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Stability of Monacolin K in water-soluble functional monascus

水溶性红曲中Monacolin K的稳定性



全 文 :第7卷第1期
2009年1月
生 物 加 工 过 程
ChineseJournalofBioprocessEngineering
Vol.7No.1
Jan.2009
收稿日期:20080409
基金项目:国家“十一五”科技支撑计划资助项目(2006BAD27B09 3)
作者简介:王铁军(1982—),男,山东邹平人,硕士研究生,研究方向:发酵工学;许赣荣(联系人),教授,Email:grxu123@126.com
水溶性红曲中 MonacolinK的稳定性
王铁军,许赣荣
(江南大学 工业生物技术教育部重点实验室,无锡 214122)
摘 要:对红曲中MonacolinK(MK)在水溶液中的稳定性进行研究,考察不同加热温度、时间、pH、盐、维生素C(VC)、
氨基酸、蔗糖质量浓度、光照和存放时间对其稳定性的影响。结果表明:100℃保温30min,水溶液中MonacolinK的
浓度比20℃保温相同时间仅下降了46%。热处理、长时间光照对水溶液中MonacolinK有轻微的破坏作用;pH<
50,盐、VC、氨基酸的添加可降低水溶液MonacolinK溶解度。pH<40可使酸型MonacolinK转化为内酯型。在Mo
nacolinK水溶液中添加30g/L蔗糖可使水溶液中MonacolinK饱和质量浓度增至6329mg/L。
关键词:水溶液;MonacolinK;稳定性;红曲
中图分类号:TQ460    文献标志码:A    文章编号:1672-3678(2009)01-0064-05
StabilityofMonacolinKinwatersolublefunctionalmonascus
WANGTiejun,XUGanrong
(KeyLaboratoryofIndustrialBiotechnologyoftheMinistryofEducation,JiangnanUniversity,Wuxi214122,China)
Abstract:Theefectsoftemperatureandtimeofheating,pH,theconcentrationsofsalts,VC,amino
acidandsucrose,thetimeofexposuretolightandstoragetimeonthestabilityofMonacolinKinfunc
tionalriceredyeastwereinvestigated.TheconcentrationofMonacolinKinwaterwasdecreasedby
46% whenheatedat100℃ for30min,comparedwiththatheatedat20℃.TheMonacolinKinwater
wasslightlydestructedbyheattreatmentandexposuretolightforlongtime.ThesolubilityofMonacolin
Kinwaterdecreasedunderacidiccondition,vitaminC,saltoraminoacid.AcidformMonacolinKwas
convertedintolactoneformneMonacolinKatpH <40.Thesucroseof30g/Lincreasedthesolubility
ofMonaolinKinwaterupto6329mg/L.
Keywords:aqueous;MonacolinK;stability;redyeastrice
  降脂红曲具有降血脂、抗癌和治疗胆结石等多
重功效[1-4]。目前市场上的降脂红曲产品主要是普
通固态发酵方法生产的功能性红曲米粉,因含有大
量的残余淀粉等物质,水溶性差,因此常用红曲粉
胶囊作为保健品或药品的终端产品,而无法直接添
