紅曲霉在釀酒行業(yè)中的應(yīng)用研究進(jìn)展

代文婷，吳宏*，郭安民，代俊輝，雷用東

1(新疆農(nóng)墾科學(xué)院 農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，新疆 石河子，832000) 2(新疆農(nóng)墾科學(xué)院 農(nóng)產(chǎn)品加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 石河子，832000) 3(新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán) 第七師農(nóng)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(chǎn)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(yīng)用價(jià)值[1-5]。近年來，我國(guó)釀酒企業(yè)通過自主創(chuàng)新來提高酒的品質(zhì)及功能性，既豐富了酒類產(chǎn)品文化內(nèi)涵，又滿足了隨著生活水平的提高，消費(fèi)者對(duì)傳統(tǒng)酒類營(yíng)養(yǎng)保健功能的旺盛需求。紅曲霉是我國(guó)重要的傳統(tǒng)釀酒微生物，其代謝產(chǎn)生的生理活性物質(zhì)中紅曲色素是一類聚酮類色素，也是優(yōu)質(zhì)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(chǎn)生的次級(jí)代謝產(chǎn)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(zhì)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(zhì)氨基酸，具有增強(qiáng)記憶、改善腦功能、抗高血壓、提高肝腎機(jī)能等生理活性[17-18]。如何將傳統(tǒng)與創(chuàng)新結(jié)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(dāng)前行業(yè)研究熱點(diǎn)。本文重點(diǎn)闡述了紅曲霉在白酒、黃酒、保健酒中的功能與應(yīng)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(yīng)用

紅曲霉可代謝產(chǎn)生對(duì)白酒釀造至關(guān)重要的糖化酶、酯化酶等酶活力，若在釀酒中加入適當(dāng)比例紅曲霉，不僅能提高對(duì)物料的利用率和糖化時(shí)間，還能根據(jù)特定的發(fā)酵條件，控制發(fā)酵過程中所需酯類的合成，進(jìn)而獲得具有獨(dú)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(zhuǎn)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(zhǎng)及其代謝產(chǎn)物的產(chǎn)生提供物質(zhì)基礎(chǔ)。魏明英等人[21]對(duì)紅曲霉液態(tài)發(fā)酵培養(yǎng)基優(yōu)化后的糖化力達(dá)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(chǎn)率；孫繼民等[23]經(jīng)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(dá)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(bào)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(jìn)基酒中各種生香酯類物質(zhì)的合成，直接影響到酒的風(fēng)味口感及營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。濃香型白酒發(fā)酵過程中添加紅曲霉，其代謝產(chǎn)生的酯化酶能較強(qiáng)促進(jìn)己酸乙酯的合成，進(jìn)而改善酒的風(fēng)味、質(zhì)量；清香型白酒發(fā)酵過程中添加紅曲霉，對(duì)提高乙酸乙酯含量、增香提質(zhì)效果明顯。王曉丹等[25]將酯化酶粗酶制劑應(yīng)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(chǎn)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(zhǎng)有關(guān)。目前白酒釀造中多用紅曲霉制成的強(qiáng)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(shù)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(shù)整合或篩選、誘變出高產(chǎn)酯化酶和糖化酶的紅曲霉菌種，以提高白酒產(chǎn)率、品質(zhì)及改善白酒風(fēng)味。此外，通過添加外源物質(zhì)，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(chǎn)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(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。多數(shù)企業(yè)對(duì)紅曲白酒的開發(fā)意識(shí)不強(qiáng)，產(chǎn)品創(chuàng)新理念薄弱[27]，但也有少數(shù)企業(yè)如貴州茅臺(tái)則創(chuàng)造性地將傳統(tǒng)釀造工藝與紅曲完美結(jié)合，釀造出了高端醬香紅曲白酒，不僅傳承弘揚(yáng)了國(guó)酒文化，還力將“紅色傳奇”推向國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)。但目前針對(duì)白酒中紅曲霉的遺傳背景及其重要基因的本質(zhì)、功能、變化等相關(guān)報(bào)道很少，如何成熟運(yùn)用分子生物學(xué)方法深入解析紅曲霉的物質(zhì)代謝及分子結(jié)構(gòu)與功能，對(duì)其進(jìn)行基因敲除、定向改造，以獲得安全、高產(chǎn)的功能紅曲菌株并成功應(yīng)用于白酒釀造[28]，還需探索。

