李晶馬貴民 馮曉明 陳淑范 張玲 胡瑞君

（黑龍江生物科技職業(yè)學(xué)院食品生物系，黑龍江哈爾濱150025）

紅曲霉發(fā)酵產(chǎn)物Monacolin K的研究進(jìn)展與應(yīng)用*

李晶**馬貴民 馮曉明 陳淑范 張玲 胡瑞君

（黑龍江生物科技職業(yè)學(xué)院食品生物系，黑龍江哈爾濱150025）

Monacolin K是紅曲霉發(fā)酵的次生代謝產(chǎn)物，能顯著降低體內(nèi)膽固醇的合成水平。主要綜述了Monacolin K的理化性質(zhì)、在抑制膽固醇合成方面的作用機(jī)制及紅曲霉發(fā)酵過(guò)程中高產(chǎn)Monacolin K的途徑，并對(duì)Monacolin K的發(fā)展前景進(jìn)行了展望。

Monacolin K；紅曲霉；發(fā)酵產(chǎn)物

紅曲霉是一種小型絲狀腐生真菌，將其接種于大米得到的產(chǎn)物為紅曲米。紅曲米在我國(guó)應(yīng)用于傳統(tǒng)食品著色、防腐和治療消化不良、腹瀉、脾胃不和等疾病，已有幾百年的歷史了。1979年，日本學(xué)者遠(yuǎn)藤章教授從紅曲霉（Monascus ruber）的發(fā)酵產(chǎn)物中首次分離出一種可以降低膽固醇合成的生理活性物質(zhì)莫納克林K（Monacolin K或稱(chēng)為L(zhǎng)ovastatin，洛伐他?。?，Monacolin K的發(fā)現(xiàn)引起了各國(guó)學(xué)者的廣泛關(guān)注，同時(shí)也開(kāi)始了對(duì)Monacolin K的深入探索和研究。本文主要從Monacolin K的理化性質(zhì)、Monacolin K在抑制膽固醇合成方面的應(yīng)用及其如何獲得高產(chǎn)量MonacolinK的發(fā)酵途徑這3個(gè)方面闡述。

1 Monacolin K的理化性質(zhì)

Monacolin K在常態(tài)下為透明白色針狀晶體，不易溶于水、正巳烷、石油醚，易溶于甲醇、乙醇、丙酮、氯仿、苯等有機(jī)溶劑。Monacolin K有酸式和內(nèi)酯式2種結(jié)構(gòu)式，其分子式為C24H36O5，分子量為404，熔點(diǎn)為157℃～159℃。在甲醇中進(jìn)行紫外線光譜試驗(yàn)顯示較大吸收波長(zhǎng)為229 nm、237 nm、246 nm，在KBr中進(jìn)行紅外線光譜試驗(yàn)顯示吸收波長(zhǎng)為3 550 cm-1、2 970 cm-1、1 696 cm-1、1 220 cm-1。

2 Monacolin K抑制膽固醇合成機(jī)制

目前還發(fā)現(xiàn)了多種與Monacolin K結(jié)構(gòu)相似的其他Monacolin類(lèi)物質(zhì)，研究發(fā)現(xiàn)它們對(duì)膽固醇的合成都具有抑制作用，但從活性上來(lái)看，以Monacolin K的活力最強(qiáng)，現(xiàn)在在很多國(guó)家都已制成商品出售。

人體中調(diào)節(jié)膽固醇合成的關(guān)鍵酶是HMG-CoA還原酶，Monacolin K的酸式結(jié)構(gòu)與HMG-CoA還原酶結(jié)構(gòu)類(lèi)似，因此Monacolin K對(duì)HMG-CoA還原酶具有競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用，從而控制膽固醇的合成。此外，Monacolin K在降低體內(nèi)膽固醇合成的同時(shí)，可以增加體內(nèi)LDL受體的生成，LDL受體可以清除體內(nèi)LDL（低濃度蛋白）和LDL前體，降低體內(nèi)LDL的濃度水平，因此說(shuō)Monacolin K還具有促進(jìn)膽固醇的分解代謝的功能。

3 紅曲霉發(fā)酵高產(chǎn)MonacolinK的途徑

目前Monacolin K的生產(chǎn)主要依靠于紅曲霉發(fā)酵，但其產(chǎn)量很低。為了提高M(jìn)onacolin K的發(fā)酵產(chǎn)量，國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者利用紅曲霉菌種選育、發(fā)酵條件優(yōu)化和添加誘導(dǎo)劑等途徑，均取得了較好的效果。

3.1 紅曲霉菌種選育

對(duì)紅曲霉進(jìn)行菌種選育，是提高代謝產(chǎn)物Monacolin K產(chǎn)量的重要途徑。國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者采用不同的方法對(duì)Monacolin K的生產(chǎn)菌種進(jìn)行誘變處理，得到了較為理想的結(jié)果。

