我国红曲生产与应用历史悠久,据唐代《初学记》引王粲《七释》就有“西旅游深、御宿素粲、瓜州红曲、参糅相半、软滑膏润,入口疏散”的记述[1]。红曲的培养技术在酿造史上是独一无二的, 红曲应用于医药和食品发酵,是我国古代伟大的发明和创造,在世界微生物史上有重要意义,是我国宝贵的科学文化遗产。近几十年,我国在采用现代高新技术改造传统红曲生产与应用方面取得新的成就, 为经济建设和人类健康做出重大贡献,主要有以下方面。
1 采用太空育种, 培育红曲新菌种, 开发航天生物制品——天曲 —
中国空间技术研究院空间生物实验室主任、航天生物专家谢申猛博士, 在联合国和平利用外层空间第 47届年会上,作为中国政府代表,在会议上首次提出了利用航天生物技术研制他汀与硒的复合体的思路, 并于2001 年成功筛选出他汀含量成倍提高、耐硒性能显著增强的优质 Monascus菌株(红曲菌),成为我国第一个航天生物制品—— —天曲,引起国内外的广泛关注。
神舟一号飞船主要搭载的天曲母菌经地面筛选后,不但他汀产量提高了一倍多,耐硒能力显著增强,而他汀的活性是胆固醇合成酶活性的 10000倍,硒的抗氧化力是维生素 E 的 400倍, 是不含青桔霉素的天曲母菌。天曲是多种天然他汀与硒的有机复合体,而他汀与硒在地面上是无法有机复合的,实现他汀与硒的有机复合是航天生物技术对医学的重大贡献。
他汀类制品是世界上公认的用于心脑血管病防治的首选药物,而硒是强力抗氧化剂和保肝因子,他汀与硒的复合,减小了它的副作用,是“太空健康食品”。为纪念“神舟”号创造的生物学奇迹,我国科学家将这株母菌命名为“天曲”。
在太空环境中引起微生物诱变的主要因素是宇宙射线和微重力,其机理是:由于高能粒子的作用引起生物遗传物质的 DNA 的损伤而导致生物产生可遗传的变异。而微重力通过增强生物材料对诱变因素的敏感性,使染色体 DNA 损伤加剧而增加变异的发生, 微重力对生物的激素分布,钙离子分布和细胞结构等也有明显的影响。研究还表明,微重力可能干扰 DNA 损伤修复系统的正常运转。
天曲牌益脂康片是我国第一个航天生物产业化基地东方红航天生物产业化基地生产的,该生产基地包括大型生物实验中心、中试车间和十万级超净生产厂房,可实现实验-研发-设计-试制-生产一条龙。产品严格按照国际 GM P 标准组织生产,具有国际领先水平。
2 功能红曲的研究与应用
红曲的医药价值早在明代李时珍巨著《本草纲目中就有详细记载,它的引用资料是元代医学家朱丹溪著的《丹溪补遗》。
北大维信生物科技有限公司是北京大学和新加坡资深跨国集团维信有限公司合资兴办的高科技企业,它致力于利用现代科技手段整理和挖掘祖国医药宝库,继承传统医学精华, 生产由红曲精制而成的血脂康胶囊,其工艺具有科学性和独特性,它与普通红曲不同的是这种红曲含有胆固醇合成酶抑制剂 Lovastatin, 是一种降脂红曲,运用现代生物技术发酵而成。产 Lovastatin的红曲霉菌种的筛选是以北京大学张茂良教授为首的课题组十年来的研究结晶, 最终从 80多种红曲菌株中获得一株高产稳产 Lovastatin的菌株。
血脂康胶囊中的化学组成较复杂,具有多种有效成分。目前,以 Lovastatin作为质量控制标准,其定量方法用高效液相色谱方法,同时参照紫外分光光度法,具有极高的分析精密度和灵敏度。
除此之外,课题组对其他降脂有效成分也进行了一系列的定性和定量研究。初步结果表明,血脂康胶囊中还含有不饱和脂肪酸、甾醇、异黄酮及其甙、皂甙及其甙元、 Lovastatin 类似物(开环形甙或与糖结合成甙)以及Se,Zn等微量元素。不饱和脂肪酸以单烯(油酸)和二烯酸(亚油酸)为主要组分。也检测到少量三烯、四烯及五烯组分。甾醇主要包含有 B-sitosteroi,Campesterol和Stigtnasterol,Lovastatin 类似物,在血脂康胶囊中有很高含量,但是开环形甙与糖结合形成的甙,尚需进一步研究。异黄酮和皂甙类有多种形式,对心血管疾病具有很好的防治疗效;同时,血脂康还可治疗由高脂血症和动脉粥样硬化引起的冠心病及其心血管疾病。
