天然および合成食品の色に関する研究

中国の伝統的な食文化は、食べ物を色、香り、味の3つの側面から評価する。人々は見栄えの良い食べ物を好み、黒いトマトや赤いキュウリ、色の悪い食べ物には惹かれません。ここ数十年で、工業的に生産された食品が重要な食生活となった。世界中で毎日大量の人工色と自然色が消費されている[1]。合成顔料は、光や熱に安定で、色価が高く、混合しやすいという利点があり、食品、医薬品、化粧品などの着色に利用されています。健康志向から天然顔料への関心が高まり、市場が拡大しています。

人々は数千の植物から様々な色の色素を得ることができるが、天然色素は色素の原料となる植物の種類、栽培条件、原産地、生産量などの影響を受ける。そのため、組織培養や遺伝子工学など、合成色素に代わる新たな色素源の発見に向けた研究がますます盛んになっています[2]。10年以上前にスペインで開催された第1回国際食品色会議以来、バイオテクノロジーを利用した天然色素の生産が注目されています。3国際料理の色彩2004年6月14日から17日まで、フランスのタルブで開催された会議では、生産のためのバイオテクノロジーの利用について議論されました无着色[3]。2010年6月20日から24日まで、ハンガリーのブダペストで開催された第6回国際食品色会議は、化学、生物学、食品着色技術の3つの側面に焦点を当てています[1]。組織培養に加えて、色素製造に利用できるバイオ技術は、微生物発酵と微細藻類培養の2つである。本稿では、これら3つのバイオ技術を用いた顔料の製造と研究の進捗状況を紹介する。

1微生物発酵色素production

色素の微生物生産は自然界では非常に一般的です。例えば、カロテノイド、メラニン、フラビン、キノン、およびそのような赤酵母米顔料、ビオラacein、フィコシアニンとインディゴなど、より多くの特殊な顔料。しかし、実験室での試験段階から商業的な大規模生産に至るまでにはまだ長い道のりがあります[4-5]。その昔、中国人は自然の中にある赤い酵母米を使って、美味しい豆腐を作っていました。それが今も受け継がれています。赤い酵母米が作る赤い色素は、食品の風味を高めたり、魚を汚したりするだけでなく、健康にも効果があります。欧米諸国では、製造過程でシトリニンが存在する可能性があるとして、赤色酵母米色素の食品への使用を制限している。

1.1赤酵母米発酵して色素を生成する

モノascusは、3つの分類から形成される複雑な混合物を産生する。オレンジ、赤、黄色の3色は、赤酵母米の二次代謝産物である。2つのポリケチド前駆化合物がそれらの前駆化合物である。これらの二次代謝物はすべてアザフィロン骨格構造を持つ。オレンジ色の色素には、ラクトン環を含むモナスコルブリンやルブロプンタチンがある。赤色の色素にはモナスコルブラミンとルブロプンタミンがある窒素を含むオレンジ色素の類似体である。黄色の顔料にはモナシンとアンカフラビンが含まれる(図1参照)[6]。これらの色素のうち、赤色色素(モナスコルブラミンおよびルブロパンクタミン)は、特に食肉製品の亜硝酸塩の代替色として最も需要があります[7]。

の発酵赤いごはん酵母一般的に固体媒体で行われます。固体培地での接種は収量が低いため、液体発酵法や水中発酵法を用いた赤酵母米色素の製造に注目が集まっています。zhouら[6]は、応答表面分析を用いて黄色顔料の生産に最適な培養条件を選択し、シェイクフラスク系で88.14 od、5 l発酵槽系で92.45 odの収率を得た。Mukherjee【7】赤いごはん酵母を養成するという水没を発酵させて造る颜料性ともに以下の構造的な新しい物を見つけた絵具(図2参照):-雫姉(1-hydroxyethyl) - (2-hydroxypropyl) -6a-methyl-9 9a-dihydrofuro[2、3-h] isoquinolin-6、8年(2 h、6aH) -dione相対的な分子375の塊だルブロプンタミンやモナスコルブラミンと多くの類似点があるが、c-3とc-9のヒドロキシルアルカン置換基は異なる。そこで、liuらは、硫酸セルロースナトリウムとポリ(塩化ジメチルジアリアンモニウム)をコーティングした高分子電解質複合体(pec)上に赤色酵母米を固定化した[8]。このマイクロカプセル化された形態は、菌糸体の固定化のための良好な条件を提供した。このマイクロカプセルで栽培された赤酵母米の収量は通常の3倍であり、色素収量も通常の2倍である。

