釀造紅曲研究現(xiàn)狀與展望

陳 慎，黃穎穎，楊成龍*

（福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究所 福建省農(nóng)產(chǎn)品（食品）加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建 福州 350003）

紅曲霉（Monascussp.）是一種在發(fā)酵領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的重要微生物資源，紅曲霉發(fā)酵制成紅曲米的傳統(tǒng)工藝是中華民族祖先的偉大發(fā)明和寶貴傳承，在唐朝已經(jīng)有對紅曲應(yīng)用的歷史記錄[1]，如丹曲、赤曲、福曲等紅曲的別稱在不同地區(qū)廣為人知，是祖國的寶貴文化遺產(chǎn)。除了紅曲米制作之外，紅曲霉也在食品行業(yè)、釀造行業(yè)及制藥行業(yè)等領(lǐng)域進(jìn)行了應(yīng)用，積累了許多寶貴的經(jīng)驗(yàn)，體現(xiàn)了勞動人民利用自然資源的智慧[2-5]。紅曲的產(chǎn)地分布在福建、浙江、江蘇等省[6]，福建省是我國紅曲的主要產(chǎn)地，目前擁有紅曲生產(chǎn)企業(yè)和傳統(tǒng)家庭作坊200家左右，生產(chǎn)歷史已傳承延續(xù)了近千年，分布廣、業(yè)態(tài)多、品質(zhì)好、產(chǎn)量大，固態(tài)發(fā)酵紅曲產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量85%左右，其中以古田紅曲最負(fù)盛名。福建紅曲在產(chǎn)品品質(zhì)和色價(jià)等方面均優(yōu)于國內(nèi)其他同類產(chǎn)品，在國內(nèi)外廣受歡迎，市場潛力巨大。近20年來，在福建省內(nèi)相關(guān)部門的發(fā)展規(guī)劃中，基本都對紅曲這一傳統(tǒng)優(yōu)勢特色產(chǎn)業(yè)進(jìn)行了特別關(guān)注，制訂了許多扶持政策。除我國在紅曲霉應(yīng)用具有悠久歷史外，世界范圍內(nèi)同樣對紅曲的應(yīng)用和發(fā)展開展了相關(guān)研究，在東亞地區(qū)的一些國家，紅曲傳統(tǒng)制品被稱為紅曲米或紅曲發(fā)酵米[7]，如日本、韓國、菲律賓等國，分別將紅曲應(yīng)用于酒類釀造和紅曲豆制品的生產(chǎn)等不同方面[8-9]。

早期紅曲的應(yīng)用研究主要側(cè)重在紅曲黃酒的釀造方面，紅曲黃酒的產(chǎn)地主要以浙江省以南為主，湖南、福建、廣東均有相關(guān)的生產(chǎn)企業(yè)。紅曲黃酒是黃酒中產(chǎn)量和產(chǎn)值均發(fā)展最快的品種，20世紀(jì)50-60年代，紅曲黃酒的年產(chǎn)量在500 t左右，隨著近20～30年生產(chǎn)工藝的發(fā)展，年產(chǎn)量可達(dá)20萬t～30萬t。近年來，盡管紅曲在天然色素和功能成分等方面的研究發(fā)展較快，但釀造紅曲的關(guān)注度不高，系統(tǒng)深入性的研究較為缺乏，因此，目前釀造紅曲行業(yè)存在較多問題亟待解決。將傳統(tǒng)釀造紅曲生產(chǎn)工藝與先進(jìn)加工技術(shù)相結(jié)合，充分發(fā)揮紅曲在釀造食品等方面的優(yōu)勢，提高相關(guān)后續(xù)產(chǎn)品質(zhì)量，具有重要意義。由于釀造紅曲的品質(zhì)與安全性對紅曲酒產(chǎn)品的風(fēng)味、功能活性及產(chǎn)品質(zhì)量都起到?jīng)Q定性的作用，因此，針對目前行業(yè)發(fā)展存在的緊迫問題，圍繞產(chǎn)品品質(zhì)提升，標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)工藝優(yōu)化，活性物質(zhì)成分解析和功效等方面開展相關(guān)研究，以便解決行業(yè)共性問題，促進(jìn)紅曲產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

