紅曲菌發(fā)酵產(chǎn)物及其在家禽生產(chǎn)中的應(yīng)用研究進(jìn)展

袁航 袁茜 張金秋 張佳蘭

摘 要：紅曲菌發(fā)酵產(chǎn)生的多種代謝產(chǎn)物，具有抗氧化、降血脂、抗癌、抗菌等功能。日糧中添加紅曲菌發(fā)酵產(chǎn)物能顯著提高家禽生產(chǎn)性能，降低肉、蛋中膽固醇含量。本文綜述了紅曲菌代謝產(chǎn)物的生物學(xué)功能及其在家禽生產(chǎn)中的應(yīng)用現(xiàn)狀，并提出紅曲菌發(fā)酵產(chǎn)物作為飼料添加劑的使用規(guī)范。

關(guān)鍵詞：紅曲菌；發(fā)酵產(chǎn)物；家禽；莫納克林K；紅曲色素

中圖分類號：S816.6文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1673-1085（2023）03-0053-07

紅曲菌（Monascus spp.）又稱紅曲霉，用來生產(chǎn)藥食同源發(fā)酵產(chǎn)品——紅曲[1]。紅曲菌發(fā)酵可產(chǎn)生多種代謝產(chǎn)物，如紅曲色素、莫納克林K（MK）、γ-氨基丁酸（GABA）及酚類物質(zhì)等，這些物質(zhì)被證明具有抗氧化、降血脂、抗菌等特性[2]。其中紅曲色素一直被用作食品著色劑[3]；MK因其可降血脂而成為降血脂藥物[4]。在中醫(yī)上0.46～15 g紅曲可止痢、消食和胃，配伍山楂等可治療消化性疾??；5～20 g紅曲可降脂泄?jié)?，配伍山楂、決明子等可治療代謝性疾病 [5]。目前，在家禽生產(chǎn)中，迫切需要尋求安全、有效的抗生素替代物以維持或提高家禽生產(chǎn)性能，生產(chǎn)安全、健康的產(chǎn)品。紅曲菌發(fā)酵產(chǎn)物因其抗菌、抗氧化特性而受到關(guān)注，本文對紅曲菌發(fā)酵產(chǎn)物在家禽生產(chǎn)中的應(yīng)用進(jìn)行綜述，并對其在畜禽生產(chǎn)中的研究及應(yīng)用前景進(jìn)行了展望，為其在家禽生產(chǎn)中的精準(zhǔn)使用提供思路。

