代文婷，吳宏*，郭安民，代俊輝，雷用東

1(新疆農墾科學院 農產品加工研究所，新疆 石河子，832000) 2(新疆農墾科學院 農產品加工重點實驗室，新疆 石河子，832000) 3(新疆生產建設兵團 第七師農業(yè)局，新疆 奎屯，833200)

紅曲霉(Monascus)是自然界中廣泛存在的一類絲狀腐生真菌，能產生紅曲色素、莫納可林K(Monacolin K)、γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid, GABA)、酯化酶和糖化酶等，在釀酒、食醋、醬油、天然食用色素及醫(yī)藥等制造方面都有重要應用價值[1-5]。近年來，我國釀酒企業(yè)通過自主創(chuàng)新來提高酒的品質及功能性，既豐富了酒類產品文化內涵，又滿足了隨著生活水平的提高，消費者對傳統(tǒng)酒類營養(yǎng)保健功能的旺盛需求。紅曲霉是我國重要的傳統(tǒng)釀酒微生物，其代謝產生的生理活性物質中紅曲色素是一類聚酮類色素，也是優(yōu)質天然食用色素，主要包括黃色色素、橙色色素和紅色色素[6-7]。它還具有多種生物活性，如抗突變[2]、抗癌[8]、抗肥胖[9-10]、抗菌防腐及抗氧化等[11-12]；Monacolin K是紅曲霉產生的次級代謝產物，有降血脂、降膽固醇等作用，可有效降低心肌梗塞和冠心病等發(fā)病率和死亡率，其質量濃度僅在0.001～0.005 μg/mL即可阻礙膽固醇合成[13-16]；GABA是一類重要的非蛋白質氨基酸，具有增強記憶、改善腦功能、抗高血壓、提高肝腎機能等生理活性[17-18]。如何將傳統(tǒng)與創(chuàng)新結合，最大程度發(fā)揮紅曲霉在釀酒工業(yè)中的作用已成為當前行業(yè)研究熱點。本文重點闡述了紅曲霉在白酒、黃酒、保健酒中的功能與應用，探討了研究中存在的問題，為紅曲霉在釀酒行業(yè)中的深入開發(fā)利用及紅曲霉資源的深度挖掘提供參考。

1 紅曲霉在白酒中的應用

紅曲霉可代謝產生對白酒釀造至關重要的糖化酶、酯化酶等酶活力，若在釀酒中加入適當比例紅曲霉，不僅能提高對物料的利用率和糖化時間，還能根據特定的發(fā)酵條件，控制發(fā)酵過程中所需酯類的合成，進而獲得具有獨特口感、香味的酒[19-20]。

糖化酶是一種具有外切酶活性的胞外酶，能將淀粉轉化為葡萄糖，在白酒釀造中起著重要作用，它為白酒中微生物的生長及其代謝產物的產生提供物質基礎。魏明英等人[21]對紅曲霉液態(tài)發(fā)酵培養(yǎng)基優(yōu)化后的糖化力達139.13 U/g，比優(yōu)化前提高了2.4倍；鄭志勇等人[22]從25株紅曲霉菌株中篩選確定出了1株具有高酯化力和高糖化力的菌株，糖化酶活力接近700 U/g，利于提高白酒產率；孫繼民等[23]經過篩選、誘變得到1株紫紅曲菌，該菌株糖化酶活力提高了20.8%，酶活力達35 000 U/g左右，使糧醅發(fā)酵升溫快，發(fā)酵周期縮短，提高原料出酒率；也有研究報道，在清香型麩曲白酒釀造中，添加紅曲霉制成的糖化發(fā)酵劑比不添加此發(fā)酵劑所得白酒的出酒量大、香氣持久，且酒中總酸和總酯的含量也有所增加[24]。

