مقاله رنگدانه های میکروبی

بخشی از مقاله

چکیده:

رنگ یکی از مهمترین عوامل جذب کننده در بسیاری از موارد علیالخصوص در غذا و مواد غذایی است. رنگ های مورد مصرف در مواد غذایی را می توان به دو گروه -1 رنگ های طبیعی -2 رنگ های سنتزی تقسیم کرد. به منظور مقابله با اثرات بیماریزای رنگ های مصنوعی ، توجه زیادی به تولید رنگدانه ها از منابع طبیعی شده است و امروزه استفاده از رنگدانه های طبیعی در مواد غذایی ، آرایشی و دارویی افزایش قابل توجهی یافته است .

رنگهای طبیعی را می توان از منابع متفاوتی همچون گیاهان، حیوانات و میکروارگانیسم ها تولید کرد . رنگدانه ها ی طبیعی حاصل از گیاهان دارای معایبی از جمله عدم ثبات دربرابر نور ، گرما، PH و حلالیت کم در آب می باشند و اغلب غیر قابل دسترساند . مزیت تولید رنگدانه از میکروارگانیسم شامل رشد آسان و سریع در محیط کشت ارزان میباشد و نیاز به شرایط آب و هوایی مختلف برای رشد و تکثیر ندارند.

در طبیعت میکروارگانیسم های تولید کننده رنگدانه و سرشار از رنگ مثل قارچها، باکتریها و مخمرها فراوانند . رنگدانه هایی مثل کارتنوئیدها،  اغلب توسط میکروارگانیسم های پروکاریوتیک و یوکاریوتیک فتوتروپیک تولید میشوند و حاوی ترکیبات پیچیدهای از رنگدانههای لیپوفیلیک میباشند    . از جمله رنگ های میکروبی موجود در بازار  astaxanthin از Xanthophyllomyces dendrorhou، -caroten  از Blakeslea trispora،    Arpink Red از Penicillium
oxalicum و... میباشند.     

کلمات کلیدی : "رنگهای طبیعی،" رنگدانه،" غذا،" کارتنوئید،" میکروارگانیسم"    

مقدمه: رنگ های مورد مصرف در مواد غذایی را می توان به دو گروه -1 رنگ های طبیعی -2 رنگ های سنتزی تقسیم کرد - 1 - .رنگ آمیزی غذا با رنگدانه هایی که از منابع طبیعی به دست آمده اند، اقبال جهانی پیدا کرده اند . این رنگدانه ها به دلیل سلامتی در کاربردشان با رنگ های سنتزی در حال جایگزینی اند . - 8 - رنگ های طبیعی را می توان از منابع متفاوتی همچون گیاهان، حیوانات و میکروارگانیسم ها تولید کرد

- 4 - .افزودن رنگ به غذاهای فرآوریشده یک عمل قدیمی است اما تولید رنگ های میکروبی یک پدیدهی جدید است. Nata، یک غذای رنگی میکروبی، از غذاهای سنتی در فیلیپین است و همچنین در اندونزی، ژاپن و تایوان تولید می گردد . - 9 - رنگدانه های مجاز خوراکی و طبیعی با منشاء گیاهی اشکالات متعددی از قب یل بی ثباتی در برابر نور ، گرما ، pH، حلالیت کم و اغلب عدم دسترسی آسان در طول سال را در پی دارند . - 2 -

در میان رنگدانه های طبیعی ، رنگدانه های حاصل از منابع میکروبی، نمونه های خوبی بر جایگزینی رنگدانه های سنتزی هستند . - 3 - تولید رنگدانه از میکروارگانیسم ها با توجه به رشد سریع و آسان ، محیط کشت ارزان ، استخراج راحت تر، عدم وابستگی به شرایط جوی و گستردگی تنوع رنگ بیشتر نسبت به سایرمنابع زیستی دارای مزایای بیشتری است . - 2 -

در میان رنگدانه های طبیعی ، رنگدانه های حاصل از منابع می کروبی ، نمونه های خوبی بر جایگزینی رنگدانه های سنتزی هستند . - 9 - با وجود اینکه، رنگ های طبیعی زیادی وجود دارد، اما رنگ های میکروبی نقش مهمی را به دلیل راحتی در پروسه تولید به عنوان رنگ های غذایی ایفا می کنند .میکرواگانیسم ها در تمام غذاهایی که ما می خوریم وجو د دارند و مسئول ایجاد محصولات غذایی در طی پروسه تخمیر هستند و همچنین می توانند به عنوان یک منبع غذایی پروتئین های سلولی و مکمل های غذایی اسیدآمینه، ویتامین ها، اسیدهای ارگانیک و آنزیم ها مورد استفاده قرار گیرند    .

