伍忠玲，劉振民*

（乳業(yè)生物技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海乳業(yè)生物工程技術(shù)研究中心，光明乳業(yè)股份有限公司乳業(yè)研究院，上海 200436）

紅曲，又名紅曲米，是由大米為原料，經(jīng)過(guò)紅曲霉發(fā)酵而成的米曲。漢代王粲在《七釋》中寫道“西旅游梁，御宿素餐，瓜州紅曲參糅相拌軟滑膏潤(rùn)入口流散”，表明紅曲在我國(guó)已經(jīng)有上千年的歷史[1-3]。紅曲霉是一類絲狀腐生真菌，在適當(dāng)?shù)臈l件下，紅曲霉能夠生成淀粉酶、酯化酶和糖化酶等初級(jí)代謝產(chǎn)物，也能生產(chǎn)紅曲色素（Monascuspigments，MPs）、Monacolin K和γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid，GABA）等有益的次級(jí)代謝產(chǎn)物[4-5]。隨著研究的不斷深入，發(fā)現(xiàn)紅曲霉次級(jí)代謝產(chǎn)物具有食品發(fā)酵著色、降血壓、降血脂、抗細(xì)菌真菌及抗癌在內(nèi)的多種重要功能。目前已有研究顯示紅曲霉能夠用于乳制品新產(chǎn)品的研發(fā)，包括紅曲輔助發(fā)酵干酪、紅曲著色的牛乳及紅曲輔助發(fā)酵酸乳等相關(guān)產(chǎn)品，具有良好的風(fēng)味及功能，但是紅曲霉發(fā)酵過(guò)程會(huì)產(chǎn)生具有腎臟毒性的橘霉素，嚴(yán)重限制紅曲霉在乳制品中的應(yīng)用[5-8]。本文對(duì)紅曲霉次級(jí)代謝產(chǎn)物的研究進(jìn)展及其在乳制品中的應(yīng)用進(jìn)行總結(jié)，可為紅曲霉在乳制品中的安全開(kāi)發(fā)提供科學(xué)依據(jù)。

1 紅曲霉次級(jí)代謝產(chǎn)物

1.1 MPs

MPs是由紅曲霉發(fā)酵而成的優(yōu)質(zhì)天然食用色素，作為活性功能成分廣泛應(yīng)用于食品、化妝品和醫(yī)藥等行業(yè)[9]。MPs由橙色素、黃色素和紅色素構(gòu)成[10]，其中橙色素包括紅斑紅曲胺和夢(mèng)那玉紅等化合物；黃色素包括紅曲素和安卡紅曲黃素等化合物；紅色素包括紅斑胺素、紅曲紅胺、N-戊二?；t斑胺、N-戊二酰基紅曲紅胺、N-葡萄糖基紅斑胺和N-葡萄糖基紅曲紅胺等化合物[11]。

1.1.1 合成途徑

MPs的合成首先由1 分子乙酰輔酶A與3 分子丙二酰輔酶A在Ⅰ型聚酮合成酶（polyketone synthetase，PKS）催化作用下形成四酮體（丁烯酮），隨后通過(guò)聚酮化合物合成反應(yīng)形成己酮發(fā)色團(tuán)，己酮發(fā)色團(tuán)與脂肪酸合成途徑產(chǎn)生的中長(zhǎng)鏈脂肪酸形成橙色素，橙色素分別通過(guò)還原反應(yīng)，以及與氨基酸進(jìn)行氨化反應(yīng)形成黃色素和紅色素[8]（圖1）。

圖1 MPs的合成途徑Fig.1 Biosynthetic pathway of MPs

1.1.2 生物活性

目前研究發(fā)現(xiàn)MPs具有抗炎、抗細(xì)菌和抗腫瘤等生物活性。自然分離到的紫色紅曲霉（Monascus purpureus）BCRC 38110菌株所產(chǎn)生的次級(jí)代謝產(chǎn)物具有抗炎活性[12]。MPs能夠抑制誘導(dǎo)型一氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthase，iNOS）及環(huán)氧合酶-2的表達(dá)，抑制一氧化氮和前列腺素E2的形成，從而介導(dǎo)卵清蛋白誘導(dǎo)的人THP-1單核細(xì)胞炎癥中的抑制作用[13]。M.purpureusNTU 568菌株所產(chǎn)生的黃色素和橙色素可以抑制iNOS蛋白水平，抑制腫瘤壞死因子、白細(xì)胞介素-1β和白細(xì)胞介素6的合成，從而抑制脂多糖誘導(dǎo)的鼠源巨噬細(xì)胞RAW 264.7炎癥[14]。

