【背景及概述】[1][2][3]
紅曲霉是一種絲狀腐生真菌，按照真菌學的分類方法，紅曲霉屬于真菌門（Eumycophyta）、子囊菌綱（Ascomycetes）、真子囊菌亞綱（Euascomycetes）、散囊菌目（eurotiales)、紅曲科(monascaceae)、紅曲霉屬（Monascus）。紅曲霉的生長最適pH為3.0～5.0，能耐pH 2.5，尤嗜乳酸。生長溫度范圍比較寬，在26℃～42℃之間，而其最適生長繁殖溫度為32℃～35℃，對10%的酒精具有耐受性。紅曲霉能同化NaNO3、NH4NO3、(NH4)2SO4，的氮源為有機氮（如蛋白質、氨基酸等）。紅曲霉能自己合成泛酸、吡哆醇、對氨基苯甲酸、生物素、肌醇、硫胺素、尼克酸、核黃素等等，故在無維生素的合成培養(yǎng)基中也能夠生長。生長環(huán)境的苛刻，使得紅曲霉發(fā)酵過程中不易染雜菌，即使染雜菌，發(fā)酵過程中也能夠抑制其他菌的生長甚至導致雜菌的死亡。
紅曲紅色素是紅曲霉次級代謝產物色素的一種，是目前唯一一種利用微生物發(fā)酵制備的天然色素。被廣泛地應用于清酒、腐乳、魚肉、醬油、糕點、糖果、冷飲等食品業(yè)的著色，也可用于醫(yī)藥和妝品等行業(yè)的著色。紅曲紅色素是以大米、黃豆為主要原料，借鑒我國傳統(tǒng)的紅曲生產工藝，通過紅曲霉菌液體深層發(fā)酵和先進的現(xiàn)代生物分離技術而獲得的粉狀純天然、無毒、安全可靠的天然食用色素，隨著人們對紅曲認識的提高，紅曲色素產品的應用范圍將會逐步擴大，對其量化研究也將在具體生產中發(fā)揮重要的指導作用。
【結構】[1]
紅曲紅色素為紅曲霉的次級代謝產物，從結構上看包括脂肪酸和多聚酮兩個部分，其合成也主要包括兩個部分：多聚酮合成途徑，產生生色團；脂肪酸合成途徑，產生中長鏈脂肪酸, 經轉酯化作用連接到生色團上。即1分子乙酰CoA和3分子丙二酰CoA在聚酮體合酶(Polyketide synthases，PKSs)的作用下生成四酮化合物，四酮化合物再與1分子丙二酰 CoA生成五酮化合物，如此循環(huán)使酮基化合物碳鏈加長產生聚酮發(fā)色團，脂肪酸與乙酰CoA 作用生成聚酮酸，聚酮酸與發(fā)色團的羥基進行酯化反應，最后生成色素分子。
【理化特性】[1] [2]
紅曲紅色素對光不穩(wěn)定，在光照、太陽光、紫外光和可見光等會逐漸分解，
紅曲紅色素水溶液（p H5.7～6.7，照前510nm吸光度A為0.6）在自然光照射條件下，不到14h,色素的保存率降到50%以下，日光直射下(31～38℃)2h，色素損失一半，色素乙醇溶液在紫外燈(15W，距離20cm)下照射5h，吸光度未變；水或醇溶液光穩(wěn)定性研究表明，在日光照射下1h，所有紅曲色素溶液的吸光度均降至50%以下，而醇溶性色素比水溶性色素下降得更多；紅曲紅色素發(fā)酵液在室內自然光照下照射12h后，色素保存率僅有80.1%。
1.pH值對紅曲紅色素穩(wěn)定性的影響
紅曲紅色素主要有兩種性質的色素：脂溶性色素和水溶性色素。脂溶性色素可以溶于氯仿、乙醚、乙醇、醋酸及正己烷等溶劑中。紅曲紅色素溶于乙醇中，會出現(xiàn)泡沫，而溶于水中則不會出現(xiàn)泡沫，原因在于色素中含有蛋白質類或氨基酸類物質。水溶性色素的溶解度與其溶液的pH值有關，易溶于中性或者堿性的溶液中，當溶液的pH在4.0以下或者5％以上的鹽溶液中，其溶解度逐漸降低。
