曲酸的研究和應(yīng)用

1、曲酸的研究和應(yīng)用蔣晶王敬文錢學(xué)射(南京野生植物所 ,南京210042)(中國林科院亞林所 ,浙江富陽311400)長期以來人們都知道食品釀造業(yè)操作工人的雙手總是顯得白嫩這一現(xiàn)象 ,生物化學(xué)家受此現(xiàn)象啟發(fā)并進行研究 ,發(fā)現(xiàn)豆醬 、醬 、酒 、醋等的釀造過程中發(fā)酵菌曲霉菌 ( Aspergillus sp . ) 產(chǎn)生了一種天然產(chǎn)物 ,經(jīng)分離 、純化和化學(xué)結(jié)構(gòu)分析 ,確定是一種 52羥基222羥甲基22吡喃酮化 合物 ,定名為曲酸 ( Kojic Acid) 。隨后又進行了一系列研究 ,證明曲酸是皮膚細胞合成黑色素 ( Melanin) 關(guān)鍵酶酪氨酸氧化酶的專特性抑制劑 ,抑制黑色素的合成 ,肯定

2、了曲酸祛斑 、阻滯色 素沉著 、使皮膚美白的獨特功效 。曲酸的應(yīng)用 ,使美白祛斑化妝品更新?lián)Q代 ,在國外各種牌號 的含曲酸高檔化妝品已相繼投入市場 。本研究生產(chǎn)的生物高技術(shù)新產(chǎn)品 曲酸制劑 ,為我國化妝品生產(chǎn)廠家開發(fā)高級曲酸化妝品提供優(yōu)質(zhì)廉價的原料 。1 曲酸的理化性質(zhì)曲酸 , Kojic Acid , 52羥基22 羥甲基22吡喃酮 ( 52Hydro xy222hydro xymet hyl22 p yro ne) ;分子式 : C6 H6 H4 ;分子量 :142111 。結(jié)晶為白色針狀體 ,溶點 152 ,溶于 水 、乙醇和乙酸乙酯 ,略溶于乙醚 、氯仿和吡啶 ,微溶于其他溶劑 。與氯

3、化鐵作用 呈特殊的紅色 ,可還原費林試劑和硝酸銀氨 ( N H3 AgN03 ) 。結(jié)構(gòu)式見右圖 。本實驗室從傘蕈中制備出高純度的酪氨酸氧化酶 ,用熒光分光光度法研究了曲酸對該酶活性的抑制作用 。在酶濃度 1 mg/ ml ,酪氨酸濃度 20 mM 的反應(yīng)體系中加入不同濃度的曲酸 ,35 保溫 30 分鐘 ,然后測定剩余的酪氨酸量 ,計算出曲酸對酶的抑制率 。測定結(jié)果列于下表 中 。附表曲酸對酪氨酸氧化酶活性的抑制作用酪氨酸剩余量 ( mM)0166821684101891819619166對酶的抑制率 ( %)313413142541449417898132曲酸濃度 ( ×10 -

4、 6 )0502505001000從表中結(jié)果可以看出 ,在酪氨酸酶反應(yīng)體系中 ,隨著加入曲酸量的增加 ,酶氧化酪氨酸量隨之減少 ,剩余酪氨酸量越來越多 ,也就是說曲酸對酪氨酸氧化酶活性的抑制作用隨著曲酸量 的增加而強化 。酪氨酸剩量增加 ,形成的黑色素量也就減少 ,500 ×10 - 6 曲酸對酪氨酸氧化酶的抑制率達到 95 % ,就意味著黑色素形成量出就減少 95 % 。 本實驗室觀察到曲酸抑制酪氨酸氧化酶的另一實例 。馬鈴薯中含有豐富的酪氨酸氧化酶 ,將馬鈴薯勻漿后 ,漿液中酪氨酸氧化酶被活化 ,其酶促反應(yīng)使?jié){液顏色由乳白色逐漸變成紅色 ,由紅色變褐色 ,45 小時內(nèi)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楹?/p>

