2024年3月25日发(作者：小米6x电池)

红曲霉色素及代谢物研究进展

林凤; 李慧敏; 王玉梅; 毛瑞丰

【期刊名称】《《中国调味品》》

【年(卷),期】2019(044)012

【总页数】4页(P188-191)

【关键词】红曲霉; 红曲色素; 代谢产物

【作 者】林凤; 李慧敏; 王玉梅; 毛瑞丰

【作者单位】广西大学轻工与食品工程学院 南宁 530004

【正文语种】中 文

【中图分类】TS264.4

红曲霉属于子囊菌，能产生耐热的子囊孢子，且红曲霉能在缺氧、高酸和高盐浓度

下生存[1]。红曲霉可用于酿酒(黄酒、果酒和药酒)、制作发酵食品(腐乳、酱菜)、

食品着色及保健品等。红曲产品在亚洲地区广为流传，常见的为由大米发酵制成的

红曲米，简称红曲，其被当做功能性食品已有数千年历史[2]。红曲最初被记载于

《饮膳正要》，别名为赤曲、丹曲、红米、福曲、红大米、红槽等。《本草纲目》

中对其评价为“此乃人窥造化之巧者也”，“奇药也”。此外，在《本草衍义补

遗》、《医林纂要》等中药典籍中也均对红曲有记载。

为研究红曲米中真菌多样性，采用以宏基因高通量测序技术为导向的真菌鉴定和检

测方法对广西不同地区的红曲米进行检测，探究红曲米中真菌的群落种类、数量，

获取其多样性信息。

1 材料和方法

1.1 样品来源

红曲米：采集于广西大瑶山不同地区。

1.2 试剂和仪器

Mag-Bind Soil DNA Kit试剂盒：OMEGA公司；Qubit 3.0 DNA检

测试剂盒：Life公司；2×Taq Master Mix：Vazyme公司；MagicPure Size

Selection DNA Beads：TransGen公司。

台式离心机 Thermo Fisher公司；漩涡混合器 海门市其林贝尔仪器制造有限公司；

混匀型干式恒温器 深圳拓能达科技有限公司；电泳仪电源、电泳槽 北京市六一仪

器厂；凝胶成像系统 美国UVP公司；Qubit® 3.0荧光计 Invitrogen公司；PCR

仪 BIO-RAD公司；移液器 Eppendorf公司。

1.3 方法

高通量测序委托生工生物工程(上海)股份有限公司进行。

2 结果

根据研究发现3个样品中JJH和LZ的真菌种类具有较高的相似性，而LB红曲米

中真菌种类与另外2种有差异，且在3个样品中，真菌存在的比例也不相同(见图

1)，丰度最大的为红曲霉。

图1 广西不同地区红曲米样品真菌聚类树及真菌丰度柱状图Fig.1 Fungal

dendrogram and abundance histogram of Monascus samples from

different regions of Guangxi

对3个红曲样品中检测出的真菌进行分类，发现其中真菌主要是红曲属、酵母属、

曲霉属、节担菌属、枝孢属等。在39种真菌中，紫红曲霉、Diutina

mesorugosa、克鲁伊假丝酵母、产膜毕赤酵母、Sordariomycetes sp.在3个样

品中均存在，见表1和表2。

表1 3个样品中检出的真菌Table 1 Fungi detected from the three samples 层

门 纲 目 科属种检出数量4(2)9(3)14(4)24(6)32(7)39(1)注：括号中为其中包含的

未分类的真菌数。

表2 广西不同地区红曲米样品中所含的真菌种类Table 2 Fungi species

contained in Monascus samples from different regions of Guangxi中文名学

名(种水平)LZJJHLB紫红曲霉Monascus purpureus+++发面酵母Kazachstania

humilis--+未定地位酵母Saccharomycetales famIncertae sedis sp.-++皱落假

丝酵母Diutina rugosa++--Millerozyma miso-++-Diutina mesorugosa+++-

Cyberlindnera fabianii-++unclassified+++克鲁伊假丝酵母Candida

kruisii+++-Trichosporon insectorum-++-Candida orthopsilosis-++产膜毕

