《Bioresource Technology Reports》：Production and extraction of a natural blue colorant from
Streptomyces lavendulae: Insights into indigoidine stability and its potential use in sustainable dyeing
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本研究优化了链霉菌属中S. lavendulae的靛蓝产量，通过转速和预接种实验确定最佳条件为200转/分钟、30%预接种及48小时培养，使产量分别提高39.2%和36.8%。验证显示96小时产量达2.75克/升。提取实验表明，经水洗、甲醇洗涤后用DMSO提取效率最高。稳定性测试表明，4℃下保留55%，25℃下36.2%，说明热敏性。该成果为可持续纺织染料提供了新途径。
莱蒂西亚·基约米·阿尔维斯·奥卡（Letícia Kiyomi Alves Oka）|埃杜阿达·哈达德·巴尔博萨（Eduarda Haddad Barbosa）|佩德罗·加西亚·佩雷拉·席尔瓦（Pedro Garcia Pereira Silva）|瓦莱里娅·C·桑托斯-埃比努马（Valéria C. Santos-Ebinuma）
巴西圣保罗州立大学药学院生物过程工程与生物技术系，邮编14801902，阿拉拉夸拉（Araraquara），圣保罗州（SP，Brazil）
摘要
本研究旨在评估由Streptomyces lavendulae产生的天然蓝色染料靛蓝素（indigoidine）的生产和提取方法，以探索其在纺织染色中的潜在应用。通过优化不同的搅拌速率，研究发现200 rpm的搅拌条件效果最佳。在接种量为30%且培养时间为48小时的条件下，靛蓝素的产量分别比150 rpm和250 rpm时高出39.2%和36.8%。验证实验表明，在96小时培养后，靛蓝素的最高产量为2.75 g L?1。在提取过程中，比较了多种固液萃取（SLE）溶剂体系，结果表明，先用蒸馏水和甲醇洗涤生物质，再使用二甲基亚砜（DMSO）萃取的方案具有最高的提取效率。此外，还研究了靛蓝素提取物在不同储存温度下的稳定性：在4°C下，120小时后提取物仍保留了初始含量的55%；而在25°C下，这一比例降至36.2%，这凸显了靛蓝素对温度的敏感性及其对颜色稳定性的影响。在纺织染色应用中，这种天然蓝色染料能够有效染色棉织物，为基于石油化工产品的合成染料提供了一种可持续且环保的替代方案。该方法显著降低了传统染色过程对环境的影响。本研究是首次探索利用S. lavendulae生产靛蓝素的研究之一，展示了其作为工业用天然环保染料的潜力。
引言
颜色在人类感知和吸引中起着重要作用，反映了地理、文化、社会和经济因素。因此，它影响着日常生活的多个方面，包括食品、医药、化妆品以及尤其是纺织品。纺织品在全球范围内被广泛消费，并具有多种功能，如提供保暖性、保护作用、标识功能以及通过时尚实现自我表达（Devi等人，2024；Mazotto等人，2021；Thomsen等人，2024）。
全球纺织业对环境有重大影响，每年消耗约9800万吨不可再生资源。由于合成染料具有快速显色和固色的能力，因此被纺织行业广泛使用。然而，这些染料会对水生生态系统产生负面影响，导致化学需氧量增加和光线穿透减少，从而抑制植物生长（Adeel等人，2024；Khattab等人，2020）。
为应对这些挑战，人们对天然染料的需求不断增加，尤其是那些通过微生物生物技术途径生产的染料。这类替代品具有工艺控制简单、繁殖迅速以及潜在的更高稳定性的优势（Jananipriya和Usha，2026；Sengupta和Bhowal，2022）。
这些染料可以由细菌产生，例如属于S. treptomyces属的细菌，这是一种广泛分布于土壤中的丝状革兰氏阳性微生物（Al-Tekreeti和Luti，2023；Zineb等人，2025）。研究表明，S. lavendulae菌种能够合成细胞内的蓝色染料靛蓝素（Qi等人，2026）。这种生物分子是由两个谷氨酰胺分子通过非核糖体肽合成酶（NRPS）催化的缩合反应形成的，其提取需要从生物质中分离出来（Huang等人，2024；Müller等人，2012）。
