红曲霉发酵产物Monacolin K的研究进展与应用*

李晶马贵民 冯晓明 陈淑范 张玲 胡瑞君

（黑龙江生物科技职业学院食品生物系，黑龙江哈尔滨150025）

红曲霉发酵产物Monacolin K的研究进展与应用*

李晶**马贵民 冯晓明 陈淑范 张玲 胡瑞君

（黑龙江生物科技职业学院食品生物系，黑龙江哈尔滨150025）

Monacolin K是红曲霉发酵的次生代谢产物，能显著降低体内胆固醇的合成水平。主要综述了Monacolin K的理化性质、在抑制胆固醇合成方面的作用机制及红曲霉发酵过程中高产Monacolin K的途径，并对Monacolin K的发展前景进行了展望。

Monacolin K；红曲霉；发酵产物

红曲霉是一种小型丝状腐生真菌，将其接种于大米得到的产物为红曲米。红曲米在我国应用于传统食品着色、防腐和治疗消化不良、腹泻、脾胃不和等疾病，已有几百年的历史了。1979年，日本学者远藤章教授从红曲霉（Monascus ruber）的发酵产物中首次分离出一种可以降低胆固醇合成的生理活性物质莫纳克林K（Monacolin K或称为Lovastatin，洛伐他汀），Monacolin K的发现引起了各国学者的广泛关注，同时也开始了对Monacolin K的深入探索和研究。本文主要从Monacolin K的理化性质、Monacolin K在抑制胆固醇合成方面的应用及其如何获得高产量MonacolinK的发酵途径这3个方面阐述。

1 Monacolin K的理化性质

Monacolin K在常态下为透明白色针状晶体，不易溶于水、正巳烷、石油醚，易溶于甲醇、乙醇、丙酮、氯仿、苯等有机溶剂。Monacolin K有酸式和内酯式2种结构式，其分子式为C24H36O5，分子量为404，熔点为157℃～159℃。在甲醇中进行紫外线光谱试验显示较大吸收波长为229 nm、237 nm、246 nm，在KBr中进行红外线光谱试验显示吸收波长为3 550 cm-1、2 970 cm-1、1 696 cm-1、1 220 cm-1。

2 Monacolin K抑制胆固醇合成机制

目前还发现了多种与Monacolin K结构相似的其他Monacolin类物质，研究发现它们对胆固醇的合成都具有抑制作用，但从活性上来看，以Monacolin K的活力最强，现在在很多国家都已制成商品出售。

人体中调节胆固醇合成的关键酶是HMG-CoA还原酶，Monacolin K的酸式结构与HMG-CoA还原酶结构类似，因此Monacolin K对HMG-CoA还原酶具有竞争性抑制作用，从而控制胆固醇的合成。此外，Monacolin K在降低体内胆固醇合成的同时，可以增加体内LDL受体的生成，LDL受体可以清除体内LDL（低浓度蛋白）和LDL前体，降低体内LDL的浓度水平，因此说Monacolin K还具有促进胆固醇的分解代谢的功能。

3 红曲霉发酵高产MonacolinK的途径

目前Monacolin K的生产主要依靠于红曲霉发酵，但其产量很低。为了提高Monacolin K的发酵产量，国内外很多学者利用红曲霉菌种选育、发酵条件优化和添加诱导剂等途径，均取得了较好的效果。

3.1 红曲霉菌种选育

对红曲霉进行菌种选育，是提高代谢产物Monacolin K产量的重要途径。国内外很多学者采用不同的方法对Monacolin K的生产菌种进行诱变处理，得到了较为理想的结果。

