紅曲霉的研究進(jìn)展

侯敏等

摘要 紅曲霉是我國(guó)重要的微生物資源，被廣泛應(yīng)用于食品及藥品等方面。對(duì)紅曲霉的營(yíng)養(yǎng)成分開發(fā)利用及最新研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，并指出紅曲霉研究中存在的問題及今后研究的主要方向。

關(guān)鍵詞 紅曲霉；色素；洛伐他汀；桔霉素

中圖分類號(hào) S188 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2014）11-03382-03

Abstract Monascus purpureus as the important filamentous fungus has been widely used in food，medicine，etc.The development and utilization of nutrients of Monascus purpureus and the latest research progress WERE summarized，the existing problems in the research of Monascus purpureus and the main direction of future research were pointed out.

Key words Monascus purpureus； Pigment； Lovastatin； Citrinin

紅曲霉（Monascus purpureus Went）別名紅曲等，在我國(guó)的生產(chǎn)和使用已有1 000多年歷史，為真菌門子囊菌綱真子囊菌亞綱紅曲霉屬。古籍中對(duì)它的特殊功效及在食品上的應(yīng)用早有記載。《本草綱目》記載：“紅曲主治消食活血，健脾燥胃。治赤白痢，下水谷，跌打撲傷損，治女人血?dú)馔醇爱a(chǎn)后惡露不盡”。而近代中醫(yī)藥理論把紅曲的藥用功能主要概括為“除濕痰，化血化瘀，健脾消食，治赤白痢，下水谷”等[1] 。紅曲霉有庫曲、輕曲、色曲3個(gè)品種。庫曲主要釀制黃酒、果酒和藥酒；輕曲用于腐乳、醬菜、果酒、藥酒及食品著色；色曲用于食品著色[2] 。紅曲霉能夠產(chǎn)生多種對(duì)人體有益的代謝產(chǎn)物，如膽固醇合成抑制劑、抗生素、麥角固醇和中藥成分等。隨著國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)紅曲霉產(chǎn)生的有效生理活性物質(zhì)的深入研究，越來越多具有藥用價(jià)值、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的代謝產(chǎn)物被發(fā)現(xiàn)。筆者就紅曲霉的國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展進(jìn)行綜述[3] 。

1 紅曲霉及其相關(guān)產(chǎn)品的應(yīng)用

紅曲霉是一種小型絲狀腐生真菌，主要種類有紅曲霉（M.anka）、紅色紅曲霉（M.ruber）、煙色紅曲霉（M.fuliginosus）、發(fā)白紅曲霉（M.albidus）、銹色紅曲霉（M.rubiginosus）、變紅紅曲霉（M.serorubescens）和紫色紅曲霉（M.purpureus）等[4] 。紅曲霉能夠產(chǎn)生醇、酸、酯等多種芳香物質(zhì)（初級(jí)代謝產(chǎn)物）和多種水解酶類如淀粉分解酶、蛋白質(zhì)分解酶、半乳糖分解酶、核糖核酸分解酶等，使食品在發(fā)酵過程中產(chǎn)生優(yōu)質(zhì)香氣和甘甜味道；而它的次級(jí)代謝產(chǎn)物如色素、抗菌素、膽固醇抑制劑、中藥成分等更是近年來人們研究的熱點(diǎn)[5] 。在紅曲菌菌絲體中，蛋白質(zhì)、氨基酸總量和必需氨基酸含量都很高。紅曲霉產(chǎn)品作為一種天然色素，在國(guó)內(nèi)應(yīng)用廣泛，在食品方面用做果味水糖果、糕點(diǎn)、熟肉制品等的著色劑；在藥品方面紅曲霉中的洛伐他汀具有降膽固醇、降血脂的作用；在工業(yè)上，紅曲霉產(chǎn)生的莫納斯叮A（Monascidin A）、安卡內(nèi)酯（Ankalactone）、幾丁質(zhì)酶和糖肽類物質(zhì)等可以開發(fā)應(yīng)用為安全的食品防腐劑[6] 。