1 紅曲的應(yīng)用

1.1 紅曲紅色素

紅曲霉常用于天然色素的生產(chǎn)，由發(fā)酵制得的紅曲米（粉）、紅曲紅和紅曲黃色素作為天然著色劑，是世界范圍內(nèi)生產(chǎn)量和使用量最大的天然色素品種之一。紅曲色素具有生產(chǎn)周期短、成本低，蛋白著色穩(wěn)定性、酸堿穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。紅、黃、橙色素等能在不同的醬料中使用[10]；近年來，在肉制品、水產(chǎn)品、腌制蔬菜、淀粉類制品與調(diào)味品等食品加工領(lǐng)域中，紅曲色素的使用量都快速增加[11]。針對紅曲紅本身不溶于水和光穩(wěn)定差的問題，也有相關(guān)研究，如通過噴霧干燥技術(shù)，采用阿拉伯膠作為囊材制備紅曲色素微膠囊，可在顯著提高紅曲色素水溶性的同時(shí)提高光穩(wěn)定性，使紅曲色素這種天然色素在食品加工領(lǐng)域的使用范圍進(jìn)一步拓展[12]。

1.2 功能紅曲

除用于食品加工領(lǐng)域，紅曲霉因其在發(fā)酵過程中生成多種活性代謝產(chǎn)物，對高血壓、高血脂具有良好的治療效果，在傳統(tǒng)中藥中也得到了廣泛的應(yīng)用，其中莫納可林K是主要的降血脂因子，可抑制膽固醇合成[13]。目前研究發(fā)現(xiàn)，在紅曲的固態(tài)發(fā)酵過程中，發(fā)酵產(chǎn)物中的莫納可林K總量在0.139～35.019 mg/g不等[14-15]；有報(bào)道稱，麥角固醇、γ-氨基丁酸、皂苷和異黃酮等其他活性成分同樣在紅曲中發(fā)現(xiàn)[16-20]。紅曲制品中生物活性成分多、含量高，十分適合用于功能保健類食品的開發(fā)。

1.3 釀造紅曲

以大米、小麥麩皮、小麥等糧谷為原料，接種紅曲霉菌種發(fā)酵培養(yǎng)制得并用于黃酒、醋、白酒、葡萄酒、啤酒、醬油、腐乳等產(chǎn)品的發(fā)酵劑被稱為釀造紅曲。在釀造過程中，紅曲生成的糖化酶和蛋白酶發(fā)揮作用，通過轉(zhuǎn)化發(fā)酵基質(zhì)中的淀粉和部分蛋白質(zhì)，提高釀造產(chǎn)品的風(fēng)味成分。因紅曲霉本身具有耐高溫、耐乙醇的特點(diǎn)，同時(shí)在發(fā)酵過程中產(chǎn)生的不同酶類可起到糖化和生香的作用，十分適合在釀造行業(yè)中應(yīng)用[21]。釀造紅曲廣泛用于黃酒與白酒等酒類生產(chǎn)中，特別是紅曲用于發(fā)酵生產(chǎn)的黃酒，因其本身具有發(fā)酵產(chǎn)色素的能力，可賦予黃酒獨(dú)特的紅與橙相結(jié)合的顏色，酒色鮮艷、醇香濃郁[22-23]。而紅曲用于白酒生產(chǎn)時(shí)，則可以達(dá)到明顯增香的效果，有研究表明[24]，紅曲霉可產(chǎn)生活力較高的酯化酶，將白酒發(fā)酵過程中的前體物質(zhì)乙酸轉(zhuǎn)化為乙酸乙酯，該技術(shù)應(yīng)用于濃香型白酒的生產(chǎn)過程中，可在提高酒質(zhì)的同時(shí)縮短發(fā)酵周期。