1 紅曲菌代謝物及其生物學(xué)功能

紅曲菌生長過程中產(chǎn)生多種代謝物，包括紅曲色素、生物藥類以及多種酶類等。

紅曲色素是紅曲菌在生長代謝過程中產(chǎn)生的天然色素，是多種色素的混合物，但只有黃、橙、紅3類；而3類色素都有水溶性和脂溶性之分[6]。生產(chǎn)中紅曲色素除了作為食品著色劑外，還具有抗癌、抗炎、抑菌、抗氧化等活性。紅曲色素的抗癌效應(yīng)體現(xiàn)在對誘導(dǎo)劑誘導(dǎo)的小鼠癌變有抑制作用[7，8]；對肝癌細(xì)胞和肺腺癌細(xì)胞具有細(xì)胞毒性[9]；能誘導(dǎo)乳腺癌和口腔癌細(xì)胞凋亡[10，11]，而紅斑紅曲素被用作癌癥處理藥物[12]。多種紅曲色素具有抗炎作用，體現(xiàn)在多種色素可以預(yù)防誘導(dǎo)劑誘導(dǎo)的小鼠耳水腫，能抑制脂多糖（LPS）誘導(dǎo)的血液中炎性因子的變化[13]；紅曲橙色素能抑制LPS誘導(dǎo)的小鼠巨噬細(xì)胞系一氧化氮的產(chǎn)生，從而減少炎癥反應(yīng)[14]；紅曲黃色素通過抑制Akt途徑中JNK活性和過氧化物酶體增殖物激活受體（PPAR）γ磷酸化來抑制TNF-α誘導(dǎo)的C2C12細(xì)胞（小鼠骨骼肌細(xì)胞系）的氧化應(yīng)激和炎性反應(yīng)[15]；研究表明紅曲色素具有控制高血糖、抗炎等多種治療特性，對胰腺的β細(xì)胞具有保護(hù)作用[16]。紅曲色素紅曲黃和安卡黃能有效提高抗氧化酶活性，降低脂質(zhì)過氧化程度，從而有效預(yù)防酒精性肝損傷和脂肪肝[17]。紅曲紅色素對前列腺LNCaP癌細(xì)胞具有細(xì)胞毒性，且具有調(diào)節(jié)抗氧化和抗炎的能力[18]。研究報道有些紅曲色素對微生物生長有抑制作用。紅曲紅色素可以抑制枯草芽孢桿菌MTCC121（抑菌圈1.46 cm）和金黃色葡萄球菌MTCC737（抑菌圈1.36 cm）的生長[19]。紅曲菌產(chǎn)生的苯丙氨酸、天門冬氨酸、酪氨酸及半胱氨酸衍生物可以抑制5種革蘭氏陽性菌、7種革蘭氏陰性菌和4種真菌的生長，但抑菌濃度有差異[20]。新發(fā)現(xiàn)的一種紅曲紅色素對3種芽孢桿菌（MBM B-310、357、358）的生長具有抑制作用，抑菌圈最小為1.26 cm[21]。紅曲黃色素對沙門氏菌（CCM 5445、NRRL B-4420）、大腸桿菌（ATCC 35150）、食品分離的酵母菌、黑曲霉和青霉的生長都具有抑制效果，但不同菌的最小抑菌濃度有差異，多數(shù)為128 mg/mL[22]。除此之外，紅曲色素還具有降脂、抗動脈粥樣硬化、抗糖尿病以及抗肝纖維化等作用[23]。紅曲黃和安卡黃通過抑制脂肪酸吸收、脂肪生成和PPAR-α、AMP激活蛋白激酶（AMPK）介導(dǎo)的脂肪酸β氧化來抑制脂肪酸在肝細(xì)胞中的沉積，從而達(dá)到降脂的作用，有利于預(yù)防動脈粥樣硬化[24]。動脈粥樣硬化小鼠飼喂高脂日糧和紅曲米（120 mg/kg）可有效降低粥樣斑及脂肪滴大小[25]。紅曲黃色素通過保護(hù)血管內(nèi)皮細(xì)胞和上調(diào)一氧化氮合酶的表達(dá)來抑制血小板凝結(jié)及擴(kuò)張血管來減緩動脈粥樣硬化[26]。紅曲色素通過誘導(dǎo)抗氧化酶的表達(dá)（超氧化物歧化酶和過氧化氫酶）來增加血液中胰島素含量，或者通過Akt途徑增加胰島素的敏感性來降低血糖含量[27，28]。而紅曲黃和安卡黃能抑制肝星形細(xì)胞活性并誘導(dǎo)其凋亡，從而降低肝纖維化的發(fā)生[29，30]。

紅曲菌代謝物中最受關(guān)注的藥類為MK、GABA和麥角固醇。MK的結(jié)構(gòu)與3-羥基-3-甲基戊二酸單酰輔酶A（HMG-CoA）相似，可以競爭性抑制底物與HMG-CoA還原酶的結(jié)合，從而抑制膽固醇的合成，在臨床上常被用作降脂藥和治療高膽固醇血癥藥。發(fā)酵產(chǎn)物中MK以2種結(jié)構(gòu)存在（內(nèi)酯型和酸型）；在堿性條件下，內(nèi)酯型MK可轉(zhuǎn)變成酸型MK[31]。但酸型MK對HMG-CoA還原酶的抑制能力更強(qiáng)，為內(nèi)酯型的2倍?，F(xiàn)在研究發(fā)現(xiàn)，MK除降血脂活性外，還具有抗炎、抗癌和神經(jīng)保護(hù)作用[32]。GABA是由谷氨酸進(jìn)行α-脫羧反應(yīng)產(chǎn)生的一種非蛋白質(zhì)氨基酸，分布在人體各處，參與調(diào)節(jié)心血管疾病，減輕焦慮和疼痛等[33]。麥角固醇是真菌細(xì)胞膜的重要成分，與膜的完整性、流動性、接合酶的活性、細(xì)胞活力以及物質(zhì)運輸?shù)染o密相關(guān)[34]。因此，可以從真菌細(xì)胞中提取麥角固醇。麥角固醇經(jīng)紫外線照射可轉(zhuǎn)化為維生素D2，從而有助于鈣和磷的吸收，尤其是孕婦和老年人，能有效防治骨質(zhì)疏松癥、幼兒佝僂病、骨折等病癥。研究發(fā)現(xiàn)，紅曲菌麥角固醇具有較強(qiáng)的抗脂質(zhì)過氧化作用和抗氧化能力，可保護(hù)和修復(fù)受損細(xì)胞[35]；此外，麥角固醇近來又被證明是一種免疫活性脂質(zhì)，可誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。隨研究的深入及技術(shù)的發(fā)展，其更多的生物活性會逐漸被發(fā)現(xiàn)[36]。

