紅曲菌主要的活性物質(zhì)及紅曲產(chǎn)品在飼料行業(yè)應(yīng)用前景

◆作者：邢宏博 曾李 許贛榮 倪冬姣，3 鄒新華

◆單位：1.佛山播恩生物科技有限公司；2.播恩生物技術(shù)股份有限公司；3.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部生物飼料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

1 紅曲在食品及藥品中的應(yīng)用現(xiàn)狀

紅曲又稱(chēng)丹曲、赤曲，為人類(lèi)藥食兩用傳統(tǒng)食材和藥材，東漢王粲的《七釋》中已有瓜州紅曲的記載，至今已有1000 多年歷史（傅金泉，2008）。紅曲歷經(jīng)千年仍備受人們關(guān)注，一方面是因?yàn)榧t曲菌代謝產(chǎn)物中含有大量對(duì)人類(lèi)有益的活性物質(zhì)，另一方面是紅曲產(chǎn)品的食用安全性得到世人的普遍認(rèn)可。

紅曲的代謝產(chǎn)物包括初級(jí)代謝產(chǎn)物和次級(jí)代謝產(chǎn)物，初級(jí)代謝產(chǎn)物主要有淀粉酶、糖化酶、脂肪酸、有機(jī)酸等；次級(jí)代謝產(chǎn)物主要有紅曲色素、Monacolin類(lèi)物質(zhì)、γ- 氨基丁酸、麥角固醇、紅曲內(nèi)酯等；此外紅曲菌自身能合成多種生長(zhǎng)因子如泛酸、核黃素、生物素、麥角甾醇等。也正因?yàn)榧t曲含有眾多有益的活性代謝產(chǎn)物，紅曲菌及紅曲產(chǎn)品在釀造行業(yè)、醫(yī)藥行業(yè)、食品行業(yè)應(yīng)用非常普遍（李鐘慶，2003）。

紅曲產(chǎn)品的分類(lèi)：據(jù)估計(jì)，僅在我國(guó)，紅曲產(chǎn)品的產(chǎn)值達(dá)到數(shù)百億以上，現(xiàn)有的紅曲產(chǎn)品分為色素類(lèi)紅曲產(chǎn)品（紅曲米、紅曲紅、紅曲黃）、醫(yī)藥類(lèi)紅曲產(chǎn)品（中成藥類(lèi)紅曲產(chǎn)品、中藥飲片類(lèi)紅曲、紅曲保健食品）、釀造類(lèi)紅曲產(chǎn)品（釀酒及釀醋用紅曲、醬油用紅曲、腐乳用紅曲）等。

2 紅曲產(chǎn)品在畜禽飼料中的應(yīng)用前景

抗生素不僅為保障人類(lèi)健康做出突出貢獻(xiàn)，同時(shí)也促進(jìn)了畜牧業(yè)的快速發(fā)展。其在畜禽養(yǎng)殖業(yè)應(yīng)用越來(lái)越多，隨之細(xì)菌耐藥性和畜禽產(chǎn)品的藥物殘留也不斷增加（楊云裳等，2000）。自2006 年起，歐洲全面禁止在飼料中添加抗生素，2017 年美國(guó)也禁止抗生素在飼料中用于促生長(zhǎng)，并將其置于獸醫(yī)臨床監(jiān)督下使用，由此可見(jiàn)飼料行業(yè)發(fā)展面臨著一系列的挑戰(zhàn)。

由于紅曲菌的部分代謝產(chǎn)物具有一定的抑菌作用，且紅曲產(chǎn)品也相對(duì)安全，因此紅曲在飼料行業(yè)的應(yīng)用受到業(yè)內(nèi)人士的關(guān)注（王柏琴等，1995；宮慧梅等，2002）。研究表明紅曲菌的代謝產(chǎn)物具有提高畜禽免疫力、生產(chǎn)性能、畜禽肉品質(zhì)和促進(jìn)畜禽健康等功效。也有文獻(xiàn)報(bào)道紅曲產(chǎn)品和其它中藥配伍制成益生元能在豬育肥階段所起作用與抗生素相當(dāng)（王玉峰等，2014）。因此紅曲不僅可用于人類(lèi)的食品、藥品，也有望作為替抗產(chǎn)品應(yīng)用于畜禽飼料之中。

