Pigment birçok sektörde olan bir terimdir. Kabaca tarif edersek, renk maddesidir. Pigment bir dokunun, bir maddenin veya yapının özünde de bulunabilir, sonradan değiştirip ilave de edilebilir. Bir gıda maddesinin rengi, o gıda maddesinin tazeliğini ve güvenliğini belirtmek açısından önemlidir ve aynı zamanda renk, iyi bir estetiğin ve duyusal özelliklerin belirtecidir [1]. Özellikle tüketici algısında, gıdanın albenisi, tazeliği, kalitesi zaman zaman pigment ile ölçülür. Renk yediğimiz gıdalarla özel bir rol oynar. Örneğin, çekici olmayan bir renkle karşı karşıya kalan tüketici yiyeceğin kalitesiz ya da bozulmuş olduğunu varsayabilir [2]. Bu yüzden gıdaları pigmentlerle renklendirmek son zamanlarda dünya genelinde çokça başvurulan bir yoldur.

Gıda endüstrisi dışında, pigmentler, tekstil ve ilaç endüstrisi, kağıt üretimi, tarım uygulamaları ve araştırmaları, su bilimi ve teknolojisi, kozmetik gibi günlük yaşamın çeşitli alanlarında da yaygın olarak kullanılmaktadır [1].

Pigmentler, uygulandığı ortamda çözünmeyen, partiküllerden oluşan renklendiricilerdir[3]. Türk Gıda Kodeksi Gıda Katkı Maddeleri Yönetmeliği’ne göre ise renklendiriciler, tek başına gıda olarak tüketilmeyen veya gıdalarda ana bileşen olarak kullanılmayan, gıdaya renk artırıcı veya renk düzenleyici olarak katılan maddeleri temsil eder [4].

Gıdalar, ilaçlar, kozmetik ve tekstil ürünleri için renk katkı maddeleri kaynağına göre 3’e ayrılır: (1) sentetik pigmentler, (2) bitkisel kaynaklı pigmentler ve (3) mikroorganizmalar tarafından üretilen pigmentler [5]. Bu sınıflandırmada yer alan bitkisel kaynaklı ve mikrobiyal pigmentler doğal pigmentlerdir. Klorofiller, karotenoidler, antosiyaninler doğal pigmentlere örnek olarak verilir. Monascus, monaskin, violasein, prodigiosin, melanin ise mikroorganizmalar tarafından üretilen doğal pigmentlere özel olarak örneklerdir.

Mikroorganizmalardan veya bitki özütlerinden elde edilen doğal renk maddeleri hem gıda renk bileşenleri hem de gıda katkı maddeleri olarak tüketici isteklerini karşılayan “doğal sağlıklı katkı maddesi” olarak başarılı market uygulamaları yansıtmaktadır [6]. Doğal ürünler için tüketici talebinin artması ve sentetik gıda boyalarının modern tüketici tarafından incelenmesi ve olumsuz değerlendirilmesi nedeniyle doğal renklendirme alternatiflerine ilgi gittikçe daha da artmaktadır [2]. Bununla birlikte, insan vücudunda toksisiteye ve karsinojeniteye neden olan sentetik pigmentlerin bu problemleri nedeniyle kullanımı giderek azalmaktadır [7]. Doğal pigmentler, sadece ürünlerin pazarlanabilirliğini arttırma kapasitesine sahip olmamakla birlikte aynı zamanda bu pigmentlerin antioksidan, antikanser ajan, antibiyotik, antiinflamatuar ve immünosupresif bileşikler gibi belirli özelliklere sahip oldukları da belirlenmiştir [8]. Örneğin, gram-negatif bakteriler olan Chromobacterium violaceum, Janthinobacterium lividum, Pseudoalteromonas luteoviolacea dahil olmak üzere çeşitli bakteri türleri tarafından üretilen violasein pigmentinin [9; 10] antikanser, antivirüs, antibakteriyel ve antioksidan aktiviteye sahip olduğu bildirilmiştir [11]. Bir başka örnekte ise, Streptomyces veya Serratia cinsi bakteriler tarafından üretilen prodigiosin 25-C pigmenti özellikle immünsüpresif aktivite göstermediği gözlemlenmiştir [12]. Bu nedenle sentetik pigmentler yerine mikrobiyal pigmentlerin kullanımının yaygınlaştırılması önemli bir husustur.