Suh SH等人利用γ-射线处理红曲霉出发菌株孢子悬液，获得了高产Monacolin K的突变株，其中KU609突变株Monacolin K的生产能力与亲株相比，提高了近100倍。魏培莲等人以红曲霉Monascus MO为出发菌株，经紫外线（UV）、硫酸二乙酯（DES）、氯化锂（LiCl）等诱变剂反复诱变处理，经高效液相色谱法检测，获得3株高产MonacolinK菌株，特别是诱变株M7，其MonacolinK的含量与出发菌株相比提高了近41倍。刘德海等人以红色红曲霉菌株M5为出发菌株，经过紫外线诱变筛选，得到一株高产Monacolin K的功能性菌株M7，并对该菌株的生物学特性进行了研究，认为该菌株具有较好的遗传稳定性和较强的耐乙醇能力。陈芝林等人将高产Monacolin K的土曲霉Aspergillusterrus CA99与低产Monacolin K的红曲霉Manastusanka M-3进行原生质体融合，获得多株Monacolin K产量高于出发菌株的高产融合子，对其中一株F49进行发酵培养，Monacolin K发酵单位达到了1 216 μg/mL。刘爱英等人采用UV和LiCl复合诱变的方法处理红曲霉原始菌株Monascus purpureus ZZ红曲菌，突变株经发酵获得Monacolin K的产量比原始菌株高近3倍，突变株和原始菌株的液体摇瓶发酵单位分别是219.9 g/mL和65.4 g/mL。

3.2 发酵条件优化

通过对红曲霉发酵过程中各种条件进行优化，可以促进Monacolin K产量的增加。我国学者在这方面做了较多研究，从培养基的组成到发酵过程中的培养条件，均有相关报道。

3.2.1 培养基的优化

广东蓝宝制药有限公司周兴挺等人利用均匀设计的试验方法，对Monacolin K生产用发酵培养基配方进行了优化，确定了碳源、氮源，实现了生产原料国产化，发酵水平与原配方接近，但大大降低了生产成本。天津科技大学汤卫华等人利用正交试验设计对红曲霉TQ57发酵生产Monacolin K的摇瓶发酵培养基进行了优化，试验结果显示，MonacolinK的最适发酵碳源为甘油，最佳添加质量分数为14%，最适氮源为蛋白胨，最佳氮源质量分数为3%，在此条件下Monacolin K产量可达27.75 mg/L。浙江瑞邦药业有限公司卜光明等人选用生物氮素和蛋白粉代替原配方中的蛋白胨和豆粕粉，对洛伐他汀发酵培养基进行了优化，确定了最佳发酵培养基配方，经30 t发酵罐连续10批验证，平均产量达到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 培养条件的优化

在培养条件的优化上，我国学者多从发酵时间、初始pH、摇瓶转数、装液量等因素进行研究，Monacolin K的产量均有提高。

浙江工业大学甘锋等人采用Central Composite Design（CCD）响应面分析方法，对红曲霉菌株（Monascus ruberGMA4）固态发酵产Monacolin K的工艺条件进行了优化，确定产Monacolin K最佳工艺条件为：培养基初始含水量51.2%，32℃培养3d，再在26℃条件下培养17 d，在此条件下，Monacolin K产量达到15.49 mg/g，比优化前所得到的Monacolin K产量11.03 mg/g提高了40.4%。危勤涛等人对红曲霉GM026产洛伐他汀的液态发酵条件进行了研究，确定了最佳发酵条件为培养温度26℃，初始pH=5.0，接种量7%，250 mL三角瓶装液量为50 mL，摇床转速170 rad/min。在此述条件下，发酵培养14 d，洛伐他汀产量达到375.86 mg/L。江南大学许赣荣等人对不产桔霉素，高产开环式Monacolin K的红曲霉9901菌株的固态发酵条件进行了研究，确定该菌株宜采取先30℃后26℃的变温控制模式，物料初始水分含量宜控制在65%左右，能获得较高产量Monacolin K。

3.3 诱导剂的添加

在发酵过程中添加诱导剂是提高目的产物生物合成效率的一种非常有效的方法。目前虽然红曲霉发酵生产Monacolin K的生物合成调节机制还不是十分清楚，但很多学者在这方面做了许多尝试，获得了较好的效果。

中科院孙佳龙等人将从茶树叶中分离得到的掷孢酵母滤液做为诱导剂，添加到红曲霉培养液中，结果显示Monacolin K的产量增加到446.92 mg/mL，比原来提高了6倍。台湾Jyh-Jye Wang等人以红曲霉NTU601为生产菌研究不同体积浓度乙醇对Monacolin K的产量影响，当添加体积浓度0.5%乙醇时，Monacolin K的产量从原来的136 mg/kg到383 mg/kg，可见乙醇对Monacolin K的生成具有一定的促进作用。赵树欣等人在红曲霉生长过程中分别添加酵母破壁液、酵母和酵母乏液，发现均能提高Monacolin K的产量，Monacolin K产量分别为48.06 mg/L、43.64 mg/L、44.79 mg/L，分别是对照组的1.38、1.26、1.29倍。天津科技大学朱振元等人也对酵母细胞对红曲霉次生代谢产物的影响做了研究，发现在红曲霉液态发酵中添加酵母细胞破壁液不仅可以增加色素的含量，同时也可以增加Monacolin K的产量。