1.2発酵カロテノイドの生産

600以上のカロテノイドが自然界に存在することが知られています。カロチノイド色素カロテノイドの光吸収特性を決定する高分子共役二重結合構造を持つテルペノイドであり、赤色から黄色の色を示す[9-11]。カロテノイドは、その色の特徴だけでなく、機能性物質であることから、食品添加物として使用されています。体内ではビタミンaの前駆体であり、人間の視力にとって重要であり、夜盲症やドライアイを予防する。さらに、カロテノイドはいくつかの抗酸化特性を有する。これらすべてが、カロテノイドを食品添加物として広く使用することに貢献しています。

カロテノイドは、合成とに分かれています自然カロチノイド色素。両者は同じ分子構造と化学的・物理的性質を持つが、生物学的効果は異なる。合成β-caroteneほぼ構成はやってall-trans異性体自然製品には相当のcis異性体が含まれている。体内では、天然物中の様々な異性体の相互作用は、その生物学的機能の重要な保証です。特定の微生物(dunaliellのsalinaなど)のβ-カロチンは、最大30%のcis異性体を含むことができます[12]。天然のカロテノイドは、食品、医療および商業的価値の広い範囲を持っています。天然のカロテノイドは、rhodotorula属、torulopsis属、rhodotorula属などの菌類を発酵させることで効率的に得られる。

aksuら[13]は、rhodotorulのmucilaginosaをカロテノイド生産株として用い、培地中の炭素源および窒素源、添加物および糖蜜添加量を最適化した結果、カロテノイド収量は乾燥セル重量35.0 mg/gであった。liu bingらは[14]、赤酵母を生産株として用い、5つの増殖因子が赤酵母細胞の成長とカロテノイド含有量に及ぼす影響を調べた。その結果、トマトジュースよりもピーナッツオイルとリボフラビンの方がバイオマスの増加に大きな効果があることがわかりました。のβの商业生产Dunaliella実现されました属で作られた-caroteneオーストラリア米国とイスラエルで小規模生産さはチリで行われてきたメキシコ、イランと台湾を描く水墨雑画も中国、他の地域のうち小規模で【15]。iriani[15]ブラジルの生態系で、酵母からカロテノイドを単離した。これらの顔料は主にcirrusin者に認定されβ-carotene酵母が製作Rhodotorulaglutinis、RhodotorulのmucilaginosaとRhodotorula toruloides。

1.3メラニンの発酵生産

メラニンはポリフェノールヘテロポリマーの一種であり、幅広い色と用途を持っています。動物、植物、微生物に広く見られます。メラニンの物理的および化学的性質は、抗酸化特性、抗がん活性、抗ウイルス活性、抗ウイルス、肝保護および抗放射線など、多くの生物学的効果を与え、食品、医学、化粧品などの分野で広く使用されています[16]。gu minzhou[17]らは、四川師範大学構内の土壌から高メラニン産生菌streptomyces antibioticus mv5002株を単離した。培養を複数回最適化した後、収量は3.45 g/ lに達した。シュリパッド・n・surwase[18]らは、インドのシヴァジ大学のキャンパスから高収量の黒色株を単離した。系統樹からは新細菌brevundimouとしてspを務めていらしたsgjであることが示唆された。反応面解析による最適化とメラニン前駆体リジンの断続的な添加により、収率は初期の0.401 g/ lから6.811 g/ lに増加した。ke guanchun[19]らは、成都近郊の土壌試料から分離された321株の細菌から、細胞外メラニンの高収量株を単離した。この菌株はストレプトマイセスとして同定され、収率は約0.70 g/ lであった。遺伝子工学の開発と応用により、遺伝子組み換え細菌を介して大腸菌やバチルス・チューリンゲンシスなどの成熟した研究系統に有効な遺伝子を移植することができ、メラニンの生産を促進し、効率的に行うことができます。

