微生物色素在食品中的研究与应用摘要：微生物天然色素与人工合成色素相比有无毒、安全性高、并有很高的营养价值和药理功能等优越性，日益受到重视和青睐。

本文主要介绍了微生物生产天然色素的种类及其在食品工业中的应用。

关键词：微生物食品色素应用目前食用色素大体分为2类：①人工化学合成色素，这类色素大部分属偶氮类型化合物，主要是以煤焦油中分离出来的苯胺染料为原料制成的。

其中有些在人体内可代谢生成β-萘胺和α-氨基-1-萘酚，对人体有一定的毒副作用；②来源于天然植物的根、茎、叶、花、果实和动物、微生物等的可以食用的色素，称为天然食用色素。

在很长的一段时间里，由于人们没有认识到合成色素的危害，并且合成色素与天然色素相比较，具有色泽鲜艳、着色力强、性质稳定和价格便宜等优点，许多国家在食品加工行业普遍使用合成色素。

随着人们健康意识的提高，多种合成色素已被禁止或严格限量使用。

采用生产天然色素将逐渐成为天然色素来源的主流。

而因动植物材料生长繁殖受季节、气候、产地等因素的影响，原料不足，从中提取的色素价格昂贵，应用受到局限，利用微生物资源生产天然色素，克服以动植物为原料生产天然色素的诸多缺点，并且易于工业化。

因此微生物天然色素将日益成为食品色素工业的主流。

1 产天然可食用色素的微生物资源红曲霉作为红曲色素的生产菌，以其能产生大量天然色素而著称，红曲是以粳米为原料经红曲霉发酵而成的一种紫红色米曲，它的发明至今有1000多年的历史，是我国的宝贵科学遗产，很早就用于食品着色，食品发酵以及中医中药。

早在1928年人们观察到假单胞菌(Pseudomonas indoloxidaes)能够氧化吲哚合成靛蓝，1956年观察到真菌Schisophyllum commune能够在有葡萄糖和胺盐的培养基上直接合成靛蓝，但其机制在当时还不清楚。

1983年，Ensley等发现，将假单胞菌P.putida PpG7质粒NAH7中的片段克隆重组后转入大肠杆菌（Escherichia coli HB101），转化子能够在有吲哚或色氨酸的条件下合成靛蓝。

张坤生、肖冬光等以红酵母为出发菌株，利用二苯胺为筛选剂，通过紫外诱变筛选得到一株高产类胡萝卜素菌株Ruv701；广东药学院的袁宝红从广东大亚湾海水中分离得到一株具有产灵菌红素的海洋细菌；南京师范大学生命科学院的陆玲研究了Streptomyces sp。

菌株发酵天然蓝色素的条件，发酵得到的蓝色素具有无毒，无致畸变作用，水溶性好，稳定性高等特点；吉首大学的于华忠从土壤中分离得到一株G+细菌，该菌株具有分泌紫红色素的能力；无锡江南大学生物工程学院的许赣荣对低产桔霉素红曲霉菌种筛选，得到一株Aloraasercs ZH-12，其生产的红曲米(色价1700 U/g)中的桔霉素的质量分数高达1 g/kg以上；浙江工业大学的王普利用Cs 137γ-射线对Phaffrarhdozyma重复照射，并交替进行用亚硝基胍诱变，选育得到一株高产的Phaffrarhdozyma YB-20-90诱变菌株，该菌株摇瓶发酵生物量达到36.32 g/L，虾青素产量达30.09 μg/L；山东大学微生物国家重点实验室的李建波筛选得到一株奇异变形杆菌Proteus mirabilis，具有产黑色素的能力；赵东红等用一株链霉菌(Stroptomyces)LS-1发酵可产生蓝色的天蓝菌素(Coelicolorin)。

2 微生物天然色素的种类及应用2.1类胡萝卜素类胡萝卜素(carotenofds)是一类有广泛应用价值的天然色素，具有预防癌症和心血管疾病等多种生理功能，可广泛用于医药、食品和化妆品领域。

作为食品添加剂，类胡萝卜素是具有食品着色和营养增补双重功能，已被发达国家广泛用于黄油、干酪和蛋黄酱等食品中。

然而由于毒理学和分析技术的不断发展，合成法生产食用色素的毒性问题越来越受到人们的关注，国外许多国家相继制定了一系列限制合成色素使用的法规，有的国家(如挪威)甚至禁止使用任何合成色素。