由MPs產(chǎn)生的一些氨基酸衍生物具有抗細(xì)菌活性，研究發(fā)現(xiàn)，相比于對(duì)照組紅曲素的最小抑菌質(zhì)量濃度（minimum inhibitory concentration，MIC）32 μg/mL，由MPs產(chǎn)生的L(D)-苯丙氨酸及L(D)-酪氨酸衍生物抑制革蘭性陰性菌和陽(yáng)性菌的MIC為4～8 μg/mL。此外，MPs氨基酸衍生物也能夠拮抗包括曲霉、青霉在內(nèi)的真菌[11]。

大多數(shù)慢性疾病的發(fā)生與自由基的存在相關(guān)，例如癌癥、糖尿病和心血管疾病等[15]。由紅色紅曲霉（Monascus ruber）CGMCC 10910菌株產(chǎn)生的黃色素具有較高的氧自由基清除能力，并且能夠抑制人乳腺癌細(xì)胞系（michigan cancer foundation-7，MCF-7）的生長(zhǎng)和遷移，抑制基質(zhì)金屬蛋白酶和血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子的表達(dá)，具有抗腫瘤活性[16]。此外，MPs及其衍生物可以通過(guò)有效抑制丙型肝炎病毒NS5B RNA聚合酶活性來(lái)抑制丙型肝炎病毒復(fù)制[17]。

1.2 Monacolin K

Monacolin K（又稱Lovastati）是1979年日本學(xué)者遠(yuǎn)藤章教授從M.ruber發(fā)酵產(chǎn)物中分離出的一種可以降低膽固醇合成的生物活性物質(zhì)。Monacolin K通過(guò)抑制3-羥-3-甲戊二酸單酰輔酶A還原酶的活性來(lái)抑制膽固醇的合成，從而具有降血脂的功能[18]，因此，Monacolin K被逐漸應(yīng)用于醫(yī)藥行業(yè)。

1.2.1 合成途徑

Monacolin K的合成首先通過(guò)洛伐他汀十酮體合成酶（lovastatin nonaketide synthase，LNKS）和烯酰還原酶共同催化1 分子丙二酰輔酶A和9 分子乙酰輔酶A合成1 種九酮化合物二氫Monacolin L，并經(jīng)過(guò)催化反應(yīng)和氧化反應(yīng)生成Monacolin J。此外，洛伐他汀二酮合成酶（Lovastatin dione synthetase，LDKS）催化1 分子丙二酰輔酶A和2 分子乙酰輔酶形成甲基丁酰輔酶A，與Monacolin J通過(guò)酯基轉(zhuǎn)移形成Monacolin K（圖2）[19]。

圖2 Monacolin K的合成途徑Fig.2 Biosynthetic pathway of monacolin K

1.2.2 生物活性

Monacolin K除了降血脂功能外，還具有抗炎、抗癌及神經(jīng)保護(hù)的生物活性功能[18]。研究發(fā)現(xiàn)Monacolin K能夠通過(guò)抑制甲羥戊酸合成相關(guān)基因的表達(dá)來(lái)抑制膽固醇合成，能夠有效抑制小鼠肝癌腫瘤的生長(zhǎng)[15,17]。Monacolin K可以減少HCT-116和HT-29人源結(jié)腸癌細(xì)胞的增殖，并誘導(dǎo)癌細(xì)胞的凋亡[20]。Monacolin K的衍生物對(duì)神經(jīng)生長(zhǎng)因子分化的PC12細(xì)胞具有保護(hù)作用[21]。在M.purpureusNTU 568菌株中產(chǎn)生的Monacolin K可以通過(guò)抑制小G蛋白介導(dǎo)的炎癥來(lái)抑制Aβ1-40神經(jīng)毒性[22]。此外，Monacolin K具有抗病原細(xì)菌和真菌的生物活性，研究發(fā)現(xiàn)，Monacolin K能夠通過(guò)抑制病原真菌麥角甾醇合成基因ERG11和ERG3的轉(zhuǎn)錄水平來(lái)抑制其生長(zhǎng)，從而起到抗病原真菌的效果[21]。

1.3 GABA

GABA是一種廣泛存在于生物體中的非蛋白質(zhì)氨基酸，具有降血壓、抗氧化、抗腫瘤和抗焦慮等生物活性，許多微生物可以產(chǎn)生GABA，包括細(xì)菌和真菌[23]。