2 紅曲霉在黃酒中的應(yīng)用

黃酒源于我國(guó)，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(jīng)糖化發(fā)酵釀制成的風(fēng)味獨(dú)特、特色鮮明的發(fā)酵產(chǎn)物，它含有豐富的氨基酸、活性肽和蛋白質(zhì)等活性物質(zhì)，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(chǎn)生紅曲色素、GABA和Monacolin K等多種功能物質(zhì)[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(dú)特的色澤，還可延長(zhǎng)酒的保質(zhì)期[31]；福建的老紅酒、義烏丹溪紅曲酒、金華壽生酒和臺(tái)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(qiáng)，且保質(zhì)期長(zhǎng)[2,32]；陳雪梅等人[33]利用紅曲霉發(fā)酵產(chǎn)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(diào)、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(biāo)基本符合清爽型干黃酒的國(guó)標(biāo)要求，進(jìn)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(guān)；另有報(bào)道[29]，古越龍山紹興黃酒中GABA含量高達(dá)348 mg/L，適當(dāng)飲用能降低心肌梗死發(fā)病率；黃敏欣等[36]檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，經(jīng)紅曲發(fā)酵的黃酒，其GABA含量高達(dá)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(yíng)養(yǎng)價(jià)值。Monacolin K能競(jìng)爭(zhēng)性抑制HMG-CoA還原酶活性，阻礙膽固醇合成，起到預(yù)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(guó)內(nèi)外目前在提高M(jìn)onacolin K的產(chǎn)量[38-39]方面取得了一些進(jìn)展，但針對(duì)其在黃酒等酒類中的研究應(yīng)用相對(duì)較少。

紅曲黃酒屬性溫?zé)?，熱敏性體質(zhì)的人群夏季飲用易“上火”，梁璋成等人[40]對(duì)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(chǎn)品的開發(fā)提供了依據(jù)。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(chǎn)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(guān)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(zhì)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(yīng)用

保健酒在釀制過程中添加了中藥材或其他營(yíng)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(qiáng)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(diào)節(jié)機(jī)能，滋補(bǔ)養(yǎng)生等功效，被廣泛用于生產(chǎn)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(cè)試得到氧自由基清除率達(dá)12.69%；蒲立檸等[44]利用紫色紅曲霉經(jīng)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(chǎn)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(dá)120 mg/L，乙醇體積分?jǐn)?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(dá)2 481.48 mg /L；黃丹丹等人[47]分析對(duì)比了苦蕎紅曲保健酒與普通黃酒抗氧化活性，表明前者對(duì)DPPH自由基、ABTS自由基的清除能力及對(duì)Fe3+還原能力均強(qiáng)于后者。上述關(guān)于紅曲霉在保健酒中的應(yīng)用研究，大多是從已知的生理活性產(chǎn)物入手，忽略了未知功能物質(zhì)的挖掘，若采用傳統(tǒng)的分離純化手段研究純菌，同時(shí)利用蛋白組學(xué)和代謝組學(xué)等方法研究純種紅曲霉的代謝特性，可能會(huì)發(fā)現(xiàn)紅曲霉更多獨(dú)特的功能性代謝成分；其次，釀造保健酒所用原料的產(chǎn)地、品種不同，造成酒的質(zhì)量參差不齊，為提高保健酒的質(zhì)量及品質(zhì)穩(wěn)定性，必須對(duì)原料的來源和質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格地控制；此外，保健酒的釀造工藝也需要得到持續(xù)改進(jìn)與提升，出酒率和有效成分含量提高的同時(shí)，生產(chǎn)成本也能降低，以此深入推進(jìn)我國(guó)保健酒產(chǎn)業(yè)優(yōu)質(zhì)高效發(fā)展。

4 展望

紅曲霉在釀酒行業(yè)中的應(yīng)用研究，今后可重點(diǎn)集中在如下方面：(1)為強(qiáng)化酒中生物活性物質(zhì)和功能因子，紅曲霉可復(fù)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(gè)階段所產(chǎn)生的功能物質(zhì)以及它們的作用機(jī)理、合成途徑、變化過程及相互關(guān)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(chǎn)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(guān)系著紅曲產(chǎn)品安全，但其在釀酒行業(yè)中的相關(guān)報(bào)道較為鮮見，應(yīng)加強(qiáng)此方面的研究與監(jiān)測(cè)，通過同位素跟蹤了解紅曲霉代謝過程，而后加入相應(yīng)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(shù)選育出安全、高產(chǎn)活性物質(zhì)及有效成分的菌株，以提高紅曲霉應(yīng)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。

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