2 釀造紅曲的研究現(xiàn)狀

2.1 菌種優(yōu)選與復(fù)合發(fā)酵

優(yōu)質(zhì)菌株的篩選是目前提高釀造紅曲產(chǎn)品的重要手段，在釀造過程中，紅曲也經(jīng)常與不同菌種混合，進(jìn)行復(fù)合發(fā)酵，達(dá)到提高產(chǎn)品品質(zhì)的目的。郭婉[25]利用篩選出的一株優(yōu)質(zhì)紅曲霉，將其與糖化酶、甜酒曲復(fù)配，用于銀耳黃酒釀造，生產(chǎn)出一種清爽型銀耳黃酒。夏培禹等[26]從中溫大曲中篩選出3株紅曲霉，分別進(jìn)行紅曲米發(fā)酵，進(jìn)行黃酒釀造實(shí)驗(yàn)，再從中選出產(chǎn)紅曲色素含量與糖化力較高的1株，色價(jià)和糖化力分別可達(dá)1 123.4 U/g和1 227.6 U/g，將其進(jìn)行了產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，結(jié)果顯示，該菌株發(fā)酵得到的黃酒總糖含量最低，酒精產(chǎn)量增加1%，在高級醇產(chǎn)量減少的同時(shí)生成較多的乳酸乙酯及乙酸乙酯。對福建地區(qū)常用于黃酒釀造的烏衣紅曲和古田紅曲兩類復(fù)合發(fā)酵菌群的研究顯示，烏衣紅曲具有更高的真菌菌群豐度、多樣性及均勻性，且黃曲霉、米根霉、酵母菌數(shù)量更高，但兩種酒曲中的紅曲霉數(shù)量無顯著差異，這些差異及地域的不同造就了不同風(fēng)格的黃酒產(chǎn)品[27]。侯興蓉[28]將篩選出的1株可與米曲霉協(xié)同生長的紅曲霉進(jìn)行復(fù)合發(fā)酵，研究了混合生長中蛋白酶與淀粉酶的變化情況，得到了一種混合發(fā)酵產(chǎn)物綠衣紅曲，并最終用于醬油與黃酒的釀造。

2.2 釀造紅曲產(chǎn)品工藝研發(fā)

優(yōu)化發(fā)酵工藝同樣是目前提高釀造紅曲制品品質(zhì)的主要方法。黃媛媛等[29]采用分段發(fā)酵的方法，先利用紅曲米在55～65 ℃條件下進(jìn)行糖化、液化4 h，冷卻后添加蒸熟的大米，與酒母等其他發(fā)酵劑進(jìn)行混合發(fā)酵，得到的產(chǎn)品酒精度可達(dá)12.9%vol，顏色呈鮮艷的橙紅色，香氣清雅，口感清爽柔和。張文森[30]針對傳統(tǒng)紅曲黃酒工藝中香氣不足和總酯含量低的缺陷，采用“三曲二酶”結(jié)合活性干酵母低溫發(fā)酵新工藝，通過混合酯化紅曲、烏衣紅曲、白曲、糖化酶、淀粉酶、黃酒專用活性干酵母等作為糖化發(fā)酵劑，優(yōu)化了發(fā)酵工藝，改善了紅曲酒的香氣，提高了總酯含量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，紅曲黃酒中總酯含量提升約22%～23%，口味更加醇厚、香氣更加濃郁，在縮短發(fā)酵周期的同時(shí)提高了產(chǎn)品品質(zhì)。