加到液态食品中使用,限制了红曲的使用范围。目
前市场上对水溶性红曲产品的需求不断增加。本
实验以含MonacolinK(MK)的红曲米粉为原料,制
备成水溶性红曲产品。产品中MK以酸型和内酯型
2种形式共存。
一般认为酸型(开环)MK比内酯型(闭环)MK
的稳定性差[5]。红曲产品无论作为药品还是保健
品,其稳定性都是必须保证的。但目前对红曲中功
效成份MK在溶液中的稳定性还缺乏系统研究。为
了进一步研究 MK在水溶液状态下的稳定性,本文
考察了热处理、pH、蔗糖、维生素 C(VC)、氨基酸、
光照及存放时间等因素对MK在水溶液中稳定性的
影响以及酸型 MK含量的变化,通过此研究为红曲
作为食品辅料添加到果汁、食醋、酱油等液态食品
中提供理论基础。
1 材料与方法
11 材料与仪器
水溶性红曲粉(MK质量分数 25%),山东省
巨野巨彤生物工程有限公司提供;乙腈(色谱纯),
美国TEDIA公司;氨基酸、维生素 C、蔗糖、苯甲酸
钠、醋酸,均为国产分析纯试剂。
HPLC检测仪器为 Agilent1100高效液相色谱
仪,紫外检测器。
12 实验方法
121 MK检测方法
酸型和内酯型MK浓度测定采用HPLC法[6],色
谱条件如下,色谱柱AgilentZORBAXSBC18,5μm,
250mm×46mm;流动相,V(乙腈)∶V(水)=55∶45(磷
酸调pH至25);柱温28℃;流速10mL/min;紫外检
测器波长为238nm。
122 红曲中MK溶解性初步确定
取100mL纯净水,20℃下边搅拌边加入一定
量的水溶性红曲粉,直至溶液中刚刚出现少许沉
淀,放置12h后离心(8000r/min,2min),HPLC测
定上清液中MK质量浓度。离心后如离心管中有沉
淀,将沉淀物取出,精密称其质量后置于50mL比色
管,用体积分数70%乙醇(乙醇加入量(mL)∶沉淀
物质量(g)=50∶1)于55℃下水浴1h,HPLC法测
定提取液中MK质量浓度。
123 温度对溶液中MK稳定性的影响
MK饱和水溶液在一定温度下水浴30min,离
心,测水溶液中MK质量浓度。
124 加热时间对溶液中MK稳定性的影响
将MK饱和水溶液置于100℃下,分别保持一
定时间,测定上清液中MK质量浓度。
125 pH对溶液中MK稳定性的影响
分别用醋酸和 KOH溶液调节水溶液 pH,于
20℃下水浴12h,测溶液中MK质量浓度。
126 光照和存放时间对溶液中MK稳定性的影响
将MK饱和的水溶液分别置放于棕色玻璃瓶和
透明玻璃瓶中,自然光下放置60d,每隔10d取样,
测溶液中MK质量浓度。
127 VC质量浓度对溶液中MK稳定性的影响
向饱和红曲水溶液中加入一定量的 VC,于
20℃水浴12h,测溶液中MK质量浓度。
128 氨基酸种类对溶液中MK稳定性的影响
食醋和酱油中含有多种氨基酸,据李路华
等[7-9]对食醋和酱油中氨基酸浓度测定结果,本实
验选取缬氨酸(Val)、精氨酸(Arg)、亮氨酸(Leu)、
蛋氨酸(Met)、苯丙氨酸(Phe)、谷氨酸(Glu)分别配
制成8g/L溶液,并按照 MK饱和浓度加入水溶性
红曲粉,于60℃水浴30min,离心,测溶液中MK质
量浓度。
129 蔗糖浓度对溶液中MK稳定性的影响
分别在红曲MK饱和的水溶液中加入一定量的
蔗糖,20℃下放置12h后离心,测溶液中 MK质量
浓度。
1210 盐浓度对溶液中MK稳定性的影响
模拟酱油含盐量(质量分数 15% ~18%)[10],
在红曲MK饱和的水溶液中加入食盐,使其食盐质
量分数分别达到12%、14%、16%、18%、20%,20℃
下放置12h,离心,测溶液中MK质量浓度。
2 结果与讨论
21 红曲MK溶解性能的初步测定
在纯净水(室温20℃)中不断加入水溶性红曲
粉,直至水溶液中刚刚出现沉淀物(在100mL水中加
了25g水溶性红曲(洛伐他汀质量分数25%)),静
置一定时间后离心,测定水溶液中的酸型和内酯型
MK的质量浓度,并计算溶液中酸型MK的比例。
通过实验可知,水溶性红曲有较好的溶解性,在
水溶液中MK的饱和质量浓度可达到5536mg/L,并
且以酸型MK为主,饱和质量浓度为5511mg/L,比
