近年來，人們生活水平的提高增加了市場(chǎng)對(duì)天然色素的需求。食用天然色素是指由天然資源獲得的食用色素，主要是指從動(dòng)物和植物組織及微生物發(fā)酵液中提取的色素。但是植物色素的來源大都是來自熱帶植物，原料來源不易保證。植物組織培養(yǎng)技術(shù)生產(chǎn)色素的研究，從根本上解決了原料的供給，生產(chǎn)出質(zhì)量穩(wěn)定的產(chǎn)品。但是目前此種方法經(jīng)濟(jì)花費(fèi)較高，仍然不利于商業(yè)生產(chǎn)。另一方面利用植物細(xì)胞培養(yǎng)生產(chǎn)色素還有一些技術(shù)問題尚待解決。

利用微生物發(fā)酵生產(chǎn)色素可能會(huì)克服以上困難。微生物色素有很多種類和顏色。這些色素有的是在胞內(nèi)的，有的是在胞外的；有自身合成的，有轉(zhuǎn)化培養(yǎng)基中的某些成分而形成的。微生物色素是一種次生代謝產(chǎn)物，一般是在菌體生長(zhǎng)后期合成的。由微生物發(fā)酵產(chǎn)生的色素在自然中非常常見。在眾多的物質(zhì)中，常見的有：類胡蘿卜素、黑色素、黃素類、醌類和一些更加特別的色素，紅曲色素、紫色桿菌素、藻青蛋白或靛藍(lán)等。用于產(chǎn)食用色素的微生物色素需具有以下幾方面特征：

1.產(chǎn)色素菌對(duì)人體是非致病菌；

2.生產(chǎn)條件安全且菌株不產(chǎn)毒素；

3.菌體可以用于液體發(fā)酵。然而在發(fā)酵過程中許多微生物產(chǎn)色素往往伴有毒素的產(chǎn)生，而且許多有食用價(jià)值的微生物色素至今開發(fā)研究的甚少。因此本文綜述了食用微生物色素的生產(chǎn)菌株的培育、色素的提取分離和毒素的研究，以期為推動(dòng)天然食用色素的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

幾種常見微生物色素研究進(jìn)展

類胡蘿卜素的生產(chǎn)研究

自從19 世紀(jì)初分離出胡蘿卜素，至今已經(jīng)發(fā)現(xiàn)近450 種天然的類胡蘿卜素。常見的有：α-胡蘿卜素、β- 胡蘿卜素、葉黃素、玉米黃質(zhì)、番茄紅素和蝦青素。類胡蘿卜素均來源于類異戊二烯和萜類化合物途徑。細(xì)菌、酵母、霉菌等微生物均可產(chǎn)生大量的類胡蘿卜素，因而利用微生物生產(chǎn)天然色素是一項(xiàng)非常有前景和商業(yè)價(jià)值的研究，對(duì)此類天然色素的研究也層出不窮。例如，早在1996 年，研究人員利用三孢布拉霉生產(chǎn)β- 胡蘿卜素和番茄紅素現(xiàn)在已經(jīng)作為食品級(jí)色素在使用。

類胡蘿卜素是高度不飽和化合物，不溶于水而溶于有機(jī)溶劑，含有一系列共軛雙鍵和甲基支鏈。色素的顏色隨著共軛雙鍵的數(shù)目而變動(dòng)。共軛雙鍵的數(shù)目越多，顏色移向紅色越遠(yuǎn)。目前，生產(chǎn)類胡蘿卜素的主要有絲狀真菌、酵母、細(xì)菌和藻類，如冠霉素鏈霉菌、三孢布拉霉、布拉克須霉、黃桿菌屬、法夫酵母屬、紅酵母屬。研究人員對(duì)固體培養(yǎng)黏紅酵母YB-252 生產(chǎn)類胡蘿卜素進(jìn)行了研究，采用Plackett-Burman 試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，結(jié)果表明，調(diào)節(jié)劑濃度、發(fā)酵時(shí)間和系統(tǒng)中發(fā)酵濕度是影響?zhàn)ぜt酵母YB-252 生產(chǎn)類胡蘿卜素產(chǎn)量的主要因素。研究人員對(duì)紅發(fā)夫酵母進(jìn)行了低劑量射線輻照實(shí)驗(yàn)。研究表明紅發(fā)夫酵母是唯一能夠產(chǎn)生蝦青素的酵母，具有較強(qiáng)的發(fā)酵糖的能力。經(jīng)過重復(fù)的射線輻照和目視法篩選獲得一株菌株3A4-8。經(jīng)過輻照后的每克酵母可產(chǎn)生3.3mg 類胡蘿卜素，比未經(jīng)輻照菌株的產(chǎn)量增加了50%。經(jīng)過輻照后只有此菌株能夠生存，因此射線輻照方法可用于產(chǎn)類胡蘿卜素菌株的篩選。在類胡蘿卜素的提取、濃縮、結(jié)晶和微膠囊化工藝的建立中，有人對(duì)法夫酵母JMUMVP14進(jìn)行了研究。發(fā)現(xiàn)用乳酸或二甲基亞砜破壁后再用溶劑提取的總類胡蘿卜素的提取率可以達(dá)到78.53%。選擇水、乙醚和乙醇復(fù)合體系更加利于類胡蘿卜素濃縮物的結(jié)晶。微膠囊化時(shí)則使用了明膠和淀粉作為壁材使得微膠囊效率達(dá)到61.76%，為法夫酵母類胡蘿卜素的開發(fā)利用奠定了基礎(chǔ)。