酯化酶能夠促進基酒中各種生香酯類物質的合成，直接影響到酒的風味口感及營養(yǎng)價值。濃香型白酒發(fā)酵過程中添加紅曲霉，其代謝產生的酯化酶能較強促進己酸乙酯的合成，進而改善酒的風味、質量；清香型白酒發(fā)酵過程中添加紅曲霉，對提高乙酸乙酯含量、增香提質效果明顯。王曉丹等[25]將酯化酶粗酶制劑應用于濃香型大曲酒的釀造，使用曲量降低了5%，出酒率及優(yōu)品率均提高約5%，己酸乙酯與乳酸乙酯的比例提高約1%；張聰芝等人[26]發(fā)現(xiàn)在紅曲霉固態(tài)發(fā)酵產酯化酶過程中，添加乳酸與乙醇可明顯提高紅曲霉酯化力，這與紅曲霉嗜乳酸、乙醇促菌體生長有關。目前白酒釀造中多用紅曲霉制成的強化大曲或粗酶制劑來提高酯類的合成，但仍存在活性較低、不穩(wěn)定、效果不明顯等問題，可借助工程技術提純酯化酶，制成穩(wěn)定性高的酶制劑；還可通過基因工程、誘變育種等技術整合或篩選、誘變出高產酯化酶和糖化酶的紅曲霉菌種，以提高白酒產率、品質及改善白酒風味。此外，通過添加外源物質，如葡萄糖、乳酸、乙醇及新鮮酵母培養(yǎng)物等，也能提高紅曲霉產酶能力。

紅曲霉是白酒釀造中的重要微生物，但其在白酒中的開發(fā)利用程度還遠遠不夠。多數(shù)企業(yè)對紅曲白酒的開發(fā)意識不強，產品創(chuàng)新理念薄弱[27]，但也有少數(shù)企業(yè)如貴州茅臺則創(chuàng)造性地將傳統(tǒng)釀造工藝與紅曲完美結合，釀造出了高端醬香紅曲白酒，不僅傳承弘揚了國酒文化，還力將“紅色傳奇”推向國內外市場。但目前針對白酒中紅曲霉的遺傳背景及其重要基因的本質、功能、變化等相關報道很少，如何成熟運用分子生物學方法深入解析紅曲霉的物質代謝及分子結構與功能，對其進行基因敲除、定向改造，以獲得安全、高產的功能紅曲菌株并成功應用于白酒釀造[28]，還需探索。

2 紅曲霉在黃酒中的應用

黃酒源于我國，與葡萄酒、啤酒并為世界三大古酒。黃酒是在谷物和水中添加酒曲后經糖化發(fā)酵釀制成的風味獨特、特色鮮明的發(fā)酵產物，它含有豐富的氨基酸、活性肽和蛋白質等活性物質，而紅曲霉作為一種高效糖化發(fā)酵劑，其發(fā)酵過程中能產生紅曲色素、GABA和Monacolin K等多種功能物質[29-30]，故被廣泛用于黃酒釀造。

有研究表明，將紅曲色素勾兌在酒中，可以賦予酒類獨特的色澤，還可延長酒的保質期[31]；福建的老紅酒、義烏丹溪紅曲酒、金華壽生酒和臺灣的紅露酒，均在發(fā)酵過程中加入了紅曲，酒體顏色鮮艷、香味濃郁、保健功能較強，且保質期長[2,32]；陳雪梅等人[33]利用紅曲霉發(fā)酵產物的增香著色功能，于熟制糯米中接種20%紅曲霉，在35 ℃發(fā)酵120 h，釀造出了酒體協(xié)調、色澤紅亮、口感香醇的甜米酒；何東萍等人[34]以液態(tài)紅曲替代固態(tài)紅曲釀造紅曲黃酒，發(fā)現(xiàn)前者所釀酒樣色值中的a值明顯高于后者，酒體顏色更紅，且理化及感官指標基本符合清爽型干黃酒的國標要求，進一步表明液態(tài)紅曲替代固態(tài)紅曲釀制紅曲黃酒是可行的。倪贊[35]給小白鼠灌喂黃酒，發(fā)現(xiàn)小鼠記憶能力明顯提高，這與GABA密切相關；另有報道[29]，古越龍山紹興黃酒中GABA含量高達348 mg/L，適當飲用能降低心肌梗死發(fā)病率；黃敏欣等[36]檢測發(fā)現(xiàn)，經紅曲發(fā)酵的黃酒，其GABA含量高達257.4 mg/L，是未添加紅曲所釀黃酒的2.16倍，可見紅曲霉能夠提高黃酒的營養(yǎng)價值。Monacolin K能競爭性抑制HMG-CoA還原酶活性，阻礙膽固醇合成，起到預防多種心腦血管疾病的功效[37]，因而由紅曲霉釀制的黃酒是降血脂的健康飲品，國內外目前在提高Monacolin K的產量[38-39]方面取得了一些進展，但針對其在黃酒等酒類中的研究應用相對較少。

