浅谈红曲色素在食品中的应用*

张莎莎，林华

（福建师范大学生命科学学院，福建 福州 350117）

1 红曲色素

颜料通常可分为人工合成颜料和天然颜料。天然颜料主要是从植物中获取的，例如花青素、类胡萝卜素，而有些则是从动物（例如胭脂红）或者是微生物（例如红曲红）中获取的。红曲色素是一种优质天然食用色素，产自红曲霉属的丝状真菌通过发酵过程。根据《本草纲目》的记载，红曲色素具有消食活血、健脾燥胃的功效，可用于治疗赤白痢、下水谷，以及缓解女性血气痛和产后恶露不尽等问题。这说明了红曲有很高的传统药用价值。红曲色素作为红曲的主要活性物质之一，是一种安全性较高的多组分色素，自古以来，红曲色素常被用于肉制品着色，腐乳和酒类（例如黄酒和酱油）的发酵生产以及作为医药原料用于药品和保健品的生产。现代科学研究表明，红曲色素具有特殊的官能团和共轭结构，还具有抗氧化、降血脂、降血糖等生物功能，具有改善体内脂、糖代谢、抗氧化、抗炎等作用等[1]。

1.1 红曲色素的组成

红曲色素是一种类聚酮的混合物，根据最大吸收波长的不同，通常分为黄色、橙色、红色3大类。红曲霉是一种常见的红色霉菌，可产生有价值的次级代谢产物红曲色素，红曲霉的培养条件也可能影响红曲色素的构成。红曲色素主要包括红色、橙色和黄色的混合物，其色泽鲜艳，溶解性好，生物安全性高，在中国、日本、印度尼西亚等东南亚地区得到广泛认可。红曲色素共有10个，分别是醇溶性的6个和水溶性4个。本文对6种不同类型的醇溶颜料进行研究，典型的醇溶性色素有6种，按颜色分为红色的、橙色和黄色3大类颜色（详见表1）[2]。在红曲色素里，大约有5%黄色元素，这些元素的特性相对稳定，然而由于所占浓度不高，导致红曲色素的颜色为红[3]。

表2 各维度及总问卷信度分析

1.2 红曲色素的生物合成途径

目前，学者们对红曲色素的合成途径及其在遗传和代谢水平上的调控进行了大量的研究。红曲色素是聚酮类天然产物，和脂肪酸合成相似，一般情况下以乙酰基—（CoA）为初始单位，以丙二酰为扩展单位，从而形成了一种新的合成方法。1组分的乙酰基和3组分的丙二酰经聚酮合成酶（PKSs）催化生成四酮类物质，再与1组分的丙二酰发生反应生成五酮类物质。通过此种方式，化合物碳原子数量会增多，从而产出己酮生色团，并且会与脂肪酸合成途径中的中链脂肪酸进行酯化反应，最终形成红曲橙色素。红曲橙色素会被还原为红曲黄色素，或者通过与氨基酸的加氨反应，形成红曲红色素[4-5]，其具体的合成途径见图1。这个合成过程也会产桔霉素，由于产桔霉素和红曲色素在同一代谢池中，在红曲KL-001菌株中完全敲除15 kb桔霉素生物合成基因簇后，红曲色素的产量会增加2%～5%[6]。

图1 红曲色素的合成途径

2 红曲色素在食品中应用

红曲色素长期以来被用作传统食品中的天然着色剂和防腐剂，它在食品工业中的应用广泛多样，从食品着色、保鲜、调味到功能性食品添加剂。作为一种天然食品色素，红曲色素可以为食品提供美丽鲜艳的红色或粉色，并能有效地防止食物中腐烂菌的滋生，达到延长食物货架期的目的。红曲色素属于聚酮类天然产物，具有羰基、醚键等官能团以及环己烯、内酯环，同时也包含共轭双键结构，这些独特的官能团和共轭结构使其具有降低血脂、抵御氧化、减少血糖、抵抗阿尔兹海默病等生理功效，因此，它被广泛应用于各种功能食品，如调脂茶、红曲米、MPs口服液[7]。与服用合成类药物相比，像红曲米这类具有一定生物活性的天然食品显然更具竞争力，患者更倾向于通过饮食预防来控制糖尿病的进一步发展。因此，随着人们对天然和功能性食品的兴趣日益浓厚，红曲色素仍然是食品工业和促进健康产品开发的一个有希望的生物活性化合物来源。

2.1 红曲色素在肉制品中的应用

在传统肉类制品的处理过程中，亚硝酸盐不但起到维持肉类产品颜色、香气和口感，还能塑造出独特的口感，亚硝酸盐丰富的功能使得它顺理成章成为腌肉中最常用的添加剂，更关键的是它可以有效地阻止肉毒梭菌的繁殖。但是，鲜红色泽和Q弹口感背后存在很多隐患，众多的研究已经证明亚硝酸盐具有强烈的致癌性[8]，因此，全球各国政府都对肉类产品中亚硝酸盐的残留量进行了严格的控制。由于目前还没有一种亚硝酸盐的替代品可以完全承担其所有功能，而使用红曲色素部分代替亚硝酸盐的发色功能就可为一种策略。红曲色素作为一种天然的食品色素，具有性质稳定、耐热性强及防腐性能，可做亚硝酸盐的替代品添加在肉制品中。在呈色模式方面，红曲霉与亚硝酸盐的反应机制是截然不同的，亚硝酸根与肌红蛋白反应生成亚硝基肌红蛋白，而后者可对肉制品进行直接染色，让肉制品变成明亮的红颜色。这两种方法都能赋予肉类产品色彩和口感，并且能够阻止有害微生物的繁殖，进一步延长其保质期[9]，但相较于亚硝酸盐，作为天然着色剂的红曲色素更安全且对人体健康无害。