紅曲菌代謝物還有二聚酸、亞油酸、α-亞麻酸、多酚類和黃酮類等物質(zhì)，具有抗氧化活性[37]。隨著紅曲菌代謝產(chǎn)物分離技術(shù)及檢測手段的提高，越來越多的代謝產(chǎn)物及其生物學(xué)功能將會被發(fā)現(xiàn)。

2 紅曲菌代謝產(chǎn)物在家禽生產(chǎn)中的應(yīng)用

2.1 利用MK降低膽固醇，提高肉、蛋品質(zhì)

隨著人們對健康飲食和心血管疾病的重視，低膽固醇的畜禽產(chǎn)品備受關(guān)注。紅曲菌代謝產(chǎn)生的MK已被作為降低膽固醇的添加劑用于家禽生產(chǎn)中。表1匯總了近年來家禽日糧中添加紅曲米的試驗情況。從表1可以看出：紅曲米來源有自己制作，也有購買的商品（山東泰安寶來利來生物公司、北京大興京信生化制品廠）；活性成分大多數(shù)以MK含量計算，范圍為4～10 mg/g；添加量范圍為0.5‰～10%；從這可以看出MK含量及紅曲米添加量有很大的差異。紅曲米對生產(chǎn)性能影響結(jié)果并不一致，有降低采食量、飼料轉(zhuǎn)化率及產(chǎn)蛋率的報道[42]，也有不影響采食量、飼料轉(zhuǎn)化率及產(chǎn)蛋率的報道[45]，還有提高飼料轉(zhuǎn)化率及產(chǎn)蛋率的報道[39-40]。但日糧中添加紅曲米能降低血液中膽固醇含量、甘油三酯含量及低密度脂蛋白含量[38-42，45]，還可降低丙二醛（MDA）的含量，從而抑制血液脂質(zhì)過氧化反應(yīng)[39]。此外，日糧添加紅曲米還可顯著降低肉中膽固醇含量，增加多不飽和脂肪酸含量[38]，顯著降低蛋中（蛋黃中）膽固醇含量。關(guān)于紅曲米對蛋品質(zhì)的影響報道結(jié)果不一：有增加蛋白高度、哈夫單位[41]的報道，也有不影響蛋品質(zhì)的報道[45]。試驗結(jié)果出現(xiàn)較大差異甚至相反的原因可能與紅曲米中活性成分及添加劑量不同有關(guān)。不同的活性成分有不同的作用，所以紅曲米作為飼料添加劑使用時要明確其中的活性成分，且添加劑量需要通過試驗來確定。

