天然色素多彩多姿□郑裕国  薛亚平    随着毒理学和分析化学的不断发展，人类逐渐认识到多数合成色
    随着毒理学和分析化学的不断发展，人类逐渐认识到多数合成色素品种对人体有较为严重的毒性和致畸、致癌性，世界各国严格限制使用尚未摸清其安全性的合成色素品种，不少合成色素相继从各国许可使用的名单中删除。因而，现在利用无毒无害的天然物质提取食用色素，成为一种新的发展趋势。    一、种类
    一、种类    1.植物（包括藻类）色素
    1.植物（包括藻类）色素    植物（包括藻类）色素约占各国许可使用的天然色素的90%以上，
    植物（包括藻类）色素约占各国许可使用的天然色素的90%以上，是研究和应用最多的天然色素。据不完全统计，目前研究和开发的色素资源植物已有30多种，如红甜菜、红心萝卜、紫甘蓝、红辣椒、红苋菜、螺旋藻等。来自农副产品的原料有高粱壳、花生内皮、生产玉米淀粉的黄浆、葡萄酒皮渣等。    2.动物色素
    2.动物色素    目前，用于食用的动物色素种类较少，见于报道的有胭脂虫，这
    目前，用于食用的动物色素种类较少，见于报道的有胭脂虫，这是一种寄生于胭脂仙人掌上的昆虫，其雌虫体含有萘醌类的胭脂红色素，可用于化妆品和饮料着色。桑蚕和柞蚕的蚕砂是提取叶绿素铜钠盐的良好色素资源。    3.微生物色素
    3.微生物色素    在微生物色素中，研究和应用最多的是红曲色素，它是由红曲菌
    在微生物色素中，研究和应用最多的是红曲色素，它是由红曲菌产生的一类复合色素，具有安全性高、热稳定性强、对蛋白质食品的染色性和工艺性能好等优点。据报道，日本使用清酒酵母菌成功酿制桃色清酒，并选育成既能产生红色色素，又具有杀伤细胞能力，且无泡沫生成的清酒酵母新菌株。另一种研究较多的天然色素是类胡萝卜素，如β－胡萝卜素、虾青素、番茄红素、玉米黄素、叶黄素等，由于类胡萝卜素具有抗癌变、猝灭自由基、增强免疫等功能，正日益受到关注。除此之外，黑色素、蓝色素等其他微生物色素研究也较多。       二、应用
    二、应用    1.食品添加剂
    1.食品添加剂    天然色素作为食品添加剂，在食品工业中得到广泛应用。以天然
    天然色素作为食品添加剂，在食品工业中得到广泛应用。以天然色素取代有致癌危险的合成发色剂，提高了食品的食用安全性。目前，有几种红色和橙色的天然色素如红色素、甜菜红和辣椒红色素，可用于香肠、火腿、罐头等加工产品中，具有较好的发色效果。方便面中的蔬菜加料、汤料和调味料的颜色，需要用叶绿素、辣椒黄色素、姜黄色素、大麦芽和焦糖色素等，其中水溶性色素更为适合。    天然色素不仅具有着色功能，有的品种还兼有营养和保健功能，
    天然色素不仅具有着色功能，有的品种还兼有营养和保健功能，因为它们保留了植物体内丰富的天然物质，如维生素、氨基酸、核苷酸、小分子活性肽、芳香物质以及某些必需元素。如β－胡萝卜素不仅具有维生素Ａ的活性，而且有抗氧化能力，在防癌和抗衰老方面可以起到有益的作用。    ２．染料
    ２．染料    因为合成染料的许多中间体和有机物中常含有毒性并有引发癌症
    因为合成染料的许多中间体和有机物中常含有毒性并有引发癌症之嫌，近年来国际上对化学合成染料的使用非常谨慎。因此，天然植物色素在染料中的应用与开发越来越受到重视。在国内，有关学者曾经研究过常用的几大类植物染料及其对丝绸的染色工艺，并制作了标样。在日本，学者从污染蚕丝生产的有关细菌中提取色素，对蚕丝、羊毛、棉等天然纤维进行了染色，取得较好效果。但天然色素染色牢度较差是急需解决的问题。    ３．饲料添加剂
    ３．饲料添加剂    天然色素作为饲料添加剂，研究较多的是虾青素。虾青素是类胡
