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红曲防腐效应及其应用开发

     食品在贮藏、运输、加工等环节中极易受到微生物侵染而腐败变质，添加防腐剂能够有效延长食品保质期。但是目前广泛应用的防腐剂大多是化学合成的，例如苯丙酸钠、山梨酸钠等，对人体健康有潜在危害，添加于食品中均有严格限量标准。目前，我国食品添加剂标准化技术委员会批准使用的天然防腐剂只有乳酸链球菌素(Ni-sin)和纳他霉素(Natamycin)两种，寻找开发更多的食品级安全的高效天然防腐剂是食品加工业的重要发展方向。
    人类从事食品发酵已有数千年历史，经过长期实践和检验，诸多发酵食品及其发酵微生物的安全性毋容置疑。人们已认识到食品发酵微生物及其代谢产物具有抑制杂菌的功效，并且由于其安全性而成为发展食品级安全生物拮抗的热点。食品发酵微生物及其代谢产物已成为寻找开发天然防腐剂的重要源泉。
    红曲是我国传统发酵食品，广泛应用于食品着色、酿酒、制醋、中药等方面。红曲的保健功效已被公认，对红曲的研究主要集中在其保健功能成分的分离鉴定上，而对红曲防腐效应研究甚少。本文将对红曲防腐剂的抑菌防腐效应、红曲防腐剂的生产工艺及应用作一简单综述，并探索高活力红曲防腐剂的研发策略。
    1·红曲的抑菌特性
    早在《天工开物》就有记载:鱼肉最容易腐的，但薄涂红曲后即使在盛夏也不变质，近十天蛆蝇不近，色味不减，盖奇药也。这段记载充分说明了红曲的杀菌防腐作用［1］。Wong Hin－Chung［2－3］(1977年)等报道了经快中子及x射线诱变的紫红曲霉有抑菌作用，变异株N11S显著抑制芽孢杆菌、链球菌和假单胞杆菌，这是有关红曲霉抑菌作用最早的报道。1981年，他们又从红曲中分离出一种抑菌因子并命名为Monascidin A，并建立了Monascidin A的提取方法。
    Hiroshi Nozaki［4］等(1991年)从红曲霉M．anka的发酵培养液中分离得到一种抑菌活性物质，并将其命名为ankalaetone，这种红曲霉的代谢产物对大肠杆菌和枯草芽抱杆菌有显著抑止作用，经鉴定为不饱和γ－内脂衍生物。
    董明盛［5］等(1991年)测定了红曲霉培养物对14种常见食品污染菌的抑制作用，结果表明红曲霉固体培养物和液体发酵液对蜡状芽孢杆菌、霉状杆菌、枯草杆菌、金黄色葡萄球菌和荧光假单孢菌有较强抑制作用，对绿脓杆菌、鸡白痢杆菌、大肠杆菌和变形杆菌有一定抑制作用，而对八叠球菌不抑制;红曲霉对啤酒酵母、草莓酵母和产黄青霉不抑制，但能强烈抑制黑曲霉分生孢子形成。
    Martinkova［6］等(1995年)发现红曲霉的抑菌作用由橙色素引起。
    王柏琴［7］(1995年)发现红曲色素对肉毒梭状芽孢杆菌具有一定抑制作用，其机理是使肉毒梭状芽孢杆菌营养体细胞壁产生裂痕，使细胞破裂。
    童群义［8］等(1997年)证明红曲色素对枯草芽孢杆菌和金黄色葡萄球菌有较强抑制作用，对大肠杆菌和灰色链霉菌的抑制作用较弱，而对酵母、霉菌和黄色八叠球菌无抑制作用。
    徐尔尼［9］等(1998年)测定了红曲霉发酵液对2种酵母菌和4种细菌的抑制作用，结果表明其对各供试菌均有抑制作用，尤其对啤酒酵母、金黄色葡萄球菌和蜡状芽孢杆菌具有较强抑制作用，抑制强度与发酵培养基成分、红曲霉菌株以及发酵时间密切相关。
    Wang［10］等(2001年)发现虾蟹壳粉末制成的培养基中，红曲霉M．purpureusCCRC31499向细胞外分泌一种有抗菌作用的几丁质酶，该几丁质酶分子量约为81000道尔顿，等电点为5.4，最适pH为7，最适温度为40℃，稳定的pH为68。该酶可被Fe2+强烈抑制，可抑制细菌和真菌。宫慧梅［11］等(2002年)发现红曲色素中的橙色素是一种主要抑菌物质，能够抑制革兰氏阳性菌以及大肠杆菌，其抑菌性与吸光度呈正相变化。