1.1 紅曲霉及紅曲色素

紅曲色素以糧食為原料，是紅曲菌培養(yǎng)過程的代謝產(chǎn)物，一般情況下，以大米為原料，生產(chǎn)紅曲米的回收率可達(dá)50%～60%，紅曲米的色素含量可達(dá)5%～10%，而其他天然色素在原料中的含量則大多在3%以下[7] 。紅曲色素結(jié)構(gòu)有10種，其中6種為醇溶性的色素，另外4種為水溶性色素[8] 。紅曲霉發(fā)酵所產(chǎn)生紅曲色素有20%～30%分泌到發(fā)酵液中（即胞外色素），70%～80%在菌體內(nèi)（胞內(nèi)色素）。胞內(nèi)色素多為醇溶性色素，而胞外色素多為水溶性色素。對(duì)紅曲霉發(fā)酵液中紅曲色素的提取可以采用活性炭（粉狀）吸附法、等電點(diǎn)共沉淀法等。活性炭吸附法是先用活性炭吸附發(fā)酵液中的色素，然后用乙醇進(jìn)行洗脫。研究發(fā)現(xiàn)，以粉狀活性炭吸附后，以 95%的乙醇在 50 ℃洗脫 30 min 效果較好，但活性炭吸附的色素不易洗脫，色素回收率較低。等電點(diǎn)共沉淀法是通過調(diào)節(jié)發(fā)酵液的 pH 到豆蛋白的等電點(diǎn)，從而使與豆蛋白結(jié)合的水溶性色素一起沉淀下來，然后將發(fā)酵液離心沉淀，濃縮后獲水溶性紅曲色素。該方法在 pH 3.1～3.5 范圍內(nèi)沉淀效果較好，對(duì)色素的提取率較活性炭吸附法較高。菌體內(nèi)紅色素提取主要是浸提法。但濕菌體直接用有機(jī)溶劑浸提的效果不夠理想，浸提液中色素含量很低，且對(duì)浸提液進(jìn)行濃縮時(shí)，因水含量過高，有機(jī)溶劑蒸發(fā)慢。對(duì)菌體進(jìn)行烘干處理后進(jìn)行色素提取的效果更好，菌體烘干后有機(jī)溶劑對(duì)色素的浸提速度明顯高于濕菌體，浸提液色價(jià)高，且縮短了濃縮時(shí)間，避免了紅曲色素發(fā)生部分聚合反應(yīng)，以及提取液的沉淀變性。菌體內(nèi)色素大多為醇溶性色素，乙醇和丙酮提取率較高 ，但從經(jīng)濟(jì)和毒性方面考慮 ，乙醇較為適宜 ，且易回收，便于色素的干燥濃縮，其中以 60%的乙醇于 60 ℃恒溫處理1 h 獲得了最大的菌體色素提取率。在用乙醇提取菌體色素的同時(shí)，加入一定量的鈉鹽、鈣鹽或其混合物，均可以提高提取效果，可能是由于2種金屬離子的存在改變了細(xì)胞膜的通透性，從而使色素提取率提高[9-10] 。

1.2 紅曲霉及桔霉素

1995年，法國(guó)學(xué)者Blanc發(fā)現(xiàn)某些紅曲霉菌株代謝會(huì)產(chǎn)生對(duì)人畜有害的真菌毒素——桔霉素，從而引起了人們對(duì)紅曲霉中桔霉素問題的關(guān)注。桔霉素有顯著的腎臟毒性，毒性較明顯，能引起試驗(yàn)動(dòng)物的腎臟腫大、尿量增多、腎小管擴(kuò)張和上皮細(xì)胞變性壞死等癥狀，并有致癌性而且還能引發(fā)基因突變[11] 。但是，并非所有的紅曲菌都會(huì)產(chǎn)生桔霉素，例如日本用紅色紅曲霉、毛紅曲霉、紫色紅曲霉可以生產(chǎn)出不含桔霉素的產(chǎn)品，而且桔霉素的生產(chǎn)與否和生產(chǎn)方法有關(guān)，生產(chǎn)工藝條件決定桔霉素的含量。我國(guó)有關(guān)紅曲色素產(chǎn)品的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)有3個(gè)，即2005年頒布的GB15961-2005《紅曲紅色素》、2008年頒布的GB4926-2008《紅曲米（粉）》和2009年3月1日正式實(shí)施的GB T5009.222-2008《紅曲類產(chǎn)品中桔青霉素的測(cè)定》，另外還有一個(gè)功能性紅曲的輕工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QB/T2847-2007。但是現(xiàn)有的2個(gè)紅曲色素產(chǎn)品的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中，均沒有提及色素產(chǎn)品中桔霉素的限量指標(biāo)[12] 。對(duì)于桔霉素的檢測(cè)，因?yàn)樵诩t曲產(chǎn)品中含量較低，而且受其他物質(zhì)干擾嚴(yán)重，測(cè)定的難度較大。目前，桔霉素的檢測(cè)方法有：高效液相色譜法、酶聯(lián)免疫法、抑菌圈法、薄層層析法。其中，HPLC測(cè)定桔霉素含量具有靈敏度高、檢測(cè)時(shí)間快速、定性定量準(zhǔn)確可靠的特點(diǎn)。李志強(qiáng)等應(yīng)用HPLC方法在桔霉素濃度為0.005 mg/L時(shí)仍可檢出，而在0.002 mg/L時(shí)檢測(cè)不到桔霉素，因此確定HPLC方法對(duì)桔霉素的最低檢出限為0.005 mg/L[13] 。