紅曲紅色素相比其他天然色素對pH 的變化不明顯，色調基本沒有變化，pH=11的乙醇溶液中仍然可以保持其原有的色調。pH值對紅曲紅色素的穩(wěn)定性影響較復雜，對不同紅曲紅色素組分的影響也不盡相同。其對酸堿環(huán)境非常敏感，在中性環(huán)境下較為穩(wěn)定，極酸、極堿，紅曲紅色素的色調均會發(fā)生變化，而在一定的堿性環(huán)境下（pH值為9~11）較酸性環(huán)境（pH值為3~5）更為穩(wěn)定。
2.溫度對紅曲紅色素穩(wěn)定性的影響
紅曲色素熱穩(wěn)定性好，熔點為160℃~192℃，熱降解符合一級動力學反應。
在加熱過程中，色素溶液的明度、紅度受時間和溫度的影響，隨時間的延長呈下降趨勢，溫度越高，下降越明顯；黃度增加，且加熱溫度越高這種變化趨勢越明顯。紅曲紅紅色素具有很好的熱穩(wěn)定性，120℃加熱1.5 h，紅色素的占有率依84以上；100℃加熱3 h，紅色素的保存率仍然不變。隨溫度的降低，耐熱時間逐漸延長。近年來，許多研究結果表明，水溶性紅曲紅色素熱穩(wěn)定性優(yōu)于醇溶性。
3.光照對紅曲紅色素穩(wěn)定性的影響
紅曲紅色素對光照不穩(wěn)定，引起褪色的原因較復雜。目前主要認為是由于自由基引起光敏反應氧化褪色，在有氧條件下，紅曲紅色素水溶液褪色主要是受到3種自由基氧化還原作：超氧陰離子（O2-）、羥自由基（OH-）和脂肪族側鏈斷裂產生的自由基。如何提高紅曲紅色素光照穩(wěn)定性，結合其各組分的結構分析，使用時可以在產品中添加槲皮素、1，4，6-三羥基萘、芝麻酚林衍生物、多酚、黃酮等含羥基物質，在水溶液中羥基與色素結構中酮基結合形成化學鍵，使其構象穩(wěn)定，在光照作用下不致因能量躍遷發(fā)生結構變化或在紅曲霉培養(yǎng)過程中添加多肽、氨基酸等物質，使紅曲霉分泌聚酮酶時將護色物質結合到色素結構上。
4.金屬離子對紅曲紅色素穩(wěn)定性的影響
試驗表明，常見的金屬離子（如K+、Ca2+、Na+、Zn2+、Fe2+）對色素的穩(wěn)定性影響較小，試樣中加入上述離子后，色素溶液的顏色和空白組對比變化不明顯，仍然呈現(xiàn)亮紅色。重金屬離子（如Cu2+、Fe3+）對色素溶液的呈色有明顯影響，加入后溶液在避光保存1d，溶液顏色均由亮紅色變?yōu)榧t棕色，并伴有紅褐色的沉淀產生，導致這種現(xiàn)象產生的原因可能為某些色素組分的分子內部存在易被氧化的結構所致。同時不受還原劑和氧化劑如0.1％的抗壞血酸、過氧化氫亞硫酸鈉等物質的影響，色素的殘存率保持在95％以上。因此紅曲色素在實際生產中，應盡量避免其與某些重金屬離子、還原劑和氧化劑的接觸，貯藏時也避免使用銅制和鐵制容器。
5.食品添加劑對紅曲紅色素穩(wěn)定性的影響
研究表明，常用的酸度調節(jié)劑、甜味劑和防腐劑對紅曲紅色素穩(wěn)定性影響不同，在試驗中發(fā)現(xiàn)加入酸度調節(jié)劑的試液存儲1d后殘存率均降到20%左右，并伴有明顯沉淀。而常用的甜味劑（如甜蜜素、阿斯巴甜等）則均可提高色素溶液的穩(wěn)定性。不同防腐劑對紅曲紅色素的穩(wěn)定性影響也不盡相同，紅曲紅色素溶液在添加苯甲酸、山梨酸鉀后連續(xù)放置4d的殘存率均略高于空白，而添加丙酸鈉與空白差別不大，添加丙酸鈣的紅曲溶液連續(xù)5d的保存率都低于空白樣，說明山梨酸鉀、苯甲酸對紅曲紅色素溶液起到穩(wěn)定協(xié)同作用，而丙酸鈣會使紅曲紅色素的色價降低。
