紅曲中輔酶Q10的研究進展

摘要 本文對紅曲中輔酶Q10的來源、產(chǎn)量提升方法、檢測方法、提取技術(shù)及其應(yīng)用前景進行了綜述，為含輔酶Q10的紅曲生產(chǎn)與應(yīng)用提供參考。輔酶Q10是紅曲霉的重要代謝產(chǎn)物之一，不僅展現(xiàn)出多種生物活性，還能有效減輕紅曲中他汀類成分的副作用。提高紅曲中輔酶Q10含量的方法主要有優(yōu)化發(fā)酵條件、選育高產(chǎn)菌株。輔酶Q10的測定方法主要有光譜法和色譜法。在提取技術(shù)上，主要采用皂化法、超聲波提取法和超臨界萃取法等來提取微生物來源的輔酶Q10。目前微生物來源的輔酶Q10被應(yīng)用于醫(yī)藥、食品和化妝品等領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞 紅曲；輔酶Q10；產(chǎn)量提升方法；檢測方法；提取技術(shù)；應(yīng)用前景

中圖分類號 TS202 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2024）19-0101-05

DOI號 10.16377/j.cnki.issn1007-7731.2024.19.021

Research progress of coenzyme Q10 in red yeast rice

LIN Jin1 HE Liqin2  ZHOU Kangxi3

（1Minjiang Teachers College， Fuzhou 350109， China;

2Shenzhen Futian District Huaqiang Vocational Technical School， Shenzhen 518000， China;

3Fuzhou University， Fuzhou 350108， China）

Abstract The sources， content improvement methods， detection methods， extraction techniques， and application prospects of coenzyme Q10 in red yeast rice were introduced， aiming to provide references for the production and application of red yeast rice containing coenzyme Q10. Coenzyme Q10 is one of the important metabolites of Monascus， which not only shows a variety of biological activities， but also effectively reduce the side effects of statin components in Monascus. The main methods to increase the content of coenzyme Q10 in red yeast rice are optimizing fermentation conditions and breeding high-yield strains. The main methods for the determination of coenzyme Q10 are spectroscopy and chromatography. In terms of extraction technology， mainly saponification， ultrasonic extraction and supercritical extraction are used to extract coenzyme Q10 from microorganisms. At present， microbial-derived coenzyme Q10 is used in medicine， food and cosmetics.

Keywords red yeast rice; coenzyme Q10; methods for increasing production; detection method; extraction technology; application prospect

紅曲是由紅曲霉接種于梗米上發(fā)酵而得。紅曲味甘、微苦、性溫、無毒，具有活血化瘀、健脾燥胃等功效[1]。紅曲功效的發(fā)揮離不開其活性成分。研究表明，紅曲中含有紅曲色素、洛伐他汀、麥角甾醇、γ-氨基丁酸、脂肪酸、功能性多糖及抗氧化肽等生物活性物質(zhì)，在降脂、抗炎等方面功效明顯[2-4]。輔酶Q10是紅曲霉的代謝產(chǎn)物之一，又稱為泛醌10、癸烯醌或維生素Q，在細胞呼吸過程中作為重要的遞氫體參與氧化磷酸化過程，從而促進腺苷三磷酸（Adenosine triphosphate，ATP）的合成，因此被稱為天然的能量“加速器”。輔酶Q10能抑制線粒體的過氧化，保護生物膜結(jié)構(gòu)的完整性；此外，還可以通過提高吞噬細胞的吞噬效率、提升T淋巴細胞的功能，促進機體產(chǎn)生抗體，從而增強機體的細胞免疫應(yīng)答功能。在紅曲中，除了發(fā)揮上述功能，輔酶Q10還可降低紅曲中他汀類成分帶來的副作用，是紅曲中值得挖掘的資源之一。

隨著降脂需求的增加，高產(chǎn)洛伐他汀的功能性紅曲受到青睞，而他汀類藥物在降脂的同時會抑制體內(nèi)輔酶Q10的合成，從而引起轉(zhuǎn)氨酶升高、肝臟損傷等副作用[5]。因此，開發(fā)出同時含有洛伐他汀和輔酶Q10的功能性紅曲產(chǎn)品，對提升紅曲產(chǎn)品的藥用價值、安全性以及經(jīng)濟效益具有重要現(xiàn)實意義。本文對紅曲中輔酶Q10的來源、產(chǎn)量提升方法、檢測方法、提取方法以及應(yīng)用前景進行綜述，為紅曲來源的輔酶Q10的生產(chǎn)和提高紅曲的保健功能提供參考。