2.3 活性物質(zhì)成分研究

紅曲霉代謝產(chǎn)生的不同活性成分能夠顯著提高釀造紅曲產(chǎn)品的附加值和影響力。有研究顯示，紅曲霉在發(fā)酵過程中能夠產(chǎn)生具有降血脂、抗肥胖、抗氧化等活性物質(zhì)，與生產(chǎn)的黃酒酒體中其他活性物質(zhì)相結(jié)合后，能起到健脾溫中、活血化瘀的功效[31-32]。也有研究表明，每天適量攝入紅曲酒，可以明顯降低機(jī)體內(nèi)總膽固醇、低密度脂蛋白膽固醇以及總甘油三酯的濃度[33-34]。呂旭聰?shù)萚35]篩選福建紅曲菌中高粱紅曲菌，將其應(yīng)用于黃酒發(fā)酵時(shí)，產(chǎn)紅曲色素和降血脂類活性物質(zhì)洛伐他丁的能力相較于其他菌株更為優(yōu)秀。文鏡等[36]通過研究利用紅曲釀造制成的功能性紅曲醋對大鼠進(jìn)行灌胃觀察，結(jié)果顯示，在60 d之后相較于對照組，采用功能紅曲醋灌胃的大鼠動物血清總膽固醇和甘油三脂水平顯著降低（P＜0.05）。劉志強(qiáng)等[37]通過將紅曲霉與乳酸菌進(jìn)行混合發(fā)酵，通過分段培養(yǎng)的方式可研發(fā)出一套顯著提高γ-氨基丁酸的發(fā)酵工藝。

2.4 揮發(fā)性風(fēng)味成分分析

通過對揮發(fā)性成分進(jìn)行分析可通過數(shù)據(jù)化的結(jié)果來判別酒類的品質(zhì)。黃玲玲等[38]分析了以黑曲霉和紅曲霉發(fā)酵生產(chǎn)的黃酒，通過化學(xué)法、高效液相色譜法分析了發(fā)酵過程中成分的變化，采用氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用的方法分析了黃酒產(chǎn)品的揮發(fā)性成分，結(jié)果顯示，紅曲霉釀造得到的黃酒相較于黑曲霉揮發(fā)性成分更加豐富，2-庚醇、2-壬醇、2-甲基丁酸為紅曲發(fā)酵過程中獨(dú)有成分。李路等[39]利用頂空固相微萃取-氣質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)，通過主成分分析和建立正交偏最小二乘法判別分析模型，分析紅曲和藥白曲發(fā)酵生產(chǎn)黃酒中的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的主要差異，通過比較單獨(dú)采用一種曲霉進(jìn)行發(fā)酵和兩種曲霉結(jié)合發(fā)酵得到的黃酒，得出結(jié)論為紅曲對揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)影響較強(qiáng)，藥白曲的影響較弱。

3 釀造紅曲研究存在的問題

目前，針對紅曲的研究主要集中在色素和功能性成分，而釀造紅曲產(chǎn)業(yè)目前存在的一些共性問題并沒有被關(guān)注到，這些共性問題在不同方面影響著產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步，因此，深入開展針對釀造紅曲的研究具有重要意義。

3.1 釀造紅曲品質(zhì)的參差不齊對產(chǎn)品品質(zhì)的影響

現(xiàn)有釀造紅曲產(chǎn)品的在主要質(zhì)量指標(biāo)上如色價(jià)、糖化力、發(fā)酵力等差別很大，造成釀造產(chǎn)品生產(chǎn)時(shí)會出現(xiàn)產(chǎn)酒率、酒度及發(fā)酵周期存在較大差別，不同批次之間的紅曲酒質(zhì)量難以保持穩(wěn)定，甚至出現(xiàn)原酒酸度過高問題。不同批次釀造紅曲之間的質(zhì)量差異也會造成生產(chǎn)過程的控制難度加大，紅曲黃酒等產(chǎn)品的品質(zhì)難以提升，開拓高端市場存在一定困難。