    赵树欣［12］等(2005年)对红曲不同溶剂提取液的抑菌性进行了研究，结果表明红曲提取液对细菌的抑制能力较强，对革兰氏阳性菌尤为有效，而且红曲的水溶性成分、醇溶性成分及脂溶性成分都有不同程度的抑菌性。
    2·红曲防腐剂的生产工艺
    红曲防腐剂主要以大米为原料，经红曲霉接种、发酵制备红曲防腐米，再将红曲防腐米经提取、浓缩得到红曲防腐剂产品［13］。
    红曲防腐剂的制备主要有固体发酵和液体发酵两种方式，与红曲米、红曲红色素生产工艺基本相同，主要区别在菌种和发酵工艺(添加合适的营养盐)。固体培养是传统的红曲培养方法，与液体培养相比，具有培养基简单、成本低、对环境污染少、能耗低等优点，而液体培养更容易有针对性地添加营养成分进行代谢控制，从而提高某些有用产物的产率［14］。
    3·红曲抑菌防腐的应用前景
    世界各国食品添加剂的发展方向是天然、安全、高效，因此红曲防腐剂的研制具有很大的市场潜力，它符合开发天然食品添加剂替代合成添加剂的发展方针［13］。在肉制品加工中，为了改善肉制品品质，需要添加辅料及其他添加剂，可能会对产品色泽产生不良影响。我国已开始立法限制或禁止使用合成色素。而且有些国家要求我国出口肉肠等食品必须使用天然防腐剂与色素。另外，我国熟肉制品的产量占肉类总产量的比重还不到10%，而发达国家肉制品已占到肉类总产量的50%以上。显然，中国肉制品行业同国外发达国家相比有相当大差距，但也意味着我国肉品精深加工有相当大的发展空间。
    在腌肉领域，亚硝酸盐是传统的防腐配料，而且作为发色剂保持肉制品良好色泽。但是亚硝酸盐毒性较强，摄入量大可使血红蛋白中Fe2+氧化成Fe3+，失去携氧能力，引起肠原性青紫症，更严重的是亚硝酸盐可转化成强致癌性的亚硝胺，极大地影响食品安全［15］。因此它在肉肠中的使用量和残留量受到严格控制。有研究表明加入500ppm的红曲防腐剂，就可替代50%的亚硝酸盐，抑制肉毒梭状芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌，抑菌率在99%左右［13］。另外，红曲防腐剂还能广泛应用于熏鱼、果冻、酒类等食品的防腐，因此，开发高活力红曲防腐剂具有十分广阔的应用前景。
    4·开发高活力红曲防腐剂的策略探讨
    红曲具有显著防腐效应已被公认，有望被开发成一种新型纯天然食品防腐剂。但野生红曲霉的抑菌防腐效应仍有不足之处，主要表现在抗菌谱不够全面，对细菌抑制活力强而对酵母和霉菌抑制活力相对较弱。选育高活力红曲霉菌种是开发高活力红曲防腐剂的前提，而采用合适的选育手段是获得高活力红曲霉菌种的关键。红曲霉种属品系繁多，抑菌防腐活力各有特点。从单一菌种品系出发进行选育难以获得活力高、抗菌谱广的红曲霉，将诸多不同品系红曲霉的优势性状集中起来是获得高活力红曲霉菌种的理想途径。作者课题组采用基因组改组技术(Genome Shuff-ling)［16］选育高活力抑菌防腐红曲霉，具体做法是:选取9种不同来源、抗菌谱各异的红曲霉作为出发菌群，按一定比例优化混合后加入细胞融合剂促进9种出发菌之间融合并且基因组之间随机重组，获得红曲霉基因组改组突变库，从中筛选到对革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、酵母、霉菌等均表现高抑制活力的红曲霉RH－1840，为进一步开发高活力红曲防腐剂奠定了基础。基因组改组技术是近年发展起来的微生物育种新技术，可以在不明了有关菌株遗传背景的情况下，通过细胞融合、传达分离、高通量筛选，将来源于出发菌群各菌株的优势基因集中于一个后代菌。基因组改组技术最大的优势在于出发菌既可以是单一菌株，亦可以是一菌群，并能将不同突变优化组合，与传统诱变育种相比，极大地提高了突变效率和获得目的性状的几率，为微生物育种提供了一种全新的技术支撑。

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