Suh SH等人利用γ-射線處理紅曲霉出發(fā)菌株孢子懸液，獲得了高產(chǎn)Monacolin K的突變株，其中KU609突變株Monacolin K的生產(chǎn)能力與親株相比，提高了近100倍。魏培蓮等人以紅曲霉Monascus MO為出發(fā)菌株，經(jīng)紫外線（UV）、硫酸二乙酯（DES）、氯化鋰（LiCl）等誘變劑反復(fù)誘變處理，經(jīng)高效液相色譜法檢測(cè)，獲得3株高產(chǎn)MonacolinK菌株，特別是誘變株M7，其MonacolinK的含量與出發(fā)菌株相比提高了近41倍。劉德海等人以紅色紅曲霉菌株M5為出發(fā)菌株，經(jīng)過(guò)紫外線誘變篩選，得到一株高產(chǎn)Monacolin K的功能性菌株M7，并對(duì)該菌株的生物學(xué)特性進(jìn)行了研究，認(rèn)為該菌株具有較好的遺傳穩(wěn)定性和較強(qiáng)的耐乙醇能力。陳芝林等人將高產(chǎn)Monacolin K的土曲霉Aspergillusterrus CA99與低產(chǎn)Monacolin K的紅曲霉Manastusanka M-3進(jìn)行原生質(zhì)體融合，獲得多株Monacolin K產(chǎn)量高于出發(fā)菌株的高產(chǎn)融合子，對(duì)其中一株F49進(jìn)行發(fā)酵培養(yǎng)，Monacolin K發(fā)酵單位達(dá)到了1 216 μg/mL。劉愛(ài)英等人采用UV和LiCl復(fù)合誘變的方法處理紅曲霉原始菌株Monascus purpureus ZZ紅曲菌，突變株經(jīng)發(fā)酵獲得Monacolin K的產(chǎn)量比原始菌株高近3倍，突變株和原始菌株的液體搖瓶發(fā)酵單位分別是219.9 g/mL和65.4 g/mL。

3.2 發(fā)酵條件優(yōu)化

通過(guò)對(duì)紅曲霉發(fā)酵過(guò)程中各種條件進(jìn)行優(yōu)化，可以促進(jìn)Monacolin K產(chǎn)量的增加。我國(guó)學(xué)者在這方面做了較多研究，從培養(yǎng)基的組成到發(fā)酵過(guò)程中的培養(yǎng)條件，均有相關(guān)報(bào)道。

3.2.1 培養(yǎng)基的優(yōu)化

廣東藍(lán)寶制藥有限公司周興挺等人利用均勻設(shè)計(jì)的試驗(yàn)方法，對(duì)Monacolin K生產(chǎn)用發(fā)酵培養(yǎng)基配方進(jìn)行了優(yōu)化，確定了碳源、氮源，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)原料國(guó)產(chǎn)化，發(fā)酵水平與原配方接近，但大大降低了生產(chǎn)成本。天津科技大學(xué)湯衛(wèi)華等人利用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)紅曲霉TQ57發(fā)酵生產(chǎn)Monacolin K的搖瓶發(fā)酵培養(yǎng)基進(jìn)行了優(yōu)化，試驗(yàn)結(jié)果顯示，MonacolinK的最適發(fā)酵碳源為甘油，最佳添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為14%，最適氮源為蛋白胨，最佳氮源質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%，在此條件下Monacolin K產(chǎn)量可達(dá)27.75 mg/L。浙江瑞邦藥業(yè)有限公司卜光明等人選用生物氮素和蛋白粉代替原配方中的蛋白胨和豆粕粉，對(duì)洛伐他汀發(fā)酵培養(yǎng)基進(jìn)行了優(yōu)化，確定了最佳發(fā)酵培養(yǎng)基配方，經(jīng)30 t發(fā)酵罐連續(xù)10批驗(yàn)證，平均產(chǎn)量達(dá)到10 790 mg/L，比原配方提高了13.5%，原材料消耗成本可降低10%以上。

3.2.2 培養(yǎng)條件的優(yōu)化

在培養(yǎng)條件的優(yōu)化上，我國(guó)學(xué)者多從發(fā)酵時(shí)間、初始pH、搖瓶轉(zhuǎn)數(shù)、裝液量等因素進(jìn)行研究，Monacolin K的產(chǎn)量均有提高。