赤酵母Pichia membranifaciens+++-Sordariomycetes sp.+++

续 表中文名学名(种水平)LZJJHLB-Clavispora lusitaniae+-+-Wallemia

tropicalis++-帚状曲霉Aspergillus penicillioides-+--Candida metapsilosis--

+真菌属Fungi sp.-+--Papiliotrema nemorosus-++镰胞菌Fusarium sp.-++-

Phaeoacremonium rubrigenum-+--Kwoniella heveanensis--+啤酒酵母

Saccharomyces cerevisiae--+-Millerozyma farinosa--+皮炎外瓶霉Exophiala

dermatitidis-+-异常威克汉姆酵母Wickerhamomyces anomalus+---

Meyerozyma caribbica--+-Clonostachys sp.--+-Eupenidiella venezuelensis-

+--Cladosporium halotolerans-+--Candida theae+--中间曲霉Aspergillus

intermedius-+-子囊菌属Ascomycota sp.+--双胞球腔属 Didymella sp.-+-缪斯

双胞球腔菌Didymella musae-+--Apiotrichum loubieri+--银耳属Tremellales

sp.-+-酵母属Saccharomycetales sp.--+奥默柯达菌Kodamaea ohmeri--+注：

“+”表示样品中含有的菌种；“-”表示样品中不含有的菌种。

3 红曲霉综述

红曲霉发酵的过程中，产生色素、莫纳可林、γ-氨基丁酸(GABA)等次生代谢物，

这些次生代谢物可用于食品着色剂、制作降胆固醇和降压药物，可见红曲具有很高

的经济价值。近几年，对红曲霉的研究主要集中在优良菌株的筛选及培养条件的优

化。

3.1 红曲霉色素

食品加工通常会导致食品色泽的变化，因此往往需要色素来改善其不良色泽，但目

前对合成色素的研究表明其具有潜在的致癌物和致突变性，且可能导致某些儿童疾

病[3]。因此，天然色素的生产就显得尤为重要。

红曲霉色素(Monascus pigments，MP)是红曲霉发酵的次生代谢产物。红曲霉能

合成31种颜色，其中最为主要的是红色素、橙色素和黄色素，它们是苯并呋喃类

混合物。目前红色素中能明确结构式的为红斑胺素、红曲红胺素；橙色为红斑红曲

素和红曲红素；黄色为红曲素和安卡红曲黄素[4]。

3.1.1 色素产量的影响因素

据报道[5]，红曲霉色素的产量及质量受环境pH值、碳源、氮源、温度等发酵条

件的影响，此外，由于色素多存在于细胞内且色素多具有疏水性，因此色素总产量

受细胞反馈抑制影响较大[6]。Chen Gong等[7]研究表明，细胞外色素的产量与

菌丝形态及细胞内颗粒状包裹体累积有关，菌丝体较短，能产生较多的红曲霉色素

[8]。

3.1.2 红曲霉色素的提取

非离子表面活性剂提取发酵是生产红曲霉色素的潜在方法[9]。该方法通过分阶段

分批补料方式，增加红曲霉色素的产量。第一阶段收集发酵的全细胞，第二阶段将

全细胞作为生物催化剂来提取发酵生产色素。该过程利用的是非离子表面活性剂与

极性弱的离子溶质形成混合胶束的特点。虽然该方法深层机制仍需进一步研究，但

其可实现细胞密度高和颜料滴度高的优点[10]。

3.1.3 色素合成的基因

Balakrishnan B等[11]的研究发现，红曲霉色素合成的关键基因是mppR1和

MpPKS5基因簇。且有研究表明[12]，还原酶基因mppE能控制聚酮化合物途径

中橙色素向黄色素的转变。即还原酶基因mppE控制黄色素的产生，当其表达过

度时，促进黄色素的产生，当使其定向失活时，橙色素和红色素产量增加。此外，

另一项研究[13]发现在mppE基因失活的菌株中，橙色素产量明显下降，而黄色

素产量没有明显改变，这表明黄色素的产生可能存在其他途径。

3.2 红曲霉代谢物的生物活性

红曲制品对控制血胆固醇，降血压，控制肥胖和预防癌症的作用目前研究颇多。此

外，有研究表明[14]，红曲对骨密度和骨强度有增强作用。

莫纳可林是降血脂的经济、有效的药物，可由红曲霉、土曲霉经由固态发酵(SSF)

