甜菜苷是天然食品添加剂甜菜红的色素成分，具有色泽鲜艳、染色能力强、安全无毒的特点，在食品以及药品着色方面有着广泛应用。近年来，在新兴的人造肉产品中添加甜菜红，其颜色上更像真肉，受到市场的青睐。

目前，甜菜红主要从红甜菜（紫菜头）中提取，并填充糊精等辅料制成微粉或颗粒产品出售。然而，红甜菜提取物的固有缺点是含有土臭素和吡嗪，使产品具有一定的土腥味；同时红甜菜中甜菜苷含量低、农业种植周期长。因此，通过合成生物学策略开发单一成分的天然红色素甜菜苷生产具有现实意义。

近日，天津大学赵广荣课题组在Synthetic and Systems Biotechnology杂志发表文章Improvement of betanin biosynthesis in Saccharomyces cerevisiae by metabolic engineering。

在甜菜苷的生物合成途径中，L-酪氨酸被羟化生成L-多巴，进而被环化酶催化生成环多巴，之后被糖基化生成环多巴糖苷，最后与甜菜醛氨酸缩合形成甜菜苷。虽然在微生物中发现了多种L-多巴合成酶，但在甜菜苷的合成中效率低。

为了提高酵母合成甜菜苷的能力，该研究挖掘和表征具有羟化和环化双功能活性的CYP76AD1-α家族酶，减少了外源基因数量，发现了酵母中甜菜苷合成途径的瓶颈酶。并通过突变改造后，酿酒酵母利用底物L-酪氨酸合成了177.2 mg/L甜菜苷，转化率达12%。最后，作者通过工艺优化，减少了副产物的生成，在未改造底盘细胞的情况下，酿酒酵母利用葡萄糖发酵合成了28.7 mg/L甜菜苷，相当于10 g市售红甜菜提取物。该研究将推动酿酒酵母细胞工厂生产甜菜苷的应用，为食品、医药提供优质天然红色色素。

酿酒酵母合成甜菜苷的途径