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【概述】
麦角甾醇化学名为24β-甲基胆固醇-5，7烯-3β-羟基，别名麦角固醇，为白色或无色光亮的小叶晶或白色结晶粉末。麦角甾醇不但具有独特的生理作用，还被广泛应用到药物的开发中。麦角甾醇作为真菌细胞膜的重要组成成分，结构稳定，专一性强，对测定生物量来说，它比葡糖胺更具代表性，所以可以通过检测麦角甾醇的含量来测量真菌的生物量。麦角甾醇可以增强人体抵抗疾病的能力，是重要的脂溶性维生素D2源，具有明显的抑菌、抗肿瘤功效。而转化物维生素D2可以作为饲料添加剂添加在饲料中，增加畜禽的产蛋率和孵化率。麦角甾醇也可以作为重要的医药化工原科，用于生产“可的松”、“激素黄体酮”等甾醇类药物。
【理化性质】
常温下为固体,熔点为156一158℃,麦角甾醇不溶于水,易溶于乙醇、石油醚、正庚烷等有机溶剂。在乙醇中结晶得片状水合晶体,在乙醇中的紫外最大吸收峰在282nm附近。强氧化剂能破坏麦角甾醇，遇到光和空气中的氧时，即使在常温下也会被氧化而发黑。
【生物合成途径】
1.麦角甾醇生物合成途径 麦角甾醇的生物合成是一个多酶参与的复杂的代谢过程。近年来,人们对真核细胞内麦角甾醇的生物合成做了大量的研究,对其生物合成途径有了比较详细的了解,其合成途径如下:
图1为麦角甾醇生物合成途径
2.麦角甾醇生物合成途径有关基因 ERG9:ERG9编码的蛋白为鲨烯合成酶,催化2分子焦磷酸法呢酯形成麦角甾醇生物合成途径中第一个固醇分子,是麦角甾醇合成的直接前提。有两家实验室克隆到了ERG9,在两家的研究当中ERG9的营养缺陷型需补充麦角甾醇和有氧生长条件,用含ERG9的质粒转化大肠杆菌,导致大肠杆菌内麦角甾醇的合成,ERG9包含1个开阅框,编码444个氨基酸的蛋白质,蛋白分子量为51700,该基因在人与酵母之间高度保守,位于第Ⅷ染色体上。 ERG1:ERG1编码产物为鲨烯环氧酶,该酶为需氧酶,催化鲨烯转化为2.3环氧鲨烯,利用该酶对丙烯胺敏感的特性克隆到了ERG1基因,经分析发现,ERG1基因包含1个开阅框,编码1个496氨基酸的蛋白质,位于第ⅩⅤ染色体上。
ERG7:ERG7编码的蛋白产物为羊毛甾醇合成酶,先后在热带假丝酵母(C.albicans)和啤酒酵母(S.cerevisiae)中克隆到该基因,ERG7包含1个2196bp的开阅框,编码732氨基酸的蛋白质。ERG7位于达到第Ⅷ染色体上。 ERG11:ERG11编码产物为羊毛甾醇14α去甲基化酶-细胞色素P450,催化羊毛甾醇14α氧化脱甲基作用。Kalb等从酵母中克隆到该基因,它含有单一的开阅框,编码530氨基酸的蛋白质,ERG11被破坏的菌株需补充麦角甾醇及有氧生长条件。目前已经分别从高等植物、真菌、哺乳动物体内克隆出P450基因并测序分析,所有的P450都含有500～600个氨基酸残基,多序列联配结果表明高等植物、真菌、哺乳动物之间有35%～42%的序列同源性,说明P450是非常保守的,P450还是许多抗真菌剂的作用靶位,对P450基因及其产物的研究将为抗真菌新药的研发提供理论依据。ERG8位于达到第Ⅷ染色体上。
ERG24:ERG24编码的蛋白产物是C-14还原酶,催化4.4-二甲基-胆甾-8.14.24三烯醇还原为4.4-二甲基酵母甾醇。ERG24包含1个1314bp的开阅框,编码438氨基酸的蛋白质,蛋白质分子量为50612。该基因在染色体上的位置尚未确定。 ERG25:ERG25编码的蛋白产物为C24固醇甲基氧化酶,M.Bard等人首先在啤酒酵母中克隆到了该基因,ERG25突变体在菌体内积累4.4-二甲基酵母甾醇,ERG25对于啤酒酵母生长是必需的。
ERG25包含单一开阅框,编码309氨基酸的蛋白质,存在于第Ⅶ染色体上。 ERG6:ERG6编码的产物为C-24甲基化酶,存在于植物和真菌中,催化酵母甾醇C-24位甲基化形成28碳的甾醇结构,C-24位甲基化对形成正常细胞膜是必需的,ERG6突变体对放线菌酮敏感,对制霉菌素具抗性,对ERG6突变体必需补充色氨酸。ERG6具单一开阅框,编码383氨基酸的蛋白质,ERG6定位在第ⅩⅢ染色体上。 ERG2:ERG2编码的蛋白为C-8固醇异构酶,催化粪甾醇转化为上位甾醇,该酶是抗真菌药物吗琳的作用靶位。基因包含单一开阅框,编码222氨基酸的蛋白质。ERG2定位于第ⅩⅢ染色体上。 ERG3:ERG3编码的蛋白产物为C-5脱氢酶,催化上位甾醇还原为麦角-5.7.24(28)三烯醇。ERG3存在于动物、植物、真菌中,包含单一开阅框,编码365个氨基酸的蛋白质。ERG3对S.cerevisiae的生长是非必需的。ERG3定位在第ⅩⅡ染色体上。