1.3.1 合成途徑

生物體中GABA的合成主要通過(guò)谷氨酸脫羧途徑進(jìn)行，由谷氨酸在谷氨酸脫羧酶的作用下生成GABA[24]。

1.3.2 生物活性

目前關(guān)于GABA在神經(jīng)保護(hù)、降血壓、降血糖、抗癌等領(lǐng)域的作用逐漸被揭示，研究發(fā)現(xiàn)，GABA對(duì)神經(jīng)毒性誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡具有保護(hù)作用，也可以保護(hù)神經(jīng)內(nèi)分泌PC-12細(xì)胞免受MnCl2誘導(dǎo)的損傷，提高細(xì)胞活力，減少乳酸脫氫酶的釋放，GABA也可以抑制血管緊張素Ⅰ轉(zhuǎn)化酶的活性，起到降血壓的作用[25-28]。此外，GABA可以通過(guò)有效刺激胰島素的釋放，防止胰腺損傷，通過(guò)抑制靶基因的表達(dá)與活性以及影響DNA復(fù)制過(guò)程來(lái)抑制癌細(xì)胞的生長(zhǎng)[29-32]。

1.4 橘霉素

橘霉素是紅曲霉發(fā)酵過(guò)程中可產(chǎn)生的對(duì)人體具有腎毒性、胃毒性及誘導(dǎo)癌癥發(fā)生的有害次級(jí)代謝產(chǎn)物[33]。

1.4.1 合成途徑

橘霉素合成首先通過(guò)1 分子乙酰輔酶A與3 分子丙二酰輔酶A在PKS催化作用下形成四酮體，其次，四酮體與丙二酰輔酶A縮合，最后通過(guò)甲基化、縮合、還原、甲氧基化、還原、氧化和脫水等步驟生成橘霉素[34]（圖3）。

圖3 橘霉素合成途徑Fig.3 Biosynthetic pathway of citrinin

1.4.2 生物活性

橘霉素除了會(huì)對(duì)腎臟造成毒性作用，也會(huì)影響肝臟功能。研究發(fā)現(xiàn)，橘霉素會(huì)影響小鼠活性氧（reactive oxygen species，ROS）的產(chǎn)生，并且增加Ca2+的積累，導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)壓力介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡信號(hào)蛋白水平上調(diào)，從而導(dǎo)致肝細(xì)胞凋亡，造成肝毒性[35-36]。此外，橘霉素可以通過(guò)氧化應(yīng)激反應(yīng)影響小鼠卵母細(xì)胞成熟[31]。

2 紅曲霉次級(jí)代謝產(chǎn)物合成的調(diào)控

紅曲霉因其有益次級(jí)代謝產(chǎn)物的生物活性而具有很好的應(yīng)用價(jià)值，然而因橘霉素的存在而受到阻礙，因此，找到高產(chǎn)有益代謝產(chǎn)物、低產(chǎn)甚至不產(chǎn)橘霉素的調(diào)控策略至關(guān)重要[37]。目前研究表明，調(diào)控紅曲霉次級(jí)代謝產(chǎn)物的合成可以通過(guò)自然分離的菌株選育、改變溫度和光照等環(huán)境因子以及基因突變等策略來(lái)實(shí)現(xiàn)[9]。

2.1 菌株

自然分離的不同紅曲霉菌株產(chǎn)次級(jí)代謝產(chǎn)物的能力有所區(qū)別，目前篩選高產(chǎn)有益次級(jí)代謝產(chǎn)物，并且低產(chǎn)橘霉素的紅曲霉菌株是研究熱點(diǎn)之一[37]。Feng Yanli等[38]從紅曲米中分離到1 株叢毛紅曲霉（Monascus pilosus）MS-1，在發(fā)酵14 d后，該菌株在液態(tài)發(fā)酵基質(zhì)中能產(chǎn)無(wú)橘霉素污染的Monacolin K，產(chǎn)量達(dá)0.58 mg/mL，在固態(tài)發(fā)酵基質(zhì)中能產(chǎn)Monacolin K達(dá)16.45 mg/g，并且該菌株無(wú)橘霉素合成相關(guān)基因CTNA、PKSCT、CTNE和CTNR。莊月娥等[39]以福建省古田縣不同品牌的紅曲米為原料，篩選到1 株高產(chǎn)Monacolin K、低產(chǎn)橘霉素的菌株紅曲霉M8，在發(fā)酵10 d后，該菌株產(chǎn)橘霉素的含量為1.40 μg/g，Monacolin K含量為3 950 μg/g。毛繼龍等[40]從紅曲霉中分離到1 株M.purpureusM4菌株，具有高產(chǎn)洛伐他汀的能力。