    天然色素作为饲料添加剂，研究较多的是虾青素。虾青素是类胡萝卜素合成的终点，它进入动物体后可以不经修饰或生化转化而直接贮存沉积在组织中，使一些鱼类的皮肤呈现健康鲜艳的红、橙、黄等颜色，增加了美感，也增加了鱼类的抗病能力。鸡、鸭等家禽食用了含有虾青素的食物，禽蛋及羽毛、皮肤等呈健康的金黄色、红色，提高了禽蛋及禽类的售价。瑞士罗氏公司的研究者们确信，虾青素是首选加入大马哈鱼及鳟鱼饵料的色素。    类胡萝卜素中，β－胡萝卜素能被虾蟹等甲壳类转变成虾青素，
    类胡萝卜素中，β－胡萝卜素能被虾蟹等甲壳类转变成虾青素，但大部分β－胡萝卜素转变成维生素A，着色效果较差，而在其他的鱼类及禽类中产生的β－胡萝卜素不能着色。对于蛋黄着色，只有含氧功能基的氧化类胡萝卜素（即叶黄素类）才有此功能。专家指出，二羟基和二酮基类胡萝卜素比单羟基、单酮基或环氧类胡萝卜素的蛋黄着色功能强。    4.其他
    4.其他    天然色素除了以上用途外，还可以用于医药及保健及化妆品等。
    天然色素除了以上用途外，还可以用于医药及保健及化妆品等。    在医用胶囊中，需要加入各种色料，以增加成品的美观和识别不
    在医用胶囊中，需要加入各种色料，以增加成品的美观和识别不同医药品种。我国学者从高粱壳中提取的天然色素无毒、无特殊气味，可用于医用胶囊。    从菠菜叶和绿草中提取的叶绿素具有抑菌作用，被用于牙膏中，
    从菠菜叶和绿草中提取的叶绿素具有抑菌作用，被用于牙膏中，可起到防龋脱敏、消炎、止血等功能。天然黄酮类色素，如红花黄色素和红色素、矢车菊蓝色素、鸡冠花红色素等由于含有黄酮甙，具有降压、抗菌、解痉等作用。这些被称为“功能性色素”的品种还有很多尚待开发。    从新疆紫草的根部萃取的紫草色素，在浓度仅为0.005%～0.01%
    从新疆紫草的根部萃取的紫草色素，在浓度仅为0.005%～0.01%时即显示出抑菌效果，加之其色彩鲜艳、柔和自然、安全无毒，用于现代化妆品特别是口红很有发展前景。另外，从微生物中提取的黑色素可以作为化妆品或头发染色剂。    三、研究现状
    三、研究现状    1. 微生物发酵法生产天然色素
    1. 微生物发酵法生产天然色素    利用微生物发酵法生产的天然色素最常见的是红曲色素，红曲色
    利用微生物发酵法生产的天然色素最常见的是红曲色素，红曲色素的生产工艺已经很成熟。另外就是胡萝卜素，如虾青素、玉米黄素、β-胡萝卜素等。能够产生虾青素的微生物菌株并不多，国内外主要利用红发夫酵母。尽管有些微生物菌株，如深红酵母、粘红酵母等也能生产虾青素，但由于研究的较少尚需做很多工作。对于玉米黄素，自然界中只有为数不多的微生物能产生，其中包括绿藻等海藻类微生物。国外已经有人通过基因重组技术使不能生产玉米黄素的微生物获得生产能力，为微生物法生产天然色素开辟了新路。    前苏联和东欧的学者曾利用三孢布拉霉的两性菌株发酵生产天然
    前苏联和东欧的学者曾利用三孢布拉霉的两性菌株发酵生产天然β－胡萝卜素，产率较高，已达到产业化水平，但技术工艺复杂、发酵周期长。我国正在研究微生物发酵法生产天然β－胡萝卜素，菌种主要是三孢布拉霉和红酵母，其中三孢布拉霉的生产已近产业化阶段。利用红酵母生产β－胡萝卜素，虽然目前的色素发酵水平不如三孢布拉霉高，但红酵母具有营养要求简单粗放、生产周期短、菌体无毒、营养丰富等许多优点，具有很大的实用价值和开发前景。此外，还有对弱红酵母、小红酵母、粘红酵母变种产生β-胡萝卜素的研究。    蓝色素作为3种基本色素之一，可与红、黄品系的天然色素调配
    蓝色素作为3种基本色素之一，可与红、黄品系的天然色素调配成多种色调，使天然色素色调更加丰富。所以微生物发酵生产天然蓝色素具有重要的理论价值和广阔的应用前景。但目前国内外对此研究很少，南京师范大学的科研人员对链霉菌LS-1发酵产生天然蓝色素进行了研究。    2.天然色素的提取