2.2 紅曲菌結(jié)合中藥制作復(fù)合添加劑，提高家禽生產(chǎn)性能

盡管紅曲菌代謝物有多種活性成分，具有多種生物學(xué)功能，但因為菌株以及制作條件的差異，活性代謝物含量也有差異，因此可結(jié)合中藥利用紅曲菌發(fā)酵制作復(fù)合添加劑，以增加活性成分含量或者增強(qiáng)其生物學(xué)功能。在京紅雞日糧中分別添加0.5%和1%紅曲霉素中藥合生元（紅曲米配伍山楂、甘草、麥芽、山藥、大棗等制作而成），能顯著提高日增重、采食量及飼料利用率；顯著增加血液中淋巴細(xì)胞的比例；顯著增加肝、脾的器官指數(shù)；增加胸腺中小淋巴細(xì)胞的密集程度，法氏囊皺壁明顯的增大、增厚；延長法氏囊細(xì)胞凋零時間[46-47]。紅曲菌發(fā)酵中藥與大米混合培養(yǎng)基制作紅曲合生元，酵母發(fā)酵玉米粉培養(yǎng)基制作酵母粉，二者按0.5%的比例分別或者混合飼喂產(chǎn)蛋雞，均能顯著提高干物質(zhì)、粗蛋白及鈣的代謝率；紅曲合生元和酵母組合能顯著增加直腸乳酸桿菌數(shù)量，顯著降低好氧菌數(shù)量和大腸桿菌數(shù)量[48]。日糧中添加0.5%、1%及1.5%紅曲復(fù)合添加劑（紅曲色素含量>50 mg/g）均顯著提高肉雞日增重、降低料肉比；顯著提高肌肉紅度和黃度，顯著降低滴水損失，表明紅曲復(fù)合添加劑可提高肉雞生長性能，改善雞肉品質(zhì)[49]。用紅曲菌和地衣芽孢桿菌發(fā)酵制作的添加劑（紅曲菌、地衣芽孢桿菌大于108 CFU/g，紅曲紅色價大于800 U/g），按0.5%添加比例飼喂32周齡海蘭褐蛋雞4周，結(jié)果顯示產(chǎn)蛋率、平均蛋重和平均蛋黃重分別提高5.82%、3.57%和1.38%，破蛋率、料蛋比和蛋黃中膽固醇含量分別降低12.36%、3.57%及5.17%；同時蛋黃紅色度和黃色度也顯著提高[50]。此外，紅曲菌發(fā)酵產(chǎn)物的形狀也可影響活性成分的作用效果。日糧中分別添加1%粉狀、顆粒和包被顆粒的紅參渣和發(fā)酵紅曲復(fù)合添加劑飼喂40周齡海蘭褐蛋雞2個月，結(jié)果與對照組相比，不同形狀復(fù)合添加劑均顯著改善蛋雞產(chǎn)蛋性能（產(chǎn)蛋量、蛋重）、采食量、飼料轉(zhuǎn)化率和哈夫單位[51]；粉狀組血液總膽固醇含量顯著降低；而包被顆粒組血糖含量顯著降低，高密度脂蛋白膽固醇含量顯著增加；不同試驗組蛋黃中十四碳烯酸、棕櫚油酸、十七烷酸、硬脂酸、油酸、α-亞麻酸、二十二碳六烯酸的百分比有顯著差異；而粉狀組和包被顆粒組蛋黃中不飽和脂肪酸的含量顯著提高，飽和脂肪酸的含量顯著降低[52]。用相同比例和形狀的魚腥草和發(fā)酵紅曲復(fù)合添加劑飼喂14日齡北京鴨24 d，結(jié)果與對照組相比，各試驗組肉鴨體重、日增重、采食量和飼料轉(zhuǎn)化率均顯著改善，以包被顆粒組改善效果最好[53]。

3 小結(jié)

盡管紅曲發(fā)酵產(chǎn)物可作為一種安全、無毒副作用的飼料添加劑用于家禽生產(chǎn)中，但其添加劑量和使用效果存在很大的差異?？紤]到紅曲代謝產(chǎn)物受發(fā)酵條件及工藝的影響，生產(chǎn)中應(yīng)不斷篩選菌種、優(yōu)化培養(yǎng)條件及發(fā)酵工藝，從而產(chǎn)出更有利于家禽生產(chǎn)的活性成分。同時應(yīng)考慮紅曲發(fā)酵產(chǎn)物的形狀及包被情況以確保活性成分更好地發(fā)揮作用。此外，紅曲發(fā)酵飼料添加劑產(chǎn)品應(yīng)標(biāo)明活性成分及推薦添加量，以便于其在家禽生產(chǎn)中的應(yīng)用。

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Research Progress of Monascus Fermentation Products and Their Application in Poultry Production

YUAN Hang， YUAN Xi， ZHANG Jinqiu， ZHANG Jialan

（College of Animal Science， Yangtze University， Jingzhou， Hubei? 434025， China）

Abstract：? The fermented products of Monascus contained a variety of metabolites， which have antioxidant， antiatheroscloresis， anticancer and antibacterial effects. Dietary supplementation of the Monascus fermented products could effectively improve performance of poultry and reduce cholesterol content in meat and eggs. In this paper， the biological function of Monascus metabolites and their application in poultry production were reviewed， and the application standard of Monascus fermentation products as feed additives was put forward.

Keywords： Monascus; Fermented products; Poultry; Monacolin K; Monascus pigments