第一章 文獻回顧
第二節 紅麴菌之介紹與保健功效
在日本，深層海水的利用是運用其特性所具有的功能，從事多目標的開發。
其用途包括水產養殖、食品加工、水耕農業、健康、美容、醫療用品、能源及資 源運用暨環境生態保護等方面，詳如表 1-2 所示，深層海水的水質特性及其相 關之應用。在日本有學者認為，海洋深層水的功能及其應用之產品，除表二所列 者之外，也進行保存鮮魚、利用培育之海藻製造天然色素、抽取製造制癌劑、抗 菌劑等有用物質之研究與運用 (大仲鈞等，2002)。也有學者指出，因深層水具 有之特性，在健康領域之利用，是將深層水直接利用於海洋療法，或是把深層水 加工利用結晶鹽、粉末鹽、液態鹽於健康食品，以及過敏性皮膚炎、花粉症鼻炎 為對象的醫藥用品、外用藥品、化妝品，暨健康有幫助的礦泉水，對於這些有益 健康之用品寄予厚望，正被實用化與商品化 (田村光政等，2003)。
第二節 紅麴菌之介紹與保健功效
一、紅麴菌簡介
紅麴又名赤麴，台灣的紅麴相傳是前清時代，鄭成功光復台灣後，自福建渡 海來台的製酒匠人所引進的。之後，在台的日本學者中澤及佐藤從台灣民間所用 的紅麴中分離出優良之純菌種，命名為 Monascus anka，俗稱 Anka (紅麴的閩南 語『紅穀』讀音)，在日本稱為 beni koji 或 anka koji，歐洲是以中國紅米 (red Chinese rice) 稱呼之 (陳，2003)。而紅麴菌是一種大自然環境中的黴菌，多分布 於牧草、澱粉、穀物、橡膠、土壤、河川表面沉積物等，其可以在纖維二醣、麥 芽糖、果糖及葡萄糖等培養基中發酵，但無法在蔗糖中發酵。
紅麴是中國數千年「藥食同源」的生活智慧中，兼具藥療與食用雙重功效的 優良範例。而今，許多學者研究發現紅麴能產生許多對人體有益之代謝產物，包 含菌體外水解酵素、有機酸、醇、酯類等一級代謝物，可賦予發酵食品優良的香 氣及甘甜味道；此外紅麴菌能產生色素，抑制膽固醇之合成、抗腐敗菌、降血壓 等生理活性物質的二級代謝產物 (林，1995)。
二、紅麴菌分類
紅麴菌屬（Monascus）是真菌界（Fungi）中的子囊菌亞門（Ascomycota）、 子囊菌綱（Ascomycetes）、散囊菌目（Eurotidles）、紅麴菌科（Monascaceae）。
雖然中國人發現紅麴已逾千年，但紅麴菌屬是由法國學者 Van Tieghem 在 1884 年所命名的，他將當年在煮熟的馬鈴薯塊上分離出的典型菌株稱為 Monascus
rubber。
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表 1-2 深層海水之功能與應用產品 (大仲鈞等，2002) Table 1-2 The function and application of deep sea water product
領域 目的 利用種別 具體列/應用列
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三、紅麴菌之生活史
紅麴菌之生活史 (如圖 1-2 所示)，紅麴菌為雌雄同體 (homothallic)，其營 養菌絲呈不規則狀分歧，內有大型液泡、微小體、粒線體與隔膜結構，可藉由分 生孢子 (conidium) 行無性生殖或產生子囊果行有性生殖。行有性生殖時，位於 菌絲頂端之精子器 (antherdium) 會延長為一多核管狀細胞，雌性母細胞也同時 分裂為受精毛 (trichogyne) 與造囊果 (ascogonium)，精子器之核藉受精毛移入造 囊果而融合。結合後造囊果膨大發育，形成直徑約20~40 μm 之子囊果，待成熟 後子囊孢子會自子囊果裂口處釋出，再開始其新的生活史 (蘇等，1970) 。紅麴 菌之有性及無性生殖受到溫度明顯影響。紅麴菌屬之菌株於 25~35℃之間培養有 利於有性生殖，產生之子囊孢子較多；於 35~40℃之間則是以無性生殖較有利，
所以產生之分生孢子較多。
四、紅麴菌產生之代謝物
紅麴在我國常被用以作為食品的天然著色劑、釀酒原料，及做治療疾病之藥 材使用。近來有多項研究指出，紅麴可以產生多種經濟產物如下：