隨著人們生活質(zhì)量的不斷提高，人們對(duì)畜禽產(chǎn)品的需求不斷增加，心血管疾病對(duì)人們的健康影響也不斷加大，膽固醇含量過(guò)高是導(dǎo)致心血管疾病的主要因素（郭藝芳，2014；Enas 等，2013），而紅曲菌的代謝產(chǎn)物中含有可降低膽固醇的monacolin K，在畜禽飼料中添加含有Monacolin K 的紅曲產(chǎn)品可生產(chǎn)低膽固醇的畜禽產(chǎn)品（平雨鑫，2012；叢明柱等，2011）。此外紅曲代謝產(chǎn)物中的γ- 氨基丁酸、消化酶等也可以提高飼料性能。因此紅曲產(chǎn)品作為新型飼料添加劑具有潛在的市場(chǎng)前景。

3 紅曲色素及在飼料中的應(yīng)用潛力

隨著人們對(duì)抗生素認(rèn)知的不斷加深，慢慢發(fā)現(xiàn)抗生素的使用有較大的弊端，因此無(wú)抗飼料成為發(fā)展趨勢(shì)（張兆順等，2012）。但養(yǎng)殖場(chǎng)一般養(yǎng)殖密度較大畜禽健康狀況較差，為保證養(yǎng)殖行業(yè)健康發(fā)展一些替抗產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生。

在《天工開(kāi)物》中有將紅曲涂抹于肉制品表面來(lái)防止肉制品的變質(zhì)，這可能與紅曲色素具有一定抑菌作用相關(guān)（宋應(yīng)星，2016）。童群義等對(duì)紅曲色素抑菌效果進(jìn)行了初步探究，結(jié)果表明紅曲色素對(duì)枯草芽孢桿菌、金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、灰色鏈霉菌均有一定抑制作用（童群義等，1997）。徐偉等對(duì)紅曲色素進(jìn)行分離得到三種色素并用得到的色素進(jìn)行抑菌實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明三種紅曲色素對(duì)大腸桿菌及枯草芽孢桿菌均有一定抑制作用，且紅曲橙色素抑菌效果最佳（徐偉等，2010）。宮慧梅通過(guò)吸附柱法分離得到三種紅曲色素，并對(duì)三種色素進(jìn)行抑菌試驗(yàn)，結(jié)果表明紅曲色素具有一定抑菌作用且橙色素為主要的抑菌物質(zhì)（宮慧梅等，2002）。

在蛋雞飼料中添加紅曲色素作為飼料添加劑喂養(yǎng)蛋雞不僅可以提高產(chǎn)蛋率，促進(jìn)蛋黃著色、提高蛋雞的免疫力還能提高雞蛋的貨架期（李春鳳等，2012；王長(zhǎng)春等，2009；李泳寧等，2015）。叢明柱等（2010）用含紅曲霉及中藥+紅曲霉的飼料來(lái)喂養(yǎng)延邊黃牛，結(jié)果表明紅曲霉組及中藥+紅曲霉組的IgG、IgA、淋巴細(xì)胞、單核細(xì)胞含量及淋巴細(xì)胞百分比均有所提高，從而提高延邊黃牛的免疫力，且中藥+紅曲霉的合生元效果更佳。王玉峰（2014）等用紅曲米及山楂作為飼料添加劑來(lái)喂養(yǎng)育肥階段的三元雜交豬，結(jié)果表明紅曲米及山楂對(duì)生長(zhǎng)育肥豬的生長(zhǎng)性能方面與抗生素組相當(dāng)，說(shuō)明紅曲和山楂作為飼料添加劑在豬育肥階段可替代抗生素。因此開(kāi)發(fā)紅曲色素飼料是開(kāi)發(fā)替抗飼料的方向之一。