5、色 。表明馬鈴薯中的酪氨酸氧化酶的作用下 ,生成了多巴 ,繼而轉(zhuǎn)變成黑色素 。如果在勻漿液中加入 500 ×10 - 6 曲酸 ,在同樣條件下 ,馬鈴 薯勻漿液顏色始終保持不變 ,表明曲酸抑制了酪氨酸氧化酶 ,阻止了黑色素的產(chǎn)生 。本實驗室還做了一個曲酸抑制活體動物黑色素合成的實驗 : 將曲酸加入飼養(yǎng)黑色金魚的水中 ,濃度為 0125 % ,三天后黑金魚顏色變淺 ,5 天后變成灰黑色 ,7 天后變成黃白色 ,試驗結(jié) 果和日本埃澤伊公司試驗結(jié)果是一致的 。實際使用曲酸化妝品時 ,具有明顯的增白美容效果 。日本 、法國美容專家把曲酸用于人體面部黃褐斑的治療 ,結(jié)果有效率達 95 %以上

6、。曲酸除能消除黃褐斑外 ,還對妊娠斑 、蝴蝶斑 、咖啡斑 、雀斑 、黑變病以及激光或液氮治療后的激發(fā)色素沉著 、燙傷后色素沉著和凍傷色斑 ,均有顯著的祛斑增白的功效 。美容專家和生物化學(xué)家對曲酸祛斑和增白的功效給予了科學(xué)的肯 定 。曲酸是環(huán)狀結(jié)構(gòu)的化合物 ,分子中含有兩個雙鍵 ,能夠吸收紫外線 ,經(jīng)本實驗室研究測定 ,在紫外長波段 280320 nm 有一大吸收峰 ,這個波段的紫外線正是日曬時對皮膚傷害最大的 長波段紫外線 ,因此曲酸也具有良好的防曬功效 。3 曲酸的毒理學(xué)米曲酶發(fā)酵造酒 、醬 、醋等利用已有二千多年歷史 ,這些發(fā)酵釀造的產(chǎn)品中都含有相當(dāng)數(shù) 量的曲酸 ,實踐證明曲酸對人體是安全

7、無毒的 。Shibuya T. ( 1982) 利用細菌 Salmo nella 進行 Ames 試驗 ,利用中國倉鼠培養(yǎng)細胞進行致突變試驗 ,利用大白鼠進行急性致死試驗 ,都證明曲 酸是安全無毒的 ,雖然曲酸對細菌 Salmo nella (原核生物) 有微弱的致突變作用 ,但對真核生物(真菌 、植物 、動物) ,不論是體內(nèi)試驗還是體外培養(yǎng)細胞試驗 , 都證明曲酸沒有致突變作用 。Abdalla A . d 等用酶標免疫測定法 ( EL ISA) 研究證實 ,以 56 mg/ kg 體重的劑量靜脈注入兔子體內(nèi)的曲酸 ,大部分由尿中排出 。曲酸最早是由日本學(xué)者齋藤賢道在米曲霉菌 A s pe

8、rhi l l us ory ae 釀造的醬油中發(fā)現(xiàn)的 ,并從醬油中制備曲酸 。后來日本 、印度 、加拿大 、美國等學(xué)者從黃曲霉 A s pe rgi l l us f l av us 的某些 菌株發(fā)酵產(chǎn)物中也分離出曲酸 ,并且產(chǎn)量高于米曲霉發(fā)酵 。但是 ,黃曲霉發(fā)酵在產(chǎn)生曲酸的同時也產(chǎn)黃曲霉素 (Aflato xin) ,黃曲霉素是強致癌物 。Manabe M . ( 1981) 研究黃曲霉和米曲霉 發(fā)酵產(chǎn)生曲酸和黃曲霉素的能力時 ,檢測了 149 個米曲霉菌株和 46 個黃曲霉株 ,結(jié)果是 46 個黃曲霉菌株都產(chǎn)生曲酸 ,但其中 34 株也同時產(chǎn)生黃曲霉素 ,而 149 株米曲霉中有 10