2.2 培養(yǎng)基組成

培養(yǎng)基中碳源和氮源的成分影響紅曲霉生長(zhǎng)發(fā)育及次級(jí)代謝產(chǎn)物的產(chǎn)生。相比于馬鈴薯渣水解物，直接利用馬鈴薯渣培養(yǎng)基發(fā)酵7 d后，M.purpureusCH01產(chǎn)生的Monacolin K達(dá)到34.5 μg/mL，而在30 ℃條件下產(chǎn)生的Monacolin K僅有2.11 μg/mL，此外，產(chǎn)生的紅色素、黃色素及總色素含量分別達(dá)27.8、19.7、1 187.5 OD units/mL，分別增產(chǎn)27.9%、19.4%及46.3%，橘霉素的合成量降低22.6%[41]。利用稻草水解物作為深層發(fā)酵基質(zhì)，能夠促進(jìn)MPs的合成，同時(shí)也可以降低生產(chǎn)成本。M.purpureusM3103菌株在NH4Cl或NH4NO3處理下，MPs產(chǎn)量增加，橘霉素的產(chǎn)量降低[42]。

2.3 溫度

溫度影響紅曲霉次級(jí)代謝產(chǎn)物的合成。先前研究表明，在25 ℃發(fā)酵時(shí)，紅曲霉發(fā)酵產(chǎn)生的Monacolin K達(dá)34.5 μg/mL，而在30 ℃條件下產(chǎn)生的Monacolin K僅有2.11 μg/mL。相比于30 ℃的發(fā)酵條件，在25 ℃條件下，Monacolin K的合成基因MKA、MKD、MKE、MKF、MKG、MKH和MKI的表達(dá)量顯著上調(diào)[43]。紅曲霉J101菌株在25 ℃發(fā)酵條件下，MPs產(chǎn)量也遠(yuǎn)高于30 ℃時(shí)的MPs產(chǎn)量[44]。此外，溫度影響不同色素的合成，在適當(dāng)?shù)母邷靥幚硐拢琈.ruberCGMCC 10910能產(chǎn)生水溶性的黃色素，當(dāng)溫度達(dá)到35 ℃時(shí)，黃色素的合成量顯著上升，色素合成相關(guān)基因表達(dá)量顯著上調(diào)[45]。

2.4 pH值

pH值是影響微生物生長(zhǎng)和代謝活性的重要因素之一。pH值低于2.0或高于8.5，真菌的生長(zhǎng)及次級(jí)代謝產(chǎn)物的合成會(huì)受到顯著抑制[46]。研究發(fā)現(xiàn)，氮源直接影響培養(yǎng)環(huán)境最終的pH值，從而調(diào)控紅曲霉發(fā)酵形成的MPs構(gòu)成及橘霉素的合成，在含有(NH4)2SO4或谷氨酸鈉作為氮源的培養(yǎng)條件下，當(dāng)初始pH 2時(shí)，紅曲霉產(chǎn)生橙色素的過(guò)程中不產(chǎn)生橘霉素[7]。此外，不同的pH值影響不同紅曲色素的合成，在pH 2.5或4.0時(shí)，安卡紅曲霉（Monascus anka）GIM 3.592菌株在胞內(nèi)主要合成橙色素，胞外主要合成黃色素，當(dāng)pH 6.0時(shí)，紅曲霉能夠充分利用氮源合成紅色素。類似地，在低pH值環(huán)境下，M.ruberCCT 3802菌株中主要合成橙色素，高pH值環(huán)境下合成紅色素[10]。

2.5 光

光是真菌的重要信號(hào)，不同的光照處理可以促進(jìn)或抑制真菌的發(fā)育和次級(jí)代謝產(chǎn)物的合成。紅光和藍(lán)光會(huì)影響紅曲霉菌絲體的發(fā)育、孢子的產(chǎn)生及次級(jí)代謝產(chǎn)物的合成[9]。在M.pilosusIFO4520菌株中，紅光能夠抑制菌絲的生長(zhǎng)，藍(lán)光促進(jìn)菌絲的生長(zhǎng)，相比于黑暗條件下，紅光與藍(lán)光能同時(shí)促進(jìn)GABA的合成，但是紅光能夠促進(jìn)橘霉素的合成，藍(lán)光抑制橘霉素的合成[47]。M.ruberCCT380菌株在紅膜覆蓋的條件下生長(zhǎng)，紅色素合成量和生物量的最大值分別達(dá)到8.32 UA和8.82 g/L，顯著高于正常及黑暗培養(yǎng)條件下紅色素的合成量[48]。M.ruberM7菌株在低強(qiáng)度的藍(lán)光（500 lx）下培養(yǎng)，色素合成相關(guān)基因MPIGA、MPIGB和MPIGJ的表達(dá)量顯著上調(diào)，MPs合成量顯著增加，但不影響橘霉素的合成[9,49]。在M.purpureusM9菌株中，藍(lán)光能夠通過(guò)調(diào)控1 個(gè)非編碼RNA（AOANCR）負(fù)調(diào)控MROAX基因，影響橘霉素的合成[50]。

