酿造红曲研究现状与展望

2023-01-04黄颖颖杨成龙

中国酿造 2022年5期

陈慎，黄颖颖，杨成龙*

（福建省农业科学院农业工程技术研究所福建省农产品（食品）加工重点实验室，福建福州 350003）

红曲霉（Monascussp.）是一种在发酵领域广泛应用的重要微生物资源，红曲霉发酵制成红曲米的传统工艺是中华民族祖先的伟大发明和宝贵传承，在唐朝已经有对红曲应用的历史记录[1]，如丹曲、赤曲、福曲等红曲的别称在不同地区广为人知，是祖国的宝贵文化遗产。除了红曲米制作之外，红曲霉也在食品行业、酿造行业及制药行业等领域进行了应用，积累了许多宝贵的经验，体现了劳动人民利用自然资源的智慧[2-5]。红曲的产地分布在福建、浙江、江苏等省[6]，福建省是我国红曲的主要产地，目前拥有红曲生产企业和传统家庭作坊200家左右，生产历史已传承延续了近千年，分布广、业态多、品质好、产量大，固态发酵红曲产量占世界总产量85%左右，其中以古田红曲最负盛名。福建红曲在产品品质和色价等方面均优于国内其他同类产品，在国内外广受欢迎，市场潜力巨大。近20年来，在福建省内相关部门的发展规划中，基本都对红曲这一传统优势特色产业进行了特别关注，制订了许多扶持政策。除我国在红曲霉应用具有悠久历史外，世界范围内同样对红曲的应用和发展开展了相关研究，在东亚地区的一些国家，红曲传统制品被称为红曲米或红曲发酵米[7]，如日本、韩国、菲律宾等国，分别将红曲应用于酒类酿造和红曲豆制品的生产等不同方面[8-9]。

早期红曲的应用研究主要侧重在红曲黄酒的酿造方面，红曲黄酒的产地主要以浙江省以南为主，湖南、福建、广东均有相关的生产企业。红曲黄酒是黄酒中产量和产值均发展最快的品种，20世纪50-60年代，红曲黄酒的年产量在500 t左右，随着近20～30年生产工艺的发展，年产量可达20万t～30万t。近年来，尽管红曲在天然色素和功能成分等方面的研究发展较快，但酿造红曲的关注度不高，系统深入性的研究较为缺乏，因此，目前酿造红曲行业存在较多问题亟待解决。将传统酿造红曲生产工艺与先进加工技术相结合，充分发挥红曲在酿造食品等方面的优势，提高相关后续产品质量，具有重要意义。由于酿造红曲的品质与安全性对红曲酒产品的风味、功能活性及产品质量都起到决定性的作用，因此，针对目前行业发展存在的紧迫问题，围绕产品品质提升，标准化生产工艺优化，活性物质成分解析和功效等方面开展相关研究，以便解决行业共性问题，促进红曲产业发展。

1 红曲的应用

1.1 红曲红色素

红曲霉常用于天然色素的生产，由发酵制得的红曲米（粉）、红曲红和红曲黄色素作为天然着色剂，是世界范围内生产量和使用量最大的天然色素品种之一。红曲色素具有生产周期短、成本低，蛋白着色稳定性、酸碱稳定性、热稳定性好等优点。红、黄、橙色素等能在不同的酱料中使用[10]；近年来，在肉制品、水产品、腌制蔬菜、淀粉类制品与调味品等食品加工领域中，红曲色素的使用量都快速增加[11]。针对红曲红本身不溶于水和光稳定差的问题，也有相关研究，如通过喷雾干燥技术，采用阿拉伯胶作为囊材制备红曲色素微胶囊，可在显著提高红曲色素水溶性的同时提高光稳定性，使红曲色素这种天然色素在食品加工领域的使用范围进一步拓展[12]。