9、5 株產(chǎn)生 曲酸 ,卻無一產(chǎn)生黃曲霉毒素 。這證明用米曲霉生產(chǎn)曲酸是最安全的 。利用微生物發(fā)酵工程生產(chǎn)生理活性物質(zhì)是一項高新技術(shù) 。本實驗室已從食品發(fā)酵工業(yè)中應(yīng)用的 44 個 米 曲 霉 菌 株 中 分 離 和 篩 選 出 4 個 高 產(chǎn) 曲 酸 菌 株 A . ory z ae YL 508 、YL 511 、YL 548 、YL 578 ,研究了這些菌株生產(chǎn)曲酸的工藝技術(shù)參數(shù) ,其中包括產(chǎn)曲酸發(fā)酵培養(yǎng)介質(zhì) 、產(chǎn)曲酸工藝條件 、曲酸合成動力學(xué) 、曲酸產(chǎn)品的回收等 。 米曲霉發(fā)酵生產(chǎn)曲酸的生物化學(xué)機制是 : 葡萄糖 + 蔗 糖 + L 山 梨 糖 52酮 基 果 糖- H2O- H2O中間物曲

10、酸 。曲霉發(fā)酵生產(chǎn)曲酸不適宜深層發(fā)酵 。淺層發(fā)酵對氧分壓要求嚴格 ,菌體生長與產(chǎn)生曲酸不是同步的 ,菌齡長短對產(chǎn)生曲酸影響很大 。本實驗室根據(jù)曲酸發(fā)酵動力學(xué)實驗研究 ,已制定 出米曲霉發(fā)酵生產(chǎn)曲酸的最佳工藝 。由于曲酸既溶于水 ,也溶于有機溶劑 ,且在兩相介質(zhì)中分配比例相差不大 ,難以用有機溶劑萃取 ,這就使從培養(yǎng)液中分離 、純化曲酸相當(dāng)困難 ,分離純化步驟繁多 ,大大增加了曲酸的生 產(chǎn)成本 ,使曲酸商品價格居高不下 ,這也是影響曲酸開發(fā)應(yīng)用的重要原因 。本實驗室采用生物高新技術(shù) ,改進曲酸發(fā)酵技術(shù)工藝 ,提高曲酸產(chǎn)量 ,大大降低生產(chǎn)成本 ,為曲酸化妝品的開發(fā)和 進入市場奠定了基礎(chǔ) 。31 價

11、格低廉 ,在市場上有競爭力 。目前 ,國內(nèi)尚 未 見 專 業(yè) 生 產(chǎn) 廠 家 生 產(chǎn) 曲 酸 , 國 內(nèi) 公 開 銷 售 的 為 國 外 Sigma 化 學(xué) 公 司 、Aldrich 化學(xué)公司的產(chǎn)品 ,約 3 美元/ 克 。本研究所采用現(xiàn)代生物高新技術(shù) ,生產(chǎn)的曲酸結(jié)晶純品 ,售價遠比國外產(chǎn)品低得多 。本研究所現(xiàn)已形成批量生產(chǎn)能力 ,年產(chǎn)量可達 30 噸 ,其曲酸質(zhì)量標準 :性狀 :白色或淺色結(jié)晶性粉末 。易溶于水 、乙醇和乙酸乙酯 ,微溶于氯仿 、苯和吡啶 ,不溶 于乙醚 。熔點 :150154 純度 : > 98 %雜質(zhì)最高含量 :灼燒殘渣 : < 012 %氯化物 ( Cl)

12、 < 0102 % 硫酸鹽 ( SO4 ) < 0102 % 重金屬 (以 Pb 計) < 01002 %參 考 文 獻1 食品生物化學(xué) ,輕工業(yè)出版社 ,1984 年2 董盛福 1 實用化妝品 ,科學(xué)技術(shù)文獻出版社 ,1984 年3 周以良等 1 真菌學(xué) ,高等教育出版社 ,1986 年4 A. W. St roberg. 生物化學(xué)原理 ,復(fù)旦大學(xué)出版社 。19905 孫榮錦 1 新型色素沉著抑制劑 曲酸 ,今日科技 ,1994186 142 曲酸祛斑霜 ,中國化妝品 ,1996137 Organic Acid by Fermentatio n , P. E. M . il

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