例高达995%。一个普通成年人每日摄入10~20
mg的MK就可以起到降血脂功效。在液态类产品中
只需加入少量(20mg的MK折算为约36mL饱和溶
液)质量浓度为5536mg/L的MK饱和溶液就可满
足降脂效果。红曲MK饱和溶液可以较好地作为液
态食品或功能性饮料的配料。
22 加热温度对水溶液中MK稳定性的影响
将红曲MK饱和水溶液(pH71)在不同温度下
加热30min后离心,离心管中未见沉淀。水溶液中
MK质量浓度变化如图1所示,随着加热温度的升高,
水溶液中的MK质量浓度降低。加热温度为60℃时
56 第1期 王铁军等:水溶性红曲中MonacolinK的稳定性
水溶液中MK质量浓度为5373mg/L;在100℃下加
热30min,MK的质量浓度降至5280mg/L,较20℃
水溶液中 MK的质量浓度仅下降了46%。究其原
因,加热可引起MK降解,同时加热对酸型和内酯型
MK的破坏作用几乎相同。
图1 加热温度对水溶液中MK稳定性的影响
Fig.1 Influenceofheatingtemperatureon
thestabilityofMKinwater
23 加热时间对溶液中MK稳定性的影响
100℃下,红曲MK饱和水溶液(pH71)分别加
热不同时间后离心,离心管中无沉淀。实验结果如图
2所示,水溶液中MK质量浓度随加热时间延长而不
断下降,加热10min后溶液中MK质量浓度为5347
mg/L,在 30min时其质量浓度为5280mg/L,在
60min时其质量浓度为5239mg/L。在100℃下处
理60min,其水溶液中MK含量损失在5%左右,但水
溶液中酸型MK的比例变化不大。
图2 加热时间对水溶液中MK稳定性的影响
Fig.2 Influenceofheatingtimeonthestabilityof
MKinwater
24 pH对水溶液中MK稳定性的影响
将红曲MK饱和水溶液(pH71)分别用醋酸和
KOH溶液调节其pH。实验结果如图3所示。由图3
可知:pH为40~70,水溶液中MK含量随pH降低
呈下降趋势,同时溶液中出现少许沉淀物。pH降至
30时,水溶液中 MK的质量浓度只有3871mg/L,
比pH为70时溶液中MK质量浓度减少了300%;
同时,在沉淀物中检测到MK。由图3可以看出,随着
pH的降低,溶液中和沉淀物中的酸型MK比例均呈
下降趋势。pH为30时,沉淀中的酸型 MK比例只
占572%,水溶液中的酸型MK比例较pH为70时
也下降了50%。水溶液中MK浓度下降的原因一方
面是酸性环境可使酸型MK转变为内酯型MK,内酯
型MK在水中溶解性较差,易生成结晶或沉淀,从而
导致水溶液中MK浓度下降,沉淀物中内酯型MK较
水溶液中比例高。另一方面酸性环境对水溶液中
MK有破坏作用。在 pH为30时水溶液中减少的
MK与pH为70时相比,其中621%转入沉淀中,其
余的379%被破坏。
图3 pH的变化对水溶液中MK
质量浓度的影响
Fig.3 InfluenceofpHchangeonthe
concentrationsofMKinwater
  pH为70~90,水溶液中 MK质量浓度无变
化,且无沉淀。
朱华等[6]研究表明 MK的2种形态在一定 pH
条件下保持平衡,pH的改变将使这一平衡随之发生
变化。本实验结果也说明了这一问题。
25 光照和存放时间对水溶液中 MK稳定性的
影响
  图4的实验结果表明,在光照和避光条件下放
置60d后溶液中 MK的质量浓度较开始时下降了
48% (光照)和12% (避光),酸型 MK所占比例
也呈下降态势,分别下降了22% (光照)和17%
(避光)。溶液离心后未见沉淀,溶液中 MK质量浓
度下降原因可能与长时间存放中 MK自然分解有
关。光照条件下溶液MK质量浓度下降速度较避光
条件下快4倍,可见光照会对其分解有促进作用,但
下降的幅度不大。因此添加水溶性功能性红曲的
66 生 物 加 工 过 程   第7卷 
溶液或食品应采用避光保存,并且保存时间不宜
长久。
图4 光照和存放时间对溶液MK
稳定性的影响
Fig.4 Influenceofiluminationandstorage