浙江工業(yè)大學(xué)甘鋒等人采用Central Composite Design（CCD）響應(yīng)面分析方法，對(duì)紅曲霉菌株（Monascus ruberGMA4）固態(tài)發(fā)酵產(chǎn)Monacolin K的工藝條件進(jìn)行了優(yōu)化，確定產(chǎn)Monacolin K最佳工藝條件為：培養(yǎng)基初始含水量51.2%，32℃培養(yǎng)3d，再在26℃條件下培養(yǎng)17 d，在此條件下，Monacolin K產(chǎn)量達(dá)到15.49 mg/g，比優(yōu)化前所得到的Monacolin K產(chǎn)量11.03 mg/g提高了40.4%。危勤濤等人對(duì)紅曲霉GM026產(chǎn)洛伐他汀的液態(tài)發(fā)酵條件進(jìn)行了研究，確定了最佳發(fā)酵條件為培養(yǎng)溫度26℃，初始pH=5.0，接種量7%，250 mL三角瓶裝液量為50 mL，搖床轉(zhuǎn)速170 rad/min。在此述條件下，發(fā)酵培養(yǎng)14 d，洛伐他汀產(chǎn)量達(dá)到375.86 mg/L。江南大學(xué)許贛榮等人對(duì)不產(chǎn)桔霉素，高產(chǎn)開(kāi)環(huán)式Monacolin K的紅曲霉9901菌株的固態(tài)發(fā)酵條件進(jìn)行了研究，確定該菌株宜采取先30℃后26℃的變溫控制模式，物料初始水分含量宜控制在65%左右，能獲得較高產(chǎn)量Monacolin K。

3.3 誘導(dǎo)劑的添加

在發(fā)酵過(guò)程中添加誘導(dǎo)劑是提高目的產(chǎn)物生物合成效率的一種非常有效的方法。目前雖然紅曲霉發(fā)酵生產(chǎn)Monacolin K的生物合成調(diào)節(jié)機(jī)制還不是十分清楚，但很多學(xué)者在這方面做了許多嘗試，獲得了較好的效果。

中科院孫佳龍等人將從茶樹(shù)葉中分離得到的擲孢酵母濾液做為誘導(dǎo)劑，添加到紅曲霉培養(yǎng)液中，結(jié)果顯示Monacolin K的產(chǎn)量增加到446.92 mg/mL，比原來(lái)提高了6倍。臺(tái)灣Jyh-Jye Wang等人以紅曲霉NTU601為生產(chǎn)菌研究不同體積濃度乙醇對(duì)Monacolin K的產(chǎn)量影響，當(dāng)添加體積濃度0.5%乙醇時(shí)，Monacolin K的產(chǎn)量從原來(lái)的136 mg/kg到383 mg/kg，可見(jiàn)乙醇對(duì)Monacolin K的生成具有一定的促進(jìn)作用。趙樹(shù)欣等人在紅曲霉生長(zhǎng)過(guò)程中分別添加酵母破壁液、酵母和酵母乏液，發(fā)現(xiàn)均能提高M(jìn)onacolin K的產(chǎn)量，Monacolin K產(chǎn)量分別為48.06 mg/L、43.64 mg/L、44.79 mg/L，分別是對(duì)照組的1.38、1.26、1.29倍。天津科技大學(xué)朱振元等人也對(duì)酵母細(xì)胞對(duì)紅曲霉次生代謝產(chǎn)物的影響做了研究，發(fā)現(xiàn)在紅曲霉液態(tài)發(fā)酵中添加酵母細(xì)胞破壁液不僅可以增加色素的含量，同時(shí)也可以增加Monacolin K的產(chǎn)量。

4 展望

在我國(guó)患有動(dòng)脈硬化、冠心病、高血壓等疾病的人數(shù)正逐年增加，并趨于低齡化，心血管疾病正成為威脅人類(lèi)健康的主要疾病之一。目前，國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上出現(xiàn)的降脂類(lèi)藥物主要有辛伐他汀、脂必妥、血脂康等，它們的降脂機(jī)理都與Monacolin K有關(guān)。因此，加大對(duì)紅曲霉及其特殊功能成分的研究，有利于新型紅曲保健食品和降低膽固醇治療藥物的開(kāi)發(fā)，具有廣闊的市場(chǎng)和發(fā)展前景。

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Research progress and application of Monacolin Kby monascus

LI Jing**MAGui-min FENGXiao-ming CHENShu-fan ZHANGLing HURui-jun
（Department of food biotechnology，Heilongjiang vocational college biology science and technology，Heilongjiang Harbin 150025，China）

The secondary metabolites Monacolin K in Monascus can significantly reduce the level of cholesterol synthesis in body.This paper summarized the physical and chemical characteristics，the mechanism in inhibiting cholesterol biosynthesis on Monacolin K，and the productive way of Monacolin K in Monascus.Its future development was prospected.

Monacolin K；monascus；fermentation product

TS201.2+5

A

1673-6044（2014）02-0009-03

10.3969/j.issn.1673-6044.2014.02.004

，黑龍江省教育廳高職高專(zhuān)院?？蒲许?xiàng)目（12535122）。

**李晶，女，1978年出生，2001年畢業(yè)于齊齊哈爾大學(xué)遺傳學(xué)專(zhuān)業(yè)，副教授。

2014-03-05