ERG5:ERG5编码的蛋白产物为C-22固醇脱氢酶,催化麦角-5.7.24(28)三烯醇还原为麦角-5.7.22.24(28)四烯醇。该酶是麦角甾醇生物合成过程中第二个细胞色素P450超家族蛋白质成员,与哺乳动物细胞色素P450相似。ERG5包含单一开阅框,编码538氨基酸的蛋白质,定位在第ⅩⅢ染色体上。 ERG4:ERG4编码的蛋白产物为C-24固醇还原酶,是麦角甾醇生物合成过程中最后一个酶,催化最终合成麦角甾醇,序列分析表明ERG4与ERG24十分相似,有很高同源性,ERG4包含单一开阅框,编码473氨基酸的蛋白质,位于第Ⅶ染色体上。
【生产工艺】
1.酵母发酵玉米秸秆产麦角甾醇工艺流程: 玉米秸秆→粉碎→蒸汽爆破→纤维素(半纤维素)→稀酸水解→六碳糖(五碳糖)→发酵→离心→皂化→提取→浓缩→麦角甾醇结晶。
2.葡萄糖母液生产高麦角甾醇工艺流程 试管斜面→摇瓶种子→小小种子罐→小种子罐→中种子罐→大种子罐→处理好的原料+种子→发酵→分离→洗涤→分离→洗涤→分离→压棒→自溶→喷雾干燥→高麦角甾醇酵母粉→包装取样化验一成品
3.红曲菌中提取麦角甾醇方法 筛选一株产麦角甾醇较高的红曲菌，在28摄氏度时，以小米作为基质，加水量为60%，在搅拌水中加入酵母膏和钙离子，发酵3天，可最大量产生麦角甾醇。
【萃取方法】
1.皂化回流法 在皂化萃取麦角甾醇的过程中，影响麦角甾醇产率的因素很多，皂化剂、皂化温度、纯碱比都是影响麦角甾醇收率的重要因素，皂化萃取时，可以加入一些低级醇，提高皂化反应的反应速率。相比其他方法，皂化回流法仍然有着不可比拟的优势，因此也是萃取麦角甾醇最常用的方法之一。
2.超声波、微波萃取法 超声波萃取法省时、节能、高效，并且可以避免高温对提取物的影响。影响超声波萃取麦角甾醇的关键有4个因素，分别是浸提液、浸提反应温度、超声波振动时间以及浸提比。
3.超临界流体CO2萃取法 超临界流体CO2萃取法因具有安全、洁净、稳定、提取的产品质量高和产品成分不易受到干扰而被广泛应用在食品、医药等工业中，是近年来出现的一种基于水溶性高聚物的新型萃取体系。超临界CO2萃取分离技术是一种很有前途的绿色环保技术，能提供更高的选择性，缩短萃取时间，并且不使用有毒的有机溶剂，超临界流体萃取法有可能取代传统使用有机溶剂萃取的方法。实际使用中常与高效液相色谱法、气相色谱法、气质联用等检测方法结合，能提高对天然产物活性成分含量测定的效率与精确度，对于促进超临界CO2萃取技术的应用发展具有十分重要的意义。
【应用】
麦角甾醇是微生物细胞膜的重要组成部份，对确保细胞活力、膜的流动性、膜结合酶的活性、膜的完整性以及细胞物质运输等起着重要作用。具有良好的流动性的酵母细胞膜，具有较高的耐冻能力。 麦角甾醇是一种重要的医药化工原料,可用于“可的松”“激素黄体酮”的生产,“黄体酮”是雌性激素之一,“可的松”具有抗炎症、抗过敏、抗病毒、抗休克等药理作用,临床上多用以控制严重中毒性感染和风湿病等。麦角甾醇还是维生素D2的前体。维生素D2在调节生命代谢功能上有重要作用。它可以提高人体和动物钙磷的吸收,促进骨路的形成。若摄入量不足,会产生严重的缺乏病,如婴儿的拘楼病、老年人的骨质疏松病等。
【用途】
1.通过对麦角甾醇生物合成途径的研究，可以加入抗真菌药作用靶酶，来抑制麦角甾醇的合成，以至于减少禾谷丝核菌的生成，增加小麦的产量。
2.以麦角甾醇为原料,KMnO4为氧化剂,一步法氧化反应得到活性四羟基麦角甾醇ergosta-8(9),22-diene-3,5,6,7-tetrol(3β,5α,6α,7α,22E)和ergosta-8(14),22-diene-3,5,6,7-tetrol(3β,5α,6α,7α,22E),该反应操作和分离纯化工艺简单,产率高。
3.麦角甾醇是真菌类的特征甾醇，是一种重要的维生素D源。其含量测定曾采用薄层扫描法，步骤繁杂，耗时过多。国外有人测定麦角甾醇的含量作为粮食发霉的定量指标，操作复杂繁琐。
【主要参考资料】
[1]熊宁波. 麦角甾醇产生菌的选育及其发酵条件研究[D].天津科技大学,2003.
[2]曹龙辉,李晓珺,赵文红,朱豪,洪泽淳.麦角甾醇的研究进展[J].中国酿造,2014,33(04):9-12.
[3]南春辉.麦角甾醇的研究进展[J].中国新技术新产品,2009(10):6-7.