和深层发酵(SMF)等方式产生[15]。3-羟基-3-甲基-戊二酰辅酶是胆固醇合成的关

键限速酶，莫纳可林因其与底物结构类似而对其产生竞争性抑制，因此作为治疗高

胆固醇血症的常用药物，且能够降低低密度脂蛋白胆固醇含量[16]。

γ-氨基丁酸(GABA)是一种四碳的非蛋白质的氨基酸，它是哺乳动物神经系统主要

的抑制性的神经递质，参与脑循环生理活动。其具有降血压、镇静安神等功能[17]。

3.3 红曲霉发酵产生的桔霉素

桔霉素[(3R，4S)-4,6-二氢-8-羟基-3,4,5-三甲基-6-氧代-3H-2-苯并吡喃-7-羧酸]，

其分子结构见图2，是一种聚酮化合物霉菌毒素。在红曲霉发酵产生色素的过程中，

会伴随产生桔霉素[18]。桔霉素熔点为175～178.5 ℃，难溶于冷水，微溶于热水，

可溶于氢氧化钠、碳酸钠、乙酸钠及极性有机溶剂。pH 4.6时为柠檬黄针状的固

体，pH 9.9时为樱桃红色[19]。其产量主要受红曲霉菌丝形态和呼吸速率的影响

[20]。

图2 桔霉素分子结构Fig.2 The molecular structure of citrinin

现有研究表明，桔霉素对人等哺乳动物的肾脏和肝脏有毒害作用，此外，其还具有

生殖毒性、免疫毒性、致癌性且能够导致细胞凋亡[21]。但目前，对其毒性作用机

理仍不明确。除其毒害作用外，也有证据表明[22]不同浓度的桔霉素对一些菌，如

金黄色葡萄球菌、志贺氏痢疾杆菌、鼠伤寒沙门氏菌、霍乱弧菌等有抑制作用。

3.4 桔霉素的风险控制

在工艺生产过程中，通过发酵工艺优化使食品中桔霉素的含量降低到一定范围内，

从而提高食品的安全。李玲等[23]研究表明利用微生物混合发酵法能够从根本上防

治桔霉素的产生。此外，在发酵过程中，添加少量脂肪酸和甲基酮不仅对色素的产

量不产生影响而且可阻抑桔霉素的产生。陈慎等[24]则发现，高产桔霉素菌株用大

米粉作碳源，能达到色素含量高且能控制桔霉素产量的目的，对于低产桔霉素的菌

株，选择麦芽糖作为碳源且用硫酸铵作为氮源，可达到高色素低桔霉素的目的。此

外，还可通过基因工程技术敲除合成桔霉素关键基因pksCT[25]来构建不产桔霉素

且高产红曲色素的菌株。

4 讨论

我国主要生产和出口经济价值低的红曲色素，而日本等国家却主要开发经济价值高

的红曲保健食品，因此，我国红曲制品仍具有极大潜力。通过对红曲米样品中微生

物多样性分析得出不同微生物的丰度，来探索不同菌株在红曲制品中的存在情况，

为后续研究红曲制品发酵机理提供了参考依据。目前，虽然对于红曲霉色素生产代

谢已在分子生物学水平上进行了研究[26]，但利用分子生物学技术对红曲霉代谢机

理的研究仍有空白。此外，探寻红曲米中桔霉素的快速检测也是重要的研究方向。

而对于红曲霉产桔霉素的研究多局限于限制或阻止其产生，且主要研究其毒理作用。

虽然桔霉素分子结构中具有活性OH基团[27]，但目前有关桔霉素生物活性及作用

机制的研究仍处于模糊阶段。因此，需要更多的研究来阐明红曲霉代谢产物的生产

和作用机制及其潜在的有益或有害作用。

参考文献：

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