(一) 菌體外水解酵素
紅麴可產生澱粉分解酵素 (amylase)、酸性蛋白質分解酵素 (acid protease)、
澱粉葡萄糖化酵素 (glucoamylase)、麥芽糖分解酵素 (maltase)、果膠分解酵素 (pectinase) 、 半 乳 糖 分 解 酵 素 ( α -galactosidase) 及 核 醣 核 酸 分 解 酵 素 (ribonuclease) 等 (Su et al., 1976)。
(二) 一級代謝產物
蘇志遠等人是以紅麴菌培養於以葡萄糖為碳源之培養基中，經七天培養後，
產生檸檬酸 (citric acid)、琥珀酸 (succinic acid)、葡萄糖酸 (gluconic acid)、草酸 (oxalic acid) 及乙醇 (ethanol) 等一級代謝產物 (蘇等，1970)。
(三) 次級代謝產物
近年來 ，紅 麴菌 的研 究焦點 則是 著重 在它 的次 級 代謝 產物 (secondary metabolites) ， 包 括 有 數 種 色 素 (pigments) 、 γ -aminobutyratic cid (GABA) 、 monacolin K、dimerumic acid 等。紅麴色素性質穩定，具耐熱及耐光性，且安全 無毒，因而廣泛被應用於食品著色上，同時已有許多研究證實紅麴色素亦有許多 有益人體的生理活性。GABA 是紅麴代謝產物中具有降血壓功效的成分；
dimerumic acid 則具有抗氧化的功能。而 monacolin K 是有效的膽固醇合成抑制
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圖 1-2 紅麴菌之生活史 (蘇等，1970) Fig. 1-2 Life cycle of Monascus.
1, 2：子囊孢子形成營養菌絲
3→7：生殖器官之形成與造囊菌絲之發育 8, 9：成熟之子囊果
10：單一細胞分生孢子 (one cell conidia) 之無性生殖
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劑，主要是可以抑制膽固醇合成過程中之關鍵酵素 HMG-CoA reductase 的活性 以降低體內膽固醇合成量，因此在預防及治療心血管疾病上皆有顯著的功效。由 於次級代謝眾多，故在此一一分類說明。
1. 紅麴色素群
紅麴菌在營養菌絲 (vegetative hyphae) 形成的階段產生紅麴色素，並堆積在 菌絲體內，由菌絲尖端的微孔或細胞壁之破裂部分擠出色素 (蘇，1999)。紅麴 菌可產生多種色素，已經確定的主要化學結構有八種 (如圖 1-3 所示)，由 polyketide 所 形 成 之 色 素 可 分 成 三 大 類 ， 紅 色 素 (monascorubramine 及 rubropunctamine) 、 橘 色 素 (monascorubrin, rubropunctatin) 及 黃 色 素 (ankaflavin 、 monascin 、 yellow II 及 xanthomonascin A) 三 類 。 它 們 皆 屬 於 Azaphilones 類的真菌代謝物，構造極為相似。黃色色素是橘色色素的還原物；
橘色色素側環上的氧會與一級氨進行氮取代反應，而產生紅色色素。一般黃色 素、橘色素、紅色素分別於波長 400 nm、470 nm、500 nm 處有吸收值。Loret and Morel 於 2009 年由中國的商業產品中添加之紅麴色素分離出兩種新的淺黃色 代謝物，且發現此二種代謝物與 monascorubrin 及 rubropunctatin 有許多的相似 之處，結構上不同的之處為不具內酯環。新的代謝產物在 340 nm 之下檢測發 現，其可製造出強大的藍色螢光之特性 (Loret et al. 2009)。
先前學找者研究結果顯示，在兩階段癌症模式以 7,12-dimethylbenzanthracene (DMBA) 為起始物，12-O-tetradecanoylphorbol-13-acetate (TPA) 為癌症促進物，