中国中医研究院等对浙江义乌天然色素实业公司所产的红曲色素进行了动物试验。试验证明,红曲红色素的确能降低血脂。结论认为, 有改善小鼠脂代谢紊乱的作用,表现为降低血清甘油三脂、降低总胆固醇和低密度脂蛋白胆固醇,升高高密度脂蛋白胆固醇的作用”这说明红曲也有良好的保健功效。
采用现代生物技术, 筛选功能红曲的优良高产菌株, 如浙江义乌章舸生物工程有限公司的 9798 红曲霉菌株、湖北武汉佳成生物科技有限公司等。由于优良的菌种和科学先进的工艺, 使莫钠可林含量可达 1 % 以上,比以前提高了几十倍,达到较高的先进水平。培育新菌种,开发新产品,创造新工艺、研究新的有效成分仍然是今后功能红曲生产研究的课题和方向。
在红曲保健产品开发方面已开始起步,如浙江义乌丹溪酒业有限公司生产的红曲酒和红曲醋等,其他还有红曲啤酒、红曲饼干、红曲蛋糕等。红曲保健食品还有待研究使其形成产业化, 以满足我国广阔的市场需要,为人类健康服务。
3 高色价红曲技术和纯种红曲酿酒新技术
随着我国科学技术的发展,红曲生产不断采用新菌种、新技术、新设备和新工艺,并对传统工艺不断进行技术改革和创新,使色曲和酒曲在质量和出曲率上有很大提高。如色曲的色价达到 2000～4000u/g,比 GB4926-85红曲米的国家一级标准 800提高了 2.5～5倍。并生产偏红或偏黄的曲,以供不同的需要。武汉佳成生物科技有限公司、浙江义乌天然色素实业公司等都具有一定的生产规模。广东江门科隆生物技术有限公司、宁夏瑞德有限公司等, 采用液体深层红曲发酵新技术生产红曲红,实现了红曲色素生产机械化,并制订了 GB 15961-1995红曲红国家标准。这是我国红曲色素生产上的一项重大创新,特别是江门厂红曲霉深层发酵技术有很大提高。
目前,我国红曲生产都采用厚层通风制曲法来替代传统红曲生产工艺。其特点:采用红曲霉纯种培养技术;曲池厚层制曲;利用通风装制和自动控温技术等。其优良红曲霉菌种有衢州 3 号 (AS3·5902); 浙江工大SM 001,SM 005;上海工业微生物所的 P1248。中国科学院微生物所推广的 11株红曲霉优良菌种, 其中制色曲的有:AS3·913,AS3·914 和 AS3·983; 可用作酿酒的有:AS3·555,AS3·920,AS3·976,AS3·986,AS3·987 和AS3·2637。作色曲或酿酒兼用的有:AS3·972,AS3·986和 AS3·987。在 11株菌中 AS3·555,AS3·976在分类上属变红红曲霉群外,其他各株均属红曲霉群。李钟庆先生还发现了新种,它为我国红曲生产纯种化提供优良菌种指明了发展方向,为我国红曲业作出了重大贡献。
近年来,又研制采用液体红曲种子代替传统的代代相传的固体红曲接种新工艺。其优点是:液体红曲种子质量高于固体红曲种,繁殖力快而强,可缩短生产周期。如武汉、浙江、江苏、安徽等都采用此法。
这种所谓“液体、固体两步法生产红曲”的方法,早在 20世纪 80 年代初,上海市工业微生物研究所已研究成功并生产, 研究成果文章发表在 1980 年《工业微生物》的第 4期上。浙江工大魏培莲等的“红曲排液-固两步法生产红曲米的研究”文章发表于浙江工大周立平等主编的《2000东方红曲国际学术研讨会论文集》上。
红曲霉所产生的有害真菌毒素—— —桔霉素,是我国古老红曲生产碰到的新问题,引起我国红曲业的极大关注和有关部门的研究。1981年,香港中文大学 Hinchung.W ang等人首次分离出红曲中的一种抑菌因子, 命名为M onascidinA。