4 紅曲Monacolin K 及在飼料中的應(yīng)用潛力

如今，心血管疾病已是全球范圍造成死亡的最主要原因之一（Mulder 等，2015）。在各種有害因素中，膽固醇含量過(guò)高是導(dǎo)致心血管疾病的主要因素（郭藝芳，2014；Enas 等，2013）。Monacolin K 的結(jié)構(gòu)與合成膽固醇的3- 羥基-3- 甲基戊二酸單酰輔酶A(HMG-COA)結(jié)構(gòu)相似，Monacolin K 能夠競(jìng)爭(zhēng)性抑制膽固醇合成過(guò)程中的關(guān)鍵酶HMG-CoA 還原酶，從而可以有效降低人體中膽固醇的合成量。Monacolin K 不僅能抑制膽固醇的合成，還能促進(jìn)膽固醇的分解（Patel，2016）。

人體中膽固醇分為內(nèi)源性膽固醇和外源性膽固醇，內(nèi)源性膽固醇即通過(guò)機(jī)體合成的膽固醇；外源性膽固醇是通過(guò)食物攝取得到的膽固醇。紅曲菌發(fā)酵產(chǎn)生的Monacolin K 能有效降低人體中膽固醇，除了直接通過(guò)藥物降低人體膽固醇含量外還可以嘗試在畜禽飼料中添加含有Monacolin K 的紅曲產(chǎn)品，從而降低畜禽中膽固醇含量。耿春銀等（2012）研究表明在小白鼠日糧中添加0.5%的紅曲霉制劑可明顯降低小白鼠血清膽固醇水平。李泳寧等（2015）用含紅曲產(chǎn)品的發(fā)酵飼料來(lái)喂養(yǎng)蛋雞，結(jié)果表明蛋黃中的膽固醇含量比對(duì)照組降低了5.17%。孫建晨（2014）及平雨鑫（2012）的研究都表明紅曲不僅能促進(jìn)蛋雞健康還能使蛋黃中膽固醇含量明顯下降。叢明柱等（2011）將紅曲和其他中藥粉碎后制成飼料添加劑來(lái)喂養(yǎng)延邊黃牛，結(jié)果表明紅曲也可明顯降低黃牛體內(nèi)膽固醇含量。高凱等（2018）通過(guò)用紅曲霉合生元對(duì)松遼黑豬進(jìn)行喂養(yǎng)，來(lái)研究紅曲對(duì)霉合生元對(duì)松遼黑豬血清蛋白、血清轉(zhuǎn)氨酶、血脂指標(biāo)及背最長(zhǎng)肌中MSTN、MyoD基因mRNA 相對(duì)表達(dá)量的影響，結(jié)果表明紅曲霉合生元不僅能提高育肥豬瘦肉率的效果，也能明顯降低松遼黑豬血液中膽固醇含量。紅曲不僅可以降低雞蛋中膽固醇Monacolin K 含量，也可降低黃牛和豬的血清中膽固醇含量，因此可以嘗試將含有Monacolin K 的紅曲產(chǎn)品進(jìn)一步推廣應(yīng)用到其它畜禽飼料之中，以生產(chǎn)低膽固醇畜禽產(chǎn)品促進(jìn)人體健康。

