综述：关于黄色Monascus色素的最新综述：分离与鉴定、生物合成、生物活性、生产及应用

《Food Chemistry》：A review of yellow Monascus pigments with recent updates: Separation and identification, biosynthesis, biological activities, production and application

微生物来源的天然黄色色素（YMPs）因其稳定性、安全性和多功能生物活性成为研究热点，涵盖抗炎、抗氧化及降血糖等应用。分离鉴定依赖色谱技术及核磁共振，生物合成涉及PKS和FAS酶的协同作用。当前工业以液态发酵为主，但需突破低产率瓶颈，固态发酵作为传统方法仍具潜力。该综述系统梳理了YMPs的结构多样性、合成调控、功能机制及产业化策略，为功能性食品和医药开发提供新方向。

　　

龚志涵|林秦璐|刘俊

中国湖南省中南林业科技大学食品科学与工程学院，湖南省林业食用资源安全与加工重点实验室，湖南省粮油深加工与质量控制重点实验室，国家水稻及副产品深加工工程技术研究中心，长沙410004

摘要

全球对天然色素的需求持续增长，微生物来源的色素因其相较于合成色素的优势而受到关注，这些优势包括更高的安全性、更低的生产成本以及优异的稳定性。黄色天然色素占市场的约60%；然而，目前的黄色色素如姜黄素和栀子黄在溶解性、稳定性、气味和成本方面存在局限性。黄色Monascus色素（YMPs）作为Monascus色素的主要类别，提供了一个有前景的替代方案。其独特的化学结构不仅赋予了它们卓越的稳定性，还具备多种有价值的生物活性。这些特性大大拓宽了YMPs在功能性食品、营养保健品、制药及其他相关领域的应用前景。本文系统概述了YMPs的分离与鉴定、生物合成途径、生物活性、生产方法及潜在应用，全面展示了这一充满前景领域的最新进展。

引言

Monascus属是一种丝状真菌，在亚洲有着悠久的食用历史，用于生产红曲米和着色剂。自1884年van Tieghem首次对其进行描述以来，已在Monascus属中鉴定出许多具有生物活性的次级代谢产物，如Monascus色素（MPs）、单端孢霉素和γ-氨基丁酸（Blanc等人，1995年）。MPs可分为三种天然色调：红色MPs（RMPs）、橙色MPs（OMPs）和黄色MPs（YMPs）。其中，主要的MPs包括六种可溶于酒精的化合物，分别是rubropunctamine和monascorubramine（RMPs）、rubropurictatin和monascorubrine（OMP），以及ankaflavin（AK）和monascin（MS）（YMPs），它们都属于聚酮类化合物（Liu等人，2019年）。

据研究报告，目前已发现65种YMPs，其大部分化学结构也已确定。检测技术的不断进步使得通过元素分析、液相色谱、液相色谱-质谱联用和核磁共振分析可以确定YMPs的结构（Huang, Wang等人，2021年）。关于MPs合成途径的研究始于20世纪60年代初。目前普遍认为，MPs首先在聚酮合酶（PKS）和脂肪酸合酶（FAS）的作用下分别合成发色团和β-酮酸。随后，发色团和β-酮酸在酯酶的催化下形成OMPs，进一步通过氨化反应生成RMPs，最后在还原酶的作用下转化为YMPs（Chen & Wu，2016年）。随着生物信息学的快速发展，不同Monascus属的MPs合成基因簇信息得到了比较和分析（Chen等人，2017年；Chen, Feng, Molnár, & Chen，2019年）。

生产天然YMPs的生物发酵方法主要分为两种类型：固态发酵（SSF）和 submerged发酵（SmF）。传统上，SSF是通过将Monascus属直接加入蒸熟的米饭中进行的（Chen等人，2015年）。与传统SSF相比，SmF的生产周期更短，自动化程度更高，生产过程更容易控制，但YMPs的产量较低，这成为其工业化推广的最大障碍。因此，人们开展了大量研究，通过基因突变育种、建立集成发酵系统、优化发酵条件、补充外源因子、基因改造和形态工程等方法来提高Monascus属生产YMPs的效率（Zhang, Zhang等人，2024年）。因此，SmF技术已成为天然YMPs工业化生产的主流。此外，由于YMPs具有抗氧化、抗炎、降脂、降糖和抗阿尔茨海默病（AD）等多种生物活性，它们逐渐成为色素研究的热点（Xie等人，2024年）。

迄今为止，科学数据库中包含1107篇关于MPs的文献，其中102篇为综述文章。在这些综述中，仅有23篇专门讨论了YMPs。由于工业需求的增长及其应用领域的多样性，人们对MPs的研究日益关注，这一转变得益于发酵技术的进步以及对YMPs生物活性的探索，这些因素提升了它们的市场潜力（Gong, Shi等人，2023年）。本文重点探讨了YMPs的分离与鉴定、生物合成、生物活性、生产方法及其应用，旨在为YMPs的深入发展提供方向。

YMPs的分离与鉴定

YMPs具有广泛的多样性和复杂的组成，其结构鉴定依赖于分离与鉴定技术的结合。从化学角度来看，YMPs主要属于聚酮类azaphilone色素，其核心骨架通过PKS途径合成，含有高度氧化的含氧杂环结构（如吡喃或呋喃）（Paulsel & Williams，2023年）。YMPs的侧链通常含有羟基等官能团。

YMPs的生物合成途径

近年来，基因组学、同位素追踪和基因敲除等技术被广泛用于研究YMPs的生物合成途径。2013年，韩国研究人员Balakrishnan首次揭示了M. pilosus中与MPs合成相关的基因簇信息（Balakrishnan等人，2013年）。到2014年，他们又发布了M. purpureus和M. ruber的基因簇详细信息（Balakrishnan, Chen, Pan, & Kwon，2014年）。2017年，由Chen Fusheng教授领导的团队进一步……

生物活性

YMPs具有多种生物活性，如抗氧化、抗炎、降脂、降糖和抗AD作用，这些生物活性的差异源于其不同的成分结构。图2简要描述了YMPs的生物活性及其作用机制。

YMPs的生物技术过量生产

目前，SmF法生产YMPs的产量较低，阻碍了其工业化生产。因此，提高YMPs产量的策略（包括生物技术和菌株工程）一直是研究人员和Monascus相关企业的研究重点。本文综述了育种、培养条件优化等应用领域的研究进展。

YMPs的应用与给药

随着消费者普遍认为天然色素比合成色素更安全且副作用更少，对这类产品的商业兴趣日益增加（Egea, Dantas, Sousa, Lima, & Lemes，2023年）。值得注意的是，这种消费者认知值得进一步科学验证。此外，来自微生物的色素因其含有生物活性化合物而具有潜在的健康益处。

结论

本文系统总结了YMPs研究的关键进展。随着分离、纯化和结构解析技术的突破，已鉴定出多种YMPs。如果能够开发出新型树脂并结合多种色谱技术建立连续、分步的分离-纯化流程，有望获得纯度更高、回收率更好的YMPs（以及潜在更高的总产量）。此外，……

CRediT作者贡献声明

龚志涵：撰写初稿，数据整理。林秦璐：研究调查，概念构思。刘俊：撰写、审稿与编辑，数据可视化，项目监督，概念构思。

资助

无。

利益冲突声明

作者声明没有已知的可能会影响本文研究的财务利益或个人关系。