yali huang[20]らは、南シナ海の深海堆積物中の微生物からdnaを抽出し、フスチア・プラスミドで複製し、39,600個のクローンと24 - 45 kbの挿入部位を作製した。大腸菌に転移すると、赤褐色の色素が生じ、メラニンの一種であることが確認された。メラニン色素は太陽の紫外線を吸収し、人体や微生物を保護する働きがあります。ruのlifangらは[21]pseudomonとしてmaltophiliaからメラニン産生遺伝子(mel遺伝子)をベクターpht3101にクローニングし、作製した組換えプラスミドphtamをbacillus thuringiensis bmb171受容体株に移植して組換え株rsaを得た。条件を最適化したところ,メラニンの収率は65 g/ lに達し,環境中のph値や基質濃度と密接に関連していた。

遺伝子操作された細菌が生産するメラニンにも生物学的効果がある。li xiaoyanらは[22]、組換えバシラスthuringiensis phtam株によって生成されるメラニンの除去効果と、ヒドロキシルラジカルに対する標準的なメラニンの除去効果を比較するために、安息香酸水酸化生成物の蛍光強度に対するメラニンの消光効果を用いた。その結果、組換え細菌は、sigma &に匹敵するメラニンを生成し、フリーラジカルを除去する能力を持っていることが示されました#39の製品と生物から抽出された国産商業製品よりも優れています。ning hua[23]は、遺伝子組み換え細菌escherichia coli (e . coli)/ p wsyが産生するメラニンの高分子に対する光保護作用を研究した。その結果、この遺伝子組み換え細菌が産生するメラニンが、線状dna分子への紫外線によるダメージを大幅に軽減できることが示された。

bacillus cereus、klebsiella pneumoniae、pseudomonとしてmaltophilia、pseudomonとしてstutzeri、nocardia nova、aspergillus niger、aspergillus oryzae、aspergillus fumigatus、pleurotus ostreatus、auricularia auricula-judae、cordyceps sinensis、streptomycesなどの様々な細菌、真菌およびいくつかの放線菌がメラニンを産生する能力を持っていることが現在知られている。メラニン産生菌の中には培養条件の制御が難しいものもあるため、組み換えエンジニアリング菌の構築に注目する研究が増えています。メラニン産生を制御する遺伝子を大腸菌やバチルス・チューリンゲンシスに導入することで、メラニンの収量や品質を向上させることができます。人工細菌によるメラニンの生産は、新しいトレンドとなっています。

1.4キノンと他の顔料

キノン色素は良い染料であるだけでなく、抗炎症、抗腫瘍、抗変異原性、抗菌などの非常に重要な医学的価値を持っています。キノン化合物は、伝統的な中国医学の重要な成分である。lou zhihua[24]らは、真菌phellinus linteusを発酵させてアントラキノン色素を得、総収率は1.72 mg/ lであった。hu mingming[25]らは、野生のphellinus linteus stipe株から無性のphellinus linteus株をスクリーニングし、培養条件を最適化したところ、色素収量は2.795 g/ lに達した。

科学技術の発展と自然の探求に伴い、人々はいくつかの未知の色素を作り出す細菌を発見しました。li houjin[26]らは、大亜湾に生息する海洋性細菌pseudononas sp.の菌株を採取し、この細菌から2つの赤色色素であるpseudononas red aとdimethyl pseudononas red bを単離した。彼らは強い抗菌性と細胞毒性の特性を持っています。重要な原色であるフィコビリンは、赤や黄色と混合して様々な色を作ることができる。wen lu[27]らは、南シナ海の海水表面から海洋性細菌pseudononas sp.を単離した。改良液中の脂溶性分画を用いて、抗がん性を有するフィコビリンblue-1を単離した。chen minchun[28]らは、アスタキサンチンを生産する株chu-rの培養条件を最適化し、高いアスタキサンチン収量を得た。

