微生物色素研究进展

优点：溶剂比较便宜，设备简单，操作简单易行， 提取率较高。
缺点：提取的产品质量较差，纯度较低，有异味 或溶剂残留，影响产品的应用范围。
3、碱提取法
碱提法主要是应用碱对多种生物物质的影响作用，
其提取效率虽不如有机溶剂提取率高，但从经济 角度和安全性考虑仍有应用价值。
4、酸提取法
用酸法提取微生物天然色素也是一种比较 常用的方法，提取效果也比较好。
微生物发酵法
3 β-类胡萝卜素的生产菌
克拉克须霉菌 三孢布拉霉 红酵母
克拉克须霉菌
该菌通过诱变比较容易获得 β-类胡萝卜素生物合 成途径不同阶段的酶缺失突变株，因此是研究β类胡萝卜素生物合成基因表达、代谢调控等方面 的好材料。
但是此菌种的产量低，培养72h的生物量仅为45g/L, β-类胡萝卜素产量仅为2.6mg/L，没有经 济价值。目前主要用于实验室研究使用。
四、微生物色素的发展趋势
利用遗传育种技术对野生菌株进行改造，选育适合工 业发酵的高产量菌株。正在应用基因工程技术，把在 食品和医药上有价值的微生物色素基因组，转移到已 证明对人类无毒害，要求培养条件价廉，色素提取技 术简便的实验菌株中， 以解决在开发过程中存在的主 要问题。
五、天然色素提取方法
400倍稀释的红曲色素的溶液中，添加100mg/kg抗坏血酸、 亚硫酸钠或过氧化氢，经48小时，其溶液的颜色仍和最初颜 色相同，没有变化。 ❖ 着色性好:红曲色素对蛋白质或含蛋白质较高的原料的着色性 很好。这些原料一经着色后再用水洗也很难洗去。 ❖ 安全性好
红曲色素的安全性很好。动物试验表明，食用红曲色素制 作的食物均未发现任何急性、慢性中毒现象。
β-类胡萝卜素的应用——化妆品领域
在口红、胭脂等化妆品中添加β-类胡萝卜素色泽 丰满自然 ，又能保护皮肤起抗氧化作用。
2 β-类胡萝卜素的生产
从植物中提取：受原料含量、气候、产地和运输 等条件限制，且工艺复杂，难以大量生产，产品 着色力差。
化学合成法：技术复杂，而且由于人们对化学合 成品的警惕性的提高，其产品售价远不如天然品 的高。
3 红曲色素的应用
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、面制品以及饮料 和调味料的着色。
4 红曲生产工艺
❖传统固－固发酵 ❖液态发酵（液－液发酵） ❖液固发酵（液－固发酵）
传统固－固发酵
传统工艺适合小型或家庭作坊式生产红曲。其主要特 点是地面培养红曲（或竹匾、曲盒培养），工具设备 简陋，代代相传。现在仍应用于小红曲厂家或农村家 庭副业红曲制造，如浙江省义乌、兰溪、金华等地农 村。其生产工艺流程如下：
6、微波萃取法
微波萃取是在密闭容器中用微波加热样品及有机溶剂，将 待测物质组分从样品基体中提取出来的一种方法，其能在 短时间内完成多种样品组分的萃取，溶剂用量少，结果重 现性好。
微波萃取克服了超临界萃取和溶剂萃取方法的缺陷， 既降 低了操作费用，又符合环境保护的要求，表现出良好的发 展前景和巨大的应用潜力。
β-类胡萝卜素的应用—医药领域
用于维生素A缺乏症和光敏感患者的治疗。 天然β-类胡萝卜素在防癌抗癌方面和预防心血管疾病方面
有明显作用。是极好的抗氧化剂，在人体内起到清除自由 基的作用 ，提高人的免疫功能，并起到预防癌变、防止 肿瘤转移和预防心血管疾病的作用。 作为维生素A的前体，用于治疗 由于缺乏维生素 引起的 各种疾病 ,如上皮细胞角质化 、皮肤干燥 、表皮组织改变 而受到病菌侵袭、胃肠粘膜表皮受损引起的腹泻、泪腺分 泌障碍引起的干眼病、夜盲症等。
O
O
NH
Me OO
COC5 H11 Me
O
O
NH
Me
O
COC7H15
Me
O O
O Me O
COC5 H11
Me
O
O O
MeO
红曲色素的基本特点（一）
❖对碱度稳定 当酸碱度极度上升时，它的水溶液颜色才会发生变色，
乙醇溶液在酸碱度pH11时仍保持稳定的红色。 ❖耐热性好
在一般的加工温度下其颜色不会发生明显变化。在酸碱 度为中性范围内加热菌体 生长后期开始合成，其合成过程可能是在培养基 中缺乏某种营养物质，菌体的生长过程受到限制 时被启动的。
一般是菌体生长繁殖过程中不需要的物质、菌体 失去合成这种物质的能力后照常生长。
微生物色素是由色素基因编码的酶决定的，具有种的 特性。色素合成酶对底物的特异性不高，某一种酶的 催化活动被外界因素或内部因素抑制时，就会产生完 全不同的色泽。
（一）红曲色素
红曲色素是红曲霉在生长过程中产生的一 系列色素的总称，它是世界上目前唯一一 种用微生物发酵生产的食用色素。红曲色 素在红曲霉所产生的代谢产物中研究最早、 研究最多，长期以来作为食品着色剂使用。 与已知的其它天然色素相比，它有很多优 点。
1 红曲色素的种类