【護色措施】[1]
紅曲紅色素的不穩(wěn)定性給日常生產和應用帶來了嚴重的影響。因此，必須采取措施進行護色。
1. 調整酸堿度
實驗表明pH值對紅曲紅色調有影響，在酸性條件(pH值<4)時溶解度減小，紅曲紅色素可能從溶液中析出,色度降低，同時在不同pH值的介質中，紅曲紅色素中的紅色和黃色組分含量會發(fā)生較明顯的變化。pH值減小，黃色組分的含量增加，色調發(fā)生變化，pH值為5.7~6.7時對紅曲紅色素的吸收波長色調影響較小。所以把pH值調整在5.7~6.7能有效穩(wěn)定紅曲紅色素
2. 添加護色劑
添加護色劑是克服天然色素穩(wěn)定性不足，促進天然色素工藝發(fā)展的最簡便的方法。但各地都很難找到用量少、效果好、價格低廉的護色劑。根據(jù)天然色素的發(fā)色原理，添加護色劑一般是從兩種途徑提高天然色素的穩(wěn)定性：一是添加抗氧化劑，代替色素的發(fā)色團與助色團被氧化；二是在不影響發(fā)色基團與助色團的情況下護色劑與色素形成結構穩(wěn)定的新物質。如抗氧化劑Vc可有效地防止紅曲紅色素光褪色。
3. 添加載體
添加各種載體也是提高色素穩(wěn)定性的方法。如水溶性蛋白類載體為目前市場銷售紅曲紅產品中主要載體，可使紅曲紅色素光穩(wěn)定性由35.6% 提高到 54.6%， 海藻酸鈉、明膠和β-環(huán)狀糊精作載體可使紅曲紅色素光穩(wěn)定性由35.6%分別提高到66.5%、66.3%和60.6%。
【提取】[1][4]
由紅曲米提取紅曲紅：原料為紅曲米，工藝流程如下：
技術參數(shù)：①乙醇濃度70%。②pH調至8。③浸提時間24h。④干燥，采用真空干燥，溫度為45℃。⑤包裝，避光貯存。
由紅曲霉液體發(fā)酵培養(yǎng)生產紅曲紅：原料為大米、大豆，工藝流程如下：
技術參數(shù)：①發(fā)酵溫度32-34℃。②發(fā)酵時間60-72h。③濾液用鹽酸調pH4.0左右，使色素沉淀。④濾餅以95%乙醇浸提24h。⑤調pH.65，加Na2S除重金屬。⑥加熱至60-70℃使蛋白質凝聚。⑦色素清液減壓蒸發(fā)、噴霧干燥。⑧成品避光貯存。
【應用】[4][5]
紅曲紅作為一種色調自然鮮亮，而且安全、穩(wěn)定，具有一定醫(yī)療保健功效的著色劑，已廣泛應用于食品（肉制品、豆制品、酒、果汁、飲料、糖果、糕點）、醫(yī)藥、化妝品等行業(yè)中。尤其是肉腸加工業(yè)，對提高產品檔次，減少亞硝酸鈉的用量及產品的著色，有著積極的意義效果十分理想。
【主要參考資料】
[1] 趙雙枝, 張彥昊, 周建建. 紅曲紅色素的特性概況[J]. 山東食品發(fā)酵, 2012 (4): 44-48.
[2] 白剛, 李蓓蓓, 桑燕霞, 等. 紅曲紅素的理化性能[J]. 紡織學報, 2012, 33(2): 59-62.
[3] 連喜軍, 王昌祿, 顧曉波, 等. 樹脂法分離紅曲紅色素的研究[D]. , 2003.
[4] 馬美榮, 諸葛健. 紅曲紅[J]. 中國食品添加劑, 1999 (3): 65-67.
[5] 梁成云, 魏文平. 紅曲紅色素和高粱紅色素的防腐與著色作用[J]. 肉類研究, 2008 (7).