17世紀に微生物が発見されて以来、微生物を利用した抗生物質、キノン、アルカロイド、ペプチド、アントラキノン、食品医薬品など、多くの有益な微生物が有効に利用されてきました。微生物が生産した二次代謝物は、食品、医薬、農業、石油化学などの分野で広く利用されています。微生物を介した安全で安定した二次代謝物である顔料の生産は、天然顔料の供給源を拡大するだけでなく、この方法で得られる顔料の収量と品質が比較的安定しているため、消費者や生産者に非常に人気があります。

組織培養2

植物の組織培養は、植物細胞の全能性の理論に基づいています。植物の組織や細胞は、適切な培養条件の下で単離されて培養され、成長し、増殖し、完全な植物に再生します。葯および半倍体の培養、ウイルスフリーの苗の栽培、迅速な増殖システムの確立、二次代謝物の生成、細胞のでvitroでの保存に使用されています[29]。組織培養によるカルス組織の形成と、二次代謝物の産生を刺激するための適切な条件の探索は、天然色素の産生を増加させる効果的な方法です。

2.1クチナシの組織培養と黄色の色素の生産

gardenia jasminoidesは、ルビア科の常緑低木です。果実は一般的な漢方薬で、クロシンを主成分とする黄色の色素を豊富に含む。クチナシ黄色い色素明るい色、強い着色力、良好な安定性、良好な水溶性を有する。一定の抗菌作用と薬理作用があり、食品生産に広く使用されている良い食品色素です。クチナシは成長が遅く、実をつけるまで3年かかり、生育条件や環境に左右されやすい。クチナシの果実からクチナシの黄色の色素を抽出することは、もはや工業生産のニーズを満たすことができません。植物の細胞組織培養技術を利用してクチナシの黄色色素を生産することは、資源不足の問題を解決するだけでなく、地域や季節などの自然条件に制限されず、生産周期が比較的短い。クチナシの黄色色素を作るためのクチナシの組織と細胞培養の研究は、非常に理論的かつ実用的な意義がある[30]。

1990年代には、zhong qingping[30]などがクチナシの鱗茎組織の形成とクチナシの黄色色素の生産条件を最適化した。その結果、b5とmg-5の基本培地がカルス組織の成長に寄与していることが示された。培地に0 ~ 1.5 mg/ lのインドール酢酸(iaa)と0 ~ 0.25 mg/ lのキネチン(kt)を添加するとカルスの成長が促進され、黄色の色素が生成した。この研究は中国で最も古いものの一つである。組織培養技術の進歩に伴い、クチナシや他の植物組織培養における二次代謝物の生産に関する研究が増えている。

孟志清氏は【31】昔、クチナシの花の異なる部分を赤いて、幹チップなど幹の若叶、explants、文化実験を行っ三種の介:MS1/2 MSと1/4さんその結果、2.0 0.0469 mg / L 2に加え、4 - d MS媒体ppm検出最良条件である茧罗誘導組織はレッド・クチナシの幹のコツ。pan qingping[32]らはクチナシのカクチナシ組織の誘導に関する予備的研究を行った。カルス組織の誘導にはnaaと6- baのホルモンの組み合わせが最も適していることが分かった。しかし、hplcによって検出されたように、ガーデノシドのような二次代謝物は生成されなかった。ヨシヒコ名和[33]らはの種な主張を使いこなせるexplantsとしてjasminoides LS科クチナシ(Linsmaier-Skoog) + 1.0 mg / L IAA + 0.1 0.0469 mg / L KT培地としてヒメマツタケをサブカルチャー、暗破って32代(約4年)の決まった色茧罗取得て暗くて黄色とオレンジ色にします

クチナシの種組織の培養法は、気候や季節などの自然条件に左右されないが、目的の物質を得るのに時間がかかり、作業には多くの人力と物的資源が必要だ。どのように栽培条件を変更して、前駆体や誘導剤などを添加してクチナシの黄色の色素の組織の形成と合成率を向上させることは、クチナシの黄色の色素組織の将来の工業生産のための突破点です。