2.6 溶解氧

在微生物發(fā)酵過(guò)程中，溶解氧影響次級(jí)代謝產(chǎn)物的合成。在溶解氧15%～25%條件下，M.purpureusFDSJA-01菌株菌絲生長(zhǎng)緩慢，紅曲色素的產(chǎn)量隨著溶解氧體積分?jǐn)?shù)的升高而上升，在溶解氧35%～45%的條件下，菌株合成的MPs含量最高[9]。M.purpureusATCC 36928在溶解氧60%的條件下，紅色素和橘霉素的產(chǎn)量分別上升106%和257%[51]。

2.7 外源化合物

向培養(yǎng)基中添加一些化合物能夠影響紅曲霉次級(jí)代謝產(chǎn)物的合成。例如，在培養(yǎng)基中添加C7H15COONa后，M.ruberCCT 3802菌株MPs合成量上升。在發(fā)酵2 d時(shí)添加LaCl3，可以使M.purpureus發(fā)酵產(chǎn)生的MPs達(dá)到124.10 μg/mL，菌株自身生物量達(dá)33.10 g/L，此外，胞外和胞內(nèi)橘霉素的產(chǎn)量分別降低59.93%和38.14%，并且發(fā)現(xiàn)LaCl3處理后，MPs合成基因PKSPT、MPPB、MPPD、FASB2及PKS5表達(dá)量顯著上調(diào)，橘霉素合成基因CTNA、KSCT及MPPC表達(dá)量顯著下調(diào)[52]。在發(fā)酵過(guò)程中添加0.02 mol/L NaCl發(fā)酵10 d后，黃色素、橙色素、紅色素及Monacolin K產(chǎn)量分別提高1.7、1.4、1.4、1.4 倍，橘霉素產(chǎn)量降低48%，但不影響紅曲霉的細(xì)胞生長(zhǎng)，在此過(guò)程中，橘霉素合成基因PKSCT和CTNA的表達(dá)水平顯著降低，MPs合成基因PKSPT和PIGR表達(dá)水平顯著上調(diào)，此外，NaCl添加后能夠促進(jìn)紅曲霉ROS迸發(fā)，導(dǎo)致酸性磷酸酶和堿性磷酸酶活性上升[53]。在M.purpureusHJ11菌株中，環(huán)腺苷酸磷酸酶信號(hào)途徑參與色素的合成，外源施加環(huán)磷酸腺苷（cyclic adenosine monophosphate，cAMP）能夠促進(jìn)色素的合成，當(dāng)cAMP磷酸二酯酶編碼基因缺失后，cAMP信號(hào)途徑被激活，色素合成增加[54]。添加大豆異黃酮可以使橘霉素的產(chǎn)量降低96%[51]。外源添加3 μg/mL氟康唑能夠促進(jìn)M.purpureusNMCC-PF01菌株胞內(nèi)色素的釋放，提高M(jìn)Ps的產(chǎn)量[55]。

2.8 菌株誘變技術(shù)

常規(guī)的誘變技術(shù)也被應(yīng)用于紅曲霉菌株的篩選。在12C6+離子束（80 MeV/u，200 Gy）誘導(dǎo)下，篩選到1 株紫色紅曲霉突變株BWY-5，發(fā)現(xiàn)該菌株中MPIGF、MPIGG和MPIGH基因缺失，CTNE、CTNH和CTNI基因表達(dá)量下調(diào)，MPIGM基因表達(dá)量上調(diào)，此外，該菌株能夠充分利用氮源產(chǎn)生胞外黃色素，并且在該菌株中并未檢測(cè)到橘霉素[56]。通過(guò)同步輻射光源誘變紅曲霉M.purpureusKUPM5菌株，篩選到3 株突變株，分別為SC01、SC02和SC03。相比于野生型，突變株都能高產(chǎn)Monacolin K，其中SC02菌株在高產(chǎn)Monacolin K的同時(shí)，產(chǎn)MPs等其他次級(jí)代謝產(chǎn)物的能力并未受到影響[57]。桂艷玲等[58]通過(guò)紫外誘變，獲得紅曲霉1YM10和紅曲霉3YM29-1菌株，橘霉素的產(chǎn)量分別降低76.09%和81.53%，并且紅曲霉1YM10對(duì)枯草芽孢桿菌有很強(qiáng)的抑菌活性。

2.9 基因敲除與過(guò)表達(dá)技術(shù)

