利用合成生物学生产食品风味和颜色
2024年4月25日，江南大学生物技术与食品工程学院Shike Liu（第一作者）和Jingwen Zhou（通讯作者）在国际期刊《Current Opinion in Food Science》（JCR一区，IF2023=8.9）发表题为“Production of food flavor and color by synthetic biology”（利用合成生物学生产食品风味和颜色）的研究论文。
摘要
食品风味和颜色在食品工业中起着至关重要的作用。随着消费者倾向于天然风味和颜色，合成生物学作为一种新兴技术，展示了其在食品风味和颜色生产中的巨大潜力。尽管大规模生产面临挑战，但已有一些天然风味和颜色能够通过合成生物学在显著数量上实现。研究综述了过去五年在利用合成生物学生成某些食品风味和颜色方面的研究进展，为研究人员提供了生产食品风味和颜色的有价值参考。
引言
食品中的颜色和风味赋予食品独特的外观、味道和香气。随着消费者态度的转变，人们对食品的需求从基本的饥饿满足转向营养和健康。相比人工风味和颜色，天然的风味和颜色由于其营养和药理学益处更具吸引力。天然风味和颜色主要来自植物、动物和微生物的次级代谢物。合成生物学的进步使得通过工程化微生物合成风味和颜色成为可能。
研究内容
合成生物学是一门交叉学科，融合了生物学、工程学、化学和信息学，通常采用“设计-建造-测试-学习”循环来构建高效的细胞工厂。许多天然风味和颜色的生物合成途径已经在底盘菌株如大肠杆菌和酿酒酵母中被阐明并部署。为了实现天然产物的合成，需要对途径基因进行高效表达和多个模块的优化。研究还强调了在食品风味和颜色合成中，蛋白质工程可以克服代谢瓶颈，提高产物产量的策略。
食品风味：
甜味剂：
天然甜味剂主要是植物或微生物的次级代谢物。研究发现，通过微生物合成单一的具有良好味道的甜味剂化合物是一种可行的替代方法。例如，在酿酒酵母中通过组合路径工程和多模块优化，可以显著提高甜味剂的产量。
香料： 如柠檬烯及其衍生物、香兰素等具有愉悦香气的化合物，通过工程化大肠杆菌和酿酒酵母可以实现高效合成。然而，柠檬烯对宿主细胞的毒性限制了进一步的产量提高，通过蛋白质工程和随机突变可以有效解决这一问题。
食品颜色：
多酚衍生物：
花青素因其水溶性和颜色范围广泛而备受追捧。通过在酿酒酵母中构建花青素的生物合成路径，可以实现从葡萄糖到花青素的合成。
类胡萝卜素：
类胡萝卜素如β-胡萝卜素、虾青素等是脂溶性色素，通过工程化酵母和油脂酵母可以实现高效合成。研究表明，通过蛋白质工程和代谢流控制，可以显著提高类胡萝卜素的产量。
总结与展望
研究表明，利用合成生物学生产食品风味和颜色具有巨大的潜力，但目前大多数工程化菌株的产量仍然较低，无法用于工业生产。未来的研究方向包括通过智能和高通量筛选平台提高合成生物学研究和开发的效率，并利用信息技术进行设计和生产自动化。合成生物学在食品工业中的应用前景广阔。
图文赏析
原文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2214799324000468?via%3Dihub
