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)學院食品生物系，黑龍江哈爾濱150025）

紅曲霉發(fā)酵產物Monacolin K的研究進展與應用*

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

Monacolin K；紅曲霉；發(fā)酵產物

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物為紅曲米。紅曲米在我國應用于傳統食品著色、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，日本學者遠藤章教授從紅曲霉（Monascus ruber）的發(fā)酵產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莫納克林K（Monacolin K或稱為Lovastatin，洛伐他?。?，Monacolin K的發(fā)現引起了各國學者的廣泛關注，同時也開始了對Monacolin K的深入探索和研究。本文主要從Monacolin K的理化性質、Monacolin K在抑制膽固醇合成方面的應用及其如何獲得高產量MonacolinK的發(fā)酵途徑這3個方面闡述。

1 Monacolin K的理化性質

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、苯等有機溶劑。Monacolin K有酸式和內酯式2種結構式，其分子式為C24H36O5，分子量為404，熔點為157℃～159℃。在甲醇中進行紫外線光譜試驗顯示較大吸收波長為229 nm、237 nm、246 nm，在KBr中進行紅外線光譜試驗顯示吸收波長為3 550 cm-1、2 970 cm-1、1 696 cm-1、1 220 cm-1。

2 Monacolin K抑制膽固醇合成機制

目前還發(fā)現了多種與Monacolin K結構相似的其他Monacolin類物質，研究發(fā)現它們對膽固醇的合成都具有抑制作用，但從活性上來看，以Monacolin K的活力最強，現在在很多國家都已制成商品出售。

人體中調節(jié)膽固醇合成的關鍵酶是HMG-CoA還原酶，Monacolin K的酸式結構與HMG-CoA還原酶結構類似，因此Monacolin K對HMG-CoA還原酶具有競爭性抑制作用，從而控制膽固醇的合成。此外，Monacolin K在降低體內膽固醇合成的同時，可以增加體內LDL受體的生成，LDL受體可以清除體內LDL（低濃度蛋白）和LDL前體，降低體內LDL的濃度水平，因此說Monacolin K還具有促進膽固醇的分解代謝的功能。

3 紅曲霉發(fā)酵高產MonacolinK的途徑

目前Monacolin K的生產主要依靠于紅曲霉發(fā)酵，但其產量很低。為了提高Monacolin K的發(fā)酵產量，國內外很多學者利用紅曲霉菌種選育、發(fā)酵條件優(yōu)化和添加誘導劑等途徑，均取得了較好的效果。

3.1 紅曲霉菌種選育

對紅曲霉進行菌種選育，是提高代謝產物Monacolin K產量的重要途徑。國內外很多學者采用不同的方法對Monacolin K的生產菌種進行誘變處理，得到了較為理想的結果。

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Monacolin K的突變株，其中KU609突變株Monacolin K的生產能力與親株相比，提高了近100倍。魏培蓮等人以紅曲霉Monascus MO為出發(fā)菌株，經紫外線（UV）、硫酸二乙酯（DES）、氯化鋰（LiCl）等誘變劑反復誘變處理，經高效液相色譜法檢測，獲得3株高產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，經過紫外線誘變篩選，得到一株高產Monacolin K的功能性菌株M7，并對該菌株的生物學特性進行了研究，認為該菌株具有較好的遺傳穩(wěn)定性和較強的耐乙醇能力。陳芝林等人將高產Monacolin K的土曲霉Aspergillusterrus CA99與低產Monacolin K的紅曲霉Manastusanka M-3進行原生質體融合，獲得多株Monacolin K產量高于出發(fā)菌株的高產融合子，對其中一株F49進行發(fā)酵培養(yǎng)，Monacolin K發(fā)酵單位達到了1 216 μg/mL。劉愛英等人采用UV和LiCl復合誘變的方法處理紅曲霉原始菌株Monascus purpureus ZZ紅曲菌，突變株經發(fā)酵獲得Monacolin K的產量比原始菌株高近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

通過對紅曲霉發(fā)酵過程中各種條件進行優(yōu)化，可以促進Monacolin K產量的增加。我國學者在這方面做了較多研究，從培養(yǎng)基的組成到發(fā)酵過程中的培養(yǎng)條件，均有相關報道。