timeonthestabilityofMK
26 VC质量浓度对溶液中MK稳定性的影响
  图5的实验结果显示,向红曲水溶液中添加一
定量的 VC,可造成水溶液中 MK质量浓度减少,并
且溶液中VC含量的不断增加可引起 MK质量浓度
逐步降低。实验结果同时显示溶液中MK浓度减少
部分转移到沉淀中去了,因此溶液中 MK浓度下降
的主要原因是 VC添加使溶液环境变为酸性,酸性
环境使功能性红曲酸型 MK转变为内酯型 MK,因
其在水中溶解度较小造成沉淀,同时也会对水溶液
中MK有轻微破坏作用。
图5 不同VC质量浓度对溶液中MK
稳定性的影响
Fig.5 InfluenceofVConthestability
ofMK
27 氨基酸对MK稳定性的影响
图6显示,6种氨基酸(质量浓度8g/L)对溶
液中 MK稳定性均有不同程度影响,其中精氨酸
(Arg)对其影响最小而谷氨酸(Glu)对其影响较大。
其原因与氨基酸的性质有关。Arg是碱性氨基酸,
Glu为酸型氨基酸,其他为中性氨基酸。从24得
知,中性和碱性环境对于溶液中的MK稳定性有益,
而酸性环境会改变 MK的溶解性,图6的结果与上
述观点吻合。实验结果显示,Glu加入后,水溶液中
的 MK质量浓度为 2692mg/L,沉淀量为 1471
mg/L,二者的MK总量与表1水溶液中 MK质量浓
度相差1373mg/L。水溶液中 MK量减少,是因为
其以沉淀方式析出。
图6 不同氨基酸对溶液中MK稳定性的影响
Fig.6 Influenceofaminoacidtypesonthe
stabilityofMK
28 蔗糖对溶液中MK稳定性的影响
图7表明,向溶液中加入一定量的蔗糖,MK在
水溶液中的溶解度明显高于空白对照。蔗糖质量
浓度为 30g/L时水溶液中 MK质量浓度达最高
(6329mg/L)。蔗糖质量浓度为150g/L时,水溶
液中MK质量浓度为5799mg/L。水溶液中蔗糖
质量浓度超过30g/L后,随蔗糖质量浓度的提高,
MK溶解度呈下降趋势,但总体上蔗糖的加入可增
加水溶液中MK的溶解度。其原因可能是蔗糖的添
加增加了溶液粘度从而增加了红曲中 MK溶解度。
因此,水溶性红曲在添加到液态食品中时,可加入
适量的蔗糖以提高其MK溶解度。
图7 蔗糖对溶液中MK稳定性的影响
Fig.7 Influenceofsucroseonthe
stabilityofMK
76 第1期 王铁军等:水溶性红曲中MonacolinK的稳定性
29 盐对溶液中MK稳定性的影响
图8表明,盐的存在影响水溶液中MK的稳定性,
随着水溶液中盐浓度的增加,其MK质量浓度急剧下
降。水溶液中盐质量浓度在140g/L时MK质量浓度为
5167mg/L,盐质量浓度200g/L时其MK质量浓度为
4433mg/L。盐的存在对水溶液中酸型MK比例变化
无影响。120~180g/L盐浓度范围内,水溶液中MK浓
度降低,主要是由于NaCl是易解离的电解质,而MK
是弱电解质,当易解离的电解质加入后,会导致弱电解
质的溶解性能下降。另外,盐效应也使 MK溶解度
变小。
图8 不同盐浓度下溶液中MK的稳定性
Fig.8 InfluenceofsaltonthestabilityofMK
3 结 论
1)水溶性红曲中 MK热稳定较好,在100℃处
理60min,水溶液中 MK量损失在 5%左右,酸性
MK比例保持较好,基本无变化。
2)pH的改变对溶液中 MK的稳定性有影响。
酸性环境下,酸型MK向内酯型MK转化,使水溶中
功能性红曲中酸型 MK的溶解度下降;另一方面对
溶液中 MK有破坏作用。pH位于60~70时,溶
液中的MK含量及类型较稳定。
3)长时间的光照对水溶液中MK的降解有促进
作用,因此应该避光保存。
4)盐、氨基酸、VC均可降低功能性红曲 MK的
溶解度,使水溶液中MK含量降低,但对水溶液中酸
型MK比例影响甚微。
  5)适当的蔗糖浓度可以提高功能性红曲MK的
溶解度,使水溶液中MK含量增加,但对MK结构转
化无作用。
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