在 飲 水 中 添 加 0.02% 紅 麴 色 素 即 可 有 效 抑 制 TPA 所 引 發 之 癌 症 發 展 (promotion)。在小鼠的實驗結果顯示，若以橘色色素 monascorubin 塗敷於皮膚 表面能抑制 TPA 所引發癌症發展，作者推論透過減少發炎反應來減緩癌症之發 展。此外，在 1983 年有學者發現，紅麴菌的橘色色素和黃色色素能抑制 Bacillus
subtilis 和 Escherichia coli 的生長，由此得知，紅麴菌具有抑菌之效果。
紅麴色素對蛋白質食品的著色能力良好且性質穩定，屬於安全無毒的天然色 素。Martikova 等人針對三類已知的紅麴色素探討其生物活性，發現橘色色素對
Bacillus subtilis 和 Candida pseudotropicalis 具有抗菌能力；而紅色色素濃度達到
10μg/mL 仍不能抑制 Bacillus subtilis 和 Candida pseudotropicalis 的生長；黃色 色 素 抑 菌 效 果 則 較 弱 ； 將 此 三 種 色 素 在 1 μM 濃 度 下 處 理 大 鼠 肝 細 胞 (hepatocytes) 3 小時，均未發現有細胞毒性。近年更有學者研究指出，發現紅麴 的次級代謝物 monacolin K 與 ankaflavin 具有抗癌之功效 (Ho et al. 2009)。2. 膽固醇合成抑制劑 monacolin K
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圖 1-3 八種紅麴色素之化學結構
Fig. 1-3 The chemical structure of eight kind of monascus pigment.
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紅麴菌可產生 monacolin K、J、L 等具降膽固醇的能力的化合物，這一類化合 物通稱為 statin，其中以 monacolin K 效果最好。膽固醇合成的速率限制酵素為 3-hydroxy-3-methylglutaryl coenzyme A reductase (HMG-CoA reductase)。由於 monacolin K 與 HMG-CoA 的結構相似，因此會與 HMG-CoA reductase 產生競 爭的狀況，因而抑制此酵素，致使 mevalonic acid 無法生成，間接的抑制膽固醇 的生成，進而達到降低膽固醇的效果，使細胞內膽固醇的含量下降，而促使低密 度脂蛋白受體 (low density lipoprotein receptor) 的增加，提高低密度脂蛋白的代 謝，再進而達到降低血液中低密度脂蛋白的效果 (Alberts et al. 1980; Endo et al.
1985)。
在生產 monacolin K 方面，以甘薯、馬鈴薯、木薯與山藥做為紅麴菌的發 酵基質，結果顯示以山藥做為基質可產生 2584 mg/kg 的 monacolinK，所以山 藥為最好的紅麴發酵基質 (Lee et al. 2006b)。利用紅麴以山藥為基質發酵產生之 紅麴山藥探討其降血脂效果，發現紅麴山藥對於降血脂以及抗粥狀動脈硬化具有 良好的效果 (洪，2007)，也具有夠改善高油脂飲食引起之體脂肪堆積、血脂紊 亂及高血胰島素症狀 (陳，2007)。先前學者研究顯示，monacolin K 除了可降低 人體膽固醇之功效外 (Chen et al. 2008)，在蛋雞的飼料中添加 0.25％ monacolin K，亦會使雞蛋蛋黃中膽固醇含量降低 10~20％ (Wang et al. 2003)。此外有研究 指出，monacolin K 對植物具有減緩生長、停止分化之作用，具除草劑之功效 (Hung 2006)。近年來亦有研究指出，此種 statin 類藥物亦具有抗發炎 (Boaz et al.