1.2 功能红曲

除用于食品加工领域，红曲霉因其在发酵过程中生成多种活性代谢产物，对高血压、高血脂具有良好的治疗效果，在传统中药中也得到了广泛的应用，其中莫纳可林K是主要的降血脂因子，可抑制胆固醇合成[13]。目前研究发现，在红曲的固态发酵过程中，发酵产物中的莫纳可林K总量在0.139～35.019 mg/g不等[14-15]；有报道称，麦角固醇、γ-氨基丁酸、皂苷和异黄酮等其他活性成分同样在红曲中发现[16-20]。红曲制品中生物活性成分多、含量高，十分适合用于功能保健类食品的开发。

1.3 酿造红曲

以大米、小麦麸皮、小麦等粮谷为原料，接种红曲霉菌种发酵培养制得并用于黄酒、醋、白酒、葡萄酒、啤酒、酱油、腐乳等产品的发酵剂被称为酿造红曲。在酿造过程中，红曲生成的糖化酶和蛋白酶发挥作用，通过转化发酵基质中的淀粉和部分蛋白质，提高酿造产品的风味成分。因红曲霉本身具有耐高温、耐乙醇的特点，同时在发酵过程中产生的不同酶类可起到糖化和生香的作用，十分适合在酿造行业中应用[21]。酿造红曲广泛用于黄酒与白酒等酒类生产中，特别是红曲用于发酵生产的黄酒，因其本身具有发酵产色素的能力，可赋予黄酒独特的红与橙相结合的颜色，酒色鲜艳、醇香浓郁[22-23]。而红曲用于白酒生产时，则可以达到明显增香的效果，有研究表明[24]，红曲霉可产生活力较高的酯化酶，将白酒发酵过程中的前体物质乙酸转化为乙酸乙酯，该技术应用于浓香型白酒的生产过程中，可在提高酒质的同时缩短发酵周期。

2 酿造红曲的研究现状

2.1 菌种优选与复合发酵

优质菌株的筛选是目前提高酿造红曲产品的重要手段，在酿造过程中，红曲也经常与不同菌种混合，进行复合发酵，达到提高产品品质的目的。郭婉[25]利用筛选出的一株优质红曲霉，将其与糖化酶、甜酒曲复配，用于银耳黄酒酿造，生产出一种清爽型银耳黄酒。夏培禹等[26]从中温大曲中筛选出3株红曲霉，分别进行红曲米发酵，进行黄酒酿造实验，再从中选出产红曲色素含量与糖化力较高的1株，色价和糖化力分别可达1 123.4 U/g和1 227.6 U/g，将其进行了产业化应用，结果显示，该菌株发酵得到的黄酒总糖含量最低，酒精产量增加1%，在高级醇产量减少的同时生成较多的乳酸乙酯及乙酸乙酯。对福建地区常用于黄酒酿造的乌衣红曲和古田红曲两类复合发酵菌群的研究显示，乌衣红曲具有更高的真菌菌群丰度、多样性及均匀性，且黄曲霉、米根霉、酵母菌数量更高，但两种酒曲中的红曲霉数量无显著差异，这些差异及地域的不同造就了不同风格的黄酒产品[27]。侯兴蓉[28]将筛选出的1株可与米曲霉协同生长的红曲霉进行复合发酵，研究了混合生长中蛋白酶与淀粉酶的变化情况，得到了一种混合发酵产物绿衣红曲，并最终用于酱油与黄酒的酿造。

2.2 酿造红曲产品工艺研发

优化发酵工艺同样是目前提高酿造红曲制品品质的主要方法。黄媛媛等[29]采用分段发酵的方法，先利用红曲米在55～65 ℃条件下进行糖化、液化4 h，冷却后添加蒸熟的大米，与酒母等其他发酵剂进行混合发酵，得到的产品酒精度可达12.9%vol，颜色呈鲜艳的橙红色，香气清雅，口感清爽柔和。张文森[30]针对传统红曲黄酒工艺中香气不足和总酯含量低的缺陷，采用“三曲二酶”结合活性干酵母低温发酵新工艺，通过混合酯化红曲、乌衣红曲、白曲、糖化酶、淀粉酶、黄酒专用活性干酵母等作为糖化发酵剂，优化了发酵工艺，改善了红曲酒的香气，提高了总酯含量，实验结果显示，红曲黄酒中总酯含量提升约22%～23%，口味更加醇厚、香气更加浓郁，在缩短发酵周期的同时提高了产品品质。