圖1 Monacolin K 的轉(zhuǎn)化形式

5 紅曲γ- 氨基丁酸及在飼料中的應(yīng)用

γ- 氨基丁酸是中樞神經(jīng)系統(tǒng)中重要的神經(jīng)遞質(zhì)，1950 年Awapara 和Udenfriend 發(fā)現(xiàn)哺乳動(dòng)物大腦內(nèi)含有大量γ- 氨基丁酸，但當(dāng)時(shí)γ- 氨基丁酸的作用并不為人知（后家衡，2006）。隨著研究的深入人們發(fā)現(xiàn)γ-氨基丁酸在大腦中模仿內(nèi)源性神經(jīng)遞質(zhì)工作（Krnjevic 等，1966）。γ- 氨基丁酸作為一種神經(jīng)遞質(zhì)具有較多生理功能，如改善大腦功能、調(diào)節(jié)心血管活動(dòng)、降血壓、抗疲勞、改善肝腎功能、抗心律失常、調(diào)節(jié)激素分泌、減緩皮膚老化、治療癲癇、提高記憶力、預(yù)防肥胖等（Hayakawa等，2004；陳豪鋒等，2010；逯慎杰等，2011）。

由于γ- 氨基丁酸能提高畜禽免疫力、提高飼料利用率，促進(jìn)畜禽生長(zhǎng)，改善畜禽健康狀況、提高生產(chǎn)性能、提高畜禽肉品質(zhì)等作用，因此γ- 氨基丁酸在飼料工業(yè)中的應(yīng)用也受到廣泛關(guān)注（張聰?shù)龋?009；沈雪嬌等，2018；胡家澄等，2009）。韋習(xí)會(huì)等（2004）在基礎(chǔ)日糧中添加γ- 氨基丁酸來(lái)喂養(yǎng)三元雜交豬，結(jié)果表明在育肥豬日糧中添加γ- 氨基丁酸能提高豬的采食量及日增重量。王中華等（2012）在日糧中添加不同含量的γ- 氨基丁酸來(lái)喂養(yǎng)三元雜交豬，結(jié)果表明γ- 氨基丁酸能明顯提高豬的采食量、胴體品質(zhì)和抗氧化能力。陳秀梅等（2015）在建鯉配合飼料中添加不同濃度的γ- 氨基丁酸結(jié)果表明，γ- 氨基丁酸在一定程度上促進(jìn)建鯉生長(zhǎng)，并且有改善肉質(zhì)品質(zhì)等作用。李超等（2010）將肉雞置于持續(xù)高溫環(huán)境中，在肉雞基礎(chǔ)日糧中添加不同含量的γ- 氨基丁酸，結(jié)果表明γ- 氨基丁酸能降低持續(xù)高溫應(yīng)急肉雞呼吸率及直腸溫度，明顯提高其內(nèi)分泌機(jī)能和免疫機(jī)能。也有研究表明γ- 氨基丁酸能提高蛋雞的生產(chǎn)性能及蛋的品質(zhì)、增強(qiáng)蛋雞的抗氧化性能及免疫性能，穩(wěn)定蛋雞在持續(xù)高溫環(huán)境下的內(nèi)分泌系統(tǒng)（李慧，2010；朱新建等，2003）。

γ- 氨基丁酸的制備主要有化學(xué)法、生物合成法和植物富集法。雖然化學(xué)合成的γ- 氨基丁酸純度較高，但化學(xué)合成法要求條件苛刻，耗能較大，且化學(xué)殘留物質(zhì)不易去除，因此不適合應(yīng)用于藥物及保健品；植物富集法相對(duì)來(lái)說(shuō)操作較為方便，成本也低廉，但會(huì)受到空間、氣候及周期限制；生物合成法效率相對(duì)較高，生長(zhǎng)周期短，安全性高，因此具有較大的市場(chǎng)潛力（胡珊等，2011；孟祥勇2009）。可以發(fā)酵生產(chǎn)γ- 氨基丁酸的菌株有酵母菌、紅曲菌、米曲霉、乳酸菌等（Papakonstantinou 等，2000；Park等，2005；Wang 等，2003；楊葉等，2011）。較其它菌株紅曲菌生產(chǎn)γ- 氨基丁酸的能力相對(duì)較強(qiáng)（后家衡，2008；秦江輝等，2012；魏春等，2013；武鴻等，2005；肖婧等，2016；徐毓琴等，2016；葉硯，2010；鄭曉晨等，2013）。γ- 氨基丁酸在2009 年已被衛(wèi)生部批準(zhǔn)為新資源食品，且天然食品中γ- 氨基丁酸含量較低，僅通過(guò)飲食攝取γ- 氨基丁酸遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足人們需求，目前生產(chǎn)γ- 氨基丁酸的工藝還不太成熟，市場(chǎng)上的γ- 氨基丁酸遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足需求（胡珊等，2011；葉硯等，2010；張圓林等，2014）。紅曲菌通過(guò)液態(tài)發(fā)酵及固態(tài)發(fā)酵均能生產(chǎn)γ- 氨基丁酸（后家衡，2008）。因此通過(guò)紅曲菌發(fā)酵生產(chǎn)γ- 氨基丁酸作為飼料添加劑具有較好的市場(chǎng)前景。