Pigmentler mikroorganizmalardan katı hal fermantasyonu ve daldırma fermantasyonu yoluyla doğal olarak üretilirler. Mikroorganizmalardan pigment eldesi için kullanılan en eski yöntem olan katı hal fermantasyonu, mikroorganizmaların besleyici madde kaynağı sağladığı gibi mikrobiyal gelişme için de destek sağlayan katı maddeler üzerinde serbest su olmadan yetiştiği fermantasyon süreci olarak tanımlanır [13; 14]. Daldırma fermantasyonu ise besleyici maddelerle zenginleştirilmiş ve yüksek oksijen konsantrasyonlu sıvı ortamda mikroorganizmaların gelişimini içerir [15].

Fermantasyonu etkileyen çeşitli faktörlerin olması nedeniyle mikrobiyal pigment üretimini de etkileyen türlü parametreler vardır. Bunlar, sıcaklık, pH, nitrojen kaynağı, karbon kaynağı, fermantasyon türü, mineraller, nem miktarı, havalandırma oranı ve ozon işleme koşullarıdır. Bu faktörlerden sıcaklık, pH ve havalandırma oranı kullanılan mikroorganizma türüne göre değişkenlik gösterir. Bu etkenler optimum seviyeye getirildiğinde, mikroorganizmalardan pigment eldesi de optimum seviyede olur.

Funguslar, bakteriler ve mikroalgler pigment üretimi için çokça yararlanılan mikroorganizma sınıflarıdır. Bu amaçla kullanılan en eski mikroorganizma fungus sınıfında yer alan Monascus spp.’dir. Monascus türlerinden monascus pigmenti elde edilmektedir. En yaygın kullanılan sınıf ise mikroalglerdir. Mikroalglerden kırmızı bir mikroalg olan Porphyridium spp., Spirulina spp., Dualiella spp. ve Haematococcus spp. çok kullanılan alg türlerindendir. Porphyridium spp., floresan pembe bir renk sağlayan fikoeritrin pigmenti üretir [16]. Bu türden Porphyridium aerugineum ise mavi renk kaynağı olan fikosiyanini üretir [16]. Spirulina‘nın temel fotosentetik pigmenti mavi renge sahip fikosiyanindir [17]. Yeşil bir alg olan Dunaliella spp., alg ve diğer mikroorganizmalar arasında en iyi karotenoid üretimi sağlayan organizmadır [16]. Haematococcus türlerinden biri olan Haematococcus pluvialis, bir ketokarotenoid olan astaksantin pigmentini üretir [18]. Bakterilerden ise Pseudomonas spp. ve Aktinomisetesler doğal pigment üretiminde çokça kullanılan türlerdendir. Bakterilerin yaptıkları pigmentin rengi çeşitli olup en fazla kırmızı, turuncu ve sarı bazen de yeşil renkte pigmentlere rastlanır [19].

Bunlara ek olarak, mikrobiyal pigmentler bazı dezavantajlara sahiptir. Sentetik pigmentlerin eldesinin mikrobiyal pigmentlere göre daha ucuz olması, farklı ortam koşullarında daha stabil olmaları, renk tonlarının ve renk şiddetlerinin kuvvetli olması, uygulama kolaylığına sahip olması, mikrobiyal pigmentlerin dezavantajlarındandır [19]. Ayrıca Monascus türlerinden elde edilen bazı pigmentlerin mikotoksin içermesi, mikrobiyal pigment olarak kullanımını sınırlandırmıştır.

Kaynaklar

[1] Malik, K., Tokkas, J. and Goyal, S. 2012. Microbial pigments: A review. International Journal of Microbial Resource Technology 1(4): 361.