1 紅曲中輔酶Q10的來源

輔酶Q（Ubiquinone，CoQ）普遍存在于動物、植物和微生物等生物體中，其基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。根據(jù)側(cè)鏈聚異戊二烯基的聚合數(shù)目n的不同，輔酶Q可分為CoQ6、CoQ7、CoQ8、CoQ9和CoQ10等[6]。

紅曲霉和酵母菌都是紅曲中的優(yōu)勢真菌，因此，紅曲中的輔酶Q10主要由這兩者產(chǎn)生[7]。真核生物通過甲戊二羥酸途徑（MVA pathway）合成異戊烯焦磷酸（Isopentenyl pyrophosphate，IPP），而IPP與二甲基烯丙基焦磷酸（Dimethylallyl pyrophosphate，DMAPP）是輔酶Q的聚異戊二烯基側(cè)鏈合成的前體[8]。IPP與DMAPP先在酶的作用下結(jié)合生成牻牛兒基焦磷酸（Geranylpyrophosphate，GPP），再與IPP作用生成法尼基焦磷酸（Farnesyl pyrophosphate， FPP），F(xiàn)PP在異戊二烯基焦磷酸合成酶的作用下，合成輔酶Q的聚異戊烯基側(cè)鏈，輔酶Q10則在此過程中合成[9]。

2 紅曲中輔酶Q10含量的提升方法

2.1 優(yōu)化發(fā)酵條件

目前提高紅曲中輔酶Q10含量的方法主要是優(yōu)化發(fā)酵條件。Pyo等[10]用高粱、薏米、蕎麥和大豆制成的混合培養(yǎng)基對紅曲霉（Monascus pilosus） K-1140菌株進行固態(tài)發(fā)酵，輔酶Q10產(chǎn)量可達240.00 mg/kg；黃佳梅等[11]優(yōu)化了紅曲固態(tài)發(fā)酵的初始pH、紅曲霉接種量、秈米初始含水率以及亞油酸的添加量，提高了輔酶Q10和紅曲色素的產(chǎn)量，輔酶Q10和色價分別達387.23 mg/kg和4 521.69 U/g，比優(yōu)化前分別提高了80.01%和38.10%。田玉庭等[12]利用叢毛紅曲霉和紅色紅曲霉進行雙菌株混菌共發(fā)酵，并優(yōu)化了培養(yǎng)基配方，使輔酶Q10含量在400～550 mg/kg，且該紅曲產(chǎn)品中不含有橘青霉素。

2.2 選育高產(chǎn)輔酶Q10的菌株

菌株選育是提高輔酶Q10產(chǎn)量的重要途徑之一。紅曲霉和酵母菌是紅曲中的優(yōu)勢真菌，目前關(guān)于選育高產(chǎn)輔酶Q10的紅曲霉相關(guān)研究較少，而選育高產(chǎn)輔酶Q10的酵母菌相關(guān)研究較多，如趙有璽等[13]以假白布勒彈孢酵母制備原生質(zhì)體，通過He-Ne激光誘變選育出高產(chǎn)輔酶Q10的菌株，產(chǎn)量達1.53 mg/L，年率提高了87%。曲濤等[14]利用紫外線及硫酸二乙酯對熱帶假絲酵母進行誘變，獲得了一株輔酶Q10產(chǎn)量較高（23.96 mg/mL）的突變體，較原始發(fā)菌株提高了1.76倍。王麗等[15]利用離子束誘變粟酒裂殖酵母獲得高產(chǎn)輔酶Q10的突變體，含量達6.934 4 mg/L，是出發(fā)菌株的10倍以上。以上研究說明，可以嘗試在制備功能性紅曲過程中，或在發(fā)酵過程中加入高產(chǎn)輔酶Q10的酵母菌進行共發(fā)酵，從而提高產(chǎn)品的輔酶Q10含量。