1.3 紅曲霉及洛伐他汀

洛伐他汀是最初從紅曲霉菌中發(fā)現(xiàn)的生理活性物質(zhì)，用于治療高膽固醇癥，能阻止動(dòng)脈硬化發(fā)展，減少心肌梗塞等的發(fā)病危險(xiǎn)[14] 。因?yàn)槠淇梢葬槍?duì)病因，且具有療效顯著、毒副作用少、耐受性好等優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛重視和好評(píng)。臨床證明，該物質(zhì)有明顯的降低血清總膽固醇（TC）及血清中甘油三脂（TG）和升高血清高密度脂蛋白膽固醇（HDLC）的作用，該物質(zhì)的特征為抗阻礙膽固醇合成系統(tǒng)中的限速酶HMGCoA （3羥基3甲基-戊二酰CoA）、還原酶（羥戊二酰輔酶A），且抑制作用最高[15] 。雖然紅曲霉洛伐他汀的產(chǎn)量較低，但由于紅曲菌在食品方面的安全性，所以研究如何提高紅曲菌洛伐他汀的發(fā)酵水平具有現(xiàn)實(shí)意義。一般可以通過選育高產(chǎn)洛伐他汀菌株和改善發(fā)酵工藝條件2種途徑來實(shí)現(xiàn)。在菌種選育方面，劉月等利用種間雙親滅活原生質(zhì)體融合選育的融合株，以甘油為原料液，洛伐他汀產(chǎn)量達(dá)到1 752.46 mg/L[16]；張良利用紫外LiCl復(fù)合誘變方法得到的菌株洛伐他汀的產(chǎn)量為250.54 μg/g[17]。目前，發(fā)酵生產(chǎn)洛伐他汀多采用液體深層發(fā)酵工藝，紅曲霉為絲狀真菌專性好氧，由于菌絲發(fā)達(dá)其游離細(xì)胞在攪拌罐中進(jìn)行深層發(fā)酵時(shí)，在罐中易形成菌絲團(tuán)，引起氧氣及其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的傳遞困難，或由于菌絲纏繞于攪拌葉上，使攪拌阻力增加，從而使產(chǎn)品產(chǎn)率低于傳統(tǒng)固態(tài)發(fā)酵。王克明等采用聚乙烯醇和海藻酸鈉雙載體固定紅曲菌細(xì)胞，采用氣升式生物反應(yīng)器發(fā)酵洛伐他汀，產(chǎn)量高達(dá)2.59～2.68 mg/ml[18]。BoBo Zhang等利用4 mm×4 mm×4 mm的瓊脂塊作為固體發(fā)酵的載體，洛伐他汀產(chǎn)量達(dá)到2 047.0 mg/ml[19] 。

1.4 紅曲霉及酶類物質(zhì)

紅曲霉在生長(zhǎng)過程中產(chǎn)生如蛋白酶、淀粉酶、糖化酶、果膠酶、麥芽糖酶等多種酶類物質(zhì)[20] 。紅曲中的淀粉酶及糖化酶幾乎能將淀粉完全水解成葡萄糖，利用紅曲這一特性生產(chǎn)葡萄糖，比酸水解法生產(chǎn)葡萄糖具有原料利用率高、成本降低、產(chǎn)品質(zhì)量高等突出優(yōu)點(diǎn)。我國(guó)浙江、福建、臺(tái)灣等省利用紅曲中含有淀粉酶、糖化酶作為糖化發(fā)酵劑釀制紅曲酒，十分有名[21] 。同時(shí)，紅曲霉產(chǎn)生的蛋白酶可用來腌漬一些高蛋白食品。

2 紅曲霉的利用

2.1 食品領(lǐng)域

傳統(tǒng)的紅曲霉主要用于釀醋、釀酒、食品著色及肉類保存等。紅曲黃酒是以大米為主要原料、紅曲為糖化發(fā)酵劑釀制而成的一種低度黃酒飲料，是我國(guó)南方特有的傳統(tǒng)飲品。紅曲黃酒就是先將糯米蒸煮，涼開水淋洗降溫至室溫， 然后接種糖化菌和酵母，添加原料酒、 紅曲霉和水發(fā)酵后經(jīng)壓榨、 澄清、 儲(chǔ)存、調(diào)配而成的。紅曲霉代謝過程中產(chǎn)生的色素與其他天然色素相比具有熱穩(wěn)定性好、蛋白質(zhì)著色力強(qiáng)、對(duì)酸堿穩(wěn)定、色調(diào)柔和的特點(diǎn)，因此，在食品方面被廣泛地用于糕點(diǎn)、糖果、果醬、果汁等的著色。紅曲色素具有水溶性，而且在注射液和腌制液中具有良好的分散性，顏色也與天然肉色相近，易于調(diào)配，在烤肉、火腿腸、火腿等肉制品中也應(yīng)用廣泛。