目前關(guān)于調(diào)控紅曲霉次級(jí)代謝產(chǎn)物合成相關(guān)基因的功能逐漸被挖掘。有研究表明，MPPIG基因的缺失導(dǎo)致MPs產(chǎn)量降低，但不影響紅曲霉生長(zhǎng)及橘霉素的合成，MPPIH基因缺失嚴(yán)重影響紅曲霉的生長(zhǎng)發(fā)育，促進(jìn)MPs的合成，抑制橘霉素的合成[59]。MPIJ基因的缺失導(dǎo)致紅曲色素的合成量降低[60]。G蛋白α亞基Mga1-3參與生長(zhǎng)和次級(jí)代謝產(chǎn)物的調(diào)控[61]。在M.purpureus中，組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶編碼基因ASH2缺失，導(dǎo)致生長(zhǎng)減緩、產(chǎn)孢能力降低及色素合成量降低；此外，發(fā)酵15 d后，在該菌株中并未檢測(cè)到橘霉素的存在，并且大量的次級(jí)代謝產(chǎn)物合成相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄水平降低[62]。在M.rubeM7中，組蛋白去乙?；妇幋a基因RPD3過(guò)表達(dá)會(huì)增加組蛋白乙?；揎棧?dǎo)致橘霉素的合成量顯著增加；在M.purpureus菌株中，乙酰轉(zhuǎn)移酶編碼基因TRIA缺失，紅曲色素和橘霉素合成量降低[63-64]。在M.pilosus和M.ruber菌株中存在1 個(gè)組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶LaeA，能夠全域調(diào)控次級(jí)代謝產(chǎn)物的合成[65-66]。在M.ruberM7菌株中，轉(zhuǎn)錄因子BRLA和WETA缺失嚴(yán)重影響菌絲的生長(zhǎng)發(fā)育、分生孢子的形狀和結(jié)構(gòu)以及次級(jí)代謝產(chǎn)物的合成[67]。過(guò)表達(dá)MOKH導(dǎo)致M.pilosus菌株中Monacolin K合成相關(guān)基因表達(dá)量上調(diào)，從而導(dǎo)致Monacolin K的產(chǎn)量顯著增加[68]。

3 紅曲霉在乳制品中的應(yīng)用

紅曲霉因其次級(jí)代謝產(chǎn)物的生物活性被廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、釀造等行業(yè)，隨著生活水平的提高，當(dāng)今社會(huì)人們對(duì)乳制品的需求日益增加。我國(guó)的乳制品主要分為液體乳類、乳粉類、煉乳類、乳脂類、干酪類、乳清類和其他乳制品類7 類[69]。在乳業(yè)競(jìng)爭(zhēng)白熱化的階段，如何提升乳制品的功能以及創(chuàng)造新的乳制品至關(guān)重要[70-71]。研究顯示，紅曲霉可作為輔助發(fā)酵劑用于紅曲霉乳制品的制作，優(yōu)化乳制品感官的同時(shí)也能產(chǎn)生次級(jí)代謝產(chǎn)物等活性物質(zhì)，可增加乳制品的功能性，表明紅曲霉在乳制品中有良好的應(yīng)用前景，目前紅曲霉在乳制品開(kāi)發(fā)中的研究主要集中在干酪、酸乳和牛乳[6,72-73]。