3.2 糖化力測定方法的適用性仍待研究

目前，糖化力測定方法的研究主要集中在大曲上，對碘量法、3,5-二硝基水楊酸（3,5-dinitrosalicylic acid，DNS）法、斐林試劑法等幾種常用的糖化酶活力測定方法進(jìn)行了比較，結(jié)果顯示，測定時(shí)樣品量、浸提溫度，浸提液稀釋倍數(shù)均對測定結(jié)果有很大影響[40]。有研究發(fā)現(xiàn)，斐林試劑法在針對糖化力高于900 U/g的樣品時(shí)準(zhǔn)確度較差，改進(jìn)方法包括提高淀粉濃度和降低浸出液濃度，加大斐林試劑甲液、乙液用量，減少試液用量等可更準(zhǔn)確的測定糖化力較高的大曲樣品[41-42]。但由于斐林試劑法測定過程主要利用滴定的顯色反應(yīng)，釀造紅曲在發(fā)酵過程中產(chǎn)生的色素成分會對該方法測定結(jié)果的精度造成影響，因此，斐林試劑法并不適用于釀造紅曲的糖化力測定。林曉婕等[43]對碘量法、DNS法、斐林試劑法等不同糖化力的測定方法在釀造用紅曲中的應(yīng)用進(jìn)行了研究并進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示，碘量法與DNS法測定的紅曲米糖化力準(zhǔn)確度較高，對于少量樣品檢測，碘量法較為適用；而大量樣品的檢測采用DNS法可提高檢測速度同時(shí)保證準(zhǔn)確性。綜上所述，目前適用于釀造紅曲糖化力測定的標(biāo)準(zhǔn)方法沒有一個(gè)明確的定論。

3.3 桔霉素對釀造紅曲產(chǎn)品的負(fù)面影響

桔霉素是紅曲霉在發(fā)酵過程中伴隨色素生成的一種次級代謝產(chǎn)物，該真菌毒素對動物肝臟具有毒害作用，可引起腎腫大、腎小管擴(kuò)張等癥狀[44]。雖然目前釀造紅曲標(biāo)準(zhǔn)還未設(shè)定桔霉素的相關(guān)指標(biāo)，但歐盟和日本都制定了嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)以限定紅曲制品中桔霉素的含量，這對采用紅曲霉發(fā)酵生產(chǎn)的系列產(chǎn)品的開發(fā)提出了挑戰(zhàn)。目前，對桔霉素的研究主要集中在紅曲米的固態(tài)和液態(tài)發(fā)酵領(lǐng)域中，針對桔霉素控制方法的研究主要包括以下兩個(gè)方面。

3.3.1 低產(chǎn)桔霉素菌種選育

并非所有的紅曲霉菌種都會產(chǎn)生桔霉素，因此，低產(chǎn)桔霉素的菌種篩選是一種最為經(jīng)濟(jì)的方法，莊月娥等[45]通過對古田縣不同品牌的紅曲米中存在的紅曲霉進(jìn)行篩選，得到15株紅曲霉菌，經(jīng)分析測定，得到1株高產(chǎn)莫納可林K、低產(chǎn)桔霉素的菌株。盛眀健等[46]通過篩選得到1株不產(chǎn)桔霉素的紅曲霉菌株，代謝得到的紅曲色素可用于老抽醬油釀造中代替人工焦糖色素。REHAB M等[47]從各地共收集和純化得到235株紅曲霉菌，從中篩選出1株高產(chǎn)色素、低產(chǎn)桔霉素的菌株，液態(tài)發(fā)酵色價(jià)可達(dá)628.9 U/g，桔霉素含量為1.01 mg/L。KETKAEO S等[48]采用紫外線照射誘變和亞硝基胍溶液處理相結(jié)合的方式，對紅曲霉進(jìn)行誘變處理后發(fā)酵生產(chǎn)紅曲米，成功將桔霉素含量降低80%。何雨峰[49]研究了基于基因工程技術(shù)進(jìn)行紅曲霉菌MnSOD基因的克隆和原核表達(dá)，設(shè)計(jì)出一種紅曲霉MnSOD簡并引物得到目的基因片段，克隆得到紅曲霉MnSOD加入紅曲霉中發(fā)酵，達(dá)到提高紅曲霉抗氧化能力和降低桔霉素生成的目的。