2.3 活性物质成分研究

红曲霉代谢产生的不同活性成分能够显著提高酿造红曲产品的附加值和影响力。有研究显示，红曲霉在发酵过程中能够产生具有降血脂、抗肥胖、抗氧化等活性物质，与生产的黄酒酒体中其他活性物质相结合后，能起到健脾温中、活血化瘀的功效[31-32]。也有研究表明，每天适量摄入红曲酒，可以明显降低机体内总胆固醇、低密度脂蛋白胆固醇以及总甘油三酯的浓度[33-34]。吕旭聪等[35]筛选福建红曲菌中高粱红曲菌，将其应用于黄酒发酵时，产红曲色素和降血脂类活性物质洛伐他丁的能力相较于其他菌株更为优秀。文镜等[36]通过研究利用红曲酿造制成的功能性红曲醋对大鼠进行灌胃观察，结果显示，在60 d之后相较于对照组，采用功能红曲醋灌胃的大鼠动物血清总胆固醇和甘油三脂水平显著降低（P＜0.05）。刘志强等[37]通过将红曲霉与乳酸菌进行混合发酵，通过分段培养的方式可研发出一套显著提高γ-氨基丁酸的发酵工艺。

2.4 挥发性风味成分分析

通过对挥发性成分进行分析可通过数据化的结果来判别酒类的品质。黄玲玲等[38]分析了以黑曲霉和红曲霉发酵生产的黄酒，通过化学法、高效液相色谱法分析了发酵过程中成分的变化，采用气相色谱质谱联用的方法分析了黄酒产品的挥发性成分，结果显示，红曲霉酿造得到的黄酒相较于黑曲霉挥发性成分更加丰富，2-庚醇、2-壬醇、2-甲基丁酸为红曲发酵过程中独有成分。李路等[39]利用顶空固相微萃取-气质谱联用技术，通过主成分分析和建立正交偏最小二乘法判别分析模型，分析红曲和药白曲发酵生产黄酒中的挥发性风味物质的主要差异，通过比较单独采用一种曲霉进行发酵和两种曲霉结合发酵得到的黄酒，得出结论为红曲对挥发性风味物质影响较强，药白曲的影响较弱。

3 酿造红曲研究存在的问题

目前，针对红曲的研究主要集中在色素和功能性成分，而酿造红曲产业目前存在的一些共性问题并没有被关注到，这些共性问题在不同方面影响着产业的进步，因此，深入开展针对酿造红曲的研究具有重要意义。

3.1 酿造红曲品质的参差不齐对产品品质的影响

现有酿造红曲产品的在主要质量指标上如色价、糖化力、发酵力等差别很大，造成酿造产品生产时会出现产酒率、酒度及发酵周期存在较大差别，不同批次之间的红曲酒质量难以保持稳定，甚至出现原酒酸度过高问题。不同批次酿造红曲之间的质量差异也会造成生产过程的控制难度加大，红曲黄酒等产品的品质难以提升，开拓高端市场存在一定困难。

3.2 糖化力测定方法的适用性仍待研究

目前，糖化力测定方法的研究主要集中在大曲上，对碘量法、3,5-二硝基水杨酸（3,5-dinitrosalicylic acid，DNS）法、斐林试剂法等几种常用的糖化酶活力测定方法进行了比较，结果显示，测定时样品量、浸提温度，浸提液稀释倍数均对测定结果有很大影响[40]。有研究发现，斐林试剂法在针对糖化力高于900 U/g的样品时准确度较差，改进方法包括提高淀粉浓度和降低浸出液浓度，加大斐林试剂甲液、乙液用量，减少试液用量等可更准确的测定糖化力较高的大曲样品[41-42]。但由于斐林试剂法测定过程主要利用滴定的显色反应，酿造红曲在发酵过程中产生的色素成分会对该方法测定结果的精度造成影响，因此，斐林试剂法并不适用于酿造红曲的糖化力测定。林晓婕等[43]对碘量法、DNS法、斐林试剂法等不同糖化力的测定方法在酿造用红曲中的应用进行了研究并进行验证实验，结果显示，碘量法与DNS法测定的红曲米糖化力准确度较高，对于少量样品检测，碘量法较为适用；而大量样品的检测采用DNS法可提高检测速度同时保证准确性。综上所述，目前适用于酿造红曲糖化力测定的标准方法没有一个明确的定论。