法国学者 Philippej.Blanc-T 于 1995 年首次在红曲霉培养物中检测出桔霉素。江苏无锡轻工大学许赣荣先后发表文章,“红曲产品在欧州的合法地位、菌种分类及有害物质桔霉素”发表在《酿酒科技》
1998 年的第 6 期上和“浅谈红曲霉桔霉素”发表在《酿酒科技》1990 年的第 3 期上,介绍了桔霉素的产生菌种(株),桔霉素的代谢途径;有关理化性质,以及如何控制产生的方法等,引起国内外的关注。
目前,我国桔霉素的检测方法主要有高效液相色谱法、薄层层析法等。如中科院成都生物所赵海等,天津轻工业学院宫慧梅等都采用双向薄层层析法,称这种方法简单易行,容易掌握,该方法标准品的回收率为 100% ,样品标准加样回收为 85% 。中国食品发酵工业研究所提出采用微生物混合发酵法, 但未能解决桔霉素问题。据浙工大周立平报道,1999年 9月,PojoBlanc博士访问工大时,在红曲米生产企业现场取样红曲米(500 kg 大米量 /曲池,色价 >2000u/g),回国后经 HPLC 测定,桔霉素含量低于 1μg/g, 后又经用免疫附层析法测定,结果为 0.07μg/g。由此可见通过菌种优选可以解决固体红曲的安全等问题。
关于纯种红曲酿造黄酒,作者曾于 1971年在《微生物》资料汇编第二集发表了《红曲和乌衣红曲研究初报》。经十几年生产实践证明是可行的,纯种红曲发酵中添加糖化酶和黄酒干酵母发酵,解决了传统红曲黄酒生产容易造成的酸败现象,并提高了出酒率。
4 红曲酯化酶新技术在白酒业的应用
红曲酯化酶新技术的应用,是中国白酒工业的一项重大创新成果,为我国白酒质量的提高,发展生态食品具有重要意义。
20 世纪 60 年代初,中国科学院成都生物研究所吴衍庸与合作者从泸酒麦曲中分离到红曲霉菌株,具有较强的生香功能,定名为泸型酯化菌 M 101,该菌在麦芽汁琼脂平板上,菌落初呈白色、毛毯状,3d后呈灰白色、褶皱状,镜检菌丝分枝、分隔,直径 3～9μm 。内含油滴,培养 5d后出现大量被子器,呈球形,大小为 6～10μm 。在麦芽汁及合成培养基液体中培养产生少量色素,在玉米淀粉培养基中产生大量红色色素,该菌被鉴定为烟色红曲霉(Monascus Fulginosus)M 101菌株。
M Z 酯化酶由泸型酯化菌红曲霉 M 101 菌株产生,其最适产酶温度为 30℃, 酶活反应最适温度为 50℃,酶液在 60℃处理 24h, 酶活力仍保存 75% ,pH 稳定在4.5～7.5之间,可保存 100% 的酶活力。该酶具有酯化多功能而产生复合香酯。天津轻院赵华等于 1997 年诱变成高产的 M 5035-13红曲菌等。红曲酯化酶的研究与应用技术成为大曲酒厂的热点。
红曲酯化菌主要应用在以下几方面:①在强化大曲生产中的应用,如武汉佳成生物有限公司与四川隆昌滴潭窖有限公司合作, 在强化大曲的生产中加 0.5% 的酯化红曲进行制曲,酯化力比原工艺提高 3.8 mg/g,提高16.8% ,为提高中高温大曲的质量起到了显著的强化作用。②用于生产合成酯香液,其己酸乙酯含量以 100mL酯香液中酯含量计,酯化 10d,生酯量为 1080 mg;30 d为 2370mg;60d 为 4180mg;90d 为 7230mg。并可用该酯香液与成品酒进行中低度酒的勾调。③天津渔阳酿酒有限公司将红曲霉帘曲直接混入大米查进行发酵或双轮底发酵,可提高优质品率达 10% ,可提高出酒率 1%～2% ;④山东兰陵美酒股份有限公司利用酯化红曲生产黄水酯化液等。
2000 年中科院成都生物所杨涛、庄名杨等和成都水井坊有限公司相关人员,又从水井酒坊环境中分离获得红曲菌 3.56 菌株,属红色红曲霉(Monascus rubber)。并做了相应的次生代谢产物的研究,并证实红曲菌在白酒生产过程中,可产生一定量的辛酸、癸酸、月桂酸、豆蔻酸、油酸、亚油酸及其乙酯等。目前,国内很多白酒厂应用红曲酯化酶新技术都取得了显著的效果。