رنگدانه ها می توانند بر نگرانی عموم نسبت به اثرات زیان بار رنگ های سنتتیک بر سلامت عمومی در تولیدات غذایی غلبه کنند، علاوه بر آن می توانند در حفظ محیط زیست با جلوگیری ورود موادشیمیایی موثر باشند. هم چنین رنگ های طبیعی می توانند به صورت هم زمان هم برای دستیابی به رنگ دلخواه و هم به عنوان پروبیوتی ک در تولیدات غذایی استفاده شوند . - 8 -

ظاهر شدن رنگ های خوراکی در وعده های غذایی انسان منابع غنی از ویتامین ،آنتی اکسیدان و حتی عامل بازدارنده ی تشکیل تومور سرطانی هستند . - 6 - رنگدانه هایی مانند کاروتنوئیدها،آنتوکینون،کلروفیل،فلاونوئیدها،تتراپیرول ها و برخی گزانتوفیل ها مثل آستاگزانتین از مخمر، قارچ، باکتری و جلبک تولید شدهاند 8 - ،. - 9 توده های میکروبی اغلب از میکروارگانیسم های پروکاریوتیک و یوکاریوتیک فتوتروپی تشکیل می شوند و حاوی ترکیبات پیچیده ای از رنگدانه های لیپوفیلیک می باشند - . - 9

بااستفاده از سیب می توان رنگ دانه هایی را از رودوتورولا ،میکروکوکوس و کروموباکتر استخراج کرد . - 6 - بیشترین رنگدانه مورد استفاده در صنعت بتاکاروتن است که از برخی میکرو آلگها و سیانوباکترها به دست میآید - . - 8 محیط کشت مورد نیاز برای تولید رنگ دانه های میکروبی بسیار پیچیده است و علاوه برآن به مواد شیمیایی گران قیمیت نیز باید دسترسی داشت.

لازم است که محیط کشت مناسب با قیمت کمتر فراهم آید تا بتوان رنگدانه ها را در آنجا آماده کرد که درنهایت موجب به تولید میکروارگانیسم ها شوند - . - 6 از جمله کاربردهای رنگ های میکروبی در صنایع غذایی، دارویی و آرایشی و پرورش آبزیان است . گونههایMonascus و قارچ هایی که رنگدانه های Monascus تولید می کنند، به مدت طولانی در تولید غذاهای سنتی شرق آسیا - به ویژه در جنوب چین، ژاپن و جنوب شرقی آسیا - مانند شراب برنج قرمز و کشک لوبیا قرمز مورد استفاده قرار گرفته اند . - 4 -

افزودن برنج مخمر قرمز به فرآورده های گوشتی دارای اثر بهتری نسبت به نیتریت معمولی می باشد و بدلیل استفاده از این ماده ی رنگی میکروبی می توان یک رنگ قرمز در فرآورده های گوشتی بنابر در خواست مصرف کننده داشته باشیم - . - 3 تولیدات میکروبی کاروتنوئیدها وقتی که با مواد حاصل از سبزیجات یا ترکیبات شیمیایی مقایسه می شوند، می توانند بسیار مهم واقع شوند،

زیرا مسئله تنوع فصلی و جغرافیایی در تولید و بازاریابی چند رنگ گیاهی و مزایای اقتصادی مراحل میکروبی با استفاده از زیر لایه های    طبیعی است
که هزینه به صورت منابع کربوهیدرات به چشم می خورد . - 9 -  مطالعه در مورد رنگ های آبی با محدودیت هایی رو به رو است چرا  که بسیاری از باکتری ها قادر به تولید رنگ دانه های آبی نیستند . آستینودین که یک نوع رنگ دانه ی آبی است از استرپتومایسیس A3 به وجود می آید . علاوه بر عملکردش در فیبر های رنگی باعث به وجود آمدن فعالیت های مایتوتوکسیک در سلول های سرطانی انسان می شود . - 5 -

فاکتورهای موثر بر تولید رنگدانه های میکروبی

-1دما: تولید رنگدانه های میکروبی به میزان زیادی تحت تاثیر دمای انکوباسیون می باشد که به نوع میکروارگانیسم بستگی دارد .

:PH -2 رشد و تولید رنگدانه ها تحت تاثیر PH محیط است که میکروارگانیسم ها در آن رشد می کنند. که این محیط بسته به نوع میکروارگانیسم متفاوت است و تغییر آرام در میزان PH ممکن است شدت رنگ را تغییر دهد .

-3 منابع کربنی: رشد میسیلیومی میکروارگانیسم های تولید کننده رنگدانه تحت تاثیر منبع کربن مثل گلوکز، فروکتوز، مالتوز، لاکتوز، گالاکتوز و ... است. گلوکز و اولیگوساکاریدهای آن منابع کربنی بهتری برای رشد و تولید رنگدانه هستند .

-4 منابع نیتروژنی: آمونیوم کلراید بهترین ماده برای تولید رنگدانه موناسکوس، همراه با آمونیوم نیترات و سپس گلوتامات می باشد. پتاسیم نیترات ضعیف ترین منبع نیتروژنی است، اگرچه گلوتامات برای تو لید رنگدانه ارجحیت دارد . استفاده از پپتون یک نقش مهم در تولید رنگدانه از گونه های موناسکوس برعهده دارد.