3.2.1 培養(yǎng)基的優(yōu)化

廣東藍寶制藥有限公司周興挺等人利用均勻設計的試驗方法，對Monacolin K生產用發(fā)酵培養(yǎng)基配方進行了優(yōu)化，確定了碳源、氮源，實現了生產原料國產化，發(fā)酵水平與原配方接近，但大大降低了生產成本。天津科技大學湯衛(wèi)華等人利用正交試驗設計對紅曲霉TQ57發(fā)酵生產Monacolin K的搖瓶發(fā)酵培養(yǎng)基進行了優(yōu)化，試驗結果顯示，MonacolinK的最適發(fā)酵碳源為甘油，最佳添加質量分數為14%，最適氮源為蛋白胨，最佳氮源質量分數為3%，在此條件下Monacolin K產量可達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，對洛伐他汀發(fā)酵培養(yǎng)基進行了優(yōu)化，確定了最佳發(fā)酵培養(yǎng)基配方，經30 t發(fā)酵罐連續(xù)10批驗證，平均產量達到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，我國學者多從發(fā)酵時間、初始pH、搖瓶轉數、裝液量等因素進行研究，Monacolin K的產量均有提高。

浙江工業(yè)大學甘鋒等人采用Central Composite Design（CCD）響應面分析方法，對紅曲霉菌株（Monascus ruberGMA4）固態(tài)發(fā)酵產Monacolin K的工藝條件進行了優(yōu)化，確定產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產量達到15.49 mg/g，比優(yōu)化前所得到的Monacolin K產量11.03 mg/g提高了40.4%。危勤濤等人對紅曲霉GM026產洛伐他汀的液態(tài)發(fā)酵條件進行了研究，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，搖床轉速170 rad/min。在此述條件下，發(fā)酵培養(yǎng)14 d，洛伐他汀產量達到375.86 mg/L。江南大學許贛榮等人對不產桔霉素，高產開環(huán)式Monacolin K的紅曲霉9901菌株的固態(tài)發(fā)酵條件進行了研究，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，能獲得較高產量Monacolin K。

3.3 誘導劑的添加

在發(fā)酵過程中添加誘導劑是提高目的產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Monacolin K的生物合成調節(jié)機制還不是十分清楚，但很多學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葉中分離得到的擲孢酵母濾液做為誘導劑，添加到紅曲霉培養(yǎng)液中，結果顯示Monacolin K的產量增加到446.92 mg/mL，比原來提高了6倍。臺灣Jyh-Jye Wang等人以紅曲霉NTU601為生產菌研究不同體積濃度乙醇對Monacolin K的產量影響，當添加體積濃度0.5%乙醇時，Monacolin K的產量從原來的136 mg/kg到383 mg/kg，可見乙醇對Monacolin K的生成具有一定的促進作用。趙樹欣等人在紅曲霉生長過程中分別添加酵母破壁液、酵母和酵母乏液，發(fā)現均能提高Monacolin K的產量，Monacolin K產量分別為48.06 mg/L、43.64 mg/L、44.79 mg/L，分別是對照組的1.38、1.26、1.29倍。天津科技大學朱振元等人也對酵母細胞對紅曲霉次生代謝產物的影響做了研究，發(fā)現在紅曲霉液態(tài)發(fā)酵中添加酵母細胞破壁液不僅可以增加色素的含量，同時也可以增加Monacolin K的產量。

4 展望

在我國患有動脈硬化、冠心病、高血壓等疾病的人數正逐年增加，并趨于低齡化，心血管疾病正成為威脅人類健康的主要疾病之一。目前，國內外市場上出現的降脂類藥物主要有辛伐他汀、脂必妥、血脂康等，它們的降脂機理都與Monacolin K有關。因此，加大對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發(fā)，具有廣闊的市場和發(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院?？蒲许椖浚?2535122）。

**李晶，女，1978年出生，2001年畢業(yè)于齊齊哈爾大學遺傳學專業(yè)，副教授。

2014-03-05