近年来，人们生活水平的提高增加了市场对天然色素的需求。食用天然色素是指由天然资源获得的食用色素，主要是指从动物和植物组织及微生物发酵液中提取的色素。但是植物色素的来源大都是来自热带植物，原料来源不易保证。植物组织培养技术生产色素的研究，从根本上解决了原料的供给，生产出质量稳定的产品。但是目前此种方法经济花费较高，仍然不利于商业生产。另一方面利用植物细胞培养生产色素还有一些技术问题尚待解决。
利用微生物发酵生产色素可能会克服以上困难。微生物色素有很多种类和颜色。这些色素有的是在胞内的，有的是在胞外的；有自身合成的，有转化培养基中的某些成分而形成的。微生物色素是一种次生代谢产物，一般是在菌体生长后期合成的。由微生物发酵产生的色素在自然中非常常见。在众多的物质中，常见的有：类胡萝卜素、黑色素、黄素类、醌类和一些更加特别的色素，红曲色素、紫色杆菌素、藻青蛋白或靛蓝等。用于产食用色素的微生物色素需具有以下几方面特征：
1.产色素菌对人体是非致病菌；
2.生产条件安全且菌株不产毒素；
3.菌体可以用于液体发酵。然而在发酵过程中许多微生物产色素往往伴有毒素的产生，而且许多有食用价值的微生物色素至今开发研究的甚少。因此本文综述了食用微生物色素的生产菌株的培育、色素的提取分离和毒素的研究，以期为推动天然食用色素的发展做出贡献。
几种常见微生物色素研究进展
类胡萝卜素的生产研究
自从19 世纪初分离出胡萝卜素，至今已经发现近450 种天然的类胡萝卜素。常见的有：α-胡萝卜素、β- 胡萝卜素、叶黄素、玉米黄质、番茄红素和虾青素。类胡萝卜素均来源于类异戊二烯和萜类化合物途径。细菌、酵母、霉菌等微生物均可产生大量的类胡萝卜素，因而利用微生物生产天然色素是一项非常有前景和商业价值的研究，对此类天然色素的研究也层出不穷。例如，早在1996 年，研究人员利用三孢布拉霉生产β- 胡萝卜素和番茄红素现在已经作为食品级色素在使用。
类胡萝卜素是高度不饱和化合物，不溶于水而溶于有机溶剂，含有一系列共轭双键和甲基支链。色素的颜色随着共轭双键的数目而变动。共轭双键的数目越多，颜色移向红色越远。目前，生产类胡萝卜素的主要有丝状真菌、酵母、细菌和藻类，如冠霉素链霉菌、三孢布拉霉、布拉克须霉、黄杆菌属、法夫酵母属、红酵母属。研究人员对固体培养黏红酵母YB-252 生产类胡萝卜素进行了研究，采用Plackett-Burman 试验设计方法，结果表明，调节剂浓度、发酵时间和系统中发酵湿度是影响黏红酵母YB-252 生产类胡萝卜素产量的主要因素。研究人员对红发夫酵母进行了低剂量射线辐照实验。研究表明红发夫酵母是唯一能够产生虾青素的酵母，具有较强的发酵糖的能力。经过重复的射线辐照和目视法筛选获得一株菌株3A4-8。经过辐照后的每克酵母可产生3.3mg 类胡萝卜素，比未经辐照菌株的产量增加了50%。经过辐照后只有此菌株能够生存，因此射线辐照方法可用于产类胡萝卜素菌株的筛选。在类胡萝卜素的提取、浓缩、结晶和微胶囊化工艺的建立中，有人对法夫酵母JMUMVP14进行了研究。发现用乳酸或二甲基亚砜破壁后再用溶剂提取的总类胡萝卜素的提取率可以达到78.53%。选择水、乙醚和乙醇复合体系更加利于类胡萝卜素浓缩物的结晶。微胶囊化时则使用了明胶和淀粉作为壁材使得微胶囊效率达到61.76%，为法夫酵母类胡萝卜素的开发利用奠定了基础。
黑色素的生产研究
黑色素是一种高分子量的生物色素，颜色由深棕色到黑色，由酪胺酸经过一系列化学反应形成，广泛存在于动物、植物和微生物中。它通常是由酚类化合物的氧化聚合形成。微生物产生的黑色素主要分为壁（膜）结合黑色素和胞外色素，不溶于酸性溶液、不溶于常见的有机溶剂，可溶于碱性溶液、微溶于水。常被用于农业、化妆品和药品中。
产黑色素的微生物也有很多，常见的有：细菌（链球菌、蜡状芽孢杆菌、嗜麦芽假单胞菌）、固氮菌、霉菌（黑曲霉、链格孢菌、构巢曲霉、米曲霉等）、放线菌（链霉菌）以及真菌（出芽短梗霉）。研究人员对链霉球属MVCS13 产黑色素进行了研究。在优化实验中得出，产黑色素最佳条件为温度50 ℃、pH7.4，培养基为：甘油10g、L- 酪氨酸0.75g/L、L- 天门冬酰胺1.5g/L、磷酸氢二钾0.5g/L、硫酸镁0.25g/L、氯化钠0.75g/L、硫酸亚铁0.015g/L。研究人员首次报道从冬虫夏草中分离得到黑色素。其抗氧化性质也非常强，主要表现为对自由基1，1- 二苯基-2- 三硝基苯肼（DPPH）的清除和对亚铁离子的螯合能力。这对于此类稀少真菌生产黑色素具有很大的指导意义。科研人员从近海沼泽地大米草根际中分离了一株海洋细菌MWYL1。进行初步鉴定后，通过基因组fosmid 文库的构建，直接分离到一个产黑色素的克隆，进一步亚克隆和测序后获得与黑色素产生相关的功能新基因。这对深入研究黑色素的生物合成途径具有一定的理论意义，将有利于人们从基因角度了解黑色素的合成过程，从而为黑色素的大规模安全生产奠定基础。
醌类色素的生产研究
蒽醌类色素是醌类色素中最大的群体，大约有700 种化合物，一直以来被广泛应用于食品和药品当中。蒽醌类化合物广泛存在于微生物界中，尤其是丝状真菌中，例如，曲霉属真菌、散囊菌属、镰刀菌属、青霉属、裸胞壳属、弯孢叶斑病菌、球腔菌属、小孢霉属等。已经作为食品级色素使用的蒽醌类色素是由草酸青霉产生的Arpink Red—由捷克的一家公司最早发现并命名，该菌在最适发酵条件下可以获得1.5 ～ 2.0g/L 的红色色素。
在羟基萘醌色素的研究中发现曲霉属真菌和散囊类菌属均可发酵产生黄色素大黄素和红色素毛罂红。然而，在这些色素中也都检测到不同的毒素存在，甚至有些毒素也已经被着色，如黄天精、红天精和金色灰绿曲霉素等。而之前的研究中也发现有微生物不产毒素，如红丝膜菌能够产生红色羟基蒽醌类色素，与大黄素、大黄素甲醚共同使果实和孢子呈现红色。在色素生产方面，有人从竹黄真菌中分离得到了蒽醌类色素。发酵液通过有机溶剂萃取、乙酸镁沉淀、硅胶和反相C18 柱色谱层析等方法分离纯化，经HPLC 检测分析，此体系分离到的色素纯度高达97%。稳定性实验显示，该类蒽醌色素对光、温度、一定浓度蔗糖和柠檬酸具有良好的稳定性，而且具有清除自由基的作用，对霉菌有明显的抑菌效果。（未完待续）
（徐春明 王晓丹 焦志亮）
