食用色素都能造這屆微生物太優(yōu)秀了

這是一個(gè)看臉的時(shí)代，對(duì)食物來(lái)說(shuō)也是。“色香味俱全”，“色”排在首位。好的賣(mài)相、誘人的顏色確實(shí)更勾起我們的食欲。食用色素，作為食品添加劑大家族中的重要成員之一，就相當(dāng)于食品的美顏濾鏡。

等等，色素？老母親的話又飄蕩在了大家的耳邊：“少吃點(diǎn)，不健康！”

很多人都對(duì)食用色素戴上了有色眼鏡。一聽(tīng)食品色素，就連連搖頭，感覺(jué)這個(gè)詞怎么聽(tīng)都是不好的、人造的、不健康的。

這可讓一些老實(shí)色素連連喊冤，而喊得最大聲的，就包括能被微生物所生產(chǎn)的天然色素們。

有顏色和沒(méi)有顏色的冰淇凌你更喜歡哪一款？

食用色素風(fēng)潮演變史：由天然到合成，再回到天然

實(shí)際上，食用色素不全都是人造的，它們分為天然食用色素和人工合成食用色素。天然食用色素主要指從植物、動(dòng)物、微生物中提取的色素；人工合成色素，顧名思義，主要是通過(guò)化學(xué)合成制得的食品色素。

食用色素分類

在公元前1500年前，古羅馬和埃及人就開(kāi)始使用植物性天然色素給藥物和紅酒染色。最早期的食品色素基本都從帶顏色的植物中提取而來(lái)，如辣椒、莓類、姜黃根、藏紅花、各種鮮花等。我國(guó)自宋代起就有用紅曲米釀酒、蒸肉、入藥的記載；西南、江南等地也有用黃飯花、烏飯樹(shù)葉來(lái)?yè)v汁染糯米飯食用的習(xí)俗。

天然色素被廣泛用于各種食物中

19世紀(jì)早期的工業(yè)革命，也推動(dòng)了色素的制造與革新。1856年，世界上第一個(gè)合成色素——以煤焦油為原料的“苯胺紫”，被偶然發(fā)明了出來(lái)。此后一百余年，其他各種顏色也相繼被人工合成出來(lái)。由于合成色素一般都具有顏色鮮艷豐富、著色力強(qiáng)、性質(zhì)穩(wěn)定、成本低廉等一系列優(yōu)點(diǎn)，它們很快取代了天然色素，在食品行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。

我們?cè)谑称放淞媳碇薪?jīng)常能看到的“日落黃”“胭脂紅”“亮藍(lán)”“靛藍(lán)”，包括聽(tīng)起來(lái)很天然的“檸檬黃”和“莧菜紅”，實(shí)際上都是合成色素。

進(jìn)入20世紀(jì)后，隨著毒理學(xué)和分析化學(xué)的發(fā)展，人們逐漸認(rèn)識(shí)到了一些合成色素對(duì)于健康的潛在危害。合成色素多以苯、甲苯、萘等化工產(chǎn)品為原料，經(jīng)一系列化學(xué)反應(yīng)而成，大多為含有苯環(huán)或氧雜蒽等結(jié)構(gòu)的化合物。這引起了世界各國(guó)的重視，相繼對(duì)這些合成色素的使用制定了一系列限用及禁用的法律法規(guī)，很多有毒有害的合成色素品種因此加入了各種黑名單。

以我國(guó)為例，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)允許使用的合成色素僅僅有8種，被批準(zhǔn)的天然色素有47種。不過(guò)大家不用過(guò)度擔(dān)心，對(duì)于允許使用的8種合成色素，嚴(yán)格按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，合理、適度、低劑量地添加在食品中，是完全沒(méi)有問(wèn)題的。

從動(dòng)物、植物中提取天然色素，是個(gè)非常昂貴的過(guò)程。而市場(chǎng)對(duì)食用色素的需求已經(jīng)在合成色素多年的征戰(zhàn)之下變得很大，單單依靠從動(dòng)植物中提取已經(jīng)不能滿足消費(fèi)者的需求了。