紅曲黃酒屬性溫熱，熱敏性體質的人群夏季飲用易“上火”，梁璋成等人[40]對此在黃酒初釀酒中添加了涼性綠茶提取物，不僅延緩了紅曲黃酒中紅色素的降解，還改善了黃酒口感，降低了黃酒熱度，這一研究為黃酒新產品的開發(fā)提供了依據。紅曲霉在黃酒發(fā)酵過程中發(fā)揮著重要作用，而發(fā)酵期間伴有多種微生物共同發(fā)酵，這些微生物之間是否存在協(xié)同或拮抗作用；黃酒中紅曲霉代謝產生的功能成分的形成和變化規(guī)律以及這些功能成分之間的關系和規(guī)律；黃酒加工工藝等方面都需要做更深入的研究，繼而為黃酒的品質提高及功能開發(fā)提供理論參考。

3 紅曲霉在保健酒中的開發(fā)應用

保健酒在釀制過程中添加了中藥材或其他營養(yǎng)成分，它是藥酒的分支，卻不以治療為目的，它含有的不同功效成分，使其具有抗疲勞、抗衰老、健脾胃和提神醒腦等保健功能[41-42]，紅曲霉因具有較強的糖化力和藥食同源性，不僅為酒液增色增香，其代謝活性成分也有調節(jié)機能，滋補養(yǎng)生等功效，被廣泛用于生產紅曲保健酒。

姜忠麗等[43]則利用紅曲霉發(fā)酵糙米酵素和大米，成功研制出具有抗疲勞功能的糙米酵素紅曲酒，通過測試得到氧自由基清除率達12.69%；蒲立檸等[44]利用紫色紅曲霉經過固態(tài)發(fā)酵青稞麩皮和薏仁，釀制出Monacolin K含量為110.556 mg/kg的新型紅曲保健酒，為高原青稞的副產物綜合利用提供了新思路；另有研究者[45]利用自制紅曲發(fā)酵糯米、枸杞，研制出口感醇厚，Monacolin K含量達120 mg/L，乙醇體積分數(shù)為12.6 %的紅曲枸杞保健酒；李謠等[46]研制的苦蕎紅曲保健酒，酒體均勻、酒味醇和，總酚含量2 243.01μg /mL，總黃酮含量928.18 μg/mL，還含有17種氨基酸，總量達2 481.48 mg /L；黃丹丹等人[47]分析對比了苦蕎紅曲保健酒與普通黃酒抗氧化活性，表明前者對DPPH自由基、ABTS自由基的清除能力及對Fe3+還原能力均強于后者。上述關于紅曲霉在保健酒中的應用研究，大多是從已知的生理活性產物入手，忽略了未知功能物質的挖掘，若采用傳統(tǒng)的分離純化手段研究純菌，同時利用蛋白組學和代謝組學等方法研究純種紅曲霉的代謝特性，可能會發(fā)現(xiàn)紅曲霉更多獨特的功能性代謝成分；其次，釀造保健酒所用原料的產地、品種不同，造成酒的質量參差不齊，為提高保健酒的質量及品質穩(wěn)定性，必須對原料的來源和質量進行嚴格地控制；此外，保健酒的釀造工藝也需要得到持續(xù)改進與提升，出酒率和有效成分含量提高的同時，生產成本也能降低，以此深入推進我國保健酒產業(yè)優(yōu)質高效發(fā)展。

4 展望

紅曲霉在釀酒行業(yè)中的應用研究，今后可重點集中在如下方面：(1)為強化酒中生物活性物質和功能因子，紅曲霉可復合多菌種或多種食藥同源的原料共同發(fā)酵，深層次探究發(fā)酵過程中各個階段所產生的功能物質以及它們的作用機理、合成途徑、變化過程及相互關系，以便更好地控制和利用它們；(2)桔霉素是紅曲霉代謝過程中產生的一種極具腎毒性的真菌毒素，能誘發(fā)突變、致畸、致癌，關系著紅曲產品安全，但其在釀酒行業(yè)中的相關報道較為鮮見，應加強此方面的研究與監(jiān)測，通過同位素跟蹤了解紅曲霉代謝過程，而后加入相應抑制劑或優(yōu)化發(fā)酵工藝等手段降低或阻斷桔霉素生成；(3)采用基因誘變、基因重組等生物技術選育出安全、高產活性物質及有效成分的菌株，以提高紅曲霉應用于釀酒中的科技含量和安全性，使之與生態(tài)釀酒[49]相契合。

[1] SRIANTA I,RISTIARiINI S,NUGERAHANI I, et al.Recent research and development ofMonascusfermentation products[J].International Food Research Journal,2014,21(1):1-12.