红曲色素具有抑菌防腐的作用，其抑制腐败微生物生长的特点能够延长肉制品的保质期。王柏琴[10]的实验中用1.6 g/kg的红曲霉和乳链杆菌或是山梨酸钾混配，结果表明红曲霉对肉毒杆菌毒素梭菌有很强的“毒性”作用，可造成其滋养细胞损伤。Xu[11]研究了以玉米粉为底物的M3428红曲霉色素对大肠杆菌、枯草芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌、酵母和霉菌的抑菌活性，研究结果也表明红曲霉色素对枯草芽孢杆菌有较强的抑制作用，对大肠杆菌和酵母有较弱的抑制作用，而对金黄色葡萄球菌无抑制作用。

2.2 红曲色素在调味品中的应用

红曲色素作为一种天然且安全的食品色素，其健康益处受到了广泛的关注。利用红曲色素可以制作出多种功能性的调味料。在酱油生产中，红曲色素不仅可以提升酱油的红色指数，还能优化其物理和化学属性，改善酱油的风味[12]。

武汉佳成生物公司的创新专利——糖化增香曲以及它在发酵制品中的实际应用，是将红曲作为基础菌种制成复合红曲菌株并应用于酱油的酿造过程中，这种方法不仅显著提高了原料的全氮利用效率和酱油的产出率，而且显著改进了酱油的色泽、香气和口感，使其更加鲜艳、红润、清香，并逐渐变得甜美，明显优于传统的酱油制作工艺[13]，该技术为我国传统调味品行业提供了一种新方法、新工艺。赵吉兴[14]经过深入研究发现在酱油中加入0.2%的红曲色素可以显著增强酱油的颜色和红色指数，同时还能保持良好的光稳定性和热稳定性。

2.3 红曲色素在酿酒行业中的应用

红曲色素的抑菌功效使得红曲霉在酿酒行业中也颇受欢迎，红曲霉代谢产生的糖化酶、酯化酶对白酒酿造非常重要，在增加香味的同时更进一步醇厚了酒的口感，红曲霉更是赋予黄酒独特的色泽和风味，在各类保健酒中红曲的应用也是屡见不鲜，而用红曲霉复合菌种进行发酵更能在获得高品质酒的同时实现活性物质的强化，以满足各种消费需求。

红曲酒是黄酒的一种典型形式，近年来在米酒市场越来越受欢迎。红曲酒含有大量的氨基酸及各种人体必需的微量元素和维生素，其主要功能是调节人体生理平衡，增强免疫力、促进新陈代谢，对高血压、高血脂、冠心病均有良好疗效。丹溪红曲酒是在加压过滤的过程中生成的，它不仅保留了发酵过程中的大部分营养成分，还带有浓烈的香味，营养价值很高[15]。红曲酒的独特之处就在于它的生产涉及红曲（糖化发酵剂），它是用红曲霉接种，引入多种色素和酶，红曲色素具有独特的色泽和生理作用，已被证明具有降低血压、血脂和胆固醇浓度及影响人体代谢和免疫调节的作用[16]。

3 红曲色素的生产

红曲菌是由红曲霉菌所产的一种次生物质，碳源、氮源、温度、pH值、氧气等发酵条件都会影响红曲色素的产量，另外，初始水分含量、红曲霉的菌丝形态等其他因素也会影响红曲色素的产生，近年来，人们进行了大量的研究来探索提高成本效益的发酵方法。研究人员利用了低成本的农业副产品，如稻草水解液、玉米皮和稻壳作为深层发酵的基质[17]，另外，马铃薯渣也被认为是红曲色素生产的有效碳源，除马铃薯渣外，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、废弃枇杷仁、废弃椰枣底物和乳清也已被认为可作为红曲霉发酵合成红曲色素的原料，并取得了积极的效果[18]。

研究人员研究了通过添加各种小分子，如氨基酸、醇、酸、内酯、金属离子、表面活性剂和其他材料提高红曲色素的产量，研究发现，在紫色分枝杆菌M1培养基中添加谷氨酸可以增加红曲色素的产量，同样，添加0.6%的精氨酸会导致红曲色素产量显著增加，并引起菌丝形态的改变[19]。Xiong[20]等人应用低频磁场（＜300 Hz）影响红曲霉ACCC 30140的代谢，此处理不影响其生长，但却使有害物质桔青霉素产量的下降并使红曲色素的增加。

4 结论与展望

综上所述，红曲色素作为天然色素在食品中具有广泛的使用前景，通过优化微生物培养可以在天然色素生产方面继续取得进展，然而，红曲桔青霉素含量超标是红曲制品中较为普遍的一个严重问题，使得红曲应用受到限制，这可通过基因遗传操作对红曲生产菌株的桔青霉素合成基因簇进行敲除，彻底解决其毒素污染问题，为生产提供高效安全的菌种资源。