β-类胡萝卜素是众多类胡萝卜素的代表。

早在1989年世界卫生组织论证确认β-类胡萝卜素为最有希望的抗氧化剂。

其防癌、抗癌、防衰老、防治白内障、抗射线对人体损伤等功效得到公认，并被收入美国药典。

被誉为无毒的食品添加剂及90年代营养维生素。

β-类胡萝卜素的生产菌株主要有：克拉克须霉菌，三孢布拉霉，红酵母。

三孢布拉霉属于毛霉目，笋霉科三孢霉属的菌种，生长十分迅速，生物量高，培养48h每L发酵液可获50g以上的干菌体。

它产色素的能力强，培养5-6d，总胡萝卜素产量在1g/L以上，其中80-90%为β-类胡萝卜素。

该菌是实现工业生产的好菌种。

国际上实验室水平已达到3-3.5g/L。

采用红酵母生产β-类胡萝卜素，虽然其色素生产水平目前较三抱布拉霉菌低许多，但红酵母具有营养要求简单、培养周期短、菌体可综合利用、发酵过程易于工业化等特点，所以具有很高的应用价值和开发前景。

2.2 红曲色素中国利用红曲霉已有上千年的历史，红曲色素着色性能好，色调丰富，可用作食用红色色素目前已被广泛使用于肉制品、罐头制品的着色与防腐。

红曲色素属花青素类色素，呈红色粉末或液态，溶于水、乙醇，不溶于丙酮、石油醚；稳定性好，耐热耐光耐贮存，但对氧化剂敏感；PH1~6时为红色，PH7~12时可变为淡褐色。

红曲色素至少有6种结构，其中红色色素、黄色色素和紫色色素各2种。

近年来的研究发现，红曲具有降血压、降血脂、降胆固醇、抑制肿瘤生长的生理活性作用。

红曲色素由于具有许多天然色素的优点，在食品加工业中具有广泛的应用。

主要应用于肉制品面制品，饮料和调味料的着色。

2.3 黑色素黑色素是广泛存在于动物、植特和微生物中的棕黑到黑色的色素。

是有相同性质的一大类物质。

是由苯酚或吲哚氯化聚合而成的大分子。

产黑色素的微生物种类主要是：Bacillus （杆菌），Pseudomonas（假单胞菌），Azotobacter（目氮菌）。

有很多霉菌、细菌，放线菌能生产黑色素，如黑曲霉，它在生成孢子的同时分泌黑色素，所产的黑色素主要有黑色，红色，黄色，还有极少数是绿色。

微生物所产生的黑色素是多种多样的，主要分为胞内黑色素，胞外黑色素。

胞外黑色素又有许多种，其功能也各自不同。

一般认为，黑色素不是微生物生长、代谢、繁殖所必须的，但是黑色素能提高微生轴抗重金属毒害、抗紫外射线损害的能力同时还能增强其抗氧化的能力，从而增强其生存能力。

2.4 靛蓝靛蓝类色素是人类所知最古老的色素之一，广泛用于印染、医药和食品工业。

大部分的靛蓝都是化学合成的。

化学合成靛蓝相对植物靛蓝而言具有原料充足、生产简便和靛蓝纯度高等优势，但是在化学合成过程中，使用的原料和催化剂不仅对操作者的呼吸道和中枢神经及肝脏有一定的损害，甚至能诱导产生癌症，而且还会因为产生含有大量的氯化铁、硫酸铁、硫酸钠、氯化钠、苯胺和硝基苯等有毒物质的漂洗废水，对环境也造成严重的污染。

Ensley 等推测，作为培养基添加剂加入的或由色氨酸的酶促代谢而产生的吲哚被假单胞菌DNA编码的多组分双加氧酶转化成顺-吲哚-2，3-二氢二醇和3-羟基吲哚(吲哚酚)，所产生的3-羟基吲哚在接触空气后被氧化成靛蓝。

许多能够合成靛蓝的微生物种类和菌株被鉴定出，其中多数是可以降解芳香烃的细菌。

主要有以萘为碳源的Pseudomonas putida菌株。

能够降解甲苯-二甲苯或甲苯其它衍生物的P.putida、降解甲苯的P.Mendocina菌株、降解苯乙烯的P.putida 菌株S12和CA-3以1，2，3，4-四氢化萘为碳源的Sphingomonas macrogolitabida等负责靛蓝类色素合成的酶主要是单加氧酶和双加氧酶，它们可以相应地将单个或双个的氧原子加入到一个有机化合物分子中。

3 讨论随着食品工业的发展和人们对于食品安全的要求，天然可食用色素将会不断取代化学合成色素进入食品添加剂市场。

分子生物技术的发展使我们通过重组DNA技术改变微生物的新陈代谢可以实现在不产生色素的微生物中产生大量天然色素，这将使微生物食用色素的种类和产量得以不断的提升，微生物食用色素得以大规模的生产和应用指日可待。

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