[2] FENG Yan-li,SHAO Yan-chun,CHEN Fu-sheng.Monascus pigment[J].Applied Microbiology and Biotechnology,2012,96(6):1 421-1 440.

[3] LV XC,HUANG ZQ,ZHANG W,et al. Identification and characterization of filamentous fungi isolated from fermentation starters for HongQuglutinous rice wine brewing[J].The Journal of General and Applied Microbiology,2012,58(1):33-42.

[4] WANG Bo,ZHANG Xuehong,WU Zhenqiang,et al. Biosynthesis of Monascus pigments by resting cell submerged culture in nonionic surfact-ant micelle aqueous solution[J].Appl Microbiol Biotechnol,2016,100(16):7 083.

[5] 吉達維.功能紅曲影響膽固醇代謝相關基因的初步研究[D].天津:天津科技大學,2014.

[6] CHEN G,BEI Q,SHI K,et al.Saturation effect and transmembrane conversion of Monascus pigment in nonionic surfactant aqueous solution [J].Amb Express, 2017,7(1):24-35.

[7] 周文斌,賈瑞博,李燕,等.紅曲色素組分、功效活性及其應用研究進展[J].中國釀造, 2016, 35(7):6-10.

[8] ZHENG Y Q,XIN Y W,SHI X N,et at.Anti-cancer effect of rubropunctatin against human gastric carcinoma cells BGC-S23[J].Appl Microbiol Biotechn,2010,88(5):1 169-1 177.

[9] CHOE D,LEE J,WOO S,et al.Evaluation of the amine derivatives of Monascus pigment with anti-obesity activities[J].Food Chemistry, 2012,134(1):315-323.

[10] KIM JH,KIM YO,JEUN J.L-Trp and L-Leu-OEt derivatives of the Monascus pigment exert high anti-obesity effects on mice[J].Biosci Biotechn Biochem, 2010,74(2):304-308.

[11] VENDRUSCOLO F,BüHLER RMM,CARVALHO JCD,et al.Monascus: a reality on the production and application of microbial pigments[J].Applied Biochemistry and Biotechnology,2016,178(2):211-223.

[12] YULIANA A, SINGGIH M,JULIANTI E,et al.Derivates of azaphilone Monascus pigments[J].Biocatalysis and Agricultural Biotechnology,2017,9:1 -15.

[13] 王玲,吳軍林,吳清平.紅曲降血脂功能的研究及應用概況[J].食品工業(yè)科技,2014,35(8): 387-389;393.

[14] FUJIMOTO M,TSUNEYAMA K, CHEN SY,et al. Study of the effects of monacolin K and other constituents of red yeast rice on obesity, insulin-resistance, hyperlipidemia, and nonalcoholic steatohepatitis using a mouse model of metabolic syndrome[J].Evidence-Based Compl-ementary and Alternative Medicine,2012,2012(4):1-11.

[15] KWON HJ,BALAKRISHNAN B,KIM YK.Some Monascus purpureus genomes lack the monacolin K biosynthesis locus[J]. Journal of Applied Biological Chemistry,2016,59 (1):45-47.

[16] ZHANG Z,ALI Z,KHAN SI,et al.Cytotoxic monacolins from red yeast rice,a Chinese medicine and food[J].Food Chemistry,2016,202:262- 268.

[17] NISHIMURA M,YOSHIDA S,HARAMOTO M,et al.Effects of white rice containing enriched gamma-aminobutyric acid on blood pressure [J].Journal of Traditional and Complementary Medicine, 2016,6(1):66-71.

[18] ALI BH,ALSALAM S,ZA'ABI MA,et al.Renoprotective effects of gamma-aminobutyric acid (GABA) on cisplatin-induced acute renal injury in rats[J].Basic and Clinical Pharmacology and Toxicology,2015,116(1) :62-68.

[19] 袁國興.紅曲米中蛋白酶、酯化酶的活性研究[D].濟南:山東輕工業(yè)學院,2012.

[20] LUO HB,WEI CH,YUAN XL.Study on the metabolites of a bacteria strain producing esterifying synthetase[J].Advanced Materials Research,2012,550-553:1 080-1 084.

[21] 魏明英,鄔應龍,楊性民.紫紅曲霉發(fā)酵大米淀粉糖化酶的制備[J].糧油食品科技, 2005, 13(5):7-9.

[22] 鄭志勇,潘佩平.高糖化酶和高酯化能力的紅曲霉菌株篩選[J].山西科技,2016,31(6):44-46.

[23] 孫繼民,魏寶陽,陳曜蕓,等.高產糖化酶菌株的篩選與誘變育種[J].激光生物學報,2008, 17(6):802-806.