4 展望

在我国患有动脉硬化、冠心病、高血压等疾病的人数正逐年增加，并趋于低龄化，心血管疾病正成为威胁人类健康的主要疾病之一。目前，国内外市场上出现的降脂类药物主要有辛伐他汀、脂必妥、血脂康等，它们的降脂机理都与Monacolin K有关。因此，加大对红曲霉及其特殊功能成分的研究，有利于新型红曲保健食品和降低胆固醇治疗药物的开发，具有广阔的市场和发展前景。

［1］ENDO A.Monacolin K，a new hypocholesterolemic agent produced by a Manascus species［J］.Antibiotics，1979，32（8）：852-854.

［2］ENDO A.M onacolin K，a new hypocholest erolemic agent that specifically inhibits 3_hydroxy_3methy_glutaryl coenzyme A reduct ase［J］.Journal of Antibiotics，1980，33（3）：334-336.

［3］余志立,袁建勇.新型降胆固醇的物质Monacolin K的质谱研究［J］.质谱学报，2000，21（1）：68-71.

［4］ENDOA,HASUMIK，NAKAMURAT，etal.Dihydromonacolin L and monacolin X，new metabolites those inhabit cholesterd biosynthesis［J］.JournalofAntibiotics，1985，38（3）：321-331.

［5］ENDO A，HASUMI K，NEGISHI S.Monacolin J and L，new inhibitors of cholesterol biosynthesis produced by Monaseus rubber［J］.Journal of Antibiotics，1985（38）：420-422.

［6］ALBERTS A W，CHEN J，KURON G，et al.Mevinolin：a highlypotentcompetitiveinhibitorofhydroxymethyl glutaryl-Coenzyme A reductase and cholesterol-lowering agent［J］.National Academy of Sciences，1980，77（7）：3 957-3 961.

［7］LSTVAN E，DEISENHOFER J.Structuralm echanism for statin inh ibition of HMG-CoA reductase［J］.Science，2001，292（5 519）：1 160-1 164.

［8］CUCHEL M，SCHAEFER J，MILLAR S，et al.Lovastatin decrease de nove cholesterol synthesis and LDL apo B-100 production rates incombined hyperlipidemic males［J］.Arteriosclerosis，Thrombosis，and Vascular Biology，1997，17（10）：1 910-1 917.

［9］SUH SH，RHEEM S，MAH JH，et al.Optimization of production of monacolin K from gamma-irradiated Monascus mutant by use of response surface methodology［J］.Journal of Medicinal Food，2007，10（3）：408-415.

［10］魏培莲，周立平，毛建卫.高产降胆固醇活性物质的红曲霉菌种选育研究［J］.氨基酸和生物资源，2002，24（3）：18-22.

［11］刘德海，何蔚荭，王红云.降胆固醇红曲霉菌株的选育及其生物学特性研究［J］.河南科学，2008，26（8）:928-930.

［12］陈芝林，文宇萍，宋渊.通过红曲霉-土曲霉属间原生质体融合提高Monacolin K产量［J］.自然科学进展，2007，17（4），536-541.

［13］刘爱英，孙嘉龙，邹晓.提高红曲霉发酵产品Monacolin K含量的研究［J］.贵州农业科学，2007，35（6）：5-7.

［14］周兴挺，徐会根，罗定军.洛伐他汀发酵培养基配方的均匀设计优选［J］.中国抗生素杂志，1999，24（1）：22-23.

［15］汤卫华，乔长晟，贾士儒.红曲霉液态发酵生产Monacolin K培养基的优化［J］.生物加工过程，2007，5（2）：42-45.

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

，黑龙江省教育厅高职高专院校科研项目（12535122）。

**李晶，女，1978年出生，2001年毕业于齐齐哈尔大学遗传学专业，副教授。

2014-03-05