玉米黃素(zeaxanthin)是光合生物的重要色素，具有保護細胞免受高光損傷的作用。它也是視網膜黃斑重要色素，具有保護眼睛、維護視覺和認知等功能。

記者近日從中科院昆明植物研究所了解到，該所黃俊潮研究員率領的研究團隊，在利用工業(yè)微生物生產玉米黃素的研究方面取得了重要進展。

天然玉米黃素來源貧乏

玉米黃素是β-胡蘿卜素的衍生物，呈脂溶性粉末狀或油狀，存在于綠色蔬菜、玉米種子、枸杞和酸漿果實等植物組織和一些微生物中。它不能由人和動物自身合成，必須從食物中攝取。但人體每天需攝取數毫克的玉米黃素，日常飲食只能獲得微克水平，大多數人因此缺乏玉米黃素。相對于葉黃素、β-胡蘿卜素等其他類胡蘿卜素，玉米黃素的自然資源更加貧乏，因此發(fā)掘玉米黃素新資源具有現實意義。

大量研究表明，玉米黃素具有抗氧化、預防黃斑衰退、治療白內障、預防心血管疾病、增強機體免疫力、減緩動脈粥樣硬化等健康功效。隨著人口老齡化引發(fā)的相關疾病增多，玉米黃素作為膳食補充劑，可在醫(yī)藥和功能食品領域發(fā)揮重要作用。在食品工業(yè)中，玉米黃素作為天然食用色素，正在逐漸取代檸檬黃、日落黃等合成色素。

有望實現產量翻番的目標

黃俊潮研究員向記者介紹，此前，他們團隊聚焦于蝦青素的生物合成研究，研究對象涉及到藻類、細菌和高等植物，并取得一系列研究進展，為后來開展自然資源稀缺的玉米黃素和念珠藻黃素等其他類胡蘿卜素的生物合成奠定了良好基礎。“迄今，對玉米黃素和念珠藻黃素資源的發(fā)掘以及它們的功能研究相對較少。”

鞘氨醇單胞菌廣泛分布于各種環(huán)境中，是普遍認為安全的菌株，這類菌多數能合成不同的類胡蘿卜素，如β-胡蘿卜素、玉米黃素、念珠藻黃素等，已用于工業(yè)化生產多用途的胞外多糖。

通過比較功能基因組學分析和代謝工程改造，團隊成功獲得一株新的、能合成和積累玉米黃素的鞘氨醇單胞菌DIZ工程菌株。隨后，經過優(yōu)化培育，他們驚喜地發(fā)現，在發(fā)酵罐吃住4天后，這種“菌寶寶”竟然可得到每升培養(yǎng)物含479毫克的玉米黃素，以及22克胞外多糖。這也是業(yè)界首次對鞘氨醇單胞菌實現遺傳操作，獲得高產玉米黃素的安全工程菌株。

“通過進一步的改良，有望實現玉米黃素產量翻番的目標，從而解決目前玉米黃素供不應求、價格高等問題。”黃俊潮告訴記者。這項研究結果已發(fā)表在國際期刊《農業(yè)與食品化學雜志》上。

微生物方法將成產業(yè)主流方向

根據國內外媒體的報道，目前，在玉米蛋白粉中提取玉米黃素已有成熟的工藝。但黃俊潮研究員介紹，雖然從玉米提取玉米黃素的技術成熟，但其產量低、成本高，只能作為玉米加工業(yè)的副產品看待。通過代謝工程改造的微生物——鞘氨醇單胞菌DIZ菌株，玉米黃素產量遠高于用玉米提取的產量。且微生物擁有生長周期短、生物量高以及大規(guī)模發(fā)酵培養(yǎng)等優(yōu)勢，利用微生物生產自然資源稀缺的玉米黃素，將是產業(yè)的主流方向。

合成生物學通常以大腸桿菌和釀酒酵母為研究對象，研究成果的轉化很大程度上還得依賴于生產工藝成熟的工業(yè)微生物，尤其是那些食品安全級微生物。利用這些微生物“朋友”，可以低成本生產藥物或食物所需的強抗氧化功能類胡蘿卜素和多不飽和脂肪酸。“團隊未來將聚焦發(fā)掘能高產這些功能分子的微生物資源和植物新品種。”黃俊潮說。

關鍵詞： 玉米黃素 菌寶寶 產量成本