[24] 趙東,胡曉龍,彭志云,等.淺談紅曲霉在白酒中的應用[J].釀酒,2010,37(2):11-13.

[25] 王曉丹,胥思霞,班世棟,等.紅曲酯化酶粗酶制劑在濃香型青酒大曲酒生產中的應用研究[J].釀酒科技,2014(7):57-60.

[26] 張聰芝,葛向陽,張偉國.添加外源物質對紅曲霉固態(tài)發(fā)酵產酯化酶的影響[J].食品與生物技術學報,2012,31(11):1 221-1 225.

[27] YAO Jie,LIU Tongqiang.Evaluation of the competitiveness of China’s liquor enterprise based on factor analysis method[J].Atlantis Press, 2015,4:618-621.

[28] 郭季冬.紅曲霉桔霉素合成相關基因的篩選與功能驗證[D].天津:天津科技大學,2014.

[29] 倪莉,呂旭聰,黃志清,等.黃酒的生理功效及其生理活性物質研究進展[J].中國食品學報,2012,12(3):1-7.

[30] WU Z,XU E,LONG J,et al.Rapid measurement of antioxidant activity and γ-aminobutyric acid content of chinese rice wine by fourier-transform near infrared spectroscopy[J].Food Analytical Methods,2015,8(10):2 541-2 553.

[31] MOSTAFA ME,ABBADY MS.Secondary metabolites and bioactivity of the monascus pigments review article[J].Global Journal of Biotechnology and Biochemistry,2014,9 (1):1-13.

[32] 孫曉莎,任順成.天然食用色素的研究進展[J].食品研究與開發(fā),2016,37(18):198-201.

[33] 陳雪梅,陳巧珊,黎英.紅曲霉在甜米酒釀造中的應用研究[J].食品工業(yè)科技,2011, 32(1):181-183.

[34] 何冬萍,梁爽, 劉志彬,等.液態(tài)紅曲釀造紅曲黃酒的研究[J].中國食品學報,2016,16(12):133-140.

[35] 倪贊.中國黃酒保健功能的研究[D].杭州:浙江大學,2006.

[36] 黃敏欣,洪澤淳,趙文紅,等.紅曲對廣東客家黃酒發(fā)酵及產γ-氨基丁酸的影響[J].中國釀造,2016,35(10):46-50.

[37] 郭婉.清爽型銀耳黃酒釀造關鍵工藝及其體外抗氧化研究[D].福州:福建農林大學,2014.

[38] 郭曉旭,袁朝琪,李國瑩,等.高產Monacolin K純種紅曲培養(yǎng)條件的研究[J].工業(yè)微生物, 2016,46(1):27-30.

[39] BEDELKHAN A,任浩,章婷,等.紫色紅曲霉Mp-24高產Monacolin K發(fā)酵工藝響應面優(yōu)化[J].工業(yè)微生物,2016,46(5):23-30.

[40] 梁璋成,何志剛,劉淑梅,等.綠茶提取物對紅曲黃酒陳釀品質及寒熱性的影響[J].食品與發(fā)酵工業(yè),2016,42(4):120-125.

[41] 馮丹.荷葉營養(yǎng)保健酒的研發(fā)及其質量標準的制定[D].重慶:重慶大學,2014.

[42] 徐媛.抗疲勞太子參保健酒的研制與開發(fā)[D].福州:福建中醫(yī)藥大學,2014.

[43] 姜忠麗,楊平,龐文錄,等.糙米酵素紅曲酒的抗疲勞作用[J].沈陽師范大學學報(自然科學版),2013,31(4):488-493.

[44] 蒲立檸,陳光靜,闞建全.響應面試驗優(yōu)化青稞麩皮薏仁紅曲霉發(fā)酵工藝[J].食品科學,2017,38(2):264-270.

[45] 郭曉旭,王強,李國瑩,等.紅曲枸杞酒發(fā)酵工藝優(yōu)化研究[J].釀酒科技, 2015(5):79-82.

[46] 李謠,周海媚,黃丹丹.苦蕎紅曲保健酒的研制[J].食品工業(yè)科技,2014,35(17):201-205.

[47] 黃丹丹,周海媚,李謠,等.苦蕎紅曲保健酒的抗氧化活性[J].中國釀造,2014,33(6):99-102.

[48] 余有貴,曾豪.生態(tài)釀酒及其蘊含的產業(yè)思想溯源[J].食品與機械,2017,33(1):211-216,220.