2009)、降低心臟病 (Howard-Alpe et al. 2008)、中風 (Uyttenboogaart et al. 2008;
Vergouwen et al. 2008)、糖尿病 (Rajpathak et al. 2009)、骨質疏鬆症 (Wong et al.
2008) 及阿茲海默症 (Lee et al. 2007b; Lee et al. 2008)等病之發病機率。近年學者 研究結果指出，紅麴米之萃取液中的 monacolin K 為一關鍵性抗轉移與抗血管 生成之化合物。monacolin K 可降低血管內皮生長因子 (vascular endothelial growth factor, VEGF) 侵入刺激 Lewis 肺癌細胞 (Lewis lung carcinoma, LLC) 之活性 (Lin et al. 2007; Pan et al. 2009)。
3. 降血壓物質
γ-胺基丁酸 (γ-amino butyric acid, GABA)，是中樞神經系統主要抑制性的 神經傳導物質。具有兩個 receptor- GABAA、GABAB。GABAA 在受刺激後，會 增加突觸後膜得氯離子的傳導而抑制突觸後電位，麻痺末梢神經，刺激交感神經 活動及刺激腎上腺素分泌兒茶酚胺 (catecholamine) 而加速較長效的降血壓作 用，GABAB 受刺激時則會抑制神經元的活動，但其伴隨著離子活動仍未清楚 (陳，1999)。GABA 是由 L-glutamate (L-Glu) 經 glutamate decarboxylase (GAD)
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催化，經 decarboxylation 而合成 GABA。飼料添加 0.2-0.3% 紅麴培養物可使 患有先天高血壓症老鼠的血壓由 200 mmHg 以上降至 180 mmHg 以下 (陳，
1999)。
4.抗氧化物質
Aniya 等人於 1999 年提出紅麴的抗氧化功效成分為 dimerumic acid。
Dimerumic acid 在第一次被報導時指出其為一天然的 siderophore，與三價鐵離 子 有 高 度 親 和 力 ， 具 有 抗 氧 化 的 功 效 。 在 低 濃 度 時 即 具 有 較 佳 清 除 a,a-diphenyl-ß-picrylhydrazyl (DPPH) 自 由 基 的 能 力 ， 並 減 低 活 性 氧 (active oxygen species)，如超氧陰離子 (superoxide anion, ·O2–) 及氫氧自由基 (hydroxyl radical, ·OH) (Aniya et al. 2000)。Dimerumic acid 具有對抗四氯化碳在肝臟中所 產生的自由基。先前學者曾提出dimerumic acid 的抗氧化機制，當含量在 20-200 μM 時 可 抑 制 老 鼠 肝 臟 微 粒 體 的 NADPH 與 Fe2+ 依 賴 型 脂 質 過 氧 化 (Fe2+-dependent lipid peroxidation)。由圖 1-4 所示，dimerumic acid 的抗氧化機 制可得知其可清除 ·OH、·O2–、ferryl-Mb、peroxyl radicals 與對脂質過氧化 (Lipid peroxidation, LPO) 的抑制作用，其會提供一個電子給氧化物使本身氧化為 nitroxide radical ，而此 nitroxide radical 會再被清除掉而達到抗氧化的效果 (Aniya et al. 2000)。其它的紅麴次級代謝物則具有防癌 (Lin et al. 2007)、抗疲勞 (許等；1999)、護肝 (Aniya et al. 2000)、抑菌 (Blanc et al. 1995) 之功效、產生 長鏈脂肪酸 (Jzlova et al., 1996)、麥角固醇 (陳等，1995) 與降血糖之效果 (朱，
2008)。
五、紅麴菌降血脂之相關研究
根據衛生署統計國人 2008 年的十大死因中，發現第二位心臟疾病與第三位
根據衛生署統計國人 2008 年的十大死因中，發現第二位心臟疾病與第三位