在这种背景下，微生物产生的靛蓝素可以作为传统工业用合成靛蓝的替代品，因为合成靛蓝的生产过程中会使用多种有害有毒物质（如氨基钠、氰化氢和甲醛）（Chavan，2015；Kabish等人，2023；Xia等人，2014）。然而，靛蓝在棉织物中的固色效果有限，需要通过亚硫酸钠等还原剂将其转化为白化形式。但这一过程会产生腐蚀性副产物（如硫酸盐和亚硫酸盐），可能对染色设备和废水处理系统造成损害（Jia等人，2023）。此外，颜色的耐久性和持久性对于实际应用至关重要，尤其是在纺织制造领域。总体而言，天然染料在正常条件下的颜色稳定性表现中等至良好，但可能受pH值、光照和洗涤等因素的影响（Ghosh等人，2025；Hinsch和Robinson，2016）。
为了实现可持续发展目标12（负责任的消费和生产）和目标9（工业、创新和基础设施），迫切需要从基于石油的合成染料转向可持续的替代品。尽管目前合成染料仍主导市场，但这一转变得益于消费者对更环保产品的需求增加、针对人工色素的法规变化，以及将经济增长与环境退化脱钩的紧迫目标（Qi等人，2026）。本研究旨在通过评估S. lavendulae产生的靛蓝素的生产和提取方法，为其在纺织染色中的应用奠定基础。
材料
商业靛蓝素（CAS编号2435-59-8）购自中国香港的上海德康医疗科技有限公司（Shangai Dekang Medical Technology Limited）。麦芽提取物来自巴西圣若泽多斯皮尼亚伊斯（Kasvi，S?o Jose dos Pinhais，PR）；葡萄糖（dextrose）来自巴西迪亚德玛（Synth，Diadema，SP）；酵母提取物同样来自巴西圣若泽多斯皮尼亚伊斯（Kasvi，S?o Jose dos Pinhais，PR）。l-谷氨酰胺（l-glutamine）购自美国圣路易斯的Sigma-Aldrich公司。棉织物购自巴西阿拉拉夸拉（Araraquara）的当地市场。其余试剂均来自当地供应商。
接种物培养过程中不同参数的影响
图2展示了接种物培养条件对S. lavendulae生物量生产和靛蓝素生物合成的影响。研究的参数包括培养时间（24小时和48小时）以及接种物比例（15%和30% v v?1）。结果表明，所考察的培养参数对生物量生产（图2A）没有显著影响。
所有实验中，生物量产量约为0.90 g L?1，各组之间没有显著差异。
结论
本研究证明了S. lavendulae生产靛蓝素的潜力，这种天然蓝色染料在工业应用中具有广阔前景。在优化条件下，96小时、200 rpm培养时靛蓝素的最高产量为2.75 g L?1，体现了该工艺的高效率。此外，还评估了靛蓝素提取物在不同储存温度下的稳定性：在4°C和25°C下，分别保留了初始含量的55%和36.2%。
作者贡献声明
莱蒂西亚·基约米·阿尔维斯·奥卡（Letícia Kiyomi Alves Oka）： 负责撰写初稿、方法论制定和概念构思。埃杜阿达·哈达德·巴尔博萨（Eduarda Haddad Barbosa）： 方法论制定、实验研究。佩德罗·加西亚·佩雷拉·席尔瓦（Pedro Garcia Pereira Silva）： 文章修订与编辑、初稿撰写、实验研究及概念构思。瓦莱里娅·C·桑托斯-埃比努马（Valéria C. Santos-Ebinuma）： 文章修订与编辑、项目监督。
伦理声明
本文不包含任何涉及人类参与者或动物的实验。
代码可用性
不适用。
资助
本研究得到了巴西圣保罗研究基金会（FAPESP）的支持（项目编号：2021/06686–8和2023/01368–3）。莱蒂西亚·基约米·阿尔维斯·奥卡感谢圣保罗研究基金会提供的研究资助（项目编号：2023/00569–5）。埃杜阿达·哈达德·巴尔博萨感谢圣保罗研究基金会提供的研究资助（项目编号：2023/10165–9）。佩德罗·加西亚·佩雷拉·席尔瓦也感谢该基金会提供的研究资助。
未引用参考文献
AOAC, 2000
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。
致谢
感谢巴西圣卡洛斯联邦大学（Federal University of S?o Carlos，SP）化学工程系的阿迪尔森·何塞·达·席尔瓦（Adilson José da Silva）教授。