3.1 干酪

干酪在世界各地以各種口味和形式生產(chǎn)。從一開(kāi)始，干酪只是作為一種保存牛乳成分的手段，現(xiàn)在已經(jīng)演變成一種高級(jí)美食，并且營(yíng)養(yǎng)豐富[74]。隨著研究的深入，發(fā)現(xiàn)紅曲霉在干酪的生產(chǎn)過(guò)程中能夠改善干酪的風(fēng)味及口感，并且能夠產(chǎn)生紅曲色素及GABA等活性物質(zhì)，提升干酪的品質(zhì)。Xia Yongjun等[75]利用煙灰色紅曲霉（Monascus fumeus）x08菌株制作紅曲干酪，分析發(fā)現(xiàn)，相比于對(duì)照組，紅曲干酪中小分子肽的含量顯著增加，疏水性肽與親水性肽的比率降低。此外，與藍(lán)紋干酪相比，紅曲制作的紅曲干酪味道強(qiáng)度較低，符合國(guó)人的飲食習(xí)慣。Zhang Shuwen等[76]利用紅曲霉作為卡門貝爾干酪的輔助發(fā)酵劑，該紅曲干酪中的甘氨酸、蛋氨酸及異亮氨酸等氨基酸的含量顯著增加，此外，紅曲干酪中辛酸乙酯、檸檬酸乙酯及2-十三烷酮等改善風(fēng)味的物質(zhì)含量顯著增加。Wu Shenmao等[77]利用M.purpureusBD-M-4菌株制作紅曲干酪，發(fā)現(xiàn)相比于普通干酪，紅曲干酪中總微生物群的數(shù)量及可溶性氮的含量顯著增加，pH值上調(diào)，但脂肪含量無(wú)明顯變化。Yu Huaning等[78]利用M.purpureus制作半硬質(zhì)干酪，發(fā)現(xiàn)在干酪成熟時(shí)，游離氨基酸含量顯著改變，無(wú)論是在外皮還是干酪內(nèi)部，αs1-酪蛋白顯著降解，β-酪蛋白只在外皮顯著降解。謝芳等[79]以水牛乳為原料，利用M.purpureusWent發(fā)酵干酪，研究發(fā)現(xiàn)，相比于對(duì)照組，隨著紅曲霉菌液噴灑濃度的增加，在干酪理化指標(biāo)方面，水分、蛋白質(zhì)、脂肪等物質(zhì)的含量升高，NaCl含量無(wú)明顯變化；在干酪的質(zhì)構(gòu)參數(shù)方面，彈性、硬度及咀嚼性下降，此外，在菌液濃度為107CFU/mL時(shí)，Monacolin K的產(chǎn)量達(dá)到最高，為1.4 mg/100 g。Jiao Jingkai等[6,80]發(fā)現(xiàn)，M.purpureus可以應(yīng)用于制作紅曲中軟質(zhì)干酪，具有風(fēng)味良好、GABA含量升高及橘霉素含量較低等優(yōu)點(diǎn)，并且在白霉干酪中添加紅曲霉能夠促進(jìn)蛋白和膳食纖維的合成。此外，鄭遠(yuǎn)榮等[81]利用紅曲霉No.7630菌株輔助發(fā)酵成熟干酪，研究發(fā)現(xiàn)，紅曲霉干酪的得率達(dá)（16.55±0.67）%，相比于切達(dá)干酪等干酪的得率提高近50%，此外，相比于對(duì)照組，紅曲霉干酪成熟時(shí)，游離氨基酸含量平均增加58.8 倍，GABA含量增加3.5 倍。

3.2 酸乳

酸乳作為一種具有維持胃腸道健康、促進(jìn)消化功能的乳制品，受到消費(fèi)者的青睞，已成為世界上發(fā)展速度最快的乳制品之一。國(guó)內(nèi)外一直致力于功能性酸乳的研究，人們向酸乳中添加大豆蜜糖、果肉及藜麥等物質(zhì)制備功能性酸乳，具有促進(jìn)改善腸道菌群、提升免疫力等功能[82]。目前也有越來(lái)越多的研究顯示，紅曲霉在酸乳發(fā)酵中能夠產(chǎn)生有益的活性物質(zhì)，促進(jìn)機(jī)體健康。Chen Sha等[75]利用紅曲色素制作酸乳，用于酸乳的著色劑。Jeon等[83]將紅曲山藥粉末按0、0.1、0.3、0.5、1.0、2.0 g/100 mL添加到生牛乳和5%脫脂牛乳中，經(jīng)過(guò)乳酸菌發(fā)酵12 h后，對(duì)酸乳的pH值、可滴定酸度及活細(xì)胞數(shù)量進(jìn)行測(cè)定，研究發(fā)現(xiàn)，隨著紅曲山藥粉末的添加量增加，酸乳的pH值和可滴定酸度輕微上升，活細(xì)胞數(shù)量在添加量0.5 g/100 mL時(shí)達(dá)到最大值（1.14±0.07）×1010CFU/mL。此外，添加紅曲山藥粉末的酸乳對(duì)血管緊張素轉(zhuǎn)化酶活性的抑制率升高，GABA的產(chǎn)量增加。Srianta等[84]利用紅曲發(fā)酵榴蓮籽作為酸乳的功能成分添加到酸乳中，發(fā)現(xiàn)添加紅曲發(fā)酵榴蓮籽后，酸乳的總酚含量達(dá)到（2.21±0.46） mg GAE/g，抗氧化活性達(dá)到（0.012 5±0.003 2） mg GAE/g，脫水率達(dá)到（5.24±0.51）%，此外，酸乳的pH值及可滴定酸度輕微上升，活細(xì)胞數(shù)量沒(méi)有顯著差異，從市場(chǎng)調(diào)研來(lái)看，消費(fèi)者也更喜歡添加紅曲發(fā)酵榴蓮籽的酸乳。