3 紅曲中輔酶Q10的檢測方法

輔酶Q10的測定方法主要有光譜法和色譜法。光譜法主要包括紫外光譜（UV）和紅外光譜（IR）。色譜法主要有薄層色譜（TLC）、高效液相色譜（HPLC），或?qū)LC與UV聯(lián)用（TLC-UV）。不同檢測方法各有優(yōu)點，如TLC與UV操作較為方便快捷，且成本較低；HPLC檢測誤差較小，測定速度快，可作為定量分析方法。如黃佳梅等[16]采用反相HPLC測定紅曲中的輔酶Q10，線性關(guān)系良好（R2=0.999 9），平均回收率高。

此外，一些新型檢測方法也被用于輔酶Q10的測定，如傅里葉變換近紅外光譜[17]，超臨界流體色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法[18]，液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法[19]，以及超高液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法[20]。這些方法精確度高，但成本較高，實際應(yīng)用中，可根據(jù)不同的精確程度和成本選擇合適的檢測方法。

4 紅曲中輔酶Q10的提取方法

紅曲霉菌絲體可以作為輔酶Q10的提取原料。呂思敏等[21-22]以乙醇為溶劑，采用冷凝回流方式提取功能性紅曲米粉中的生物活性物質(zhì)，并對提取工藝進行優(yōu)化，確認較優(yōu)提取條件為溫度90 ℃，料液比1∶30（g/mL），回流提取時間80 min。

目前生產(chǎn)中常用皂化法、超聲波提取法和超臨界萃取法等方法對輔酶Q10進行提取。皂化法可分為堿皂化法和醇堿皂化法。堿皂化法是將生物組織先在酸性水溶液中消解，然后加入一定量的堿皂化，皂化液用低極性的有機溶劑萃取，得到粗提液，洗滌后，通過硅膠柱層析以及結(jié)晶手段進一步純化，從而得到精制提純后的輔酶Q10產(chǎn)品。呂春茂等[23]研究表明，堿皂化處理過程中，溫度、pH、料液比和回流時間等條件對輔酶Q10的提取率均有一定影響。醇堿皂化法是將待提取原料與醇堿溶液混合，為防止提取過程中輔酶Q10被破壞，先添加一定比例的焦性沒食子酸再進行皂化處理，堿濃度、焦性沒食子酸添加量等條件對輔酶Q10提取率均有一定影響[24]。

超聲波提取法是將微生物發(fā)酵產(chǎn)物與有機溶劑按比例混合，提取得到含輔酶Q10的粗提液。粗提液再經(jīng)硅膠柱層析、結(jié)晶等工藝處理，得到純度更高的輔酶Q10產(chǎn)品。黃鈺清[25]綜述了輔酶Q10提取分離工藝，采用超聲波提取技術(shù)能夠提高發(fā)酵產(chǎn)物中輔酶Q10在有機溶劑中的溶解度，進而增加其提取率，但該方法在實際應(yīng)用中面臨溶劑消耗量大及超聲能耗高等挑戰(zhàn)[25]。未來研究可關(guān)注開發(fā)新型環(huán)保溶劑和優(yōu)化超聲波提取工藝，如采用低能耗的超聲波設(shè)備、優(yōu)化超聲波頻率和功率等，以實現(xiàn)在保證提取效率的同時降低溶劑消耗和能耗。

超臨界萃取法[26]是一種高效且環(huán)保的提取技術(shù)，其首要步驟是將微生物發(fā)酵產(chǎn)物進行分離和干燥處理，隨后利用二氧化碳在超臨界狀態(tài)下的獨特性質(zhì)，對干燥菌體進行超臨界萃取。為進一步提升輔酶Q10的純度，提取液還需經(jīng)過硅膠柱層析、結(jié)晶等一系列純化工藝，最終得到高質(zhì)量的輔酶Q10產(chǎn)品。亞臨界萃取法[27]也是提取輔酶Q10的有效方法之一，以亞臨界流體作為萃取溶劑，對干燥菌體進行亞臨界萃取，得到含有輔酶Q10的萃取液。與超臨界萃取法類似，其萃取液也需經(jīng)過硅膠柱層析、結(jié)晶等純化步驟，以獲得純度更高的輔酶Q10產(chǎn)品。超臨界或亞臨界萃取法因其高提取率、高效率以及低污染等優(yōu)點，在輔酶Q10的提取上具有一定優(yōu)勢。然而，該技術(shù)對生產(chǎn)設(shè)備的要求較高，設(shè)備成本也相對較高。隨著科技的不斷進步和成本的逐漸降低，這些高效且環(huán)保的提取方法有望在輔酶Q10產(chǎn)業(yè)中得到更廣泛的應(yīng)用。