3.3.2 培養(yǎng)基與發(fā)酵條件優(yōu)化

有研究表明[50]，在紅曲液態(tài)發(fā)酵第2天添加氯化鑭溶液能夠有效促進(jìn)胞外色價(jià)的生成，同時(shí)抑制桔霉素的生成，鑭離子能在基因?qū)用嬲{(diào)控紅曲色素生成基因的表達(dá)，同時(shí)抑制了桔霉素生成基因的表達(dá)。陳景智[51]利用銨鹽作為培養(yǎng)基成分來抑制桔霉素的生成，結(jié)果顯示，桔霉素含量降低效果顯著，從526.6 mg/kg下降至5.88 mg/kg，通過發(fā)酵罐發(fā)酵驗(yàn)證，該方法可行。王艷玲[52]在紅曲的液態(tài)發(fā)酵過程中通過添加金雀異黃酮來抑制桔霉素的生產(chǎn)，結(jié)果顯示，桔霉素含量降低了80%。趙靖[53]通過在液態(tài)發(fā)酵培養(yǎng)基中加入焦亞硫酸鉀、磷酸二氫鈉、癸酸和鈉離子，將桔霉素產(chǎn)量降低了77.2%。梁斐[54]對豆腐乳發(fā)酵過程中發(fā)酵條件的研究發(fā)現(xiàn)，通過添加0.36 g/kg的環(huán)磷酸腺苷和30 μg/kg的生物素能夠顯著降低桔霉素的含量。陳豪鋒等[55]針對紅曲在釀造酒生產(chǎn)中存在的桔霉素超標(biāo)問題，采用在釀酒基質(zhì)中添加大豆胚芽的方法，可在提升淀粉酶活性的同時(shí)降低桔霉素的生成，同時(shí)還能提升活性物質(zhì)洛伐他汀的產(chǎn)量達(dá)11.76 mg/g。

釀造紅曲中桔霉素含量較高的問題普遍存在，雖然目前我國實(shí)行的釀造紅曲標(biāo)準(zhǔn)中并沒有對桔霉素含量有明確的規(guī)定，但提前關(guān)注桔霉素殘留問題，可促進(jìn)行業(yè)健康發(fā)展，為擴(kuò)大釀造紅曲的應(yīng)用領(lǐng)域提供技術(shù)支撐。

4 總結(jié)與展望

目前，釀造紅曲生產(chǎn)企業(yè)面對的主要困難有：由于紅曲的生產(chǎn)地較為集中，隨著生產(chǎn)工藝的完善和紅曲產(chǎn)量的大幅提高，紅曲產(chǎn)業(yè)中的同質(zhì)化競爭日益激烈，紅曲在開拓高端市場仍然存在一定的困難。通過與多家紅曲企業(yè)的交流與探討，結(jié)合目前紅曲主要研究方向，需要從以下幾個(gè)方面對釀造紅曲進(jìn)行深入研究：

（1）釀造紅曲品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)化：由前面對國內(nèi)紅曲相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，目前，釀造紅曲的糖化力等指標(biāo)測定方法仍存在爭議，因此，需要探索和改進(jìn)適于發(fā)酵紅曲指標(biāo)，如糖化力、液化力、發(fā)酵力等的標(biāo)準(zhǔn)化測定方法，建立篩選優(yōu)質(zhì)釀造紅曲的可靠標(biāo)準(zhǔn)具有緊迫性。

（2）釀造紅曲產(chǎn)品工藝研究：在確立了可靠的釀造紅曲品質(zhì)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)后，需要深入開展優(yōu)質(zhì)釀造紅曲菌種選育、釀造工藝優(yōu)化、生理活性等方面的研究，在建立一套穩(wěn)定的釀造紅曲產(chǎn)品工藝體系的同時(shí)，解決桔霉素的殘留問題，可在紅曲加工企業(yè)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用中起到指導(dǎo)作用，使釀造紅曲在產(chǎn)品品質(zhì)和穩(wěn)定性上均達(dá)到較高水平。

（3）對紅曲霉代謝產(chǎn)物的生物活性進(jìn)行系統(tǒng)探究：深入發(fā)掘釀造紅曲生理活性物質(zhì)生成機(jī)理，通過現(xiàn)代生物技術(shù)探究紅曲霉發(fā)酵過程中具有生理活性的代謝產(chǎn)物與代謝調(diào)控過程間的關(guān)聯(lián)性，探究各類活性物質(zhì)成分生成與作用機(jī)理，挖掘紅曲酒獨(dú)有的產(chǎn)品優(yōu)勢，提高其產(chǎn)品附加值。