2.2 醫(yī)藥領(lǐng)域

紅曲霉發(fā)酵物以其降血脂、降血壓、營(yíng)養(yǎng)豐富等多種功效，同時(shí)還有副作用小、使用安全等多種優(yōu)勢(shì)，可制成保健食品或藥物，具有極為廣闊的應(yīng)用前景。各國(guó)都相繼以紅曲發(fā)酵產(chǎn)物開發(fā)出各種治療藥物和保健食品。紅曲中的洛伐他汀是醫(yī)學(xué)界公認(rèn)的降低人體膽固醇的理想藥劑，具有低毒、高效、安全的特點(diǎn)。它能特異性對(duì)抗抑制膽固醇合成系統(tǒng)中的限速酶HMGCoA還原酶的活性，通過增加apoB.E（載脂蛋白）受體活性，從而降低VLDL（極低密度蛋白）、LDL（低密度蛋白）及IDL（中密度蛋白）的血漿脂蛋白濃度，代償性地增高LDL受體的活性，最終促進(jìn)血漿中LDL的清除，達(dá)到降低血漿中膽固醇濃度的目的。血液中洛伐他汀濃度只要達(dá)到0.001～0.005 μg/ml，就可以使膽固醇合成受阻。洛伐他汀的堿金屬鹽和土族金屬鹽分別具有預(yù)防和治療膽結(jié)石，前列腺肥大和腫瘤的作用，能夠使膽結(jié)石形成指數(shù)下降；改善前列腺肥大程度，使排尿恢復(fù)正常；還能使腫瘤增殖率降低，延長(zhǎng)患者的壽命[22] 。

3 紅曲霉研究與生產(chǎn)狀況及存在問題

紅曲米的生產(chǎn)主要有固態(tài)發(fā)酵和液態(tài)發(fā)酵2種方法。固態(tài)發(fā)酵法具有工藝簡(jiǎn)單、耗能低、發(fā)酵條件較為粗放、設(shè)備投資及廢物產(chǎn)生較少等特點(diǎn)，但是也存在一些問題，如占地面積大、產(chǎn)量低；操作技術(shù)繁瑣、難度大；質(zhì)量不穩(wěn)定[23] 。與傳統(tǒng)固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)相比，液態(tài)發(fā)酵法具有營(yíng)養(yǎng)源選擇范圍廣、培養(yǎng)條件易于調(diào)控、培養(yǎng)周期短、培養(yǎng)過程雜菌污染率低等優(yōu)點(diǎn)。液體培養(yǎng)法因可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制、掌握代謝途徑的進(jìn)行方向，有選擇地大幅度提高特定代謝產(chǎn)物的產(chǎn)量。但同時(shí)，液體發(fā)酵存在產(chǎn)物雜質(zhì)較多、色價(jià)低、色澤欠鮮艷、發(fā)酵后產(chǎn)物提取成本高的問題。

紅曲霉能夠產(chǎn)生許多對(duì)人體有益的代謝產(chǎn)物，如色素、抗生素、莫那可林K、麥角固醇和中藥成分，且紅曲菌菌絲體中，蛋白質(zhì)、氨基酸總量和必需氨基酸含量都很高。其中，紅曲色素、桔霉素和洛伐他汀具有相似的聚酮體結(jié)構(gòu)，3類物質(zhì)的生物合成途徑都起源于丙二酰輔酶A和乙酰輔酶A縮合得到二酮化合物，之后洛伐他汀的合成進(jìn)入分支途徑，而桔霉素和紅曲色素的合成則是繼續(xù)與丙二酰輔酶A縮合得到四酮化合物，然后合成途徑開始分支[10] 。由于桔霉素有生理毒性，因此在如何提高其他生理活性物質(zhì)含量的同時(shí)，控制桔霉素的含量是亟待解決的問題。

4 展望

目前，日本對(duì)紅曲的研究最為深入，推動(dòng)了紅曲產(chǎn)業(yè)的縱深發(fā)展。我國(guó)的優(yōu)勢(shì)在紅曲霉資源豐富，紅曲米生產(chǎn)成本低。如果能夠有效地結(jié)合代謝組學(xué)來進(jìn)一步研究紅曲霉菌株的各種代謝路徑底物和產(chǎn)物的小分子代謝物，反映細(xì)胞在外界刺激下代謝應(yīng)答的變化，紅曲色素、洛伐他汀和桔霉素的產(chǎn)出規(guī)律，以及三者的代謝關(guān)系，以實(shí)現(xiàn)提高紅曲色素和洛伐他汀的產(chǎn)出，降低桔霉素的含量，這樣可以更加深入地開發(fā)其潛能。

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