-5 نوع تخمیر: تخمیر - جامد ی تحت مایع - تولید رنگدانه از میکروارگانیسم را تحت تاثیر قرار می دهد. تخمیر در شرایط جامد سه برابر بیشتر رنگدانه نسبت به تخمیر در آب ایجاد می کند. -

6 مواد معدنی: برای مثال Zn رشد را در محیط کشت مایع متوقف می کند درحالیکه در محیط کشت جامد رشد شدید و تجمع رنگدانه مشاهده شده بود . گاهی اوقات Zn به عنوان یک بازدارنده ی رشد ایفای نقش می کند و جذب گلوکز برای سنتز رنگدانهها را افزایش میدهد - . - 7

- 1 رنگدانههای با منبع قارچی

-1-1موناسکوس: با وجود تاثیر اقتصادی بسیار بالای رنگدانه موناسکوس، بهره برداری تجاری از آن در کشورهای غربی اساسا به دلیل بی  توجهی و بی-میلی در تغییر نظر کمیسیونهای غذایی صورت نگرفته است. این کمیسیونها استفاده از رنگدانه های موناسکوس را در صنایع غذایی نمی پذیرند، اگرچه استفاده صحیح از آن ها غیر سمی هستند . - 2 -

این قارچها را به طور سنتی روی برنج کشت می کنند تا اینکه ریسه های قرمز رنگ آن ها کاملا برنج را بپوشاند. در این موقع توده حاصله را به منظور افزودن به مواد غذایی و یا مصرف خشک مینمایند. موناسکوس قرنهاست که در مشرق زمین به عنوان یک رنگ خوراکی برای رنگ کردن شراب، خمیرلوبیا و سایر موادغذایی یا فرآورده های دارویی مورد استفاده قرار می گیرد.

این رنگها در PH های بین 2 تا 10 پایدار بوده و به حرارت نیز مقاومند . رنگدانههای موناسکوس، به طور معمول در آب به طور نسبی غیرمحلولند ولی در روغن ها محلول میباشند. هرچند، واکنش بین آنها با ترکیبات طبیعی حاوی عوامل آمینه می تواند قابلیت انحلال آن ها را در آب افزایش دهد . - 1 - رنگدانههای موناسکوس را می توان به سه دسته ی زرد، نارنجی و قرم   ز تقسیم کرد  . رنگدانههای که وظیفه ی رنگ کردن را در موناسکوس   بر عهده دارند عبارتند از   :

unkaflavine,monascine و monascoavin - زرد - ، rubropunctatine و monascorubin - نارنجی - و rubropunctamine و monascorubramine - ارغوانی - - 5 -

-2-1 ریبوفلاوین - ویتامین - B2، رنگدانهای زرد در موادغذایی  : ریبوفلاوین یک ویتامین محلول درآب زرد رنگ است که توسط بسیاری از میکروارگانیسم ها تولید می شود . سنتز شیمیایی ریبوفلاوین امروزه با فرآیندهای بیوتکنولوژیک رقابتی مثل استفاده از آسکومیست هایی مثل :

Ashbya gossypii، قارچ رشته ای Candida famata، یا باکتری Bacillus subtilis جایگزین شده اند . - 2 - تخمیر ریبوفلاوین به سه گروه طبقه بندی میشوند:

تولیدکننده های ضعیف 100 mg/L - یا کمتر، - clastridium acetobutylicum، تولیدکننده های به میزان متوسط     - تا 600 mg/L، مخمرهایی مثل guilliermunli  candida  یا subglobsus     - Debaryomyces  و تولید کننده های قوی - بالاتر از 1g/L مثل قارچ Eremothecium ashbyii و . - 4 - - Ashbya gossypi   Arpink red -3-1 به دست آمده از :

Penicillium oxalicum رنگدانه ای قرمز دارای قابلیت استفاده در غذا و محصولات آرایشی است، سویه : Penicillium oxalicum واریته Armeniaca CCM 8242 ، به دست آمده از خاک ، یک عامل رنگی از نوع آنتراکوئینون تولید می کند  . برخی از سویه های همین گونه از عوامل موثر در کنترل بیولوژیکی می باشند . کاهش وقوع آلودگی به فوزاریوم، عامل پلاسیده شدن گوجه فرنگی در شرایط گلخانه ای و زمین کشاورزی از این موارد است . سایر سویه ها برای تولید آنزیم لخته کننده شیر به کار می روند .  

رنگدانه به دست آمده رنگ قرمز تمشکی را در محلول آبی، ایجاد می کند که در    PH بالای 5/3 پایدار است. محلول های خنثی حتی بعد از 30 دقیقه جوشیدن پایدارند و شدت رنگ بر اساس میزان PH تغییر نمی کند . - 4 -    -4-1 بتا کاروتن به دست آمده از :Mucor circinelloides نوع وحشی Mucor circinelloides زرد رنگ است.

با فعال کردن بیوسنتز به رنگ آبی واکنش می دهد . سویه های وحشی رشدیافته در محیط تاریک به دلیل میزان کم رونوشت برداری ژن های ساختاری برای تولید کاروتن  - کاروتنوژنز - حاوی مقدار کمی از بتاکاروتن اند . زمانی که در معرض میدان پالس نوری قرار می گیرند، میزان رونوشت ب رداری این ژن ها به میزان    
زیادی افزایش می یابد، که منجر به تشکیل غلظت های بالای رنگدانه می گردد . - 4 -