    2.天然色素的提取    采用传统工艺生产的色素产品质量差、纯度低、有异味和溶剂残
    采用传统工艺生产的色素产品质量差、纯度低、有异味和溶剂残留，严重地影响了天然色素的推广和使用。采用先进的设备、工艺，提高产品的质量，是天然色素今后发展的一个重要课题。    超临界流体萃取在天然色素中的应用主要是近20年的事情。在
    超临界流体萃取在天然色素中的应用主要是近20年的事情。在色素分离中，超临界流体萃取几乎都采用CO2作为萃取剂，主要用于α－胡萝卜素、β-胡萝卜素、辣椒红素、胭脂树橙、叶黄素等的萃取中。此外，通过使用不同的夹带剂，可以改变CO2的极性，从而扩大萃取的范围，可萃取极性较强的色素如茶多酚、银杏黄酮等。我国超临界CO2萃取辣椒红的研究已经在青岛大学开发成功，得到了脱辣完全、无异味、高纯度的辣椒红素。    超临界流体萃取色素在国外已经得到了工业化应用，在我国由于
    超临界流体萃取色素在国外已经得到了工业化应用，在我国由于设备投资大、工艺尚不成熟等原因尚未工业化。但由于超临界设备的种种优点，目前国内许多厂家已经或正准备投资购买超临界设备。超临界流体萃取天然色素是今后的研究重点。    另外，近年来，超滤、反渗透、电渗析等膜分离技术以及大网络
    另外，近年来，超滤、反渗透、电渗析等膜分离技术以及大网络树脂吸附、凝胶色谱技术的发展和应用，为天然色素的精制提供了经济有效的方法。    3.性质研究
    3.性质研究    在对天然色素性质的研究上，除了应该注意的毒理学评价或安全
    在对天然色素性质的研究上，除了应该注意的毒理学评价或安全性以外，人们最关心的还是其稳定性问题。    天然色素稳定性的影响因素主要包括pH值、光照、温度、金属
    天然色素稳定性的影响因素主要包括pH值、光照、温度、金属离子、色素的抗氧化和还原能力等。关于天然色素的稳定性，以下问题值得关注：天然色素的基本成分及化学结构、天然色素的溶解性（水溶、脂溶、醇溶）、耐光性、耐热性、耐金属性、耐盐性、耐氧化还原性、不同酸碱度条件下的变化、耐微生物性、着色性等等。    关于天然色素褪色和变色的原因和对策的研究也是十分重要的问
    关于天然色素褪色和变色的原因和对策的研究也是十分重要的问题。在加工和贮存过程中，受酸碱度、温度、氧化、还原、光、金属离子、抗坏血酸等条件变化的影响，天然色素常会发生褪色和变色现象。解决这一问题，既要考虑色素本身的稳定性，也要考虑加工的原料、加工工艺、包装形式、贮运条件等。同时，开发天然的稳定剂和抗氧化剂也势在必行。    天然色素在使用中常用的防护措施有：提高天然色素的纯度，加
    天然色素在使用中常用的防护措施有：提高天然色素的纯度，加入抗氧化剂、稳定化剂、金属离子封锁剂，天然色素的改性等。此外，加入某种添加剂或将天然色素混合使用也可以增加色素稳定性或溶解性，如茶色素与甜菜红色素络合可形成稳定性较高的色素。近年来微胶囊技术兴起，为色素的使用提供了便利条件。天然色素的微胶囊化不仅可以防止色素被氧化、光降解，还可改变溶解性。使用不同的壁材可制成水溶、油溶色素，提高天然色素的稳定性，扩大了应用范围。    四、展望
    四、展望    近年来，天然色素在国际市场上销售额的年增长率一直保持在
    近年来，天然色素在国际市场上销售额的年增长率一直保持在10%以上。由于市场前景看好，各国竞相开发生产。但目前各国生产和使用的天然色素种类还存在较大差异。    随着人类社会的进步和人们物质生活水平的提高，以及人们对自
    随着人类社会的进步和人们物质生活水平的提高，以及人们对自身健康的渴望和追求，天然色素的品种和应用领域将会不断扩大，天然色素的质量和对人体的功能性作用将会不断加强。21世纪，天然色素产品具有广阔的应用开发前景。