撰文=編輯部
人工合成食用色素雖在食品中被廣泛使用，但食用風險長時間以來一直受到大眾的關注，消費者對其安全性和永續性的擔憂，推動市場對天然食用色素的需求持續增加。
目前台灣核准的天然色素共有46種，其中紅甜菜色素因具有抗氧化性質且屬於非動物性來源，廣泛運用於糖果、飲料和冰淇淋等食品中，為食品業最常使用的天然紅色食用色素之一。然而傳統從植物中萃取紅甜菜色素方法效率低、成本高，對此丹麥技術大學諾和諾德基金會永續生物中心（Technical University of Denmark, Novo Nordisk Foundation Center for Biosustainability, DTU Biosustain）的研究團隊研發出新的方法，利用酵母菌發酵，使業者能更有效率的生產濃度和純度皆更高的天然紅甜菜色素，預計可以擴大其食品應用領域。這項技術於2023年11月在《Nature Microbiology》期刊上發表。
「紅甜菜色素」在傳統加工過程上遇上了甚麼難題？
天然紅色食用色素「紅甜菜色素」（Beet Red Color）從甜菜（Beta Vulgaris）根莖中萃取，主成分為甜菜苷（Betanin），不僅素食者可食且有抗氧化性質，因此越來越多人使用它來取代人工合成的紅色色素。然而植物中可以萃取出的甜菜苷非常有限，每100公克重的新鮮甜菜根，只約含有20～210毫克的甜菜苷，還會受到耕作土地和氣候變化的影響，因此效率低、成本高；再者，甜菜紅素顏色的穩定性受到pH值的影響，對熱、氧氣及光線也很敏感，加工過程中色素還可能會滲出、產生污漬和異味，因此傳統提取方式需要具備嚴格的加工條件。
甜菜苷是一種紅紫色的色素，可從紅甜菜根中萃取，並作為食品添加劑「甜菜紅」。
科學家利用微生物發酵技術 成功生產大量高品質紅甜菜色素
為了解決此問題，丹麥科學家們利用常見於乳酪中的產油酵母菌（Oleaginous yeast ）解脂耶氏酵母（Yarrowia lipolytica），使用葡萄糖作為碳源進行發酵，成功大量生產出甜菜苷。解脂耶氏酵母屬於「克勒勃屈利陰性（Crabtree-negative）」酵母菌，在高濃度葡萄糖的條件下，仍維持主要透過呼吸途徑產生能量，生長速率和代謝活性較高，且基因穩定性高，因此相對容易進行大規模發酵；科學家們通過代謝工程技術改造酵母菌的細胞代謝，使其可以更有效率的生產高濃度的天然甜菜紅素食品色素，同時減少副產物，不僅提高產物純度，還可防止不必要的褐變，增加產物的穩定性。
微生物發酵兼具永續和經濟優勢 引領天然食用色素進入新時代
通過微生物發酵從可再生原料中生產甜菜紅素，相對於傳統的色素萃取方法更具永續性和效率，被譽為食用色素業界的一大革命性突破。研究評估顯示，基於發酵過程所需的資源、能量和土地相較於傳統方法顯著減少，且在現行市場條件下，通過發酵生產紅甜菜色素在經濟上是可行的。除了永續性和可降低成本的潛力，以微生物發酵方式成功製造出更純度更高的紅甜菜色素，更為存在於其他植物中但因含量低而在商業上無法使用的天然食用色素提供可見的未來。
甜菜苷供應鏈的生產方式比較，上方Extraction-based process為傳統萃取方式，使用甜菜根作為原料，下方Fermentation-based process為基於發酵的製程，葡萄糖作為發酵原料。（圖片來源：《Nature Microbiology》期刊）
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參考資料
▶Beet red food colourant can be produced more sustainably with engineered Yarrowia lipolytica
▶Food color overhaul: Scientists unlock innovative fermentation process to formulate betanin from yeast
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