黑色素的生產(chǎn)研究

黑色素是一種高分子量的生物色素，顏色由深棕色到黑色，由酪胺酸經(jīng)過一系列化學(xué)反應(yīng)形成，廣泛存在于動(dòng)物、植物和微生物中。它通常是由酚類化合物的氧化聚合形成。微生物產(chǎn)生的黑色素主要分為壁（膜）結(jié)合黑色素和胞外色素，不溶于酸性溶液、不溶于常見的有機(jī)溶劑，可溶于堿性溶液、微溶于水。常被用于農(nóng)業(yè)、化妝品和藥品中。

產(chǎn)黑色素的微生物也有很多，常見的有：細(xì)菌（鏈球菌、蠟狀芽孢桿菌、嗜麥芽假單胞菌）、固氮菌、霉菌（黑曲霉、鏈格孢菌、構(gòu)巢曲霉、米曲霉等）、放線菌（鏈霉菌）以及真菌（出芽短梗霉）。研究人員對(duì)鏈霉球?qū)費(fèi)VCS13 產(chǎn)黑色素進(jìn)行了研究。在優(yōu)化實(shí)驗(yàn)中得出，產(chǎn)黑色素最佳條件為溫度50 ℃、pH7.4，培養(yǎng)基為：甘油10g、L- 酪氨酸0.75g/L、L- 天門冬酰胺1.5g/L、磷酸氫二鉀0.5g/L、硫酸鎂0.25g/L、氯化鈉0.75g/L、硫酸亞鐵0.015g/L。研究人員首次報(bào)道從冬蟲夏草中分離得到黑色素。其抗氧化性質(zhì)也非常強(qiáng)，主要表現(xiàn)為對(duì)自由基1，1- 二苯基-2- 三硝基苯肼（DPPH）的清除和對(duì)亞鐵離子的螯合能力。這對(duì)于此類稀少真菌生產(chǎn)黑色素具有很大的指導(dǎo)意義?？蒲腥藛T從近海沼澤地大米草根際中分離了一株海洋細(xì)菌MWYL1。進(jìn)行初步鑒定后，通過基因組fosmid 文庫(kù)的構(gòu)建，直接分離到一個(gè)產(chǎn)黑色素的克隆，進(jìn)一步亞克隆和測(cè)序后獲得與黑色素產(chǎn)生相關(guān)的功能新基因。這對(duì)深入研究黑色素的生物合成途徑具有一定的理論意義，將有利于人們從基因角度了解黑色素的合成過程，從而為黑色素的大規(guī)模安全生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。

醌類色素的生產(chǎn)研究

蒽醌類色素是醌類色素中最大的群體，大約有700 種化合物，一直以來被廣泛應(yīng)用于食品和藥品當(dāng)中。蒽醌類化合物廣泛存在于微生物界中，尤其是絲狀真菌中，例如，曲霉屬真菌、散囊菌屬、鐮刀菌屬、青霉屬、裸胞殼屬、彎孢葉斑病菌、球腔菌屬、小孢霉屬等。已經(jīng)作為食品級(jí)色素使用的蒽醌類色素是由草酸青霉產(chǎn)生的Arpink Red—由捷克的一家公司最早發(fā)現(xiàn)并命名，該菌在最適發(fā)酵條件下可以獲得1.5 ～ 2.0g/L 的紅色色素。

在羥基萘醌色素的研究中發(fā)現(xiàn)曲霉屬真菌和散囊類菌屬均可發(fā)酵產(chǎn)生黃色素大黃素和紅色素毛罌紅。然而，在這些色素中也都檢測(cè)到不同的毒素存在，甚至有些毒素也已經(jīng)被著色，如黃天精、紅天精和金色灰綠曲霉素等。而之前的研究中也發(fā)現(xiàn)有微生物不產(chǎn)毒素，如紅絲膜菌能夠產(chǎn)生紅色羥基蒽醌類色素，與大黃素、大黃素甲醚共同使果實(shí)和孢子呈現(xiàn)紅色。在色素生產(chǎn)方面，有人從竹黃真菌中分離得到了蒽醌類色素。發(fā)酵液通過有機(jī)溶劑萃取、乙酸鎂沉淀、硅膠和反相C18 柱色譜層析等方法分離純化，經(jīng)HPLC 檢測(cè)分析，此體系分離到的色素純度高達(dá)97%。穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)顯示，該類蒽醌色素對(duì)光、溫度、一定濃度蔗糖和檸檬酸具有良好的穩(wěn)定性，而且具有清除自由基的作用，對(duì)霉菌有明顯的抑菌效果。（未完待續(xù)）

（徐春明 王曉丹 焦志亮）