3.3 桔霉素对酿造红曲产品的负面影响

桔霉素是红曲霉在发酵过程中伴随色素生成的一种次级代谢产物，该真菌毒素对动物肝脏具有毒害作用，可引起肾肿大、肾小管扩张等症状[44]。虽然目前酿造红曲标准还未设定桔霉素的相关指标，但欧盟和日本都制定了严格的标准以限定红曲制品中桔霉素的含量，这对采用红曲霉发酵生产的系列产品的开发提出了挑战。目前，对桔霉素的研究主要集中在红曲米的固态和液态发酵领域中，针对桔霉素控制方法的研究主要包括以下两个方面。

3.3.1 低产桔霉素菌种选育

并非所有的红曲霉菌种都会产生桔霉素，因此，低产桔霉素的菌种筛选是一种最为经济的方法，庄月娥等[45]通过对古田县不同品牌的红曲米中存在的红曲霉进行筛选，得到15株红曲霉菌，经分析测定，得到1株高产莫纳可林K、低产桔霉素的菌株。盛眀健等[46]通过筛选得到1株不产桔霉素的红曲霉菌株，代谢得到的红曲色素可用于老抽酱油酿造中代替人工焦糖色素。REHAB M等[47]从各地共收集和纯化得到235株红曲霉菌，从中筛选出1株高产色素、低产桔霉素的菌株，液态发酵色价可达628.9 U/g，桔霉素含量为1.01 mg/L。KETKAEO S等[48]采用紫外线照射诱变和亚硝基胍溶液处理相结合的方式，对红曲霉进行诱变处理后发酵生产红曲米，成功将桔霉素含量降低80%。何雨峰[49]研究了基于基因工程技术进行红曲霉菌MnSOD基因的克隆和原核表达，设计出一种红曲霉MnSOD简并引物得到目的基因片段，克隆得到红曲霉MnSOD加入红曲霉中发酵，达到提高红曲霉抗氧化能力和降低桔霉素生成的目的。

3.3.2 培养基与发酵条件优化

有研究表明[50]，在红曲液态发酵第2天添加氯化镧溶液能够有效促进胞外色价的生成，同时抑制桔霉素的生成，镧离子能在基因层面调控红曲色素生成基因的表达，同时抑制了桔霉素生成基因的表达。陈景智[51]利用铵盐作为培养基成分来抑制桔霉素的生成，结果显示，桔霉素含量降低效果显著，从526.6 mg/kg下降至5.88 mg/kg，通过发酵罐发酵验证，该方法可行。王艳玲[52]在红曲的液态发酵过程中通过添加金雀异黄酮来抑制桔霉素的生产，结果显示，桔霉素含量降低了80%。赵靖[53]通过在液态发酵培养基中加入焦亚硫酸钾、磷酸二氢钠、癸酸和钠离子，将桔霉素产量降低了77.2%。梁斐[54]对豆腐乳发酵过程中发酵条件的研究发现，通过添加0.36 g/kg的环磷酸腺苷和30 μg/kg的生物素能够显著降低桔霉素的含量。陈豪锋等[55]针对红曲在酿造酒生产中存在的桔霉素超标问题，采用在酿酒基质中添加大豆胚芽的方法，可在提升淀粉酶活性的同时降低桔霉素的生成，同时还能提升活性物质洛伐他汀的产量达11.76 mg/g。

酿造红曲中桔霉素含量较高的问题普遍存在，虽然目前我国实行的酿造红曲标准中并没有对桔霉素含量有明确的规定，但提前关注桔霉素残留问题，可促进行业健康发展，为扩大酿造红曲的应用领域提供技术支撑。