6 紅曲中的其它代謝產(chǎn)物及在飼料中的應(yīng)用潛力

酶制劑在飼料中的應(yīng)用已經(jīng)得到廣泛認(rèn)可，大量研究及實(shí)踐證明酶制劑的合理利用能提高飼料利用率，提高動(dòng)物消化吸收，促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)，預(yù)防疾病等作用（白靜等，2006；馬力，2007）。常用的酶制劑有蛋白酶、淀粉酶、糖化酶、纖維素酶、植酸酶、木聚糖酶、甘露聚糖酶等。紅曲菌在培養(yǎng)過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生多種酶類(lèi)物質(zhì)，如陳曉園等（2016）嘗試用不同豆類(lèi)培養(yǎng)紅曲，在培養(yǎng)過(guò)程中檢測(cè)到有蛋白酶及淀粉酶的產(chǎn)生。高慧民（2015）對(duì)33株紅曲菌進(jìn)行篩選，從中篩選出6 株糖化力、液化力、酯化力較高且產(chǎn)桔霉素較少的菌株，說(shuō)明紅曲菌在培養(yǎng)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生糖化酶、液化酶及酯化酶。張周未等（2014）研究發(fā)現(xiàn)，紅曲在發(fā)酵過(guò)程中可以產(chǎn)生蛋白酶、幾丁質(zhì)酶、過(guò)氧化氫酶、超氧化物歧化酶、谷胱甘肽過(guò)氧化物酶。張宇等（2013）研究表明，紅曲菌在固態(tài)發(fā)酵中除了可以產(chǎn)生蛋白酶、淀粉酶外還可以產(chǎn)生木聚糖酶。由此可見(jiàn)紅曲在發(fā)酵過(guò)程中可以產(chǎn)生多種酶類(lèi)，因此紅曲菌可以作為酶制劑研究方向之一。

多糖廣泛存在于動(dòng)植物與微生物中，在生命機(jī)體中發(fā)揮著重要作用，如細(xì)胞表面信號(hào)識(shí)別、抗原抗體反應(yīng)、提供能源、傳遞細(xì)胞間信息等功能，且具有抗腫瘤、抗癌、抗氧化等功效（Chen等，2005；汪鵬榮等，2011；伍健萍，2012；伍健萍等，2012）。但由于多糖結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，分子量大、粘度高、溶解性差，所以多糖的研究進(jìn)展相對(duì)較為緩慢（李霞姣，2008）。有學(xué)者用小鼠做實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，紅曲多糖具有保肝護(hù)肝、提高免疫力、抑制腫瘤的功效（丁紅梅等，2007；汪鵬榮等，2011；張建峰，2005；張建峰等，2017）。有研究表明紅曲多糖對(duì)雞的傳染性支氣管炎具有一定的保護(hù)作用（孫曉霞等，2018）。萬(wàn)慧潔等（2018）研究表明紅曲多糖對(duì)蛋白氧化損傷也有一定保護(hù)作用。真菌多糖普遍具有提高動(dòng)物免疫力、抗病毒的功效（羅長(zhǎng)財(cái)?shù)龋?005）。目前紅曲多糖在飼料中的應(yīng)用仍未見(jiàn)報(bào)道，隨著養(yǎng)殖行業(yè)對(duì)無(wú)抗要求越來(lái)越嚴(yán)格，紅曲多糖的開(kāi)發(fā)可能會(huì)成為潛在的替抗產(chǎn)品之一。