在新的形勢(shì)下，誰(shuí)能扛起食用色素的大旗呢？近年來(lái)，微生物色素異軍突起，成為新的研究熱點(diǎn)。

食用色素誰(shuí)來(lái)造？微生物大軍把旗扛

微生物這些小不點(diǎn)也可以產(chǎn)色素？可別小看它們。很多微生物如細(xì)菌、真菌、酵母、古生菌和藻類本身就可以合成色素，且能生產(chǎn)的色素種類很多，橫跨可見(jiàn)光光譜的彩虹色色素它們都能產(chǎn)。

微生物色素『彩虹』

微生物不僅能生產(chǎn)微生物特有的色素，如紅曲霉素、紫色桿菌素等，也能生產(chǎn)植物和動(dòng)物中存在的色素，如β-胡蘿卜素、蝦青素等。

使用微生物生產(chǎn)色素，不受季節(jié)及天氣影響、產(chǎn)量高、提取過(guò)程簡(jiǎn)單，這使得微生物色素近年來(lái)備受關(guān)注，成為了食品色素領(lǐng)域里的“明日之星”。

此外，不斷發(fā)展進(jìn)步的生物工程技術(shù)與手段也進(jìn)一步提高了微生物色素的產(chǎn)量及穩(wěn)定性，降低了其生產(chǎn)成本，且豐富了微生物色素的多樣性。

微生物為什么要產(chǎn)色素？為了美么？

別想多啦，微生物產(chǎn)色素可并不是為了好看。聰明且高效的微生物，從不浪費(fèi)能量來(lái)合成 “華而不實(shí)”的東西。

那微生物為什么會(huì)產(chǎn)色素呢？微生物們心里苦，這一切都是為了生存啊。

比方說(shuō)有些光合細(xì)菌，如藍(lán)細(xì)菌、綠硫菌等，能合成葉綠素，因?yàn)檫@些細(xì)菌要靠葉綠素吸收光能來(lái)生存；再比如紅曲霉素、紫色桿菌素等，它們是微生物的次級(jí)代謝產(chǎn)物，能有效阻止很多其他微生物、病原體的繁殖。畢竟，在微生物生長(zhǎng)的環(huán)境中，可利用的資源很有限，生產(chǎn)這些包括色素在內(nèi)的次級(jí)代謝產(chǎn)物其實(shí)是為了殺死其他資源競(jìng)爭(zhēng)者，提高自身的生存優(yōu)勢(shì)。

各種色素對(duì)于微生物來(lái)說(shuō)是實(shí)打?qū)嵉挠杏茫S之所帶來(lái)的“顏值”只是附加特征。

為了讓微生物好好產(chǎn)色素，科學(xué)家們很努力

雖然很多微生物都可以產(chǎn)色素，但產(chǎn)量不穩(wěn)定、產(chǎn)量低是巨大挑戰(zhàn)。為了解決產(chǎn)量問(wèn)題，科學(xué)家們進(jìn)行了很多嘗試，目前主要有兩種思路：

一是從能自然合成色素的微生物下手，通過(guò)優(yōu)化培養(yǎng)的方式和涉及的各種參數(shù)（如培養(yǎng)所用的溫度、溶氧、培養(yǎng)基的成分，pH等）來(lái)提高色素產(chǎn)量。

二是研究微生物色素合成途徑，通過(guò)代謝工程手段，優(yōu)化天然菌的代謝途徑；或利用合成生物學(xué)思路，把合成色素的途徑“復(fù)制粘貼”到原本不具備色素合成能力，但有其他優(yōu)勢(shì)（如生長(zhǎng)快，安全無(wú)毒、易工業(yè)化）的微生物中去，進(jìn)行生產(chǎn)。

單純地優(yōu)化發(fā)酵參數(shù)固然有用，但效力有限。結(jié)合合成生物學(xué)的思路，才能更好地打破產(chǎn)量的“封印”。下面的兩個(gè)例子就很好地說(shuō)明了這一點(diǎn)：

