0.1~122.0mg/L不等。有研究表明,MonacolinK的生成与桔霉素的生成紧密相关,生成的趋势相同,即MonacolinK增加,桔霉素也增加;而MonacolinK的生成与红色素的生成在相同的培养条件下有相似的趋势,即Monacolin增加,红色素也增加。而红色素与桔霉素都是由聚酮化合物的衍生物生成的。因此,桔霉素、红色素和MonacolinK的合成途径密不可分。2红曲米的生物和药药作用除了这些活性代谢物以外,红曲米还有其他的生理功能。迄今为止,红曲米的生物和药理作用包括:抗糖尿病、抗疲劳、抗炎症、抗高血压、抗高血脂、抗氧化和抗老年痴呆症等作用。红曲米的提取物除了有降血脂、降血压、防腐抑菌等生理功能外,还具有抗肿瘤的作用,包括对乳腺癌、肺癌。此外还有降血糖的作用。2.1辅助放疗和化疗研究证明红曲米的发酵产物可诱导乳腺癌细胞的凋亡。乳腺癌是女性最高发并致死的恶性肿瘤。乳腺癌常用的治疗方法是手术、放疗和化疗。当到了晚期不适宜进行手术的时候,往往发现病人对放疗和化疗已经产生了抗性。所以亟待找出一种食疗性的制剂来辅助治疗。有研究发现:红曲代谢物能抑制乳腺癌细胞MCF-7的细胞增殖,引起MCF-7细胞在G2/M期阻滞,并且死亡,说明红曲米的发酵产物可诱导乳腺癌细胞的凋亡。红曲米发酵产物诱导的细胞死亡是由激活凋亡过程来调节的,促凋亡是通过bax/bcl-2基因家族恰当的平衡率和增强半胱天冬氨酸蛋白酶9(caspase-9)和半胱天冬氨酸蛋白酶3(caspase-3)和DNA修复酶的活性来实现的。2.2降低血糖、胰岛素的含量研究表明,经12h空腹后,给试验小鼠喂食150mg/kg的红曲发酵产物,90min后相较于对照组血糖降低了19.4%,胰岛素上升了60.2%。2.3种行为的比较对于一个已喂食由NTU568紫红曲菌发酵的红曲米28d的16周大的雄性Wistar大鼠,对它做一个游泳测试,结果表明,高剂量(5g/kg·体重)组和低剂量(1g/kg·体重)组游泳的时长分别增加了65.9%和33.6%。2.4老年斑的聚集往大鼠的大脑中注射Aβ40是研究老年痴呆(阿尔茨海默病)的模型。Aβ40的聚集产生大脑皮质的老年斑,从而引起老年痴呆(阿尔茨海默病)。通过潘子明等用红曲米的乙醇提取物喂食大鼠的试验看出,经大脑皮层和海马体的免疫组织化学染色的检测,发现红曲米可以有效地减少Aβ40在大脑皮层和海马体的聚集。2.5降血脂、降脂和降血脂试验表明,除了以前的研究所得出的Monacolin的降血脂作用以外,红曲米的水和乙醇提取物可以抑制前脂肪细胞增殖,从而抑制肥胖。3红曲发酵物对大鼠连续作用红曲米是亚洲地区的传统功能性食品,但红曲米中含有的桔霉素因为具有肝毒性和肾毒性,因此红曲米及其发酵产物的安全问题也引起了各国科学家的高度重视,并对发酵方法进行了研究和优化。用乙醇和磷酸对红曲米进行萃取是目前去除桔霉素的常用方法。潘子明等研究发现:经45%乙醇、1.5%磷酸提取70min可以去除91.6%的桔霉素,但是能保留79.5%的MonacolinK。还有试验用含不同浓度的桔霉素的红曲发酵物(1,2,10,20,200mg/L)对雄性Wistar大鼠连续作用90d。结果表明,对雄性Wistar大鼠的无明显作用,损害水平(no-observable-adverse-effect,NOAEL)为200mg/L。根据试验结果,2mg/L桔霉素对红曲米发酵产物来说是一种安全浓度,也适用于其它红曲发酵的相关产品。基于对红曲发酵产物中含桔霉素的重视,日本提出的限量标准是200μg/L,美国的食品药品管理局(FDA)现行标准是控制在20μg/L以内,而欧盟的标准是100μg/L。中国GB/T5009.222—2008《红曲类产品中桔青霉素的测定》中对液态样品中桔霉素的检测定量限是50μg/kg,而固态样品的中桔霉素的检测定量限则是1mg/kg。研究表明通过改变培养基的营养成分,如C/N比,可以促进红曲霉的生长和孢子形成。而对于红曲霉菌株的选择和发酵温度的控制,可以使红曲米增加洛伐他丁和红曲色素的产量,而减少或消除桔霉素的产生。4红曲米及其活性代谢产物的优化红曲米有着多种活性代谢产物,具有多种生理功能。随着研究的深入,