[2] Dufosse, L. 2006. Microbial production of food grade pigments. Food Technology Biotechnology 44(3): 313-321.

[3] Gürses, A., Açıkyıldız, M., Güneş, K. and Gürses, M. 2016. Dyes and pigments: Their structure and properties. In: Dyes and Pigments, SpringerBriefs in Green Chemistry for Sustainability, pp.13-29.

[4] Türk Gıda Kodeksi. 2013. Gıda Katkı Maddeleri Yönetmeliği. Ankara: Resmi Gazete.

[5] de Carvalho, J., Ghiggi, V., Woiciechowski, A., Vandenberghe, L. and Soccol, C. 2014. Microbial pigments. In: Biotransformation of Waste Biomass into High Value Biochemicals, Eds. S.K. Brar, G. Dhillon and C. Soccol, New York: Springer Science+Business Media, pp.73-97.

[6] Yangılar, F. And Yıldız, P. 2016. Microbial pigments and the important for food industry. Erzincan Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi 9(2): 118-142.

[7] Boo, H., Hwang, S., Bae, C., Park, S., Heo, B., and Gorinstein, S. 2012. Extraction and characterization of some natural plant pigments. Industrial Crops and Products 40: 129-135. doi: 10.1016/j.indcrop.2012.02.042

[8] Soliev, A., Hosokawa, K. and Enomoto, K. 2011. Bioactive pigments from marine bacteria: Applications and physiological roles. Evidence-Based Complementary and Alternative Medicine 2011: 1-17.

[9] Yada, S., Wang, Y., Zou, Y., Nagasaki, K., Hosokawa, K., Osaka, I., Arakawa, R. and Enomoto, K. 2008. Isolation and characterization of two groups of novel marine bacteria producing violacein. Marine Biotechnology 10(2): 128-132.

[10] Pantanella, F., Berlutti, F., Passariello, C., Sarli, S., Morea, C. and Schippa, S. 2007. Violacein and biofilm production in Janthinobacterium lividum. Journal of Applied Microbiology 102(4): 992-999.

[11] Konzen, M., De Marco, D., Cordova, C., Vieira, T., Antônio, R. and Creczynski-Pasa, T. 2006. Antioxidant properties of violacein: Possible relation on its biological function. Bioorganic & Medicinal Chemistry 14(24): 8307-8313.

[12] Kim, H., Han, S., Lee, O., Lee, K., Park, S. and Kim, Y. 2003. Use of prodigiosin for treating diabetes mellitus. United States Patent, No: 6638968B1, October 28.

[13] Sindhu, R., Pandey, A. and Binod, P. 2015. Solid-state fermentation for the production of poly(hydroxyalkanoates). Chemical and Biochemical Engineering Quarterly 29(2): 173-181.

[14] Castilho, L., Mitchell, D. and Freire, D. 2009. Production of polyhydroxyalkanoates (PHAs) from waste materials and by-products by submerged and solid-state fermentation. Bioresource Technology 100(23): 5996-6009.

[15] Couto, S. and Toca-Herrera, J. 2007. Laccase production at reactor scale by filamentous fungi. Biotechnology Advances 25(6): 558-569.

[16] Dufosse, L., Galaup, P., Yaron, A., Arad, S.M., Blanc, P., Chidambara Murthy, K.N., Ravishankar, G.A. 2005. Microorganisms and microalgae as sources of pigments for food use: a scientific oddity or an industrial reality? Trends in Food Science & Technology 16: 389–406.

[17] Mobin, S. and Alam, F. 2017. Some promising microalgal species for commercial applications: A review. Energy Procedia 110: 510-517.

[18] Lorenz, R. and Cysewski, G. 2000. Commercial potential for Haematococcus microalgae as a natural source of astaxanthin. Trends in Biotechnology 18(4): 160-167.

[19] Ata, M. 2013. Mikroorganizmalarda pigment üretimi ve eczacılıkta kullanımı. Lisans Tezi, Erciyes Üniversitesi Eczacılık Fakültesi, Kayseri, ss. 1-51.

Gıda Mühendisi Ayşegül KALYONCU