我國(guó)成為飼料進(jìn)口大國(guó)，特別是豆粕、魚(yú)粉等蛋白類(lèi)飼料原料進(jìn)口量巨大（劉倩男，2016）。紅曲菌液態(tài)發(fā)酵結(jié)束后提取完發(fā)酵產(chǎn)物會(huì)剩余較多菌渣，紅曲菌的菌渣中含有蛋白質(zhì)和較多的活性物質(zhì)，紅曲菌的發(fā)酵產(chǎn)物還有特殊風(fēng)味（梁鵬志等，2011）。有學(xué)者嘗試用各種蛋白酶對(duì)紅曲菌體進(jìn)行酶解，有望提高曲菌發(fā)酵后的菌體的利用率（鄧毛程等，2011；李泳寧等，2015；梁鵬志等，2011）。目前紅曲菌渣在飼料行業(yè)的應(yīng)用已初見(jiàn)成效，紅曲菌作為藥食同源絲狀真菌，不僅可以為飼料提供豐富的蛋白質(zhì)，還可以改善飼料風(fēng)味，有效提高畜禽的采食量（鄧毛程等，2011；梁鵬志等，2011）。紅曲菌渣的充分利用不僅可以減少?gòu)U物排放保護(hù)環(huán)境，還能降低飼料生產(chǎn)成本（楊曉輝等，2007）。

7 紅曲產(chǎn)品在飼料中應(yīng)用的限制

早在20 世紀(jì)30 年代Hetherington 和Raaisttrick 發(fā)現(xiàn)青霉菌可能產(chǎn)生桔霉素。在桔霉素發(fā)現(xiàn)早期桔霉素曾被視為抗生素而受到高度重視，但隨著研究的不斷深入人們發(fā)現(xiàn)桔霉素可以引起肝臟中毒、腎腫大、腎小管擴(kuò)張等癥狀，還會(huì)引起腹瀉嘔吐及致癌作用，從而排除了其做治療抗生素用的可能性（賴(lài)衛(wèi)華等，2002）。自Blanc 從紅曲中發(fā)現(xiàn)桔霉素以來(lái)紅曲產(chǎn)品的推廣受到了嚴(yán)重影響（王永輝等，2013）。通過(guò)國(guó)內(nèi)學(xué)者不懈努力，發(fā)現(xiàn)并不是所有紅曲菌都會(huì)產(chǎn)生桔霉素，因此可以通過(guò)菌株篩選得到不產(chǎn)桔霉素的菌株作為生產(chǎn)菌株（許贛榮，2005）。隨著研究的不斷深入，人們開(kāi)始通過(guò)誘變育種、基因改造等方式來(lái)獲得不產(chǎn)桔霉素的紅曲菌株以用于工業(yè)生產(chǎn)。紅曲產(chǎn)品應(yīng)用于飼料行業(yè)一定要確保安全，因此桔霉素的含量必須在規(guī)定范圍之內(nèi)。此外紅曲菌目前不在飼料使用菌株里面，且不同菌株其生產(chǎn)性能差異較大，因此若將紅曲菌應(yīng)用于飼料行業(yè)應(yīng)根據(jù)不同目的篩選出不同菌株，如紫色紅曲菌可能產(chǎn)色素能力相對(duì)較強(qiáng)、叢毛紅曲菌可能產(chǎn)Monacolin K 能力相對(duì)較強(qiáng)。