3.3 牛乳

紅曲霉在牛乳中的應(yīng)用主要是通過(guò)紅曲霉產(chǎn)生的酸性蛋白酶制備低抗原性的乳清蛋白，降低潛在的過(guò)敏性反應(yīng)。Lakshman等[72]發(fā)現(xiàn)，M.pilosus產(chǎn)生的酸性蛋白酶MpiAP1和MpiAP2處理乳清蛋白水解物后，呈現(xiàn)出最低的抗原性。此外，利用M.purpureusNo.3403菌株產(chǎn)生的MpuAP蛋白具有水解Gln4-His5、His10-Leu11、Ala14-Leu15、Gly23-Phe24和Phe24-Phe25肽鍵的功能，將MpuAP-胰蛋白酶組合處理乳清蛋白水解物后，抗原性顯著降低[85]。

4 結(jié) 語(yǔ)

紅曲霉因其發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生有益次級(jí)代謝產(chǎn)物而具有廣闊的應(yīng)用前景，但是橘霉素的存在導(dǎo)致紅曲霉的應(yīng)用受限，在未來(lái)的科學(xué)研究中，找到提高有益次級(jí)代謝產(chǎn)物產(chǎn)量、降低橘霉素產(chǎn)量的發(fā)酵方法、闡明紅曲霉次級(jí)代謝產(chǎn)物的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)及挖掘紅曲霉新代謝產(chǎn)物在新領(lǐng)域中的應(yīng)用是研究熱點(diǎn)[37]。

先前的研究中報(bào)道，紅曲霉的次級(jí)代謝產(chǎn)物調(diào)控主要通過(guò)改變環(huán)境因子（培養(yǎng)基成分、溫度、光照、pH值及添加劑等）與基因改造（非定向誘變與定向突變）來(lái)實(shí)現(xiàn)。環(huán)境的改變引起的次級(jí)代謝產(chǎn)物合成的改變往往是環(huán)境信號(hào)通過(guò)生物體自身的信號(hào)傳遞及基因調(diào)控引起的[86-87]。在真菌中，參與次級(jí)代謝產(chǎn)物合成的信號(hào)途徑有G蛋白信號(hào)途徑、cAMP信號(hào)途徑和促分裂素原活化蛋白激酶信號(hào)途徑等[88]。在紅曲霉中，外源添加cAMP可以促進(jìn)MPs的合成，表明cAMP信號(hào)途徑可以參與次級(jí)代謝產(chǎn)物合成的調(diào)控，但是詳細(xì)的機(jī)制仍需要進(jìn)一步研究。此外，G蛋白信號(hào)途徑通常在cAMP信號(hào)途徑上游發(fā)揮功能，在紅曲霉發(fā)酵過(guò)程中，G蛋白α亞基Mga1-3參與生長(zhǎng)和次級(jí)代謝產(chǎn)物的調(diào)控[61]。因此，可以進(jìn)一步探索細(xì)胞上游信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)因子之間的調(diào)控關(guān)系。

紅曲霉組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶編碼基因AHS2、乙酰轉(zhuǎn)移酶編碼基因TRIA、組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶編碼基因LAEA和組蛋白去乙?；妇幋a基因RPD3缺失及過(guò)表達(dá)影響其次級(jí)代謝產(chǎn)物的合成[62-63,66]。在真菌中，組蛋白修飾調(diào)控真菌的生長(zhǎng)發(fā)育、孢子萌發(fā)及次級(jí)代謝產(chǎn)物合成等重要生理過(guò)程，在紅曲霉中，是否還有其他保守的組蛋白修飾組分參與次級(jí)代謝產(chǎn)物的調(diào)控有待進(jìn)一步探索。有研究[67]表明，一些轉(zhuǎn)錄因子可以參與紅曲霉的生長(zhǎng)發(fā)育和次級(jí)代謝產(chǎn)物靶基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控，可以進(jìn)一步探索轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控次級(jí)代謝產(chǎn)物靶基因轉(zhuǎn)錄的詳細(xì)機(jī)制，為紅曲霉的安全利用提供新的靶點(diǎn)。

此外，當(dāng)今社會(huì)人們對(duì)功能性乳制品的需求量日益增加以及保障乳制品的質(zhì)量與安全至關(guān)重要[89-90]。目前的研究顯示，紅曲霉在乳制品的產(chǎn)品研發(fā)中具有良好的應(yīng)用前景，如何在紅曲霉乳制品的制作中控制橘霉素的產(chǎn)量至關(guān)重要。在生產(chǎn)實(shí)踐中，可以探索通過(guò)改變發(fā)酵溫度等環(huán)境條件，制備出不產(chǎn)橘霉素同時(shí)含有有益次級(jí)代謝產(chǎn)物的紅曲風(fēng)味的乳制品，可以讓人們享受到美味口感和得到安全保障的同時(shí)，有效地促進(jìn)機(jī)體健康。