雨生紅球藻產(chǎn)蝦青素

蝦青素是一種紅色色素，廣泛存在于生物界中，特別是藻類和水生動(dòng)物中。煮熟的蝦、蟹會(huì)呈現(xiàn)誘人的紅色，便是蝦青素的功勞！

同時(shí)，蝦青素還有強(qiáng)抗氧化性能。對(duì)于食品尤其是含脂類較多的食品，蝦青素既有著色效果又可起到保鮮作用，目前已被用于三文魚(yú)、雞蛋、蔬菜、海藻、腌漬水果、飲料、調(diào)料等食品中。

藻類是蝦青素最主要的天然來(lái)源，其中，雨生紅球藻是目前公認(rèn)蝦青素產(chǎn)量最高的藻類之一， 它對(duì)蝦青素的積累量最高可達(dá)到細(xì)胞干重的5%，積累速率和生產(chǎn)總量都比其它藻類高。然而，傳統(tǒng)生產(chǎn)方法的失敗率極高、產(chǎn)率低、蝦青素含量低、生產(chǎn)成本高。

但是現(xiàn)在科研人員已經(jīng)通過(guò)培養(yǎng)方式的改進(jìn)、過(guò)程的優(yōu)化以及工藝的集成等策略解決了雨生紅球藻培養(yǎng)的生物學(xué)和工程學(xué)等系列難題，大幅度提高了生產(chǎn)效率，也發(fā)展了很好的提取工藝，將利用雨生紅球藻產(chǎn)蝦青素推動(dòng)到了工業(yè)化生產(chǎn)階段。

構(gòu)建大腸桿菌產(chǎn)紫色桿菌素

紫色桿菌素是一種新型的細(xì)菌色素，它們有著漂亮、鮮艷的紫色，在食品領(lǐng)域也有著廣闊的應(yīng)用前景。很多細(xì)菌如杜搟氏菌、紫色桿菌、交替假單胞菌等都能合成它。

和很多微生物色素一樣，紫色桿菌素也是細(xì)菌的次級(jí)代謝產(chǎn)物之一。除了有著優(yōu)秀的抑菌、抗菌作用，紫色桿菌素還能在一定程度上抑制很多病毒、癌細(xì)胞的生長(zhǎng)與繁殖，且對(duì)正常人體細(xì)胞毒性很低。

然而，天然的產(chǎn)色素菌不僅生產(chǎn)量低，在生長(zhǎng)過(guò)程中還很容易喪失色素的生產(chǎn)能力。為了提高紫色桿菌素的產(chǎn)量、安全性， 降低生產(chǎn)成本，2013年，Witmann研究組將合成紫色桿菌素的相關(guān)基因?qū)氲搅舜竽c桿菌中，之后又對(duì)合成途徑進(jìn)行了一系列調(diào)控優(yōu)化，成功使相關(guān)基因在大腸桿菌體內(nèi)高效表達(dá)，最終紫色桿菌素的產(chǎn)量高達(dá)710mg/L。這也是目前得到的紫色桿菌素最高產(chǎn)量之一。

紫色桿菌和紫色桿菌素

仍需努力的潛力股

候選色素成為正式的食品色素前必須明確的部分事宜

其實(shí)，除了提高產(chǎn)量外，優(yōu)化微生物色素的提取技術(shù)、提高微生物色素的穩(wěn)定性、新微生物色素的檢測(cè)與篩選都是研究的熱點(diǎn)。

而為了廣大消費(fèi)者的安全考慮，國(guó)家對(duì)食用色素的審核也十分嚴(yán)格，一種色素要想轉(zhuǎn)變?yōu)槭称飞乇仨毥?jīng)過(guò)重重考驗(yàn)，只有那些“歷史清白”且確實(shí)對(duì)健康無(wú)害的色素才能最終成為正式的食用色素。

此外，雖然使用微生物合成色素潛力巨大、未來(lái)可期，但是關(guān)于微生物來(lái)源的色素研究，大部分還停留在實(shí)驗(yàn)室階段，離大規(guī)模量產(chǎn)和提純?nèi)杂芯嚯x。