5 紅曲中輔酶Q10的應(yīng)用前景

在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，輔酶Q10對治療神經(jīng)退行性疾病有一定幫助，Shults等[28]研究發(fā)現(xiàn)，其能明顯延緩早期帕金森病患者的病情發(fā)展，減慢身體機能退化速度，也有助于延緩亨延頓病的發(fā)展[29]。在心血管疾病方面，輔酶Q10能提高慢性心力衰竭患者的存活率[30]，可用于治療心力衰竭、高血壓和內(nèi)分泌功能紊亂[31]，降低心臟疾病的發(fā)病率和死亡率[32]。

在食品領(lǐng)域，輔酶Q10作為營養(yǎng)補充劑被應(yīng)用于食品生產(chǎn)中[33]。以輔酶Q10為原料的保健食品取得了發(fā)展，產(chǎn)品數(shù)量逐年穩(wěn)步上升，這些產(chǎn)品因其增強免疫力、抗氧化等功能贏得了市場的認可[34]。

在化妝品領(lǐng)域，含輔酶Q10的產(chǎn)品包括面霜、面膜、乳液等，具有抗皺、美白、祛斑和修復(fù)等功效。周奔等[35]利用高壓均質(zhì)技術(shù)成功制備出輔酶Q10納米乳液，該產(chǎn)品不僅具有高效的自由基清除能力，還明顯提升了輔酶Q10的經(jīng)皮吸收率。輔酶Q10還可應(yīng)用于頭發(fā)、口腔護理等產(chǎn)品[36]。

紅曲在醫(yī)藥、食品和化妝品等領(lǐng)域都有所應(yīng)用，是藥食兩用的典型代表。呂思敏等[37]研究發(fā)現(xiàn)，含輔酶Q10和洛伐他汀的紅曲膠囊除了能夠克服他汀類藥物的副作用，還能調(diào)節(jié)骨細胞和破骨細胞的分化，協(xié)同他汀類藥物增強骨質(zhì)疏松和降脂[37]。因此，深入挖掘紅曲中輔酶Q10這一寶貴資源，通過篩選高產(chǎn)輔酶Q10菌株、優(yōu)化培養(yǎng)條件以及代謝調(diào)控、基因編輯等方式定向提升輔酶Q10的產(chǎn)量，并優(yōu)化紅曲中輔酶Q10的提取技術(shù)，有利于開發(fā)紅曲來源的輔酶Q10產(chǎn)品，并增強紅曲產(chǎn)品的保健功能和安全性。

輔酶Q10作為紅曲霉的重要代謝產(chǎn)物之一，不僅展現(xiàn)出多種生物活性，還能有效減輕紅曲中他汀類成分的副作用。當前，提高紅曲中輔酶Q10含量的方法主要有優(yōu)化發(fā)酵條件、選育高產(chǎn)菌株。輔酶Q10的檢測方法主要有光譜法和色譜法。在提取技術(shù)上，主要采用皂化法、超聲波提取法和超臨界萃取法等。紅曲中輔酶Q10應(yīng)用于醫(yī)藥、食品和化妝品等領(lǐng)域?？傮w來看，紅曲來源的輔酶Q10的相關(guān)研究尚處于探索階段，未來，繼續(xù)挖掘紅曲中輔酶Q10的潛力，改進紅曲霉培養(yǎng)及分離提取技術(shù)，提升紅曲中輔酶Q10的產(chǎn)量，從而開發(fā)出更多紅曲來源的輔酶Q10產(chǎn)品，這不僅有利于強化紅曲的保健功效和安全性，也將為市場創(chuàng)造更大的經(jīng)濟價值。

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（責任編輯：何 艷）