红曲色素已被确定出化学结构且广为人知的有6种， 可分为3类，即红色素Monascorubramine与 Rubropunctamine、橙色素Monascorubin与 Rubropunctatin及黄色素Ankaflavin与 Monascin，它们是属于Azaphilones类的真菌 代谢物，构造极为类似（见表1）。
酸法提取需要消耗大量的酸，提取废 液对 环境污染比较大，且如果pH值调节不好会 对色素的结构及稳定性产生影响。
5、超临界CO2流体萃取法
超临界二氧化碳流体萃取是近二十年发展起来的 一种新型物质分离、精制技术。它兼备有气体低 粘度、高扩散和流体的高密度、大溶解度两方面 的特点。
由于超临界CO2，提取工艺简单，能耗低，萃取 剂便宜，提取的产品具有纯度高，溶剂残留少， 无毒副作用等优点，越来越受到人们的重视。
日本广井忠夫等认为还有5-6种色素成分存在于 红曲色素中。
表1 红曲色素的种类
色素种类
红曲玉红素
Monascorubrin
色素颜色 橙色
分子式 C23H26O5
红斑红曲素
Rubropunctatin
红曲玉红胺
Monascorubramin e
红斑红曲胺
Rubropunctamine
橙色 红色 红色
液态发酵（液－液发酵）
此法主要用于生产水溶性的红曲红色素，在我国有十多年 的历史。其主要特点是从种子培养到制曲都处于液体环境， 生产的色素发酵期短，色价高，水溶性好，产品收得率也较 高。
其生产工艺流程如下： 平板与斜面培养（7－8天）→ 种子液培养（24－26小时） → 一级种子罐培养（7－8小时）→ 二级种子罐培养（7－8 小时）→ 发酵罐发酵（70－75小时）→ 板框压滤 浸泡滤渣 （用70％－80％酒精浸泡搅拌约28－36小时）→ 再次压滤 真空浓缩（回收酒精）→ 喷雾干燥成粉状红曲红→ 成品包 装
培养基成分对色素产生影响很大，不仅包括培养基的 性质，而且还有培养时间，尤其是培养基的pH对色素 的性质和强度有显著的影响。因此，不同种类的菌株 可能需要不同的适合于产色素的培养基。
二、微生物色素的应用
食品工业中:天然色素 纺织工业中：织物的染色
三、微生物色素的优势
食用天然色素： 基本是植物色素，主要是从植物组织中提取 极少是动物和微生物色素
红酵母
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。
水提法 有机溶剂提取法 碱提取法 酸提取法 超临界CO2萃取法 微波萃取法
1、水提法
水提法是最早采用的一种提取方法。该方法所需 要的设备比较简单，比较容易操作。
效率比较低，时间长，目前很少单独采用，而是 与其他方法如微波、超声波等结合使用。
2、有机溶剂萃取法
是目前微生物色素提取最常用的方法。常用溶剂 有甲醇、乙醇、丙酮、石油醚等。
（二）β-类胡萝卜素
β -胡萝 卜素是 多种胡萝 卜素中的一种，是维生 素 的前体，也称维生素原，它的稀溶液呈橙黄色 至黄色。
β -胡萝卜 素广泛存在于植物、藻类和真菌中，但 动物和人体内不能合成胡萝卜素，必须从外界摄 取。
1 β-类胡萝卜素的应用——食品领域
是重要的食品添加剂和食品强化剂，主要用作色素和营养 强化剂。
微生物色素研究进展
一、微生物色素概述
微生物色素有红、橙、黄、绿、青、 蓝、紫、褐、 黑色，还有介于它们之间的各种颜色。
这些色素有在细胞内的，有在细胞外的；有自身 合成的，有转化培养基中的某些成份而形成的。
总的来说，可以分为两类：①菌苔本身呈色而不 渗入培养基，称为非水溶性色素。②菌苔本身呈 色或不呈色，但使培养基呈色，称水溶性色素。
红曲色素对日常光线是比较稳定的，乙醇溶液对紫外线 相当稳定。在太阳光强烈直射下则色泽减弱。
2 红曲色素的基本特点（二）
❖ 不受金属离子的影响 在1000倍稀释的红曲色素的溶液中加入0.01mol钙离子、
镁离子、铜离子，经48小时以后，其红曲色素的残存率均达 97％以上。 ❖ 不受氧化剂和还原剂的影响
液固发酵（液－固发酵）
先用种子罐液体培养种子，代替固体种曲接种，后 用固体培养发酵，简称液─固法，适用于产量大的红 曲厂。它与传统工艺生产不同的是：纯种培养制种； 提高发酵厚度（占地面积少，节省厂房）；采用通风 措施和自控设备装置来控制培养品温；利用烘干设备 进行成品干燥等。同时，产品质量比较稳定。这种液 体种子培养法有利于实现机械化，缩短种子培养时间， 质量好，生长繁殖速度快等，提高了红曲质量，同时 有利于科学管理。
植物色素缺点：产生天然色素的许多植物都是热带植物，原 料来源不易保证。有人提出采用植物细胞的培养技术，可从 根本上解决原料的供给，产出质量稳定的产品。但目前这种 方法在经济上造价较高，仍行不通。另一方面用细胞培养技 术生产天然色素还有许多技术问题尚未解决。