5 国内外学术与信息技术交流,促进红曲科技发展
浙江工业大学曾于 2000 年和 2004 年分别主办了东方红曲国际学术研讨会, 外国代表有日本、韩国、泰国、法国、美国等,还出版了《东方红曲国际学术研讨会论文集》。日、韩、美、法等红曲专家来浙江工业大学访问和讲学,浙江工大还派员到法国图卢兹大学,作有关红曲生理活性物质的博士后研究生。1998 年 7 月 8～10日, 在法国图卢兹召开了红曲生产与应用学术研讨会。出席会议的代表有中国、法国、土耳其、巴西、荷兰、德国、墨西哥、西班牙、美国、瑞士、新加坡、泰国、印度尼西亚、斯洛伐克、日本、韩国等国的科学家 30 余人;我国无锡轻工大学许赣荣等应邀出席;吴衍庸等的“烟色红曲霉酯酶特性及在中国酒上的应用”研究论文在这次会上受到专家的重视。1987 年郭芳承担中日国际合作项目“红曲菌产色素优良菌种选育与工艺研究”。周立平也曾多次去日本和韩国考察和讲学。所有这些交流活动在我国红曲发展史上是史无前例的。我国科技工作者近几年来在各种刊物上发表了有关红曲生产与研究以及产品开发方面的论文近 200 余篇,并出版许多专著,对普及和提高红曲生产和科研以及产品开发都起到一定作用,可喜可贺。
我国有关科研、院校等都在深入对红曲的研究和利用,如中国食品发酵工业研究院、四川成都生物所、福建微生物所、江南大学、华中农业大学、武汉工业学院、福建师大、浙江工业大学等。
6 几点看法和建议
6.1 我国是发明红曲的国家,也是生产红曲的大国,我们不但在生产与应用上作出了贡献,而且在理论上也应该有所创新。为此,建议有关部门应加强红曲基础理论的研究。如红曲发酵机理及成分的研究;红曲生理活性物质的研究;红曲褪色的原因及防治研究等,以提高我国红曲的创新水平。
6.2 积极努力研究开发红曲保健食品。为我国 13 亿人口身体健康服务,是发展我国红曲产业的大方向,具有广阔的市场和发展前景;而目前红曲保健产品在市场上很少,这个问题应该值得大家高度关注和重视,红曲中的许多生理活性物质及其功能至今尚未搞清楚。所以以1～2种有效成分,如莫纳可林 K 等来衡量红曲保健食品的唯一标准是不全面的,而且将会影响我国红曲保健食品的开发与发展。我们认为,在中国中医中药是祖国医学的大宝库,我们应该以“中医的活血化瘀”的理论来阐明红曲及其保健食品的疗效, 弘扬中医中药的理论,并以此来阐明红曲的功能和综合作用,宣传红曲保健食品的保健作用和意义,是能够使消费者理解和接受的。当然我们也要学习外国先进的科学技术,来提高我国红曲及红曲保健食品的科学技术,学习国外红曲保健食品开发的经验,加快我国红曲保健食品形成产业化,为人类健康服务。
红曲酒和红曲醋是我国最好的大宗保健食品开发项目,红曲保健酒是发展酿造低度酒的一个新品种。研究开发红曲白酒以及蒸馏后残液的利用,也是增加白酒的新酒种,并研究探索其保健功效的成分。不论酿造的红曲酒或红曲白酒以及红曲醋添加具有降脂、降压的多种中草药发酵或浸出液,都有以强化酒的保健功用和改善风味的作用。在改造传统红曲酒生产中,我认为今后可研究借鉴红曲酒生产工艺,研制红曲液体曲代替固体红曲用于酿造红曲酒,以达到制曲与酿酒连续化、机械化、自动化,这是一个讨论的课题。
值得注意的是功能红曲的生产,由于需要较高的生物技术和先进设备,投资大,还要考虑国内外的需求量等方面的综合因素。所以更要慎重投资建厂,以免造成损失,以保持我国红曲生产与应用持久的健康发展。
作者简介:作者简介：傅金泉（ 1936-），男，浙江人，高中，工程师，从事酿酒工作 40多年，主编《 中国酒曲集锦》等著作多部，发表论文 80余篇，获省优秀论文
篇，获轻工业部科技进步三等奖 1项。