2.2コンフリーの組織培養

euphorbia属、echinops属、euphorbia属、euphorbia属などのボラギナ科の植物は、euphorbia因子とその誘導体を生産することができる。シコニンはナフトール級の赤色色素で、抗菌、抗真菌、抗アレルギー、抗炎症、抗浮腫、抗腫瘍、傷治癒の効果がある[34]。どら焼きら。[35]アポトーシスをshikonin阳诱信じ肝臓を癌細胞しロス(活性酸素)/ Akt(たんぱくキナーゼ)とRIP1 (receptor-interactingタンパク質)/ NF -κB代謝経路を持つ潜在的なに対する第一線の治療薬かもしれです肝臓がんchen zhiluらは、紫草から抽出したシコニンが、急性前骨髄球性白血病患者のhl-60細胞の増殖を抑制し、アポトーシスを誘導することを発見した[36]。白血病の有効成分として用いられる。また、色覚増強剤としても優れており、食品、化粧品、医薬品などに広く使用されています。

組織培養により生産量を増やすことができ、商業的な生産が可能となる。組織培養によるシコニンの生産は1960年代まで遡ることができる。1983年に組織培養によるシコニンの商業生産が可能になった[37]。yan haiyan[38]は、2段階培養法を用いて、カルス組織の成長とコンフリーからのアリソルの形成に対する異なる培地、ホルモンの種類、濃度および栄養素組成の影響を研究した。その結果、カルス組織の植物成長とアリソールの形成に適した培地の条件が異なっていた。b5改質培地に1.0 mg/ lの6- baと0.1 mg/ lのiaaを添加すると前者に適していますが、cuso4を添加した培地中のシコニン含有量はm9の3倍です。agrobacterium rhizogenesを植物に侵入させ、根の生産を誘導することで、収量を増加させ、ホルモンの添加を減らすことができる。

baranekらは[39]、agrobacterium rhizogenesのatcc15834株、lba9402株、およびncib8196株を用いてコンフリーを変換した。m9培地で32日間栽培した結果、3種類の毛状根はいずれもコンフリー誘導体の収量が高く、中でもアセチルシコニンとイソブチリルシコニンの収量は、根に接種した株と比較して4.7倍増加した。ashok[34]は、まず、アグロバクティックリゾゲネス(agrobacterium rhizogenes)の野生株a4株を用いて、培養条件を最適化することで、ソフトコンフリーのシコニン生産を誘導した。栽培開始50日後のシコニン含有量は0.85 mg/gであった。

1983年、日本の三井石油化学が初めてコンフレインを培養した。これまでに、世界で1,000種近くの植物の細胞培養研究が行われてきました。例えば、タバコの細胞組織培養ではニコチンが、イチイの細胞培養ではパクリタキセルが、ローゼルの細胞培養ではアントシアニンが産生される。コンフレイン、ギンセノシド、パクリタキセルはすでに工業的に生産されている。

植物の種子、根茎、葉から色素を抽出することは、間違いなく最も基本的な情報源の1つです天然顔料。しかし、この方法で抽出された天然色素は、環境や季節の影響を受けやすいだけでなく、生産コストが高く、普及にはつながりません。植物細胞組織培養法は、色素生産に対する環境や季節の影響を避けることができ、生産プロセス中の原材料の収集と輸送の実質的なコストを削減することができます。植物組織培養を用いて目的の顔料を工業的に大規模生産するには、条件の最適化、長い生産サイクル、発酵のスケールアップの難しさなどの技術的ブレークスルーを必要とする複数の重要な制御点があります。

3微細藻類による色素

微細藻類は、光合成によって不飽和脂肪酸、タンパク質、微生物、色素などの貴重な代謝物を多く合成する維管束を持たない植物で、食品、医薬品、繊維などの分野で広く利用されています。海藻の代謝によって生成される色素は、紅藻、緑藻、褐藻の3種類に分けられます。葉緑素,カロテノイドとphycobiliproteinsは、海洋藻類によって生成される3つの古典的な顔料です[40]。微細藻類が合成した色素の生物活性や抗酸化作用が実証されたことから、食品、医薬品、繊維などの分野での応用が期待されています。微細藻類由来のカロテノイドには多くの種類があります(表1)[41]。

アスタキサンチン(3、3」-dihydroxy -ββ-carotene-4、4」-dione)はketo-typeカロテノイドではなく、分子式微生物aのソースはC40H52O4その構成が図3に示すにわたっている。アスタキサンチンはピンク色の針状結晶で、融点は216°cで、水に不溶で、二硫化炭素、アセトン、ベンゼン、クロロホルムなどの有機溶媒に可溶である[42]。アスタキサンチンは、強力な抗酸化特性を有し、効果的な光保護剤であり、アテローム性動脈硬化症および関連疾患を防ぐことができ、特定の抗がん特性を有し、身体の機能を高めることができます'の免疫システムと目と中枢神経系の健康を維持し、動物の飼料の様々な使用することができます。天然の食品色素であるアスタキサンチンは、同濃度の合成色素と比較して、はるかに高い着色力と生物学的効力を有する[43]。

自然アスタキサンチン主に微細藻類、細菌、真菌および甲殻類からの処理廃棄物に由来します。haematococcus pluvialisは大量のアスタキサンチンを蓄積することができる。また、クロレラ、セネデマス、デュナリエラ、ナンノクロロプシスなどの緑藻も、不利な環境条件下で多かれ少なかれアスタキサンチンを蓄積する。また、赤色酵母、濃赤色酵母、粘りのある赤色酵母からもアスタキサンチンが生成される。dong qinglin[42]は、紅藻のバイオマスとアスタキサンチンの生産量を増加させるために、2つの相乗効果を利用するために、pluvialis haematococcusとpalustris rhodopseudomonasの培養物を混合した。cai ying[44]では、紫外線(uv)、エチルメタンスルホン酸(ems)、ニトリル三酢酸(ntg)などを変異原として用い、アスタキサンチンの生産量が高い変異株をスクリーニングした。ヘマトコッカス・プルビアリス(haematococcus pluvialis)は、不利な生育条件(高温、乾燥、強い光、高塩分など)でアスタキサンチンを産生する可能性が高い。

esra[45]などは、これによって生成されるアスタキサンチンの蓄積を調査したHaematococcuspluvialis4種類の培地と2種類の光強度で。その結果、co2濃縮蒸留水を添加した培地では、アスタキサンチンの蓄積速度が速くなった。このような簡単な培養条件は、大規模な工業生産に適していますが、2つの光源を使用しても、アスタキサンチンの蓄積に影響はありませんでした。

tomo—hisa[46]らは、青色ダイオード光の点滅と連続光が、haematococcus pluvialisとアスタキサンチンの蓄積の成長に及ぼす影響を調べた。その結果、光の写真を点滅させると、連続光よりも高いアスタキサンチン濃度が蓄積されることがわかりました。蒸留水にco2を添加し、青色のダイオードライトを点滅させた場合には、アスタキサンチンの濃度が高くなりました。培養条件は、工業生産に適した、シンプルで省エネです。フィコビリプロテインは、藻類の代謝によって産生される天然色素でもある。藻類の代謝によって生成されるフィコビリタンパク質は、20世紀には既に発見されていた。今、藻類からphycobiliproteinsを抽出する方法についてより多くの研究が行われているので、私は勝った&#詳細はこちらを参照。

微細藻類は光合成経路を通じて二次代謝物を生成することができる。微細藻類を栽培する際に添加するホルモンや炭素源を減らすことで、大規模な工業生産のためのエネルギーを節約できる。

合成顔料は、高収率、安定性、明るい色を持っていますが、食品添加物市場では安全性の潜在的な問題が徐々に薄れてきており、食品業界の新しい人気となっています。現在、世界の大手企業がナチュラルカラー市場のシェアを競っています。日本は長い間、赤色酵母の米色素の生産を主導してきたが、藻類色素やカロテノイドの生産は欧米でも強い。の生産中国の天然顔料植物自体の抽出に依存しています生産量は相対的に高いが、自然環境の不確実性の影響を受けやすく、経済的コストは必然的に高くなる。

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